基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量控制點(diǎn)設(shè)置方法研究

王 剛，李倫未，許 多

(1.中航出版?zhèn)髅接邢挢?zé)任公司，北京100012；2.中國(guó)航發(fā)四川燃?xì)鉁u輪研究院，成都610500)

基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量控制點(diǎn)設(shè)置方法研究

王 剛1，李倫未2，許 多2

(1.中航出版?zhèn)髅接邢挢?zé)任公司，北京100012；2.中國(guó)航發(fā)四川燃?xì)鉁u輪研究院，成都610500)

基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)，研究了航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程質(zhì)量控制點(diǎn)的設(shè)置方法。將每項(xiàng)設(shè)計(jì)工作的失效視為一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源，根據(jù)制定的具體化風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則確定其后果嚴(yán)重性、發(fā)生可能性以及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)大小，在設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)置不同層次的質(zhì)量控制點(diǎn)。結(jié)合航空發(fā)動(dòng)機(jī)方案階段的設(shè)計(jì)流程，采用該方法進(jìn)行分析，表明了將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計(jì)質(zhì)量控制點(diǎn)設(shè)置或優(yōu)化的可行性和有效性。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)；設(shè)計(jì)質(zhì)量控制點(diǎn)；設(shè)計(jì)WBS；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則

1 引言

作為現(xiàn)代常規(guī)武器裝備復(fù)雜系統(tǒng)產(chǎn)品的重要組成之一，航空發(fā)動(dòng)機(jī)具有研制周期長(zhǎng)、耗資巨大的特點(diǎn)，同時(shí)深受國(guó)家科技水平、工業(yè)基礎(chǔ)等因素的限制。美、英、法、俄等國(guó)，無(wú)一例外都將航空發(fā)動(dòng)機(jī)列為重大關(guān)鍵技術(shù)或重點(diǎn)支持的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，我國(guó)也于2015年首次將航空發(fā)動(dòng)機(jī)列入國(guó)家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)集成了一系列尖端高新技術(shù)，牽扯多學(xué)科、多領(lǐng)域、多行業(yè)，其技術(shù)難度大、潛在風(fēng)險(xiǎn)高，因此如何科學(xué)有效地對(duì)研制過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行管理，成為當(dāng)前航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制項(xiàng)目管理的重要課題[1-3]。

目前，我國(guó)現(xiàn)有航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程大多以完成最終圖紙/報(bào)告為目標(biāo)，并以此為導(dǎo)向?qū)⑾嚓P(guān)設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行拼湊和串聯(lián)。由此帶來(lái)的問(wèn)題是：一方面缺少對(duì)中間過(guò)程設(shè)計(jì)工作的關(guān)注，導(dǎo)致工作不精細(xì)或不完善；另一方面控制點(diǎn)較粗獷，僅有少許評(píng)審點(diǎn)，對(duì)中間過(guò)程的設(shè)計(jì)質(zhì)量缺乏精細(xì)、有效地管控，難以將設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)分散化和碎片化。這些弊病事實(shí)上已造成很多項(xiàng)目研制過(guò)程中的設(shè)計(jì)反復(fù)、生產(chǎn)拖延、試驗(yàn)故障等問(wèn)題，也造成進(jìn)度調(diào)整、經(jīng)費(fèi)增加、人力浪費(fèi)等不利影響。從質(zhì)量管理的質(zhì)量杠桿圖[4-5]可以看出，產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程是質(zhì)量控制的源頭，設(shè)計(jì)質(zhì)量的提升將帶來(lái)產(chǎn)品質(zhì)量的巨大收益。

鑒于設(shè)計(jì)質(zhì)量控制的重要性和急迫性，設(shè)置多層次、全流程、成體系的設(shè)計(jì)質(zhì)量控制體系成為必要。本文基于典型航空渦扇/渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)流程，探討了設(shè)置分層次設(shè)計(jì)質(zhì)量控制點(diǎn)的方法，并選擇了一個(gè)典型設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行應(yīng)用。

2 設(shè)計(jì)質(zhì)量控制點(diǎn)設(shè)置方法

航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)由一系列相互關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)工作組成，對(duì)其設(shè)計(jì)質(zhì)量的控制應(yīng)以設(shè)計(jì)流程(或其中的各項(xiàng)設(shè)計(jì)工作)為基礎(chǔ)。而在流程中哪些環(huán)節(jié)設(shè)置質(zhì)量控制點(diǎn)，必然取決于各個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)工作的重要性和對(duì)前后設(shè)計(jì)工作的影響程度。如果把設(shè)計(jì)工作失效看成一種風(fēng)險(xiǎn)源，則可以利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)工作失效進(jìn)行影響評(píng)估，然后按風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)遴選出作為設(shè)計(jì)質(zhì)量控制的主要環(huán)節(jié)，并設(shè)置不同層次的控制點(diǎn)。

