基于航空發(fā)動機(jī)驗證機(jī)研制程序的工作分解技術(shù)研究

摘要：工作分解結(jié)構(gòu)（WBS）是項目任務(wù)分工、資源配置、進(jìn)度計劃編制及風(fēng)險控制等工作開展的前提。工作分解結(jié)構(gòu)的形成過程就是把項目目標(biāo)和任務(wù)分解成較小的、能夠管理的組成部分。文章分析了WBS在航空發(fā)動機(jī)研制中的應(yīng)用，結(jié)合民用航空發(fā)動機(jī)驗證機(jī)研制流程，定義了WBS分解模型，給出了基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的WBS結(jié)構(gòu)表達(dá)，建立了WBS構(gòu)建流程。

關(guān)鍵詞：工作分解結(jié)構(gòu)；航空發(fā)動機(jī)；研制流程；信息化；驗證機(jī) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：V235 文章編號：1009-2374（2017）01-0007-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.01.004

工作分解結(jié)構(gòu)是以最終可交付成果為導(dǎo)向的工作目標(biāo)/任務(wù)層級分解，用于確定項目工作范圍、項目全生命周期內(nèi)所有技術(shù)間的接口關(guān)系以及項目技術(shù)狀態(tài)基線，是項目計劃、成本、預(yù)算、質(zhì)量、人力資源、溝通和風(fēng)險分析的基礎(chǔ)。它可以將研制工作分解為一系列相對獨立、內(nèi)容單一、易于管控的工作單元，能把各工作單元在研制中的地位與構(gòu)成直觀地表示出來，是研制計劃編制的基礎(chǔ)和依據(jù)。

早在20世紀(jì)80年代中期，美國國防部就已經(jīng)將WBS應(yīng)用于許多國防項目上，并成為了項目管理的“標(biāo)準(zhǔn)語言”，WBS可以說是工程項目管理的起點，在復(fù)雜產(chǎn)品研制中得到了廣泛的應(yīng)用。2016年，國家十三五規(guī)劃將航空發(fā)動機(jī)列入百大工程之首，這表明國家對航空發(fā)動機(jī)的重視。劉大響院士說，從狹義上講，航空發(fā)動機(jī)是飛機(jī)的動力裝置；從廣義上講，它也是國家航空產(chǎn)業(yè)乃至整個制造業(yè)的助推器。此外，國際航空動力的發(fā)展也對我國航空發(fā)動機(jī)設(shè)計技術(shù)提出了更高的要求，鑒于航空發(fā)動機(jī)研制的高技術(shù)性、高復(fù)雜性，驗證機(jī)研制應(yīng)運而生。驗證機(jī)指產(chǎn)品在工程研制立項之前，用于驗證功能、性能、總體方案可行性、各部件/系統(tǒng)的匹配性以及初步的耐久性和可靠性等而開發(fā)的試驗研究性發(fā)動機(jī)。文章以驗證機(jī)研制項目研制工作內(nèi)容為對象，結(jié)合驗證機(jī)研制特點，提出基于PBS的WBS層次關(guān)系分解模型，探索其分解方法、編碼規(guī)則、表達(dá)方式和構(gòu)建流程，并在此基礎(chǔ)上引入信息化手段，這對于促進(jìn)研制項目科學(xué)高效管理、降低研制風(fēng)險具有重要意義。

1 工作分解結(jié)構(gòu)的作用

工作分解結(jié)構(gòu)是項目管理工作的基礎(chǔ)及核心內(nèi)容，它將項目工作按照一定的邏輯關(guān)系自上而下逐級分解為工作單元、工作包、工作作業(yè)（活動），它清晰地定義了項目工作的全貌，描述了項目工作內(nèi)容，工作分解結(jié)構(gòu)每向下分解一級就意味著對項目工作更詳細(xì)的定義。一般當(dāng)工作分解結(jié)構(gòu)分解至工作包層面時，項目經(jīng)理便可針對工作包安排進(jìn)度、估算成本和實施監(jiān)控，從而實現(xiàn)對項目工作的規(guī)劃、管理和控制。當(dāng)工作分解結(jié)構(gòu)分解至工作作業(yè)（活動）層面時，項目一線人員便可針對活動安排每天的工作事項，可以有計劃地實現(xiàn)項目工作包的執(zhí)行。

