■ 馮潼能/中國航發(fā)商發(fā)

對于像航空發(fā)動機(jī)這樣的復(fù)雜技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)項目，需要管理龐大、復(fù)雜的數(shù)據(jù)和信息。不僅要解決復(fù)雜的工程技術(shù)問題，而且還要建立高效的組織團(tuán)隊和有效的成本控制手段，這一切對于項目管理而言無疑是個巨大的挑戰(zhàn)。經(jīng)驗和實踐表明，只有建立結(jié)構(gòu)化、模塊化的集成體系架構(gòu)，方能有效地解決此類復(fù)雜研發(fā)項目的管理問題。

現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)品技術(shù)復(fù)雜、研制過程長，需要眾多協(xié)作方參與，研發(fā)項目需要管理龐大、復(fù)雜的數(shù)據(jù)和信息，只有利用結(jié)構(gòu)化、模塊化的集成體系架構(gòu)，才能實現(xiàn)對項目和產(chǎn)品的業(yè)務(wù)信息和技術(shù)信息進(jìn)行有組織的收集和共享。

實現(xiàn)復(fù)雜產(chǎn)品的集成架構(gòu)，首先應(yīng)實現(xiàn)項目管理的結(jié)構(gòu)化，即將復(fù)雜的項目任務(wù)分解成層次化的樹形結(jié)構(gòu)，既要表達(dá)模塊的獨立性也要表達(dá)模塊間的關(guān)系。傳統(tǒng)的分解結(jié)構(gòu)包括產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)（Product Breakdown Structure，PBS）、工作分解結(jié)構(gòu)（Work Breakdown Structure，WBS）、組織分解結(jié)構(gòu)（Organization Breakdown Structure，OBS）、成本分解結(jié)構(gòu)（Cost Breakdown Structure，CBS）等。這些架構(gòu)通常都是由不同的團(tuán)隊按不同的標(biāo)準(zhǔn)和用途獨立構(gòu)建的，彼此不能有效地關(guān)聯(lián)，無法進(jìn)行統(tǒng)一有效的管理，這是復(fù)雜技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)項目管理面臨的最大困難。集成這些架構(gòu)的關(guān)鍵是建立模塊化的產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)，再根據(jù)產(chǎn)品模塊配置相應(yīng)的工作任務(wù)包，建立相應(yīng)的工作團(tuán)隊，分配相應(yīng)的資源并進(jìn)行成本分解，從而達(dá)到集成架構(gòu)的目的。

模塊化的設(shè)計思想是目前解決復(fù)雜技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)的有效手段。模塊化的產(chǎn)品設(shè)計能夠顯著降低產(chǎn)品的復(fù)雜性，有效地提高產(chǎn)品的可靠性和維修性，同時還可有效地進(jìn)行專業(yè)分工，使每個模塊部件都能采用最新的技術(shù)并由最好的團(tuán)隊研發(fā)。模塊化不僅是為了管理的便利，更是為了適應(yīng)復(fù)雜技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)的趨勢。

目前，國際上主流飛機(jī)制造商波音公司、空客公司等的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的劃分都是基于模塊的，國內(nèi)的C919 飛機(jī)也采用模塊化思想指導(dǎo)其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的劃分。在波音737-700 飛機(jī)的研制中，波音公司構(gòu)建了基于模塊化構(gòu)型控制的數(shù)字化制造信息管理系統(tǒng)（DCAC/MRM）進(jìn)行生產(chǎn)流程再造。這一系統(tǒng)以全面采用產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、流程管理、簡化構(gòu)型管理、精簡物料管理、實現(xiàn)單一數(shù)據(jù)源等技術(shù)，數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步深化。其后波音公司在研制波音787 飛機(jī)中，采用了基于產(chǎn)品全生命周期管理（PLM）的全球協(xié)同環(huán)境（Global Collaboration Environment，GCE），通過應(yīng)用統(tǒng)一的數(shù)字化平臺、統(tǒng)一的方法和統(tǒng)一的流程，實現(xiàn)了135 個工作地點、180 個供應(yīng)商的數(shù)字化協(xié)同，使波音787 飛機(jī)的協(xié)同研制工作順利進(jìn)行。波音公司的GCE 支持全球多個國家上百家企業(yè)進(jìn)行協(xié)同研制，真正實現(xiàn)了從一個制造企業(yè)向系統(tǒng)集成商轉(zhuǎn)型，其基本原理也是基于模塊化的集成架構(gòu)體系。

