基于系統工程的航空發動機研發流程建設方法

■ 劉曉松 韓秋冰 田文正 陳艷麗/ 中國航發動力所

航空發動機研制能力的提升，不僅僅在于單項技術，更重要的是建立健全航空發動機研發體系，掌握正向研制方法，積累研制經驗，破解航空發動機的發展難題，而研發流程則是航空發動機研發體系的關鍵組成要素之一。

航空發動機研發能力是衡量一個國家綜合科技水平、科技工業基礎實力和綜合國力的重要標準[1]，需要有完整的研發體系支撐。研發流程是航空發動機研發體系的關鍵組成要素，反映了發動機研制規律，是產品研究、制造及裝配、試驗、使用維護等技術環節安排的各項技術活動的程序，包括各階段技術活動的程序以及各項技術活動中所需遵循的規范，能夠有效指導產品研發過程。以GE、羅羅、普惠等公司為代表的國際航空發動機企業經過一個多世紀的發展，建立了較為成熟的研發流程架構，形成一系列全面又實用的航空發動機研發流程。在國內航空發動機研發領域，自提出構建航空發動機研發體系以來，中國航發持續地開展流程的建設，取得了長足的進步。本文系統地分析了先進航空發動機研發流程的特點，結合我國航空發動機研發流程建設歷程及問題，提出了基于系統工程的流程建設方法。

國際航空發動機研發流程分析

國際先進航空發動機企業將研發流程一般定義為所有用于航空發動機設計、制造和驗證的工作計劃的集成，將不同層面上的集成產品團隊的工作在時間和邏輯關系上進行了有序的安排，其中明確定義誰在什么時間節點上要交付什么結果，以及為了在一定時間節點上能夠執行某項任務，必須具備哪些信息，由誰來提供這些信息。這些研發流程提供了標準的工作方式方法，從而為不同的航空發動機型號研發項目提供一個統一的工作模式。

以羅羅公司為例，基于航空發動機的整體架構建立流程架構，將流程大體劃分為整機流程，發動機子系統流程和發動機零件流程。各層級流程均按“需求—概念—設計—制造—集成—試驗—驗證”過程建設。其中，整機流程牽引子系統流程運行，子系統流程牽引零件流程的運行。

分析國外不同企業研發流程，雖然每個航空發動機公司的研發流程在形式上有所區別，甚至于流程的架構、構建模式都有所不同，但這些流程的實質是相同的，均符合基于系統工程V模型。而分析國外發動機型號研制歷程，研制的成功很大程度上在于其具備嚴密完整且穩定高效運行的研發流程；相反，一些不十分成功的航空發動機產品，一定程度上也是因為其研發流程存在問題。

國內航空發動機研發流程分析

國內航空發動機研制行業自20世紀初就關注對產品研發過程的歸納總結，在型號研制和預研項目研究過程中，獲得了大量的試驗數據，積累了寶貴的設計經驗，并在此基礎上形成了一系列反映發動機研發過程的規范類文件。

“十二五”之始，隨著航空發動機研發體系建設逐步深入，國內航空發動機領域也認識到流程對研發體系的重要作用，并在全行業范圍內系統開展了航空發動機研發流程的建設，針對設計、試驗、制造工藝和材料等領域，以各領域內專業為對象構建了一系列專業技術流程[2]。

這一時期主要為面向專業構建流程的模式，與行業內科研院所的機構設置相匹配，能夠較高效地組織流程建設工作，能夠較完整地梳理出各專業的業務過程；但由于這種流程構建模式未從產品整體角度考慮流程建設，對各專業流程集合起來是否能反映整個產品的研發過程缺乏有效的評判；流程建設缺乏有效的方法論，流程主要是基于研發人員經驗建設，對流程的完整性、合理性缺乏有效的評判。此外，流程的作用一方面能夠規范指導研發過程，另一方面還需能夠支撐研發過程的管控，而這一時期流程建設主要側重于技術層面，對技術管理和項目管理方面考慮較少。

基于系統工程的研發流程建設要求

基于系統工程的特點，結合國內外航空發動機研發流程建設的經驗，本文提出了基于系統工程的研發流程建設要求，以供參考。

系統工程特點分析

系統工程是國內外在產品研發過程中不斷總結提煉出的方法論，是一種對所有“系統”都具有普遍意義的跨學科的科學方法[3]，具備以下特點：注重系統的整體，綜合考慮系統內多個學科和專業，并關注與其他系統和環境的相互特點；注重定義用戶需求，建立一個從概念、生產到運行的結構化過程，提供滿足用戶需求的產品；與管理緊密相連，技術與管理并重，充分考慮產品研發管控[4]。

國內軍工行業也逐步認識到系統工程的上述特點對軍工產品研發的重要作用。2013年，中國人民解放軍總裝備部發布了國軍標（GJB）8113—2013《武器裝備研制系統工程通用要求》，依據系統工程理論，提出了武器裝備研制系統工程的技術過程（見圖1）和技術管理過程，其實質就是產品研發的頂層流程[5]。