2 工作分解結(jié)構(gòu)構(gòu)建過程中的難點

如前所述，工作越向下分解，項目經(jīng)理對工作的規(guī)劃管理和執(zhí)行控制就越有力，然而，顆粒度過細(xì)的分解又會帶來新的問題，它會造成管理成本的增加、資源利用率低以及工作效率降低。如何合理確定工作分解的顆粒度（即工作包的大小），是工作分解過程中應(yīng)該關(guān)注的重要問題。

在項目管理過程中，往往傾向于通過項目的關(guān)鍵節(jié)點（即里程碑節(jié)點）來控制整個研發(fā)過程，對交付物的管控也主要是通過對各里程碑節(jié)點的交付物進(jìn)行管理，對項目全生命周期的控制主要體現(xiàn)為對工作包結(jié)果的管控。而沒有對節(jié)點前各工作包之間的輸入輸出關(guān)系進(jìn)行有效管理和控制，往往會出現(xiàn)項目管理單位對項目的管控力度不及工作包所屬責(zé)任單位的管控力度的問題。這就造成了項目管理過程中存在各責(zé)任單位僅關(guān)心所屬工作包任務(wù)，各工作包之間的匹配協(xié)調(diào)得不到有效解決，無法實現(xiàn)對項目全生命周期管理，無法及時有效識別風(fēng)險，進(jìn)而影響整個項目的進(jìn)程。航空發(fā)動機(jī)驗證機(jī)研制屬于大型復(fù)雜項目，國家投入巨大，國際上一般采用主承制商—供應(yīng)商管理模式進(jìn)行項目管控，涉及國內(nèi)外供應(yīng)商眾多，如何通過工作結(jié)構(gòu)分解實現(xiàn)對項目全生命周期管理，并有效控制項目風(fēng)險，對航空發(fā)動機(jī)驗證機(jī)研制項目管理來說具有重大的意義。

此外，工作分解存在遺漏、工作分解結(jié)構(gòu)編制無規(guī)范、編制效率低下也是工作分解結(jié)構(gòu)構(gòu)建過程中經(jīng)常發(fā)生的問題。

文章將結(jié)合驗證機(jī)研制流程，針對如何合理確定工作分解顆粒度和如何通過工作分解實現(xiàn)對項目全生命周期管理，淺析工作分解的流程及關(guān)鍵點，并結(jié)合信息化管理，以期更好地發(fā)揮工作分解結(jié)構(gòu)在驗證機(jī)研制項目管理中的作用。

3 驗證機(jī)研制WBS分解及關(guān)鍵點

3.1 驗證機(jī)研制階段劃分

驗證機(jī)研制分為需求分析和定義、概念設(shè)計、初步設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計以及制造和試驗驗證五個階段，階段劃分示意圖如圖1所示：

驗證機(jī)研制各階段可以定義為里程碑節(jié)點，各階段交付物即為里程碑節(jié)點交付物。以驗證機(jī)設(shè)計工作為例，各階段的主要交付物可以細(xì)分為需求文檔和設(shè)計定義文檔兩大類。需求文檔體現(xiàn)所有利益相關(guān)方對驗證機(jī)研制項目的需求，可分為內(nèi)部要求和外部要求。內(nèi)部要求主要來自已有基礎(chǔ)和經(jīng)驗以及公司的發(fā)展規(guī)劃等；外部要求主要來自客戶（市場）、政府、適航規(guī)章及相關(guān)法律法規(guī)等。設(shè)計定義文檔是根據(jù)需求文檔進(jìn)行相應(yīng)的科研工作后得到的驗證機(jī)各層次上的研制結(jié)果（例如設(shè)計報告等）。在各個階段內(nèi)部，各個層面上的需求文檔和設(shè)計定義文檔都需要進(jìn)行對比，以確定研制結(jié)果能夠滿足各方要求。在各研制階段間，前一個階段的輸出結(jié)果往往會對下一個階段設(shè)計工作的開展產(chǎn)生影響。

3.2 驗證機(jī)研制各階段要素及WBS編制流程

驗證機(jī)研制程序中明確驗證機(jī)各階段要素有關(guān)鍵輸入、工作內(nèi)容和輸出三部分，創(chuàng)建工作分解結(jié)構(gòu)同樣需明確項目的輸入（項目范圍說明書、需求文件和過程資源）、分解工具與技術(shù)和輸出，經(jīng)比對分析，建立了驗證機(jī)各階段要素同工作分解結(jié)構(gòu)創(chuàng)建所需要素之間的對應(yīng)關(guān)系，如圖2所示：