產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)化與模塊化

產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)是最常用的架構(gòu)管理工具，按用途可分為研發(fā)用產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)制造用產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)、服務(wù)用產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)等，本文僅以研發(fā)用產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)為例說明。

產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)的實用表現(xiàn)形式(如報表、結(jié)構(gòu)樹等)又稱為物料清單（Bill of Materials，BOM）。相應(yīng)地，研發(fā)用產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)制造用產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)、服務(wù)用產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)的實用表現(xiàn)形式又稱為工程BOM（EBOM）、制造BOM（MBOM）、服務(wù)BOM（SBOM）等，而模塊化產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)即是模塊化BOM。

復(fù)雜產(chǎn)品研發(fā)的本身可以理解為子系統(tǒng)及其關(guān)系所構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)。系統(tǒng)與體系架構(gòu)的關(guān)系如E.雷克廷（E. Rechtin）所描述：“系統(tǒng)的基本要素是關(guān)系、界面、形式、配合和功能。體系的基本要素是結(jié)構(gòu)、簡化、折中和平衡?！?/p>

模塊化是指解決復(fù)雜問題時自頂向下逐層把復(fù)雜系統(tǒng)劃分成若干子系統(tǒng)即模塊的過程，模塊是相對獨立的子系統(tǒng)，同樣具有關(guān)系、界面、形式、配合和功能等系統(tǒng)的基本要素，有多種屬性反映其內(nèi)部特性。

模塊具有以下特點：模塊具有半自律性；模塊之間按一定規(guī)則相互聯(lián)系；通過模塊組合，可構(gòu)成復(fù)雜的系統(tǒng)和過程；在實際的工程應(yīng)用中，模塊通常按方式定義；模塊是產(chǎn)品所需要的、可重用的零組件和相關(guān)元素的邏輯組合；模塊包括了該模塊產(chǎn)品定義的所有數(shù)據(jù)：零組件模型、相關(guān)元素、規(guī)范、技術(shù)通報等；模塊主要用于構(gòu)型管理，是一個用于管理的抽象對象，不僅僅是指實物對象；模塊可用來滿足選項的功能要求。

復(fù)雜的航空產(chǎn)品一般使用的產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)、工作分解結(jié)構(gòu)、組織分解結(jié)構(gòu)、成本分解結(jié)構(gòu)等來進(jìn)行架構(gòu)管理，為達(dá)到集成架構(gòu)管理的目的，必須建立結(jié)構(gòu)化、模塊化的架構(gòu)體系。模塊化的產(chǎn)品架構(gòu)是在產(chǎn)品研發(fā)的系統(tǒng)工程過程中逐步建立和完善的。

將復(fù)雜產(chǎn)品或過程按照一定的聯(lián)系規(guī)則分解為可進(jìn)行獨立設(shè)計開發(fā)的半自律性子系統(tǒng)的工作稱為“模塊化分解”。模塊化后的數(shù)據(jù)有如下的特點：在模塊內(nèi)部參數(shù)、特征和任務(wù)高度依賴。而模塊之間是相互獨立的，通過接口關(guān)系來建立模塊間關(guān)系。對于產(chǎn)品研發(fā)來說，模塊的獨立性和依賴性可以通過設(shè)計和任務(wù)矩陣來確定。模塊化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理的優(yōu)勢在于模塊的重用性和可配置性。

模塊化產(chǎn)品架構(gòu)是一個邏輯上的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，它按照產(chǎn)品的研制目標(biāo)和業(yè)務(wù)需求定義了產(chǎn)品規(guī)范、模塊規(guī)范和模塊接口規(guī)范。模塊化架構(gòu)必須考慮產(chǎn)品的性能、價格、質(zhì)量的期望值，以及產(chǎn)品的交付成本和進(jìn)度，同時還要適應(yīng)產(chǎn)品的研發(fā)體制和資源限制。