2.1 確定設(shè)計(jì)WBS

本文假定航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)流程已成型或已完成精細(xì)化構(gòu)建，且實(shí)際設(shè)計(jì)工作按照這套設(shè)計(jì)流程運(yùn)行；同時(shí)，設(shè)計(jì)流程具有清晰的階段界限和上下層次(通常設(shè)計(jì)流程的層級(jí)應(yīng)分解到能明確專業(yè)界面為止，以便確定設(shè)計(jì)WBS(即工作分解結(jié)構(gòu))層級(jí))。

設(shè)計(jì)WBS是對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中所應(yīng)完成的工作自上而下形成的一種層次體系[6]，通常包括WBS工作明細(xì)表(表1)和WBS工作說(shuō)明表。

表1 典型設(shè)計(jì)WBS工作明細(xì)表示例Table 1 Typicalexamplesof designWBSwork list

2.2 制定風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是一種評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生可能性及后果嚴(yán)重性，進(jìn)而確定風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和等級(jí)的科學(xué)方法[2-3]，包括風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的全過(guò)程[7-8]，如圖1所示。

工作失效風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)價(jià)[6-8]必須制定相應(yīng)的準(zhǔn)則進(jìn)行判定，包括后果等級(jí)準(zhǔn)則、可能性等級(jí)準(zhǔn)則及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)準(zhǔn)則。

圖1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程Fig.1 Processof risk evaluation

2.2.1 后果等級(jí)準(zhǔn)則

風(fēng)險(xiǎn)后果的嚴(yán)重性等級(jí)[7-8]是對(duì)風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重程度(即不利或負(fù)面影響造成的后果的相對(duì)嚴(yán)重性)的度量，根據(jù)通用判定準(zhǔn)則具體化后見(jiàn)表2。

表2 后果等級(jí)細(xì)化準(zhǔn)則Table 2 Specified consequencesgrade criterion

2.2.2 可能性等級(jí)準(zhǔn)則

風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性等級(jí)[7-8]是對(duì)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生可能性(即不利或負(fù)面影響發(fā)生的相對(duì)概率大小)的度量，根據(jù)通用判定準(zhǔn)則具體化后見(jiàn)表3。

2.2.3 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)準(zhǔn)則

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)R(R=可能性×嚴(yán)重性)可作為衡量風(fēng)險(xiǎn)大小的一項(xiàng)綜合指標(biāo)。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)的大小，可繪出風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖[7-8]作為風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)判定的直接依據(jù)。風(fēng)險(xiǎn)矩陣圖的一般形式見(jiàn)表4，表中紅色區(qū)域?yàn)棰耦悾唢L(fēng)險(xiǎn)；黃色區(qū)域?yàn)棰蝾悾械蕊L(fēng)險(xiǎn)；綠色區(qū)域?yàn)棰箢悾^低風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 工作失效風(fēng)險(xiǎn)分析及等級(jí)確定

2.3.1 后果嚴(yán)重性分析

針對(duì)設(shè)計(jì)WBS中的每一項(xiàng)工作，根據(jù)其具體工作內(nèi)容及與其他設(shè)計(jì)工作間的相互關(guān)系(特別是輸入輸出、數(shù)據(jù)傳遞關(guān)系)，分析當(dāng)該工作失效時(shí)可能造成的各方面影響，以及各種影響的范圍和程度；然后根據(jù)后果等級(jí)準(zhǔn)則(表2)，確定各條影響的相應(yīng)等級(jí)；最后取各條影響中的最高等級(jí)，作為該項(xiàng)工作失效的后果等級(jí)。

表3 可能性等級(jí)具體化準(zhǔn)則Table 3 Specified probability grade criterion

表4 風(fēng)險(xiǎn)矩陣表Table 4 Riskmatrix

為使分析結(jié)果更加準(zhǔn)確和合理，引入技術(shù)咨詢或顧問(wèn)專家小組，對(duì)設(shè)計(jì)工作失效的每一條影響分別進(jìn)行等級(jí)評(píng)分，去掉最大值和最小值后取平均值，并進(jìn)行圓整后作為該條影響的相應(yīng)等級(jí)。如，專家小組有n位專家，各專家對(duì)某條影響的等級(jí)評(píng)分分別為xi，其中最大值和最小值分別為xmax、xmin，則該條影響的等級(jí)為：