在介紹了研制各階段要素同WBS創(chuàng)建要素的關(guān)系之后，現(xiàn)對WBS創(chuàng)建過程進(jìn)行詳細(xì)描述，后通過各要素之間的關(guān)系映射，分析如何建立基于驗證機(jī)研制各階段要素的WBS，以期能完整分解驗證機(jī)研制項目各階段任務(wù)。

圖3顯示了創(chuàng)建工作分解結(jié)構(gòu)過程的輸入、工具與技術(shù)和輸出，即WBS分解編制流程：

3.3 基于驗證機(jī)研制流程（研制各階段要素）的WBS分解結(jié)構(gòu)

復(fù)雜產(chǎn)品的研制一般會劃分為若干個具有里程碑意義的研制階段（以驗證機(jī)為例，見圖1所劃分的五個階段），建立以驗證機(jī)研制流程為主線、以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹為輔線的工作分解結(jié)構(gòu)，可以依據(jù)研制階段建立邏輯嚴(yán)密的輸入輸出關(guān)系，從而為計劃的編制奠定基礎(chǔ)。

3.3.1 研制階段—WBS映射矩陣。映射矩陣是對項目分解形成的工作包在最終WBS中所呈現(xiàn)狀態(tài)（顯示or不顯示）的描述。依據(jù)專家經(jīng)驗，通過對某個研制階段的通用活動進(jìn)行判斷，確定出該工作包在最終的WBS中是否顯示，呈現(xiàn)狀態(tài)用1和0表示，從而形成研制階段—WBS映射矩陣。這項工作必須由項目管理人員（項目管理單位人員）和設(shè)計人員（工作包所屬責(zé)任單位人員）共同完成，這樣才能確保每個研制階段的工作活動得到充分確認(rèn)。映射矩陣的形式如表1所示。

WBS各工作包之間的關(guān)系主要依靠不同研制階段要素同WBS創(chuàng)建所需要素之間的對應(yīng)關(guān)系及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹來確定，因此建立研制階段的映射矩陣，并在此基礎(chǔ)上借助產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，就可以通過映射規(guī)則快速地將WBS建立起來。

3.3.2 驗證機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹模型。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹包含了所有實現(xiàn)產(chǎn)品功能的硬件和軟件，以全環(huán)燃燒室為例，可分為機(jī)匣組件、火焰筒組件、噴嘴組件、點火組件/標(biāo)準(zhǔn)件等部分，各部分又按照零組件進(jìn)行進(jìn)一步分解，最后按工作工序分解至可工作的層面，如圖4所示：

3.3.3 基于研制階段和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的工作分解

流程：

第一，確定工作分解結(jié)構(gòu)的輸入。（1）確定項目范圍。項目范圍說明詳細(xì)描述項目的可交付成果，從研制階段要素同工作分解結(jié)構(gòu)所需要素的對應(yīng)關(guān)系可以看出，本內(nèi)容即驗證機(jī)研制各階段的工作內(nèi)容，以需求分析和定義階段為例，工作內(nèi)容為：針對客戶（政府、飛機(jī)制造商和航空公司）對驗證機(jī)以及大型客機(jī)發(fā)動機(jī)的要求，參考適航規(guī)章和已有基礎(chǔ)、經(jīng)驗，結(jié)合公司能力發(fā)展規(guī)劃，開展驗證機(jī)研制需求論證工作，提出驗證機(jī)的設(shè)計約束和邊界條件，完成項目建議書的編制。經(jīng)分析，項目范圍為完成驗證機(jī)研制需求論證。（2）明確需求文件，梳理項目資源。需求文件描述各種單一需求如何轉(zhuǎn)化并滿足與項目相關(guān)的業(yè)務(wù)需求。驗證機(jī)研制需求分析和定義階段的需求源自客戶的需求，項目資源指國家和公司戰(zhàn)略，所以在需求分析和定義階段，分析航空公司需求、民航局適航規(guī)章、國家發(fā)展戰(zhàn)略及公司發(fā)展規(guī)劃，是明確需求文件，并將其轉(zhuǎn)化為項目業(yè)務(wù)需求的必要手段，從而建立起WBS約束條件。

