航空发动机基础要素建设方法研究

2022-08-30刘海年王相平陈艳丽张德志刘晓松王凤宁怀松史妍妍中国航发动力所

航空动力 2022年4期

■ 刘海年王相平陈艳丽张德志刘晓松王凤宁怀松史妍妍 / 中国航发动力所

航空发动机基础要素是产品研发活动有效实施的必要载体，更是发动机研发能力的核心体现，为航空发动机型号研制提供强有力的支撑。持续提炼和总结型号/项目研制经验、开展发动机基础要素建设，对建立航空发动机自主研发体系、实现高效的发动机研发绩效具有重要意义。

产品研发体系是航空发动机自主创新发展的基石[1]。基础要素是产品研发体系的根基和前提，没有完整成熟的研发体系基础要素支撑，很难保证单个型号研制的成功具有可复制性，而成熟的基础要素可以有效地支撑当前和未来航空发动机型号的成功研制。

通过研究GE、罗罗、普惠等航空发动机公司的产品研发体系特点可以看出，除了建立涵盖产品全生命周期、全业务域、全层级的研发流程，更重要的是，其研发体系积累了大量的自主开发并经验证的先进且完备的规范/标准、指导书、检查单、工具和工程数据等基础要素，实现了对产品研发、生产制造等业务域的全覆盖[2]。中国航发运营管理体系（AEOS）建立了完整的研发体系架构，完成了产品研发主流程、基础支撑流程和职能支撑流程建设[3-4]，各直属单位通过多年的型号/项目研制经验积累，形成了大量的基础要素，能有效支撑发动机型号/项目的研制，但建设过程中仍存在基础要素对流程活动支撑不完整、工程适用性不强、先进性不足等问题，一定程度上影响了型号的研发效率和研制质量。为此，需要系统地研究基础要素的建设方法，为建立先进的、完整的、工程实用的基础要素，提升发动机自主研发能力提供有效支撑。

基础要素的建设原则

基础要素的建设须具备完整性、先进性和适用性。以流程活动为牵引，构建基础要素清单，做到产品研发流程中全部技术活动、技术管理活动和项目管理活动均由基础要素来承接，保证基础要素的完整性。基础要素要充分提炼、整合预先研究和型号项目的研究成果，针对成熟的技术要及时转化为基础要素并纳入产品研发体系，实现对现有和未来发动机型号研发的有效支撑。基础要素来源于型号实践，服务于型号研制，其建设必须是经型号验证且是正确和有效的，具有较高的工程适用性，能为其他型号开展流程活动提供指导。

基础要素的组成、分类及定义

依据发动机产品流程架构，发动机研发体系的基础要素主要包括技术基础要素、技术管理基础要素和项目管理基础要素3个部分，如图1所示。其中，技术基础要素主要基于系统工程的技术过程和专业过程形成；技术管理基础要素主要基于GJB 8113—2013《武器装备研制系统工程通用要求》[5]的技术管理过程，从研制策划、需求管理、构型管理、风险管理等方面提炼；项目管理基础要素主要依据项目管理的领域划分，从团队管理、采购管理、成本管理、计划管理等方面提炼。这些要素是发动机研发能力的核心体现，支撑研发流程的执行，实现型号高质量、高效率、低成本研发。

图1 基础要素的组成

发动机基础要素主要包括规范、标准、指导书（含模板）、检查单、软件工具和工程数据库等分类。各类要素的定义如下：规范是描述流程或任务必须遵守的准则、方法和要求的文件，为流程活动或任务的执行提供必须遵守的方法、准则和要求，用来解决做什么的问题；标准是为了在一定范围内获得最佳秩序，经协商一致并由公认机构批准，共同使用和重复使用的一种规范性文件，用来解决做到什么程度的问题；指导书描述了完成流程活动或技术文件编制的方法，为活动的实施或文件的编制提供可操作性的指导，用来解决如何做的问题；检查单用于指导、校对或检查有关工作过程或结果的符合性，用来解决完整性和正确性的问题；软件工具是完成流程活动所需的软件，是用来解决研发过程中用什么做事的问题；工程数据库包含产品研发活动产生、应用并经过验证的数字、文字、图形等结果，以数据库实体的形式体现，是产品研发的条件，是指导研发人员实施研发行为时的输入。

基础要素的建设方法

基础要素的建设方法主要以产品研发流程活动或任务为牵引。首先，通过梳理支撑流程活动或任务实施所需的基础要素和型号/项目基础能力的挖掘和提炼，构建先进、完备的基础要素清单，形成开发计划；其次，建立基础要素文件的标准化要求，完成基础要素文件开发；再次，完成基础要素文件的成熟度评价，针对评价结果为5级以上的基础要素，完成基础要素的准入、存储和发布；最后，制定基础要素的型号应用策划，并跟踪基础要素的应用效果，完成基础要素的改进完善，提升基础要素的成熟度和工程的适用性，基础要素建设工作流程如图2所示。