模塊化架構(gòu)由兩部分定義組成：一部分是將產(chǎn)品規(guī)定的功能分解成子功能和承載這些功能的組件；另一部分是這些組件的接口規(guī)范。完整的產(chǎn)品由組件及其接口關(guān)系組成。接口規(guī)范在可配置產(chǎn)品設(shè)計中尤為重要，它允許產(chǎn)品替換組件，配置成不同的類型而不需要做額外的工作。

航空發(fā)動機(jī)構(gòu)型項的劃分方法研究

構(gòu)型項的概念與用途

由于航空航天產(chǎn)品過于復(fù)雜，人員和專業(yè)分工細(xì)，需要分解成不同的工作來完成。模塊化管理有助于將復(fù)雜的工作分解，在實際的航空航天產(chǎn)品研發(fā)中，產(chǎn)品的構(gòu)型管理的模塊化是和產(chǎn)品模塊化高度相關(guān)的，產(chǎn)品模塊化是和產(chǎn)品的構(gòu)型項（CI）劃分一致的，也稱為模塊化產(chǎn)品構(gòu)型管理。

目前在復(fù)雜技術(shù)產(chǎn)品構(gòu)型管理（尤其是航空領(lǐng)域）里所說的CI，泛指模塊化構(gòu)型管理里的模塊劃分形成的能夠單獨管理的模塊，與通用構(gòu)型管理標(biāo)準(zhǔn)中所指的CI定義和用途有所差異，是為適應(yīng)復(fù)雜技術(shù)產(chǎn)品構(gòu)型管理衍生出的技術(shù)。CI的劃分是實現(xiàn)模塊化管理的基礎(chǔ)，目前國外的波音、空客，國內(nèi)的商飛、西飛、成飛等公司在其新產(chǎn)品研制中均采用了基于CI的模塊化構(gòu)型管理。

傳統(tǒng)的產(chǎn)品裝配是將產(chǎn)品整體看成一棵完整的倒樹表達(dá)（即總裝—部裝—組件—裝配件—零件），既表示裝配關(guān)系也表示層級、功能、結(jié)構(gòu)分解。這樣的結(jié)構(gòu)對構(gòu)型管理中更改的管理造成很大影響，如果零件或裝配件更改，組件也得更改直至追溯整機(jī)更改，方能達(dá)到構(gòu)型管理中的一致性要求(這種現(xiàn)象也稱為“更改擴(kuò)散”或“更改爆炸”)，這在實際操作中是無法實現(xiàn)的。

為解決以上問題，必須施行簡化的構(gòu)型管理，將復(fù)雜的產(chǎn)品按功能和結(jié)構(gòu)分離面拆解成一個個小型模塊（即CI）。產(chǎn)品是通過CI以及CI之間的關(guān)系構(gòu)成，每一個CI都表示為一個可分開研制的實體，它至少完成一個最終使用功能，各個CI具有相當(dāng)?shù)莫毩⑿?，可以獨立地指派給一個工作包。

CI的劃分本質(zhì)上是基于產(chǎn)品的功能劃分，但實際劃分時還需考慮到具體產(chǎn)品特點，如結(jié)構(gòu)分離面、更改的影響范圍、產(chǎn)品集成方法、裝配、試驗、外包分工等很多因素，是相當(dāng)復(fù)雜的工作?？傊珻I的劃分要達(dá)到CI內(nèi)部關(guān)系高度聚合、外部低耦合，CI之間接口的復(fù)雜性在產(chǎn)品系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)是最小的，高復(fù)雜性常常引起風(fēng)險和成本的增加。一個CI的所有子裝配件應(yīng)具有共同的功能、任務(wù)、安裝和研發(fā)要求。

在產(chǎn)品研發(fā)中，實際影響全局的更改很少，零部件關(guān)系在CI內(nèi)部集中，更改的影響也大部分集中在CI內(nèi)部，可有效防止更改無序擴(kuò)散，大大簡化構(gòu)型管理的難度?？梢院蚖BS、OBS做集成配套，一個WBS可含一個或多個CI，一個CI由一個人或一個集成產(chǎn)品團(tuán)隊（IPT）主責(zé)完成，理順關(guān)系。