第二，選擇工作分解形式。工作分解可以根據(jù)項目特點采用不同分解形式，比如：可以把項目各研制階段作為分解的第一層；可以把項目主要交付成果作為分解的第一層；也可以按PBS，把產(chǎn)品主要組成部分作為分解的第一層；還可以把子項目作為分解的第一層等。文章結(jié)合驗證機(jī)研制特點，將項目研制各階段作為分解的第一層。第二層分解基于研制階段—WBS映射模型分析，確定出在映射矩陣中節(jié)點為1的維度，并在WBS中顯性化。第三層分解基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹進(jìn)行分解，最后按照各零件不同的設(shè)計活動、加工工序和試驗活動，完成工作包的下一層分解。當(dāng)將工作包分解至可預(yù)算、可分配、可安排進(jìn)度、可以獨立完成、有明確的交付物時即完成了項目的工作結(jié)構(gòu)分解。此外，在工作分解時，應(yīng)合理控制每個工作包的顆粒度及各工作包之間顆粒度的均衡。同時，為確保工作分解沒有遺漏，在完成工作結(jié)構(gòu)分解之后，應(yīng)通過把工作分解結(jié)構(gòu)底層的所有工作逐層向上匯總的方式進(jìn)行檢查。最后還應(yīng)檢查各工作包之間的邏輯關(guān)系是否合理。工作分解結(jié)構(gòu)一般可以采用列表式、組織結(jié)構(gòu)圖式、魚骨圖式等方式，文章采用組織結(jié)構(gòu)圖示進(jìn)行表達(dá)，如圖5所示：

第三，獲得工作分解結(jié)構(gòu)的輸出。通過對項目進(jìn)行工作分解，將復(fù)雜的項目逐步分解為比較簡單的過程（分解至活動、作業(yè)），讓原來不可控的一些事情變得清晰可控，同時便于分工、計算經(jīng)費、計劃制定和構(gòu)型管理等，并且還應(yīng)滿足企業(yè)設(shè)備、技術(shù)、人員等資源需求以及項目經(jīng)費渠道、用戶及市場變化等約束。

4 工作分解結(jié)構(gòu)與信息技術(shù)的融合

項目的工作結(jié)構(gòu)分解是項目管理和計劃制定的基礎(chǔ)，是制定進(jìn)度計劃、資源需求計劃、風(fēng)險管理計劃及計劃變更的依據(jù)，同時也是確定項目技術(shù)狀態(tài)基線的依據(jù)。因此，在復(fù)雜產(chǎn)品項目管理中，引入信息化手段，提高WBS編制效率，通過管理系統(tǒng)之間的聯(lián)合，實現(xiàn)信息共享，資源優(yōu)化，提高管理效率。為更好地使得工作分解結(jié)構(gòu)與信息技術(shù)融合，需做到以下三點：（1）建立工作分解結(jié)構(gòu)碼，對工作分解結(jié)構(gòu)中的每一活動用標(biāo)準(zhǔn)化的標(biāo)識標(biāo)記，通過標(biāo)識唯一確定該活動在工作分解結(jié)構(gòu)中的位置和隸屬關(guān)系，便于計算機(jī)對WBS進(jìn)行識別和檢索；（2）引入MS Project等工具作為WBS編制輔助手段，采用縮進(jìn)式進(jìn)行編制；（3）對WBS中各屬性進(jìn)行定義，統(tǒng)一WBS語言。

體現(xiàn)形式見表2：

表2 WBS在信息系統(tǒng)中的體現(xiàn)形式

5 結(jié)語

全面、徹底的工作分解結(jié)構(gòu)在復(fù)雜產(chǎn)品研制過程中具有重要意義。文章基于研制流程，結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，提出了工作分解結(jié)構(gòu)方法。通過驗證機(jī)各階段要素同工作分解結(jié)構(gòu)創(chuàng)建所需要素關(guān)聯(lián)，研制階段—WBS映射規(guī)則及產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)，描述了WBS建立流程及關(guān)鍵點，并通過WBS與信息化的融合，實現(xiàn)了項目全生命周期管理，提高了項目管理效率。文中所提到的方法在驗證機(jī)研制項目及計劃管理中得到了應(yīng)用，并取得了良好的效果。

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作者簡介：高文杰（1985-），女，河南新鄉(xiāng)人，供職于中國航發(fā)商用航空發(fā)動機(jī)有限責(zé)任公司，研究方向：航空發(fā)動機(jī)研制經(jīng)營計劃管理及科研規(guī)劃立項。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）