基于TBS的航空发动机技术风险识别方法研究

刘晓松，王桂华，刘庆东，贾淑芝，王艳丽，史妍妍

（中国航发沈阳发动机研究所，沈阳110015）

基于TBS的航空发动机技术风险识别方法研究

刘晓松，王桂华，刘庆东，贾淑芝，王艳丽，史妍妍

（中国航发沈阳发动机研究所，沈阳110015）

为提升中国航空发动机研制项目中技术风险的管控能力，根据航空发动机的研制特点，提出1种基于技术分解结构的航空发动机技术风险识别方法。该方法涵盖技术分解结构的构建方式、技术风险的识别方法和排序方法等内容，通过在实际发动机研制项目中的应用，证明该方法有效、可行，能够实现技术风险完整、合理地识别，同时提出了该方法在应用过程中应注意基于TBS的技术风险识别为动态过程等问题，为中国航空发动机研制行业技术风险的识别提供参考。

技术风险；风险识别；技术分解结构；航空发动机

0 引言

风险识别是风险管理的前提和基础，是对未发生的、潜在的以及客观存在的各种风险进行系统、连续地预测、识别、推断和归纳, 并分析产生风险事故原因的过程。随着航空发动机利益攸关者需求的不断提高，为提升航空发动机产品性能和可靠性，一些新技术、新方法需要在其研制项目中应用，存在很大技术风险[1-2]。因此，针对航空发动机研制，能否完整、合理地识别项目中存在的技术风险，会直接影响整个项目风险的管控，进而对产品的研制质量、成本、周期等方面造成影响。

传统的风险识别方法主要有问卷调查法、专家调查法、故障树分析法、核查表法等，但这些方法或识别风险不完整、或过于复杂不便操作、或动态管理性不强[3-8]。

本文提出1种基于项目技术分解结构（Technology Breakdown Structure，TBS）的技术风险识别方法。该方法能够实现技术风险完整的识别，具备可操作性，并能够根据项目方案不断完善实现对技术风险的动态识别。为规避航空发动机研制的技术风险奠定基础，促进航空发动机研制项目质量的提升。

1 建立项目技术分解结构

航空发动机技术分解结构的构建主要包括建立技术载体架构、梳理相关技术、确定技术成熟状态3个主要步骤。

1.1建立项目的技术载体架构

航空发动机的技术载体架构，是将整机逐层分解的结构体系。该架构建立的目的是确定承载技术的载体，以用于后期梳理技术。而为保证梳理技术的全面性，在架构建立时应体现产品结构的完整性。

1.1.1 技术载体架构基本要求

技术载体架构应划分为多个层级，每个层级包含2类内容：

（1）“部/组/零件”项，用以承接部/组/零件设计技术；

（2）“总体”项，用以承接对应层级的总体性能技术、部件匹配技术等。

1.1.2 载体架构的构建方式

载体架构的构建方式通常基于项目的产品分解结构（PBS），在无PBS的情况下也可基于项目结构方案。

1.1.2.1 基于项目的产品分解结构

按PBS的层级设置，建立技术载体架构，每层级除包含PBS中对应层级的“部/组/零件”项外，增加“总体”项。“总体”项用以承接对应层级的总体性能技术、部件匹配技术等；“部/组/零件”项，用以承接部/组/零件设计技术。

1.1.2.2 基于项目的结构方案

如果项目暂时未建立PBS，技术载体架构也可根据项目的结构方案构建，但该方式可能与后期项目的PBS、WBS不一致，可能对项目的管理造成影响。

基于项目的结构方案，项目技术载体架构划分为多个层级，建议至少分解至2级，各层级的含义及划分方式如下：

0级：也叫整机级,XX发动机；

1级：也叫部件/系统级，分为整机总体和构成整机的部件、系统；

2级：也叫零、组件级，分为部件/系统综合和构成部件/系统的组件；

2种方式形成的技术载体架如图1所示。

1.2 梳理项目应用的技术

基于技术载体架构，梳理实现总体、系统和部件、零组件设计所涉及的全部技术，仅需梳理最底层构件的设计技术。

按技术载体不同，技术梳理至少考虑以下几方面内容，以保证技术梳理的全面性：

（1）技术载体为整机总体，建议考虑以下技术:

a.整机性能技术，如过渡过程设计技术；

b.整机结构技术，如支点布局技术；

c.部件间匹配技术，如高低压匹配技术；

d.整机试验设计技术；

e.整机装配工艺技术。

（2）技术载体为部件总体，即技术的验证要在部件上验证，建议考虑以下技术:

a.部件性能技术，如部件性能设计技术；

b.部件下级组件间匹配技术，如转、静子间隙设计技术；

c.部件试验设计技术；d.部件装配工艺技术。（3）技术载体为零组件，即技术的验证在零组件上验证，建议考虑以下技术：

a.零组件的性能（功能）技术，如冷却叶片寿命设计技术；

b.零组件结构技术；如叶片造型设计技术；

c.零组件设计试验技术；

d.零组件制造技术。

通过以上方式，只要保证技术载体架构的完整性以及梳理技术考虑的全面性，就能够完整识别项目当前阶段应用的全部技术，从而为技术风险的完整识别奠定基础。

1.3确定技术成熟状态

1.3.1 技术成熟状态确定方法

基于技术分解结构，参考技术成熟度中多技术成熟度等级（TRL）定义[9-10]，见表1。从表中可见，对确定梳理出的全部技术进行成熟度自我评价，确定各项技术的成熟状态。

表1 航空发动机技术成熟度等级定义

1.3.2 各层级技术载体的成熟度程度确定方法

在确定技术的成熟状态的同时，项目管理团队也会关注各级技术载体的成熟度，以此全面反映整个项目的状态。对技术载体成熟度的确定通常有以下2种方式：

方法1：短板法。基于技术载体相关的全部技术的成熟度等级，选用其相关技术中成熟度等级最低的技术作为该技术载体的成熟度等级。该方法优点是快速、高效；缺点是仅能粗略评估，有时并不能反映其技术载体的实际情况。

方法2：以技术载体作为评价对象开展技术成熟度评价（TRA）。可选用技术载体作为技术成熟度评价的对象，按技术成熟度评价标准对其成熟状态进行判定。该方法的优点是能够较为准确地描述技术载体的成熟度状态；但受评价标准的限制，对大部件（架构中1级技术载体）无法评价[11]，同时其评价过程也比较繁杂。

应用时，可考虑2种方法的优缺点灵活选取，例如：可在0级、1级载体的成熟度等级采用方法1确定其成熟程度，其他层级的技术载体采用方法2。

2 识别风险技术

2.1 项目的关键技术

依照技术成熟度中筛选关键技术的方式，基于已构建的技术分解结构，分别按其重要性、新颖性2方面筛选原则，完成项目的关键技术识别，确定项目的关键技术清单[12-13]。

2.2 项目所处阶段中技术成熟度等级要求

结合航空发动机全生命周期研制阶段的划分[14]，确定项目所处阶段技术成熟度等级要求[12]，即项目所处阶段内技术应达到的最低成熟度等级。并对照TBS中全部技术的成熟度自评价的结果，筛选出未达到要求的技术。

将通过以上2种方式筛选出的技术汇总合并，形成项目的风险技术清单。

理论上，方法2识别出的风险技术能够涵盖方法1，但考虑方法实施过程中人为因素的影响，为保证风险技术清单的全面性，应用方法1对方法2进行补充，从而最大限度地保证风险技术清单的完整性。同时，也通过技术成熟度自评价的方式实现了对技术风险的量化。

3 技术风险重要度排序

依据QFD理论[15]，对风险技术的重要度进行打分，以此作为风险技术排序的依据。

基于技术风险清单，录入各项风险技术（见表2），再根据项目的实际特点，确定各影响因素的权重，对每项风险技术进行打分，每项风险技术影响因素的评分乘以对应的权重后求和，即为该项关键技术的重要度总分。

3.1 确定项目各影响因素的权重

由项目团队各专业专家根据项目自身特点、侧重点，分别对表2中影响重要度的各因素的权重打分，确定各影响因素的权重，将权重录入表中。

3.1.1 对专家的要求

专家需包括：项目管理人员和各专业技术人员，其中技术人员需涵盖各项关键技术涉及的设计、试验、工艺、材料、六性等人员。

3.1.2 权重的确定

各专家对各影响因素，按其项目影响的重要程度，从大到小分别给出 5、4、3、2、1分。针对各项影响因素，对全部专家权重打分后取平均值，其平均值占总分的比例即为该因素的权重。