图2 基础要素建设工作流程

基础要素的梳理

依据航空发动机研发流程架构，针对流程活动逐项分析各项活动承接的基础要素。其中，针对复杂的跨专业流程活动，通过建立多专业协同流程，并明确流程中的各项任务，梳理支撑任务的基础要素；针对单一专业的流程活动，梳理支撑活动实施的各类基础要素。梳理流程中的每一项活动或任务均应有相应的指导书进行承接，其中活动或任务强制执行的准则和要求要形成规范。关键流程活动的交付物形成文件编制类指导书（含模板），关键活动的执行过程形成检查单，同步明确流程活动实施的软件工具和数据库，保证基础要素的完整性。系统分析与设计流程中流程活动的基础要素梳理案例如表1所示。

表1 基于流程活动的基础要素梳理清单

基础要素的提炼总结

基础要素提炼总结流程如图3所示，基础要素提炼总结方法主要包括成熟技术提炼（技术成熟度至少为5级以上）、型号/项目经验提炼、故障问题提炼、技术攻关和合作项目经验提炼等4个方面。其中，基于技术树的提炼方法主要针对5级以上成熟技术提炼基础要素；基于型号/项目经验的提炼方法主要从型号/项目研制过程中产生的专有规范/标准、指导书等文件中提炼基础要素；基于故障问题的提炼方法主要针对型号研制中故障和问题的解决措施提炼基础要素；基于技术攻关和合作项目经验的提炼方法主要针对研究内容新掌握的方法工具提炼基础要素，并纳入基础要素清单，完成基础要素的开发，保证型号/项目的最新研制经验和研究成果导入到基础要素，实现增量能力的积累和提炼，提升基础要素的先进性。

图3 基础要素提炼总结工作流程

构建基础要素清单

首先，根据基础要素梳理和提炼结果，对强度、“六性”、材料工艺等共性的基础要素进行整合，明确各基础要素的类别、文件名称、责任单位和责任人，形成完备的基础要素清单；其次，明确各项基础要素的文件状态，针对待建/待完善的基础要素明确完成时间，形成基础要素开发计划。

基础要素文件的开发

基础要素文件的开发主要依据GB/T 1.1—2020《标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则》[6]规定的标准化文件编制要求，制定各类基础要素文件的标准化模板，编制基础要素文件。其中，规范类文件，应详细说明各操作步骤必须遵守的方法、准则和要求；指导书类文件，应详细说明操作步骤执行的方法和准则；文件编制类指导书，主要内容不仅包含文件的编制模板，更应包含各章节内容的编制要求；检查单应根据活动或交付物的审查要点，明确检查项目和检查内容，保证检查单内容的完整性和可执行性。

基础要素的评价方法

基础要素成熟度评价结果表征基础要素文件的工程适用性。基础要素的成熟度评估方法主要从基础要素的型号/项目应用背景、技术状态、系统的集成程度、验证环境的逼真度等4个维度完成基础要素成熟度评价，明确基础要素的成熟度等级，并根据成熟度评价结果开展基础要素的准入和基础要素的能力提升；同时，根据型号/项目研制过程中分阶段选用对应成熟度的基础要素，保证型号研发过程和研制结果的可信度。

基础要素的准入

基础要素的准入主要包括准入申请、校对审查、评审和审核批准等4个步骤。其中，准入申请主要完成准入申请单编制、准入资料准备和准入资格审查，保证准入的基础要素文件符合基础要素文件清单和标准化要求；校对审查主要由专业组确认文件内容编制的完整性和准确性；评审主要根据基础要素的效力、使用范围等特点确定相应的评审级别，完成基础要素文件的评审和专家意见落实，确保文件的正确性、合理性；审核批准由主管专业副总师完成文件的批准和发布，保证基础要素文件的编制质量和工程应用的适用性。

基础要素的型号应用

按照“建用结合、着力于用”的原则，以研发流程活动为牵引，针对流程活动实施的基础要素，匹配型号/项目的科研任务，推进已准入基础要素的型号应用，验证体系成果的完备程度，制定基础要素型号应用工作策划；应用工作策划应明确基础要素的应用对象/型号/项目、应用时间和应用责任人、完成形式等内容。同时，结合型号的应用情况，从型号应用交付物、型号应用内容、发现问题/建议、问题/建议的落实情况等方面跟踪并记录基础要素的应用效果和存在问题，如表2所示，为持续优化和完善基础要素奠定基础。