圖1 系統工程技術過程示意

對比前期流程建設中存在的問題，以系統工程作為方法論指導流程建設，能夠有效解決前期流程建設中的問題，同時也是落實GJB 8113—2013的有效途徑。

流程建設原則

借鑒標桿企業流程架構，以系統工程方法為指導，以需求為牽引，面向產品各層級研發對象，構建跨領域、跨專業協同研發流程，具體建設原則包括以下幾個方面。

一是基于產品分解結構，構建流程的架構V模型，保障流程覆蓋產品全層級。由面向專業構建技術流程轉為面向研發對象構建研發流程，以產品分解結構為基礎，綜合考慮各類預研項目、型號產品的結構特點，構建完整的研發對象清單，形成流程的架構V模型，如圖2所示。

圖2 流程的架構V模型

二是以系統工程為指導，定義研發對象的實體V模型，保障流程覆蓋產品研發全過程。結合系統工程對產品研發技術過程的定義，發動機各層級研發對象研制均遵循“需求—設計—制造—驗證”的通用V模型。結合航空發動機的研制特點，基于系統工程的通用V模型，構建發動機各層級研發對象的實體V模型，將各層級研發對象的研發過程抽象為“需求分析—技術要求分析—結構設計—制造—裝配集成—驗證—確認”，如圖3所示。各層級研發對象的研發流程需符合實體V模型，保障流程覆蓋產品研發過程的完整性。

圖3 流程的實體V模型

三是研發流程須覆蓋產品研發所涉及的全領域，以及領域內全專業，保障流程覆蓋領域和專業的完整性。航空發動機研制涉及設計、制造、試驗、服務保障、財經、采購、項目管理等領域，各領域內又包含若干專業，在各研發對象流程開發中須全面考慮上述各領域及專業。此外，設計在產品研發中自然地起牽頭納總的作用，是一切研發活動的源頭，在設計過程中要考慮各領域/專業相關要求，即流程中須包含面向產品全生命周期的設計（DFX）工作。

四是以需求為牽引的各層級研發對象流程的構建，保證流程中技術活動的完整性。系統工程重視對需求的分析與管理，產品研發的最終目的就是要實現各層級的需求，研發流程中的各項活動邏輯上是能夠映射到需求條目上的。因此，在流程開發過程中，以各層級研發對象的通用需求條款為牽引，系統梳理各項需求對應的設計、設計驗證和實物驗證活動，并融入流程，能夠有效避免技術活動（尤其是多專業共同承接的需求所涉及的活動）的缺失，提升流程中技術活動的完整性，如圖4所示。

圖4 基于需求的流程活動梳理示意

五是技術管理、項目管理活動融入研發流程，提升過程管控能力。系統工程提出技術過程和技術管理過程并重。技術過程通過實體V模型落實，而技術管理過程主要包括研制策劃、需求管理、技術狀態管理、接口管理、技術數據管理、技術風險管理、研制成效評估、決策分析等8個過程，是對產品研發過程的管控手段。在研發流程的開發過程中，各技術管理相關的活動要融入研發流程中。此外，項目管理也是產品研發中的重要環節，在產品研發過程中對進度、質量、成本等項目管理相關要求，要提煉形成一系列項目管理活動，融入研發流程中。

六是以流程活動牽引基礎能力要素建設，支撐基礎技術能力的統籌發展?；谙到y工程理論背景環境圖，能夠相對準確地梳理流程中每一項技術活動執行所需的規范、指導書、模板、檢查單、軟件工具等基礎能力要素，形成較為全面的基礎能力清單，以清單為依據，結合現有的能力基礎，能夠有效地呈現缺失、待完善的能力要素，為研發能力的統籌規劃建設提供依據。

流程運行模式

流程的執行是研發體系運行的難點，也是研發體系發揮作用所必須解決的問題。而流程主要包含的是流程活動和活動間的邏輯關系，流程活動實質上是研發人員需要制定的一系列研發任務，而活動之間的關系實質是流程活動的輸入/輸出數據的對接。因此，流程的運行可結合航空發動機工作分解結構（WBS）去執行，將研發流程中各流程活動映射到WBS中形成工作任務，將流程活動的輸入/輸出數據映射為WBS工作任務的輸入、輸出數據要求，通過基于WBS構建型號計劃，實現流程的落地執行。

結束語

以系統工程方法為指導構建航空發動機研發流程的方法，可以保障流程覆蓋航空發動機產品研發的全層級、全過程、全領域、全專業，覆蓋技術、技術管理、項目管理過程，使各領域/專業技術人員、技術管理人員、項目管理人員應用同一套流程開展產品研發，提升流程的協同能力，促進航空發動機研發體系的建設。