3.2 确定各项关键技术总分

按表2形式，由风险技术负责单位对风险技术清单中各项技术的各影响因素的相关性打分，并填入对应的空格内，分值设定为9、3、1、0分4个级别，分别对应二者之间强相关、相关、弱相关和无关。

针对每项风险技术，其各项分数乘以对应的权重后求和，即为该项风险技术的重要度总分。

3.3 关键技术的排序原则

在得到风险清单中各技术的评分后，依据以下原则对风险技术进行排序：

（1）依据各风险技术总分，按分数从高到低排序；

（2）评分相同的风险技术，其技术成熟度初判等级低的关键技术优先排序；

（3）评分及技术成熟度初判结果均相同的风险技术，由项目负责人或专家确定其排序。

表2 风险技术的重要度评价

4 应用中应注意的问题

本文提出的方法已在多个航空发动机研制项目中全部或部分应用，在项目应用中通常应注意以下几方面问题。

（1）基于TBS的技术风险识别是个动态的过程。随着项目的方案改进与完善，会引起技术载体架构或技术选取的不断变化，致使TBS相应变化，因此，采用该方法识别技术风险也是随项目的进展不断完善与调整的过程，实现技术风险的动态识别。

（2）TBS的技术载体架构的建立应考虑项目中部件、系统的成熟度。技术载体架构可根据项目采用的部件系统的成熟度灵活构建，如某发动机研制项目中采用了十分成熟的核心机，且核心机的工作环境变化不大，那么该部分TBS梳理至核心机即可；如若某部件属于新研部件，那么该部件的技术梳理应更细致，也更利于后期技术风险的确定。

（3）TBS的技术梳理应考虑技术的验证载体。原则上，技术应梳理在其对应的技术载体上。但针对具体项目，如某技术不在其对应的技术载体上验证，而是在其上一级载体上验证，建议该技术挂接在其验证的载体上。

5 结束语

（1）航空发动机研制项目的技术风险识别是随项目进展而持续开展的过程，基于项目的TBS识别技术风险能够实现技术风险的动态识别。

（2）基于项目TBS的关键技术识别方法能够实现对技术风险的完整识别；通过技术成熟度方法量化了技术风险，为项目风险的规避与管控提供依据。

[1]刘廷毅.航空发动机研制全寿命管理研究及建议 [J].航空发动机,2012,38（1）:1-6.LIU Tingyi.Research and suggestion of lifecycle management for aeroengine development[J].Aeroengine,2012,38（1）:1-6.（in Chinese）

[2]江和甫,蔡毅,斯永华.对航空发动机研究和发展规律的认识[J].燃气涡轮试验与研究,2011,14（3）:7-10.JIANG Hefu,CAI Yi,SI Yonghua.Understanding the law of aero-engine research and development [J].Gas Turbine Experiment and Research,2011,14（3）:7-10.（in Chinese）

[3]丁常宏.民机项目风险识别方法研究[J].民用飞机设计与研究,2012（1）:1-3 DING Changhong.Method of risk identification research for commercial aircraft project[J].Civil Aircarft Designamp;Research,2012（1）：1-3.（in Chinese）

[4]王勇，张斌.项目管理知识体系指南[M].4版.北京:电子工业出版社，2011：286-289.WANG Yong,ZHANG Bin.A guide to project management body of knowledge[M].4th edition.Beijing:Publishing House of Electronics Industry,2011,286-289.（in Chinese）

[5]张子剑.装备项目风险管理体系的研究[J].船舶工程,2008,30（1）：82-85.ZHANG Zijian.Study on the risk management system of equipment project[J].Ship Engineering,2008,30（1）：82-85.（in Chinese）

[6]王天婕.某型商用航空发动机研发项目中的风险管理研究[D].上海:上海交通大学,2014.WANG Tianjie,Study on risk management for commercial aero engine development project [D].Shanghai:Shanghai Jiao Tong University,2014.（in Chinese）

