航空發動機工作分解結構（WBS）構建方法

于海順，趙 娜，史妍妍，姜永強

（中國航發沈陽發動機研究所，沈陽110015）

0 引言

航空發動機研制是1項復雜的系統工程，具有技術高、周期長、投入大的特點，如何清晰界定項目的工作范圍，并在研發團隊內合理分解工作任務，是航空發動機項目成功的重要基礎。WBS是項目管理全過程中確定研制范圍的重要依據，也是研制項目制定計劃、預估周期和成本的基礎。

WBS以可交付成果為對象，是由項目團隊為實現項目目標并創造必要的可交付成果而執行的工作分解之后得到的1種層次結構[1]。其概念最初是在20世紀60年代初由美國國防部（DoD)和航天局（NASA)提出的。從提出到1964年美國政府出版的PERT實施手冊、1968年DoD的MIL-STD-881文件、1998年DoD 的 MIL-HDBK-881 文件、PMBOK、ISO1006，一步步記錄了WBS的重要性和其不斷發展與完善。GJB 2116A《武器裝備研制項目工作分解結構》是中國武器裝備項目WBS編制的頂層要求，在其基礎上融入全生命期的系統工程過程，是航空發動機項目WBS編制的依據[2-5]。

本文依據GJB 2116A的相關要求，綜合分析了航空發動機研究所的研發模式[4]，提出了1種完整、顆粒度適宜的航空發動機WBS編制方法，并以高壓壓氣機轉子輪盤設計為例，展示了該方法的應用效果。

1 航空發動機WBS構建原則

目前航空發動機研制普遍采用“專業分工、廠所分離”的研發模式，其優勢在于便于劃分研制過程中設計域和制造域的界面，研究所以專業為依托構建的研制組織架構有利于加強專業研究的深度，提升專業設計能力。

航空發動機在上述研發模式下的研制還需要綜合考慮氣動、結構、強度、材料、工藝等不同學科/領域的需求和限制，這就要求在管理方面做到計劃完整、責任明確、配置合理、便于考核，因此WBS的構建需要綜合考慮以上研制特點和GJB 2116A的要求，遵循以下構建原則[6]。

1.1 完整性原則

完整性原則也稱為100%原則，即WBS應包含發動機全生命周期不同階段、不同類型的所有研發工作，應根據需要包含策劃、設計、制造、裝配、驗證、驗收（確認）等系統工程過程的活動，WBS中包含的信息應能夠滿足不同業務部門的管理需求[7]。

1.2 顆粒度適宜原則

不同WBS單元分解出的工作包顆粒度應基本一致，WBS工作包分解出的技術活動顆粒度應基本一致，如某項WBS由明確的責任科室或科室內某一班組承接。

1.3 成果導向原則

每個WBS工作包和技術活動都要有相應的交付成果，其類型可分為硬件、軟件以及文檔等，如部件設計WBS輸出部件設計報告或結構圖紙，試驗WBS輸出試驗結果分析報告，裝配WBS輸出裝配完畢的發動機或部件實物等，管理部門可通過交付物對該WBS或技術活動的工作量進行考核。

1.4 可管理性原則

每個WBS工作包和技術活動都應有明確的責任人、輸入、輸出、工作內容、資源要求和分配，從而使復雜的研制產品和過程相對直觀和簡化，利于各項工作的職責分配以及開展管理和評價工作。

1.5 動態更新原則

每個階段的WBS應根據項目的進展需要（如轉段）和研制過程中遇到的問題進行調整與更新，如在研制過程中某部件需要打孔，可能引起結構強度的變化，需補充強度分析和結構強度試驗驗證，則在本階段WBS中補充相關的技術活動。

2 航空發動機WBS的分解模型

航空發動機工作分解是1項多專業/部門聯合、工程應用性強的工作，針對研制特點和不同視角的需求，需要綜合運用類比法、自上而下法、融合法以及自下而上法相結合的分解方法。

2.1 構建方法

（1）類比法。通過對相似對象（如飛機研制項目）WBS的類比分析，推理出航空發動機研制項目WBS的基本架構。由于類比法是對個例的完整映射，與研制單位/公司的組織機構有關，具有一定的片面性，因此主要用于WBS整體框架的全局規劃。

（2）自上而下法。按照一定的邏輯關系通過不斷向下增加級數來細化工作任務，是構建WBS最常見的1種方法。便于確定工作單元之間的包含與鄰接關系。

（3）融合法。當WBS分解到一定的程度，將與航空發動機研發體系的技術流程相融合，可以保證型號研制WBS和研發體系建設工作的高度耦合，避免出現型號研制、體系建設“2層皮”。

（4）自下而上法。航空發動機WBS構建過程中不同部門關注和負責的發動機產品層級不同，應由負責發動機不同結構研制的部門主責構建WBS，然后自底向上實現不同層級WBS的聚合，形成項目完整的WBS，最終由管理部門組織評審。

