航空发动机工作分解结构（WBS）构建方法

于海顺，赵 娜，史妍妍，姜永强

（中国航发沈阳发动机研究所，沈阳110015）

0 引言

航空发动机研制是1项复杂的系统工程，具有技术高、周期长、投入大的特点，如何清晰界定项目的工作范围，并在研发团队内合理分解工作任务，是航空发动机项目成功的重要基础。WBS是项目管理全过程中确定研制范围的重要依据，也是研制项目制定计划、预估周期和成本的基础。

WBS以可交付成果为对象，是由项目团队为实现项目目标并创造必要的可交付成果而执行的工作分解之后得到的1种层次结构[1]。其概念最初是在20世纪60年代初由美国国防部（DoD)和航天局（NASA)提出的。从提出到1964年美国政府出版的PERT实施手册、1968年DoD的MIL-STD-881文件、1998年DoD 的 MIL-HDBK-881 文件、PMBOK、ISO1006，一步步记录了WBS的重要性和其不断发展与完善。GJB 2116A《武器装备研制项目工作分解结构》是中国武器装备项目WBS编制的顶层要求，在其基础上融入全生命期的系统工程过程，是航空发动机项目WBS编制的依据[2-5]。

本文依据GJB 2116A的相关要求，综合分析了航空发动机研究所的研发模式[4]，提出了1种完整、颗粒度适宜的航空发动机WBS编制方法，并以高压压气机转子轮盘设计为例，展示了该方法的应用效果。

1 航空发动机WBS构建原则

目前航空发动机研制普遍采用“专业分工、厂所分离”的研发模式，其优势在于便于划分研制过程中设计域和制造域的界面，研究所以专业为依托构建的研制组织架构有利于加强专业研究的深度，提升专业设计能力。

航空发动机在上述研发模式下的研制还需要综合考虑气动、结构、强度、材料、工艺等不同学科/领域的需求和限制，这就要求在管理方面做到计划完整、责任明确、配置合理、便于考核，因此WBS的构建需要综合考虑以上研制特点和GJB 2116A的要求，遵循以下构建原则[6]。

1.1 完整性原则

完整性原则也称为100%原则，即WBS应包含发动机全生命周期不同阶段、不同类型的所有研发工作，应根据需要包含策划、设计、制造、装配、验证、验收（确认）等系统工程过程的活动，WBS中包含的信息应能够满足不同业务部门的管理需求[7]。

1.2 颗粒度适宜原则

不同WBS单元分解出的工作包颗粒度应基本一致，WBS工作包分解出的技术活动颗粒度应基本一致，如某项WBS由明确的责任科室或科室内某一班组承接。

1.3 成果导向原则

每个WBS工作包和技术活动都要有相应的交付成果，其类型可分为硬件、软件以及文档等，如部件设计WBS输出部件设计报告或结构图纸，试验WBS输出试验结果分析报告，装配WBS输出装配完毕的发动机或部件实物等，管理部门可通过交付物对该WBS或技术活动的工作量进行考核。

1.4 可管理性原则

每个WBS工作包和技术活动都应有明确的责任人、输入、输出、工作内容、资源要求和分配，从而使复杂的研制产品和过程相对直观和简化，利于各项工作的职责分配以及开展管理和评价工作。

1.5 动态更新原则

每个阶段的WBS应根据项目的进展需要（如转段）和研制过程中遇到的问题进行调整与更新，如在研制过程中某部件需要打孔，可能引起结构强度的变化，需补充强度分析和结构强度试验验证，则在本阶段WBS中补充相关的技术活动。

2 航空发动机WBS的分解模型

航空发动机工作分解是1项多专业/部门联合、工程应用性强的工作，针对研制特点和不同视角的需求，需要综合运用类比法、自上而下法、融合法以及自下而上法相结合的分解方法。

2.1 构建方法

（1）类比法。通过对相似对象（如飞机研制项目）WBS的类比分析，推理出航空发动机研制项目WBS的基本架构。由于类比法是对个例的完整映射，与研制单位/公司的组织机构有关，具有一定的片面性，因此主要用于WBS整体框架的全局规划。

（2）自上而下法。按照一定的逻辑关系通过不断向下增加级数来细化工作任务，是构建WBS最常见的1种方法。便于确定工作单元之间的包含与邻接关系。

（3）融合法。当WBS分解到一定的程度，将与航空发动机研发体系的技术流程相融合，可以保证型号研制WBS和研发体系建设工作的高度耦合，避免出现型号研制、体系建设“2层皮”。

（4）自下而上法。航空发动机WBS构建过程中不同部门关注和负责的发动机产品层级不同，应由负责发动机不同结构研制的部门主责构建WBS，然后自底向上实现不同层级WBS的聚合，形成项目完整的WBS，最终由管理部门组织评审。