[7]沈建明.项目风险管理[M].北京:机械工业出版社,2010:49-58.SHEN Jianming.Project risk management[M].Beijing:China Machine Press,2010:49-58.（in Chinese）

[8]卢新来，丁常宏，任长伟.民用飞机研制项目风险管理研究与应用[J].航空科学技术,2015,26（1）:55-60.LU Xinlai,DING Changhong,REN Changwei.Research and application of risk management in civil aircraft development project[J].Aeronautical Scienceamp;Technology,2015,26（1）:55-60.（in Chinese）

[9]中国人民解放军总装备部.GJB 7688-2012装备技术成熟度等级划分及定义[S].北京：总装备部军标出版发行部.2012:1-2.PLA General Armament Department.GJB 7688-2012 classincation and definition of the technology readiness levels for materiel[S].Beijing:Military Standard Publication and Distribution Section of General Armament Department.2012:1-2.（in Chinese）

[10]李瑶.航空发动机技术成熟度评价方法研究 [J].燃气涡轮试验与研究，2010,23（2）:47-50.LI Yao.Aeroengine technology readiness assessment[J].Gas Turbine Experiment and Research.2010 ，23（2）:47-50.（in Chinese）

[11]梁新，刘宝平，李凛然.大型武器装备系统成熟度评估及优化[J].武汉理工大学学报.2015,37（3）:344-348.LIANG Xin,LIU Baoping,LI Linran.System readiness assessment and optimization for large-scale weapon[J].Journal of Wuhan University of Technology，2015,37（3）:344-348.（in Chinese）

[12]张新国.国防装备系统工程中的成熟度理论应用[M].北京：国防工业出版社，2013：70-73.ZHANG Xinguo.Heroy and application of maturity model in defense materiel system engineering [M].Beijing:National Defense Industry Press.2013:70-73.（in Chinese）

[13]夏炜，邓平煜，陈稀亮.基于软件关键技术元素的技术成熟度评价[J].航空电子技术,2012,43（3）:36-38.XIA Wei,DENG Pingyu,CHEN Xiliang.Technology readiness assessment based on software critical technology element[J].Avionics Technology,2012,43（3）:36-38.（in Chinese）

[14]中国人民解放军总装备部.GJB 8113-2013武器装备研制系统工程通用要求[S].北京：总装备部军标出版发行部.2013:9-10.PLA General Armament Department.GJB.8113-2013 general requirements of systems engineering for weapon and equipment development[S].Beijing:Military Standard Publication and Distribution Section of General Armament Department.2013:9-10.（in Chinese）

[15]朱春燕,唐敦兵.质量功能展开和公理化设计集成模型的研究[J].机械设计.2008:25（9）:4-7.ZHU Chunyan,TANG Dunbing.Research on integration model of quality function development and axiomatic design[J].Journal of Machine Design.2008:25（9）:4-7.（in Chinese）

Research on Aeroengine Technical Risk Identification Method Based on TBS

LIU Xiao-song,WANG Gui-hua,LIU Qing-dong,JIA Shu-zhi,WANG Yan-li,SHI Yan-yan（AECC Shenyang Engine Research Institution,Shenyang 110015,China）

In order to improve capacity of control risk in Chinese aeroengine development,according to the research characteristics of aeroengine,a technical risk identification method was presented based on Technology Breakdown Structure(TBS),which includes the establishment method of TBS,the identification method of technical risk and the sorting method of technical risk.The application situation of actual project indicates that the method is feasible and acceptable,and some advice was given in its application,which is taken as a reference to risk management in Chinese aeroengine development．

technical risk;risk identification;Technology Breakdown Structure;aeroengine

V 268.7

A

10.13477/j.cnki.aeroengine.2017.03.018

2016-09-26 基金项目：航空动力基础研究项目资助

刘晓松（1983），男，工程师,主要从事系统工程、项目管理工作；E-mail:896210184@qq.com.

刘晓松,王桂华,刘庆东,等.基于TBS的航空发动机技术风险识别方法研究[J].航空发动机，2017，43（3）：93-97 LIU Xiaosong,WANG Guihua,LIUQingdong，et al.Research on aeroengine technical risk identification method based on TBS[J].Aeroengine，2017，43（3）：93-97.

（编辑：张宝玲）