航空涡喷涡扇发动机研制通用WBS构建和应用

2015-12-22李伦未王小瑞

航空标准化与质量 2015年2期

关键词：顶层说明书研制

李伦未王小瑞蔡祥许多

（中国航空工业集团燃气涡轮研究院，四川成都 610500）

航空涡喷涡扇发动机研制通用WBS构建和应用

李伦未王小瑞蔡祥许多

（中国航空工业集团燃气涡轮研究院，四川成都 610500）

分析了当前航空涡喷涡扇发动机研制WBS的应用现状，阐述了构建通用WBS的作用和必要性，论述了通用WBS的构建思路和构建方案，并针对通用WBS工作实施方案和在实际工作中的应用及维护进行了探讨。

发动机研制；通用WBS；工作分解表；工作说明书

WBS，即工作分解结构（Work Breakdown Structure），是对产品研制过程中所应完成的工作自上而下形成的一种层次体系。它以产品为中心，限定产品研制需开展的设计、制造、试验和管理等各类工作。

WBS是产品研制活动的整体框架，可作为后续计划管理、资源分配、经费预算、合同签订和工作考核等的重要工具。同时，以WBS研发活动的架构为纲，可正确、有效、合理地梳理和重建研发流程，推动研发体系配套软件、数据库和规范等的建设。

当前，航空发动机行业各单位虽然力推WBS的运用，并在多个发动机项目试点，但运行并不成功，主要原因在于各项目WBS本身存在诸多缺陷，欠缺指导价值，同时工程应用经验不足，可实现性差。因此，有必要从顶层为各项目WBS提出统一要求和模板，规范项目WBS的编制，以保证其完整性和准确性，而统一的最好方式就是制定通用WBS。

鉴于航空涡喷涡扇发动机产品组成结构和工作内容的相似性，同时各单位在研发体系建设过程中，已对航空发动机研制工作进行了较系统地梳理，所以，有条件通过分析、归纳和合理布局，构建较为通用的WBS。

1 通用WBS构建思路

1.1 总体要求

为了既体现合同WBS的工作事项，又能指导项目过程控制和计划管理，通用WBS需兼顾合同WBS和工程WBS的需求，涵盖订购方要求和研制方内部控制要求的所有类别的工作项，并且保证其完整准确、层次清楚、颗粒度一致，以便在项目实施过程中根据不同目的、不同需要进行裁剪。

1.2 结构框架

通用WBS包含工作分解表和工作说明书两方面内容。

工作分解表是将研制工作从顶向下分解形成的具有层次关系的明细表，也称为单元明细表。工作分解表需按级别列出各单元的名称，并按层次结构对各个单元进行编码。

工作说明书是对工作分解表中工作项的说明，详细规定各单元的工作内容及相关单元的工作界面关系，一般采用具有统一样式的表格来表达，因此也称单元说明表。工作说明书包括单元描述、工作内容、工作输出与输入关系等内容。

1.3 相关元素

因WBS是反映了一定层次关系的多级别的工作明细表，故必须确定层次定义原则；因发动机研制周期包含论证、方案、工程研制、定型和批生产多个研制阶段，故必须确定研制阶段的划分和定义；因具体工作项必须对应与之相关的结构对象，所以必须确定通用的产品分解结构；又因WBS必须涵盖发动机研制过程的各种技术和管理活动，保证其完整性和准确性，因此必须确定主要的工作项类别；又为指导研发人员开展工作，协调各专业界面、接口，方便实施项目管理，必须编制工作说明明确具体工作内容、输出产物及所需输入等。

概括起来，通用WBS的相关元素包括：层次定义、研制阶段划分、产品分解结构、工作项类别及工作说明。

2 通用WBS构建方案

根据前述通用WBS的相关元素，确定通用WBS的构建方案。

2.1 层次定义

由于航空发动机各研制阶段的工作内容、考核要求、验证程度等均有所不同，因此通用WBS必须体现各研制阶段的差异；并且，各研制阶段的工作常常是独立组织和评审的，所以适合将研制阶段置于工作分解表的最顶级，然后在各研制阶段之下进行具体研制活动的分解。

研制阶段之下的层级，以产品分解结构为主导，按发动机结构组成从顶向下逐级展开，结构对象之下分层次列出所包含的各类工作，这种思路符合产品集成研发的要求，有利于打通各专业、各部门之间的障碍，引导研发人员树立以产品为中心和协同开发的思想，更利于串通研发流程，支撑研发体系建设；同时，一个部件或零组件的相关工作都集中在该结构对象之下，便于以WBS为基础，实施项目和技术管理。

2.2 研制阶段划分

GJB 2993-1997《武器装备研制项目管理》将研制阶段分为论证、方案、工程研制、定型和批生产这几个阶段，并对各阶段的研制工作进行了定义，GJB 2116-1994《武器装备研制项目工作分解结构》对研制阶段的划分和定义遵循GJB 2993-1997《武器装备研制项目管理》的规定。