2.2 构建步骤

根据航空发动机研制特点制定了WBS构建的流程，如图1所示。

2.2.1 确定研制阶段

在GJB 8113《武器装备研制系统工程通用要求》中，将研制阶段分为论证、方案、工程研制、设计定型、生产定型、批量生产和使用保障7个阶段，航空发动机的研制遵循该国军标的要求，在每个阶段分别进行WBS的构建[8-9]。

2.2.2 确定工作分解结构层级

图1 WBS构建流程

WBS的工作涉及到不同类型、不同层级的工作，不同部门对WBS不同层级的关注也不同，如型号研制的决策层关注不同阶段发动机整机的研制任务，管理层关注发动机不同结构的研制任务，部件设计部门关注分解到本部门的具体设计任务。除了设计、试验等工作外，发动机研制还需要开展其他工作如保障、培训、管理等，因而将WBS分为2部分确定层级：

一部分以发动机产品分解结构（PBS）为基础，与发动机产品分解结构的层级一致（如图2所示）。可根据不同研制阶段的具体要求确定PBS的具体层级，如论证阶段更多的工作集中于论证分析，具体的发动机结构细节无法给出，PBS可以只保留到部件/系统层，WBS不会深入到零组件层。

图2 基于PBS的WBS层级

另一部分为国军标要求的通用WBS单元（指武器装备研制项目普遍适用的单元，主要包括：系统工程类、项目管理类、综合保障类和综合试验类），根据研制的需要按照不同类型制定，其层级可以根据项目需求确定，允许与产品分解结构的层级不一致。

2.2.3 确定工作分解结构和技术活动类型

航空发动机的研制需要开展不同类型的研制活动，为了标识不同类型的工作，将WBS以及分解出的技术活动分为11类[8-10]。并配以类型码（如图3所示）。

图3 WBS/技术活动编码

2.2.4 制定WBS编码

根据航空发动机研制管理的需求，WBS编码需要满足以下要求：

（1）能够体现不同型号的特点；

（2）需要体现发动机产品结构和技术活动的层级和类型。

按照以上要求制定航空发动机WBS的编码规则（如图3所示）。其中第1基本码表征WBS的层级，第2基本码表征技术活动的层级。

2.2.5 构建WBS工作包和技术活动

在确定好WBS层级之后，WBS单元也随之确定，下一步需要在不同WBS单元上分解出不同类型的工作包，根据颗粒度一致原则，在研究所现行组织模式下，每个工作包内的工作还需要不同专业部门承接，有必要按照航空发动机研发体系技术流程的要求，分解出每个工作包中所包含的具体技术活动。同时补充通用WBS单元按需分解出的相应技术活动（如图4所示）。

图4 WBS工作包和技术活动

2.2.6 编写单元说明

在航空发动机研制科研管理中，根据可管理性原则，需要安排发动机研制所需的各类工作，包括人、财、物的安排，进度的制定和资源的配置等工作，GJB 2116A中也赋予每个WBS工作包和技术活动相关属性的说明，称为单元说明[6-11]。

本文结合GJB 2116A的要求并根据航空发动机型号研制管理的需求提出了单元说明应包含的基本属性。

（1）根据成果导向原则，每项WBS/技术活动应有开展该项工作的输入和输出（交付物），且应与研发体系流程建设的输入、输出相符。输出（交付物）可以作为管理部门对WBS/技术活动的考核依据；

（2）每项WBS/技术活动都应有主责单位。可以明确该项WBS/技术活动的责任主体，有利于工作的分配和测量；

（3）每项WBS/技术活动都应有明确的工作量，为科研管理制定进度计划提供支持；

（4）每项WBS/技术活动应根据需要列出需要的各类资源，如特定的试验设备、工具、车辆或其他物品/设备等。可以为研究所每年科研任务尤其是试验台的安排提供基础信息；

（5）每项WBS/技术活动应有体现前后工作关系的连接信息，如某项工作必须完成之后才能启动该项工作或该项工作是另一项工作的必需起始；

（6）每项WBS/技术活动可能存在配合部门，应给出配合部门需要投入的工作量和WBS/技术活动输出；

（7）每项WBS/技术活动都应有对应该项工作的唯一的编码，可以通过编码方便地找到该项工作的层级和类型。

2.2.7 WBS整理及接口协调

在发动机WBS构建完成后，还需要整理，确保分解出的WBS工作包和技术活动不混淆，同时对单元说明中的输入输出接口进行协调。通过整理和接口的协调，实现WBS的层级一致，加强不同部门承接技术活动之间的逻辑性，有利于安排研制进度计划。

2.3 航空发动机WBS的表达

按照构建步骤分解WBS后，得到航空发动机WBS的基本框架（如图5所示），该架构基于产品分解结构（PBS），包含了航空发动机不同研制阶段、不同产品层级的各类型工作任务，同时包含武器装备研制的通用类任务，与GJB 2116A的要求一致[7,13-15]。