某條影響后果等級(jí)=

該項(xiàng)工作失效的后果等級(jí)為：

這種方法一定程度上能減少分析結(jié)果的分散性，消除不同領(lǐng)域、專業(yè)人員在認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)上的差異，但需確保專家小組成員應(yīng)是各領(lǐng)域、專業(yè)具有代表性和權(quán)威性的專家，從而保證設(shè)計(jì)質(zhì)量控制點(diǎn)的設(shè)置方案具有權(quán)威性和廣泛適用性。

2.3.2 發(fā)生可能性分析

針對(duì)設(shè)計(jì)WBS中的每一項(xiàng)工作，分析該工作失效的相對(duì)概率，并根據(jù)可能性等級(jí)準(zhǔn)則(表3)，確定該項(xiàng)工作失效的可能性等級(jí)。同理，為使分析結(jié)果更加準(zhǔn)確和合理，亦引入技術(shù)咨詢或顧問(wèn)專家小組。如，專家小組有n位專家，各專家對(duì)某項(xiàng)設(shè)計(jì)工作失效發(fā)生可能性的等級(jí)評(píng)分分別為yi，其中最大值和最小值分別為ymax、ymin，則該項(xiàng)設(shè)計(jì)工作失效發(fā)生可能性的等級(jí)為：

某項(xiàng)設(shè)計(jì)工作失效發(fā)生可能性等級(jí)=

2.3.3 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)確定

基于分析得出的后果等級(jí)和可能性等級(jí)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)表(表4)，確定設(shè)計(jì)WBS(表1)中每一項(xiàng)工作失效的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，其一般形式見(jiàn)表5。

表5 設(shè)計(jì)工作失效風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)Table 5 Risk grade of design work failure

2.4 設(shè)置設(shè)計(jì)質(zhì)量控制點(diǎn)

根據(jù)各項(xiàng)設(shè)計(jì)工作失效風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)大小(表5)，分別確定相應(yīng)的質(zhì)量控制類型，以達(dá)到分層次控制的目標(biāo)。

(1)Ⅰ類風(fēng)險(xiǎn)：設(shè)置評(píng)審/審查點(diǎn)，進(jìn)行嚴(yán)格的技術(shù)質(zhì)量審查，確保相應(yīng)工作按規(guī)定要求完成；對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)達(dá)到25的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)考慮作為關(guān)鍵決策點(diǎn)，提交總師系統(tǒng)和(或)主管機(jī)關(guān)決策。

(2)Ⅱ類風(fēng)險(xiǎn)：設(shè)置專項(xiàng)檢查點(diǎn)，針對(duì)相應(yīng)工作進(jìn)行專項(xiàng)檢查，確保相應(yīng)工作按規(guī)定要求完成，但僅在總師系統(tǒng)安排下由內(nèi)部進(jìn)行控制。

(3)Ⅲ類風(fēng)險(xiǎn)：由設(shè)計(jì)流程中的角色自行控制。

3 應(yīng)用案例

3.1 確定設(shè)計(jì)WBS

航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制通常包含論證、方案、工程研制及設(shè)計(jì)定型等多個(gè)階段[1]。作為應(yīng)用案例，本文選取方案階段一個(gè)典型批次的設(shè)計(jì)WBS進(jìn)行應(yīng)用分析，見(jiàn)表6。

表6 典型設(shè)計(jì)WBS示例Table 6 Typicalexamplesof designWBS

3.2 工作失效風(fēng)險(xiǎn)分析及等級(jí)確定

以表6編碼為W0101的設(shè)計(jì)工作——邊界與界面識(shí)別為例，按2.3.1方法進(jìn)行工作失效影響后果分析，結(jié)果見(jiàn)表7。可見(jiàn)，邊界與界面識(shí)別工作失效影響條目的后果等級(jí)最高為5，即為該工作失效的后果等級(jí)。

表7 工作失效后果分析Table7Consequencesanalysisofworkfailure

按2.3.2方法進(jìn)行工作失效可能性分析，結(jié)果見(jiàn)表8。由此，邊界與界面識(shí)別工作失效的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為15。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)矩陣(表4)，該工作的失效風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為I類。

表8 工作失效可能性分析Table8Probabilityanalysisofworkfailure

表9 設(shè)計(jì)工作失效風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及控制點(diǎn)類型Table9Riskgradeandcontrolpointtypeofdesignworkfailure

針對(duì)表6列出的所有設(shè)計(jì)工作，按上述步驟和方法進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表9。

續(xù)表9

3.3 設(shè)置設(shè)計(jì)質(zhì)量控制點(diǎn)