GJB 7688-2012《装备技术成熟度等级划分及定义》将技术成熟度等级划分成9级，从最低级到最高级，大致遵循应用研究——原理样品验证——模型样品验证——样机验证——原型机验证——正式使用的顺序，这种验证思路与GJB 2993-1997《武器装备研制项目管理》是一致的。

实际应用中，各个发动机项目的情况各有不同，各个研制阶段工作开展的程度也有所差异，但总体上沿袭了GJB 2993-1997《武器装备研制项目管理》的规定；同时，一般情况下，工程研制阶段常常又分为验证机研制和原型机研制，而方案研制、工程研制阶段，通常又细分了若干个小阶段，详见表1。

表1 研制阶段划分

2.3 产品分解结构

为满足通用性要求，作为对象的产品分解结构应是各类航空涡喷涡扇发动机的并集。目前，各类航空涡喷涡扇发动机结构上均可分为部件和系统。

典型航空双转子涡扇发动机的部件一般包括进气机匣、风扇、中介机匣、外涵机匣、中央传动、附件机匣、高压压气机、主燃烧室、高压涡轮、低压涡轮、涡轮后机匣、加力燃烧室、喷管、外部管路、支撑结构等，系统一般包括燃油与控制系统、电气系统、起动系统、测试系统、滑油系统、传动系统等。

航空双转子涡喷发动机的结构组成与涡扇发动机类似，不过风扇称为低压压气机，没有外涵道；单转子涡喷发动机的结构组成则更为简单，较之双转子涡喷发动机，没有风扇、低压涡轮和加力燃烧室等部件。此外，涡喷发动机一般也包含燃油与控制、电气、起动、测试、滑油和传动等系统。

由此，以典型航空涡扇发动机的构成作为构建通用WBS的产品分解结构是可行的。

2.4 工作项类别

通用WBS中应涵盖与发动机研发相关的，涉及技术和管理的所有工作项。其中，与技术相关的工作项主要包括设计、制造和试验3大类。

与设计相关的工作项包括气动设计、结构设计、材料选择、工艺设计、强度设计、传热设计、六性设计等几类。与制造相关的工作项包括工艺总方案制定、工艺路线制定、工艺规程编制、工艺设备准备、工艺评审、原材料采购、制定生产计划、零组件加工组装、零组件检验入库等几类。与试验相关的工作项包括试验件设计和制造、试验文件资料编制、试验件安装和试验前检查、试验实施、试验结果分析等几类。以方案研制阶段为例，工作分解表的基本结构参见表2。

表2 工作分解表基本结构（示例）

续表2（完）

2.5 工作说明

工作说明书主要用于对工作分解表中的工作项（或工作单元）进行说明，也称单元说明表。工作说明书一方面用来确定工作项的具体范围，另一方面可在一定程度上指导项目人员开展相应工作。

为了确定工作项的范围，必须列出该工作项应包含的主要工作；同时，为了指导工作开展，便于各单位间相互协调和顶层统筹管理，必须概括该工作项对应的主要输出产物，并且应梳理出每个输出产物所需要的工作输入。总结起来，工作说明书应至少包括单元描述、主要工作内容、工作输出与输入关系等内容。其中，单元描述主要用来阐述该工作单元的依据、对象、含义、功能、范畴、目的及作用等。工作说明书模板见表3。

表3 工作说明书模板

3 通用WBS工作实施

3.1 顶层设计

通用WBS的顶层设计包含两部分内容：纲要WBS编制和WBS分解要求制定。

纲要WBS规定工作分解表顶层的框架，主要约束前几级的层次划分及工作项。制定顶层工作分解表时，应综合考虑层次定义、研制阶段划分、产品通用分解结构和工作项类别等相关元素。纲要WBS既是后续各级细化分解的基础，也为后续下级细化分解提供了范例或样本。

WBS分解要求具体规定在纲要WBS基础上开展后续工作分解的原则、要求和方法，指导研发人员分头构建通用WBS。WBS分解要求不仅要规定构建通用WBS的工作流程和协同机制，还要规定下层工作开展的相关责任单位；同时，还应规定下层工作的分解要领、编码规则，以及工作说明书的内容和编写方法等。如果说纲要WBS是范本，那么WBS分解要求则是指南。

3.2 工作分解表编制

根据WBS分解要求，在纲要WBS基础上，分头构建下属各层的工作分解表。

总体部门负责整机的工作分解表编制，由于整机层面包括总体性能、总体结构、空气系统、材料工艺、整机强度和整机六性等多项工作，因此总体部门是广义上讲的，可能涉及多个部门或专业。

各专业部门负责相应部件、系统的工作分解表编制，部件层面包括气动设计、结构设计、材料工艺选择、热分析、强度设计和六性设计等工作，系统层面则包括功能设计、接口设计和技术协议制定等工作。可见，各部件、系统专业必然需要其它专业，如材料工艺、强度设计、六性设计等提供技术支持，因此相应专业应协助构建工作分解表，如有必要，可成立协同工作小组；此外，总体与各部件、系统之间，需要提供相互技术支持时，由总体部门（或统筹规划部门）统一协调。