2.2 構建步驟

根據航空發動機研制特點制定了WBS構建的流程，如圖1所示。

2.2.1 確定研制階段

在GJB 8113《武器裝備研制系統工程通用要求》中，將研制階段分為論證、方案、工程研制、設計定型、生產定型、批量生產和使用保障7個階段，航空發動機的研制遵循該國軍標的要求，在每個階段分別進行WBS的構建[8-9]。

2.2.2 確定工作分解結構層級

圖1 WBS構建流程

WBS的工作涉及到不同類型、不同層級的工作，不同部門對WBS不同層級的關注也不同，如型號研制的決策層關注不同階段發動機整機的研制任務，管理層關注發動機不同結構的研制任務，部件設計部門關注分解到本部門的具體設計任務。除了設計、試驗等工作外，發動機研制還需要開展其他工作如保障、培訓、管理等，因而將WBS分為2部分確定層級：

一部分以發動機產品分解結構（PBS）為基礎，與發動機產品分解結構的層級一致（如圖2所示）。可根據不同研制階段的具體要求確定PBS的具體層級，如論證階段更多的工作集中于論證分析，具體的發動機結構細節無法給出，PBS可以只保留到部件/系統層，WBS不會深入到零組件層。

圖2 基于PBS的WBS層級

另一部分為國軍標要求的通用WBS單元（指武器裝備研制項目普遍適用的單元，主要包括：系統工程類、項目管理類、綜合保障類和綜合試驗類），根據研制的需要按照不同類型制定，其層級可以根據項目需求確定，允許與產品分解結構的層級不一致。

2.2.3 確定工作分解結構和技術活動類型

航空發動機的研制需要開展不同類型的研制活動，為了標識不同類型的工作，將WBS以及分解出的技術活動分為11類[8-10]。并配以類型碼（如圖3所示）。

圖3 WBS/技術活動編碼

2.2.4 制定WBS編碼

根據航空發動機研制管理的需求，WBS編碼需要滿足以下要求：

（1）能夠體現不同型號的特點；

（2）需要體現發動機產品結構和技術活動的層級和類型。

按照以上要求制定航空發動機WBS的編碼規則（如圖3所示）。其中第1基本碼表征WBS的層級，第2基本碼表征技術活動的層級。

2.2.5 構建WBS工作包和技術活動

在確定好WBS層級之后，WBS單元也隨之確定，下一步需要在不同WBS單元上分解出不同類型的工作包，根據顆粒度一致原則，在研究所現行組織模式下，每個工作包內的工作還需要不同專業部門承接，有必要按照航空發動機研發體系技術流程的要求，分解出每個工作包中所包含的具體技術活動。同時補充通用WBS單元按需分解出的相應技術活動（如圖4所示）。

圖4 WBS工作包和技術活動

2.2.6 編寫單元說明

在航空發動機研制科研管理中，根據可管理性原則，需要安排發動機研制所需的各類工作，包括人、財、物的安排，進度的制定和資源的配置等工作，GJB 2116A中也賦予每個WBS工作包和技術活動相關屬性的說明，稱為單元說明[6-11]。

本文結合GJB 2116A的要求并根據航空發動機型號研制管理的需求提出了單元說明應包含的基本屬性。

（1）根據成果導向原則，每項WBS/技術活動應有開展該項工作的輸入和輸出（交付物），且應與研發體系流程建設的輸入、輸出相符。輸出（交付物）可以作為管理部門對WBS/技術活動的考核依據；

（2）每項WBS/技術活動都應有主責單位。可以明確該項WBS/技術活動的責任主體，有利于工作的分配和測量；

（3）每項WBS/技術活動都應有明確的工作量，為科研管理制定進度計劃提供支持；

（4）每項WBS/技術活動應根據需要列出需要的各類資源，如特定的試驗設備、工具、車輛或其他物品/設備等。可以為研究所每年科研任務尤其是試驗臺的安排提供基礎信息；

（5）每項WBS/技術活動應有體現前后工作關系的連接信息，如某項工作必須完成之后才能啟動該項工作或該項工作是另一項工作的必需起始；

（6）每項WBS/技術活動可能存在配合部門，應給出配合部門需要投入的工作量和WBS/技術活動輸出；

（7）每項WBS/技術活動都應有對應該項工作的唯一的編碼，可以通過編碼方便地找到該項工作的層級和類型。

2.2.7 WBS整理及接口協調

在發動機WBS構建完成后，還需要整理，確保分解出的WBS工作包和技術活動不混淆，同時對單元說明中的輸入輸出接口進行協調。通過整理和接口的協調，實現WBS的層級一致，加強不同部門承接技術活動之間的邏輯性，有利于安排研制進度計劃。

2.3 航空發動機WBS的表達

按照構建步驟分解WBS后，得到航空發動機WBS的基本框架（如圖5所示），該架構基于產品分解結構（PBS），包含了航空發動機不同研制階段、不同產品層級的各類型工作任務，同時包含武器裝備研制的通用類任務，與GJB 2116A的要求一致[7,13-15]。

