基于QFD技术的商用航空发动机控制系统关键技术识别方法

黄 浏

（中国航发商用航空发动机有限责任公司，上海 201108）

基于QFD技术的商用航空发动机控制系统关键技术识别方法

黄 浏

（中国航发商用航空发动机有限责任公司，上海 201108）

提出一种基于QFD（Quality Function Deployment，质量功能展开）技术进行商用航空发动机控制系统关键技术筛选和识别的方法，该方法首先基于控制系统客户需求筛选出系统所有的技术特性，然后从技术重要度和困难度两方面对技术特性进行评分，识别出其中的关键技术。该方法保证关键技术聚焦于客户需求的实现，同时对技术的关键程度进行量化评分，可有效提高关键技术识别的准确性与客观性。

QFD技术；关键技术；筛选；识别

0 引言

商用航空发动机控制系统可比喻为整个发动机的“大脑”，它控制发动机完成稳态、加减速、起动、停车等控制功能以及参数限制、超转保护等限制保护功能，此外，它还完成对发动机及控制系统的故障诊断及处理功能，从而保证发动机在整个飞行包线内平稳、可靠、安全地工作。商用航空发动机控制系统研制在国内尚属首次，难度较大。在研制起始阶段，需对控制系统的关键技术进行识别，为后续的技术成熟度评定、技术路线图制定等工作打下基础，同时为研制计划、经费、人力的合理安排提供依据。

“关键技术”从字面上看就带有一定的主观色彩，无法给出十分精确、统一的评判。但不能因为主观性的存在，就随意指定关键技术，正确的识别十分重要。如果关键技术被遗漏，没有在研制前期投入精力进行技术攻关，那么在后期将会严重拖延项目进度；如果将普通技术识别为关键技术，又会造成经费、人力资源的浪费。因此，关键技术既不能被漏判，也不能被错判。通常，关键技术识别的思路是：先尽可能找到项目所需的技术全集，然后依据一定的技术关键度判据加以筛选。

关键技术识别常用方法如表1所示[1,5]。借助这些方法进行关键技术识别，都能不同程度地提高决策的准确性和客观性，但也存在以下问题：

1）确定关键技术筛选范围时缺少方法和依据，全面性、完整性会有所欠缺，容易造成关键技术漏判；

2）关键技术评定时，技术关键度判据不够合理、全面，容易造成关键技术错判。

本文提出基于QFD技术的商用航空发动机控制系统关键技术识别方法。该方法一方面根据客户需求定义关键技术筛选范围，结果较为全面，不易遗漏；另一方面，综合应用QFD技术中包含的层次分析法和模糊综合评价法，对“技术关键度”这个定性问题定量化，可有效降低关键技术识别过程中的随意性与主观性，使得关键技术评定结果合理可信。

表1 关键技术识别常用方法

本文第1节对QFD技术进行简介。第2～5节以商用航空发动机控制系统为例，说明基于QFD技术的关键技术识别方法的应用过程：第2节基于控制系统客户需求，定义关键技术筛选范围；第3、4节基于QFD技术，从技术重要度与技术困难度两方面对各技术进行量化评分；第5节根据评分结果确立关键技术。第6节是全文小结。

1 QFD技术

1.1 QFD技术的产生与发展

QFD技术产生于日本，于上个世纪六十年代末提出。针对产品质量与可靠性的问题，通过QFD技术将顾客的需求与满足需求所产生的控制措施关联起来，以更好地满足客户需求，提高产品质量。QFD技术自产生后，在日本多个工业领域进行了应用与实践，在节约企业研制经费、缩短研制周期方面成果显著。该技术后来逐步传播至全球各地，在一些发达国家的大型企业中都有使用QFD技术的成功案例。

1.2 QFD技术的理念及特点

QFD技术的最大特点是自始至终聚焦“顾客的声音”，将客户需求系统地、逐层地转化为工程和管理措施，使得项目中各层面的具体活动都以客户需求为中心展开。同时，根据定量化的分析方法及早定位项目中的关键因素，指导企业集中力量采取措施进行攻关解决。QFD技术体现了“顾客至上”、“源头抓起”、“定量化管理”等理念[6]。由此可知，将QFD技术用于关键技术识别是十分顺理成章的。

1.3 QFD分析模型

QFD技术通过一系列图表化的形式描述，目前最广泛使用的是“质量屋”形式，如图1所示。质量屋的构建过程，就是QFD技术的应用过程。本文使用Qualica软件搭建QFD分析模型。

图1 QFD技术的质量屋模型

2 定义关键技术筛选范围

在关键技术识别中，定义关键技术筛选范围是重要而困难的一步：一是要求筛选范围要包含项目所需的所有技术，不能遗漏；二是要求筛选过程要有依据。如果毫无章法地四处寻找，既浪费时间，又无法保证全面性。

定义关键技术筛选范围可看成是建立项目的技术分解结构（TBS），一种可能的思路是从工作分解结构（WBS）或产品分解结构（PBS）来推理[7]，但还是缺乏足够的可操作性。

本文基于QFD技术，介绍基于控制系统客户需求来确定关键技术筛选范围的方法。从直观上理解，项目中的各个技术点均服务于客户需求，因此对标客户需求来梳理关键技术的范围是一条合理可行的途径。

2.1 客户需求的确定

客户需求的捕获、分析与确定是QFD技术中的首要环节，对于后续过程有着重要的影响。

控制系统的客户需求包括：

1）满足推力控制要求；

2）满足加减速控制要求；

3）满足结构要求；

4）满足耗油率要求；

5）满足排放要求；

6）满足安全性要求；

7）满足可靠性要求；

8）满足维修性要求；

9）满足测试性要求。

控制系统研制的所有技术活动，均围绕着满足客户需求展开。

2.2 技术特性的确定

客户需求的满足，需要通过具体的技术特性来保证。技术特性，即为了保证产品实现所需的技术手段。技术特性的确定，是进行QFD分析的关键一步。从客户需求到技术特性的展开，标志着从“what”向“how”进行了转换。技术特性构成了质量屋的“天花板”。