3.3 工作说明书编制

与工作分解表编制的方式类似，按照WBS分解要求，总体部门负责顶层工作分解表中各工作单元的工作说明书编制，各专业部门负责相应部件、系统及下级所有工作单元的工作说明书编制。同理，各专业之间必须进行工作协助，例如强度设计专业应与各部件专业对接，负责各部件下有关强度设计的工作说明书的编制，如有必要，也可成立协同小组支撑界面、接口协调；此外，总体与各部件、系统之间，相互确定输入、输出关系及输入输出载体时，由总体部门（或统筹规划部门）统一协调。

3.4 问题及解决方案

按照上述方案，借助现有条件和资源进行了构建通用WBS的有益尝试，取得了很多宝贵经验。但在实施过程中，也出现了不少无法预料的困难和阻碍，导致构建通用WBS的顶层方案得不到强有力支持甚至被抵触，下层工作难以真正按既定思路推行而被延缓或搁置。这是由多方面因素引起的：

●没有明确、合理的组织机构主导构建通用WBS的工作，因此上层工作缺少全盘组织，顶层架构和思路不能有效传递至下层，而下层工作也无人切实开展和负责；

●顶层方案制定后，缺少对下层研发人员的宣贯培训，导致各层次研发人员认识和思维方式的不统一，有些专业/部门研发人员惯于按照自己的经验和逻辑考虑，致使构建通用WBS工作出现偏离甚至失效；

●下层工作开展时，各专业/部门之间缺乏沟通和协调，通常是划清界限、各自为战，然而以产品结构为对象构建WBS，必然要打破部门隔离墙，使各专业/部门协同工作，共同推进。

综上所述，为持续优化和改进通用WBS，避免类似问题发生，在正式工作实施之前，应至少获得如下支持：

●建立科学、合理的组织机构，至少包括顶层统筹小组和涵盖各专业/部门的推进小组；

●组织研发人员进行宣贯，使顶层方案获得其认同和支持；

●针对通用WBS构建工作，建立科学、合理的考核机制，支持各专业/部门进行协同工作。

4 通用WBS应用和维护

通用WBS构建好之后，可应用到发动机各研制项目和研发体系建设中。

4.1 单个项目应用

通用WBS应用到具体发动机项目时，不仅能作为知识支持指导研发人员开展具体工作，还能帮助项目管理人员实施研制过程控制，进行计划管理和任务考核，进而可用于进行成本核算和价值工程分析。

一方面，研发人员借助通用WBS既可从整体上了解某个阶段应完成的所有研制工作，也可从工作分解表中了解某一项具体工作所处的层级，以及相邻层级的所有信息，并且也能从工作说明书中详细了解某个工作单元的依据、功能、目的及意义，应开展的若干具体工作，应具有的输出产物，以及每个输出产物应具备的输入条件等信息。

另一方面，项目管理人员借助通用WBS，从研发过程控制和计划管理的需要出发，进行适当裁剪，形成可粗可细的研制计划，这既能保证研制工作的完整性，又易于明确各项工作的责任单位以及各部门之间的协同工作范围；同时，也利于后期进行更为细致、科学的工作考核，乃至进行整个项目的成本核算和价值工程分析。

4.2 研发体系应用

在航空发动机研发体系建设中，首先需要明确研发过程中究竟包含哪些研发活动，然后才能面向研发活动构建流程、软件、规范等。通用WBS是具有一定层次关系的研发活动的集成，因此构建好通用WBS等于做好了研发活动的梳理工作，这为研发体系建设夯实了基础。

由于通用WBS侧重对研发活动的概括，以及表达各研发活动间的逻辑关系，虽然体现了部分工作单元的输入输出关系，但并没有串成完整的数据流，也没有体现开展某项工作应遵循的规范、所需要的软件、数据库等，这就需要研发体系来进行支撑。

当研发流程建好之后，所有研制工作均可在该流程上运转。首先，流程流转到某个环节时，所需的输入数据或文件从上游传来，而该环节所包括的工作内容和输出产物均在通用WBS中反映；其次，完成该环节各项工作所需的规范、软件和数据库等，正是研发体系建设的内容。由此，利用研发活动这座桥梁，可将通用WBS与研发体系有效地结合起来。

4.3 维护和更改

随着研发工作经验的累积和技术的进步，通用WBS必须适时变更，例如工作分解表中各研制阶段工作项的进一步完善或调整，工作说明书中工作内容和输出输入的修改或补充等，这样才能有效地与现实结合，使通用WBS更好地适用于各类航空涡扇涡喷发动机项目，因此自然需要建立与之配套的维护和更改机制。这需要确定统一归口单位，负责通用WBS的维护和更改，并根据需要组织评审和宣贯培训等工作。