航空發動機WBS一般分為3～4級（不同研制階段、不同工作類型WBS有所區別），由2部分組成：基于產品分解結構（PBS）的WBS和包含綜合試驗、綜合保障、系統工程及項目管理的通用WBS。

頂層代表發動機研制的階段；第1級為基于產品分解結構（PBS）的整機層WBS單元，還包括綜合試驗、綜合保障、系統工程及項目管理等通用WBS單元；第2級為基于產品分解結構（PBS）的部件/系統層WBS單元和通用WBS分解的下一級單元；第3級為基于產品分解結構（PBS）的零組件級WBS單元；第4級為按照產品分解結構（PBS）前3級分解出的不同活動類型的WBS工作包[16]，以及3級通用WBS分解（按需）出的不同類型的WBS工作包，所有的研制活動都在工作包中體現。4級WBS工作包由技術流程分解出的技術活動組成。根據不同類型發動機研制的需要，可將發動機PBS進一步向下分解，則WBS第4級變為發動機PBS的第4級，WBS工作包變為第5級，WBS工作包分解的技術活動按照不同專業/領域的技術流程也分層級。

3 航空發動機WBS構建關鍵點

（1）構建時間。在發動機不同研制階段之初編制本階段WBS，每一階段的WBS可以在前一階段WBS基礎上根據研制工作的需要進行修改、補充或完善。

（2）責任主體明確。航空發動機的研制涉及到不同的學科和專業，往往由專業的設計、試驗和裝配部門承接具體工作，不同責任部門負責不同層級WBS的編制。如項目管理人員負責基于產品結構的WBS前3級以及通用WBS中項目管理類WBS的制定；專業科室和相關職能部門負責基于產品結構的WBS工作包和技術活動（按需）以及通用WBS中相關WBS的制定。

圖5 航空發動機WBS框架

在WBS編制中，負責整機/部件/系統研制的技術科室應聯合其他相關技術科室，共同編制WBS，同時協調輸入輸出接口，必要時可組織相關科室研討確定WBS。

（3）編制前準備。編制人員應閱讀并了解本階段研制的頂層輸入，如立項論證報告、研制需求、進度要求或總體部門的論證報告等材料，明確本階段的研制要求。編制人員應對發動機產品結構、單位內部專業分工有清晰地認識，可以根據前一研制階段的總結報告、工作說明以及本階段的研制要求等輸入，明確項目研制涉及的產品結構及主要專業/部門。

（4）編制靈活性。為了保證適應航空發動機研制工作類型多、不同工作差異大的特點，基于不同產品分解結構的WBS的層級可以不同，不同研制階段的產品分解結構可以不同，分解出的不同類型的WBS及技術活動層級也可以不同。

4 應用實例

為了驗證該WBS構建方法的工程適用性，在某型號某階段高壓壓氣機轉子輪盤研制中進行了初步試用。

首先對壓氣機進行產品分解，為確保WBS包含壓氣機所有的研制工作，將壓氣機分為3級（見表1）。

表1 壓氣機產品分解結構

將壓氣機轉子輪盤的設計類WBS工作包進行分解，并結合壓氣機技術流程進一步分解，同時考慮系統工程技術管理過程，分解后的壓氣機轉子輪盤WBS見表2。

傳統的工作分解方式是將設計任務分解到專業科室，由各科室按照研制經驗或專業技術流程分解下一步工作，完全站在專業的角度而不是產品的角度分解工作，如果研制流程不完善或各專業的接口沒有事先確定，這種分解方式將無法保證產品研制過程和研制內容的完整性，也無法保證WBS執行時其他專業配合的及時性。

表2 某研制階段壓氣機轉子輪盤WBS（設計類）

通過在某型號壓氣機轉子輪盤研制的初步試用，與傳統WBS分解方式相比，該方法具有以下優勢：

（1）綜合考慮了壓氣機轉子輪盤研制中設計、加工、裝配和驗證等多個領域的工作需求，涵蓋了壓氣機轉子輪盤研制不同層級和不同類型、不同專業的工作，保證了壓氣機轉子輪盤研制活動的全面和完整；

（2）構建的壓氣機轉子輪盤WBS包和技術活動實現了型號研制和研發體系建設的融合，明確了不同部門的界面，強化了科研任務的可執行性和可測量性；

（3）通過后續的專業接口協調工作可以明確各科室的輸入輸出接口關系，保證WBS的順利執行。

5 總結

（1）提出了1種面向產品的航空發動機WBS構建方法，建立了航空發動機WBS基本架構，100%涵蓋了不同研制階段、不同層級、不同類型的研制工作，清晰界定了發動機研發項目的工作范圍。

（2）該方法以航空發動機產品分解結構為基礎，明確了各層級WBS編制的構建流程和責任分工，保證了計劃管理的可執行性。

（3）壓氣機轉子輪盤的應用實例表明，該方法合理、有效，可以為項目科研計劃制定WBS 提供有效的支持。

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