航空发动机WBS一般分为3～4级（不同研制阶段、不同工作类型WBS有所区别），由2部分组成：基于产品分解结构（PBS）的WBS和包含综合试验、综合保障、系统工程及项目管理的通用WBS。

顶层代表发动机研制的阶段；第1级为基于产品分解结构（PBS）的整机层WBS单元，还包括综合试验、综合保障、系统工程及项目管理等通用WBS单元；第2级为基于产品分解结构（PBS）的部件/系统层WBS单元和通用WBS分解的下一级单元；第3级为基于产品分解结构（PBS）的零组件级WBS单元；第4级为按照产品分解结构（PBS）前3级分解出的不同活动类型的WBS工作包[16]，以及3级通用WBS分解（按需）出的不同类型的WBS工作包，所有的研制活动都在工作包中体现。4级WBS工作包由技术流程分解出的技术活动组成。根据不同类型发动机研制的需要，可将发动机PBS进一步向下分解，则WBS第4级变为发动机PBS的第4级，WBS工作包变为第5级，WBS工作包分解的技术活动按照不同专业/领域的技术流程也分层级。

3 航空发动机WBS构建关键点

（1）构建时间。在发动机不同研制阶段之初编制本阶段WBS，每一阶段的WBS可以在前一阶段WBS基础上根据研制工作的需要进行修改、补充或完善。

（2）责任主体明确。航空发动机的研制涉及到不同的学科和专业，往往由专业的设计、试验和装配部门承接具体工作，不同责任部门负责不同层级WBS的编制。如项目管理人员负责基于产品结构的WBS前3级以及通用WBS中项目管理类WBS的制定；专业科室和相关职能部门负责基于产品结构的WBS工作包和技术活动（按需）以及通用WBS中相关WBS的制定。

图5 航空发动机WBS框架

在WBS编制中，负责整机/部件/系统研制的技术科室应联合其他相关技术科室，共同编制WBS，同时协调输入输出接口，必要时可组织相关科室研讨确定WBS。

（3）编制前准备。编制人员应阅读并了解本阶段研制的顶层输入，如立项论证报告、研制需求、进度要求或总体部门的论证报告等材料，明确本阶段的研制要求。编制人员应对发动机产品结构、单位内部专业分工有清晰地认识，可以根据前一研制阶段的总结报告、工作说明以及本阶段的研制要求等输入，明确项目研制涉及的产品结构及主要专业/部门。

（4）编制灵活性。为了保证适应航空发动机研制工作类型多、不同工作差异大的特点，基于不同产品分解结构的WBS的层级可以不同，不同研制阶段的产品分解结构可以不同，分解出的不同类型的WBS及技术活动层级也可以不同。

4 应用实例

为了验证该WBS构建方法的工程适用性，在某型号某阶段高压压气机转子轮盘研制中进行了初步试用。

首先对压气机进行产品分解，为确保WBS包含压气机所有的研制工作，将压气机分为3级（见表1）。

表1 压气机产品分解结构

将压气机转子轮盘的设计类WBS工作包进行分解，并结合压气机技术流程进一步分解，同时考虑系统工程技术管理过程，分解后的压气机转子轮盘WBS见表2。

传统的工作分解方式是将设计任务分解到专业科室，由各科室按照研制经验或专业技术流程分解下一步工作，完全站在专业的角度而不是产品的角度分解工作，如果研制流程不完善或各专业的接口没有事先确定，这种分解方式将无法保证产品研制过程和研制内容的完整性，也无法保证WBS执行时其他专业配合的及时性。

表2 某研制阶段压气机转子轮盘WBS（设计类）

通过在某型号压气机转子轮盘研制的初步试用，与传统WBS分解方式相比，该方法具有以下优势：

（1）综合考虑了压气机转子轮盘研制中设计、加工、装配和验证等多个领域的工作需求，涵盖了压气机转子轮盘研制不同层级和不同类型、不同专业的工作，保证了压气机转子轮盘研制活动的全面和完整；

（2）构建的压气机转子轮盘WBS包和技术活动实现了型号研制和研发体系建设的融合，明确了不同部门的界面，强化了科研任务的可执行性和可测量性；

（3）通过后续的专业接口协调工作可以明确各科室的输入输出接口关系，保证WBS的顺利执行。

5 总结

（1）提出了1种面向产品的航空发动机WBS构建方法，建立了航空发动机WBS基本架构，100%涵盖了不同研制阶段、不同层级、不同类型的研制工作，清晰界定了发动机研发项目的工作范围。

（2）该方法以航空发动机产品分解结构为基础，明确了各层级WBS编制的构建流程和责任分工，保证了计划管理的可执行性。

（3）压气机转子轮盘的应用实例表明，该方法合理、有效，可以为项目科研计划制定WBS 提供有效的支持。

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