应逐项分析客户需求，确定其技术实现方式，将客户需求转换成控制系统的技术特性，这样梳理出的技术特性代表了系统所需的所有技术，也就是确立了关键技术的筛选范围。控制系统的技术特性如表2所示。

表2 控制系统技术特性

3 技术重要度评定

在确立关键技术筛选范围后，就需要对其中的关键技术进行识别，第一步是评定技术的重要度。思路是先对客户需求重要度进行排序，然后权衡技术与客户需求的关系，最后根据技术与客户需求的关系、技术对应的客户需求的重要度综合评定技术重要度。

3.1 客户需求的重要度确定

客户需求重要程度是参差不齐的。因此，需要对需求的重要性进行甄别，以便于在后续工作中有所侧重，率先实现重要的需求，从而最大程度地满足客户需求。对于客户需求及其重要度的确定构成了质量屋的“左墙”。

重要度确定采用层次分析法，即将客户需求两两进行重要度比较，最终得到的重要度如表3所示。

表3 客户需求重要度排序

可见，满足安全性要求、满足可靠性要求和满足推力控制要求占据客户需求中最重要的三条。

3.2 关系矩阵的建立

客户需求与技术特性的关系矩阵，其元素为客户需求与技术特性两两之间相关性的量化评分。评分越高，说明技术特性对于客户需求的关系越密切。评分结果在质量屋的“房间”内体现。

3.3 相关矩阵的建立

各项技术特性之间可能存在一定的联系，有的是正相关，有的是负相关。通过技术特性之间相关性的建立，有助于发现技术特性中的重复、冲突等问题，并进行进一步的权衡评估。技术特性之间的相关矩阵在质量屋的“屋顶”中构建。

3.4 技术特性重要度的确定

根据上两步中关系矩阵、相关矩阵的确立，即可计算出技术特性的重要度。一般来说，某项技术特性相关的客户需求越多、越重要，那么该项技术特性重要度也越高。

使用QFD分析得到的重要度靠前的控制系统技术特性如表4所示。

表4 重要度靠前的控制系统技术特性

4 技术困难度评定

关键技术识别的第二步是评定技术的困难度。

困难度的评定采用检查单的方式，可按表5的方法来考虑。

表5 困难度的评定依据

对2.2节筛选出的所有技术特性进行困难度量化评定，“很困难”7～9分，“困难”4～6分，“一般”1～3分，结合实际情况进行打分。

困难度靠前的控制系统技术特性如表6所示。

表6 困难度靠前的控制系统技术特性

5 关键技术确立

关键技术识别的最后一步，就是综合考虑第3、4节评定的技术重要度和困难度，将重要度与困难度均较高的技术确立为关键技术。

Qualica软件得到的重要度-困难度图如图2所示，图中的横、纵坐标分别代表重要度和困难度，圆点及相应数字代表各个技术特性，右上方区域中的技术可确立为控制系统关键技术，包括：

1）ARINC664通讯高完整性数据故障率；

2）控制系统MTBF；

3）机载软件满足DO-178B/C要求；

4）电子硬件满足DO-254要求；

5）控制系统在燃油污染和燃油结冰条件下能正常工作；

6）控制系统在HIRF和雷击条件下能正常工作；

7）故障检测率；

8）故障隔离率；

9）反推装置完全展开时间；

10）控制系统重量；

11）N2dot控制误差；

12）燃油流量计量误差。

以上关键技术与预期基本相符。

图2 控制系统技术特性重要度-困难度图

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6 结论

本文针对商用航空发动机项目策划中的关键技术识别问题，提出一种基于QFD技术确定关键技术筛选范围、评定技术重要度和困难度的方法，最终得到控制系统关键技术，作为项目研制的参考。该方法贯彻QFD技术“顾客至上”、“定量化管理”的原则，自始至终围绕客户需求进行关键技术评价，将定性问题定量化，原理清晰，操作可行，评价过程目标明确、有据可循。本文方法可使关键技术筛选范围更加全面、评定判据更加客观、合理，有效降低关键技术被漏判、错判等现象，为项目的正常推进奠定基础。

[1] 韩鸿硕,陈杰.国防关键技术的选择与评价方法[J].中国航天, 2006,(7):12-14.

[2] 万劲波,崔志明,浦根祥.技术预见、关键技术选择与产业发展[J].科学学研究,2003,21(1):41-46.

[3] 穆荣平,王瑞祥.技术预见的发展及其在中国的应用[J].中国科学院院刊,2004,19(4):259-263.

[4] 古依莎娜,周超英.数控机床与基础制造装备领域关键技术选择评价方法与实证研究[J].机电产品开发与创新,2011,24(3):13-15.

[5] 王江峰,刘汉荣,郭会中.装备预研关键技术选择浅析[J].装备制造技术,2011,(7):117-118,122.

[6] 李跃生.质量功能展开技术[M].北京:国防工业出版社,2011.

[7] 吴燕生.技术成熟度及其评价方法[M].北京:国防工业出版社,2013.

A method of key technique identification for control system of commercial aero-engine based on QFD

HUANG Liu

V233.2

：B

1009-0134(2017)01-0036-04

2016-10-12

黄浏（1985 -），女，浙江人，硕士，研究方向为商用航空发动机控制系统设计与验证技术。