根據(jù)2.4的原則，確定設(shè)計(jì)質(zhì)量控制點(diǎn)的類型，見(jiàn)表9。可見(jiàn)，與原有設(shè)計(jì)質(zhì)量控制方式相比，新增了若干評(píng)審點(diǎn)和專項(xiàng)檢查點(diǎn)，形成了至少三個(gè)層次的管控機(jī)制。

通過(guò)這種科學(xué)分析的方法，使得設(shè)計(jì)質(zhì)量控制點(diǎn)更加明確、顯性化和層次化，更有利于分層、不同顆粒度地實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量的立體管控，即設(shè)計(jì)自查對(duì)專項(xiàng)檢查形成支撐，兩者再對(duì)評(píng)審形成支撐。同時(shí)，由于設(shè)計(jì)WBS中的各項(xiàng)工作按流程組織，因此事實(shí)上形成了對(duì)設(shè)計(jì)流程的全過(guò)程控制，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)質(zhì)量由單純的結(jié)果管控向過(guò)程和結(jié)果管控并重的轉(zhuǎn)變。另外，這些新增的質(zhì)量控制點(diǎn)多數(shù)集中于設(shè)計(jì)過(guò)程前期，有利于提前發(fā)現(xiàn)、逐步應(yīng)對(duì)潛在設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)由事后處理向事先預(yù)防與事后處理結(jié)合的質(zhì)量管控方式的轉(zhuǎn)變，保證項(xiàng)目后續(xù)的順利推進(jìn)，避免了以往由于設(shè)計(jì)缺陷不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)而導(dǎo)致后續(xù)試制、試驗(yàn)過(guò)程中問(wèn)題或故障集中爆發(fā)的情況出現(xiàn)。

4 結(jié)論

本文分析了現(xiàn)有航空渦扇/渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量控制點(diǎn)的一般問(wèn)題，并基于設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)WBS，探究了將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的技術(shù)和方法應(yīng)用于設(shè)計(jì)質(zhì)量控制點(diǎn)設(shè)置的可能性和有效性。其基本思路是，將每項(xiàng)設(shè)計(jì)工作失效視為一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源，依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則對(duì)其影響后果和發(fā)生可能性進(jìn)行分析，得出風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，進(jìn)而依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)確定所需的設(shè)計(jì)質(zhì)量控制點(diǎn)的類型。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果顯示，上述方法應(yīng)用于設(shè)計(jì)質(zhì)量控制點(diǎn)的設(shè)置合適、可行，工程可操作性較強(qiáng)，相比于傳統(tǒng)的依據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置控制點(diǎn)的方式更為科學(xué)、精細(xì)，更具指導(dǎo)性。

[1]GJB 2993-1997，武器裝備研制項(xiàng)目管理[S].

[2]張健壯，承 文，史克祿.武器裝備研制項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理[M].北京：中國(guó)宇航出版社，2010.

[3]李金林.武器裝備研制項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2010.

[4]溫 鵬.六西格瑪設(shè)計(jì)(DFSS)在航空科研院所的應(yīng)用研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2013.

[5]中航工業(yè)精益六西格瑪研究所.六西格瑪設(shè)計(jì)(DFSS)培訓(xùn)教材[M].4版.北京：中航工業(yè)精益六西格瑪研究所，2015.

[6]GJB 2116-1994，工作分解結(jié)構(gòu)[S].

[7]GJB/Z 171-2013，武器裝備研制項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理指南[S].

[8]FDJ-GF1.10，風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范[S].

M ethods of aero-engine design quality controlpoint setting based on risk evaluation technology

WANGGang1，LILun-wei2，XU Duo2
(1.China Aviation Publishing&Media CO.,LTD，Beijing 100012，China；2.AECCSichuan Gas Turbine Establishment，Chengdu 610500，China)

The quality control point constructingmethods of aero-engine design processwas studied based on risk evaluation technology.Each design work failure could be regarded as a risk source,and according to the formulated refined risk criterion,the consequences,probability and risk grade could be determined. Consequently,multi-level quality control points could be set in the design process.Thismethod has been applied to the conceptual design phase of aero-engines.The results demonstrate that themethod of setting or optimizing design quality controlpointsbased on risk evaluation ispracticable and effective.

aero-engine；design quality control point；designWBS；risk evaluation；risk criterion

V37

A

1672-2620(2017)03-0057-06

2016-06-22；

2016-10-14

王 剛(1982-)，男，河北唐山人，工程師，主要從事國(guó)防科技情報(bào)工程咨詢、航空科研聲像保障及可視化信息咨詢等工作。