構(gòu)型項的用途可以概括為：用于承載特定的功能需求；可獨立的用于構(gòu)型驗證和確認(rèn)；用于產(chǎn)品構(gòu)型配置；用于建立產(chǎn)品架構(gòu)；用于控制供應(yīng)商構(gòu)型管理；用于防止工程更改的無序擴(kuò)散。

對于復(fù)雜系統(tǒng)，初步選擇CI一般限于工作分解結(jié)構(gòu)的主部件，其主要功能設(shè)計部件一般都列為CI。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)展時，復(fù)雜項目進(jìn)一步劃分為組件時可進(jìn)一步優(yōu)化和細(xì)化CI，CI的建立是航空產(chǎn)品系統(tǒng)工程運作的結(jié)果，一般到產(chǎn)品的詳細(xì)設(shè)計階段時已基本固化。

航空發(fā)動機(jī)CI的建立過程與方法

CI的建立過程如下：

● 輸入條件為總體技術(shù)方案、研制工作分解結(jié)構(gòu)、各系統(tǒng)技術(shù)方案、工藝裝配方案、分工表、外包部件工作說明書、部件接口控制文件等；

● 根據(jù)ATA章節(jié)段定義進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)頂層和中間層分解，并確定構(gòu)型項，形成構(gòu)型項結(jié)構(gòu)樹文件；

● 明確裝配流程、設(shè)計分離面和工藝分離面；

● 在設(shè)計定型結(jié)束前，CI結(jié)構(gòu)樹按照方案設(shè)計要求進(jìn)行完善并固化。

基于CI的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)劃分方法如下：

● 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹建立時必須考慮設(shè)計的變動最??；

● 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的組織方式需將產(chǎn)品的不變部分與可變部分分開；

● 鏈接方式可分為頂層、可配置層、和底層，如圖1所示。

CI劃分的一般原則：

● 從產(chǎn)品研制的工作分解結(jié)構(gòu)的單元中選擇構(gòu)型項，確保構(gòu)型項對工作分解結(jié)構(gòu)的可追溯性；

● 系統(tǒng)規(guī)范、研制規(guī)范（或采購規(guī)范）及相關(guān)文檔中明確的項目；

● 跨單位、跨部門研制的項目；

● 需單獨交付的項目，如外包項目；

● 可單獨安裝的項目；

● 重要的設(shè)計與制造分離面；

圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分層

● 總體技術(shù)方案中明確的選裝項目；

● 選裝項目安裝時，可被替換的項目；

● 進(jìn)行單獨的更改控制部件/組件；

● 進(jìn)行多構(gòu)型、系列化、模塊化設(shè)計的項目；

● 設(shè)計或研制采用新的或改進(jìn)的技術(shù)，具有高風(fēng)險特征的項目；

● 與其他項目有復(fù)雜或重要接口的項目；

● 保障與維修狀況特殊的項目；

● 有外場和裝配互換性要求的項目；

● 關(guān)鍵、重要的組件（特性分類）；

● 配套的軟件項目；

● 對于具有共同組件、子系統(tǒng)、或支持要求的系統(tǒng)，在兩個系統(tǒng)的共同的裝配件層內(nèi)，每一個共同項目都應(yīng)設(shè)置為一個CI；

● 一個多相似的系統(tǒng)，其獨有的唯一組件應(yīng)標(biāo)識為那個系統(tǒng)的CI。

根據(jù)CI劃分原則，渦扇發(fā)動機(jī)高壓壓氣機(jī)CI劃分示例，如圖2所示。

圖2 CI劃分示例

集成架構(gòu)建立方法研究

航空產(chǎn)品研發(fā)的WBS 分為通用工作分解結(jié)構(gòu)和具體工作分解結(jié)構(gòu)。通用工作分解結(jié)構(gòu)主要是將航空產(chǎn)品研發(fā)中的設(shè)計、研制、生產(chǎn)、試驗、取證和維修過程中需要做的工作按類別進(jìn)行分解，這些活動很多必須按照整機(jī)進(jìn)行，不能分配到特定的部件，如設(shè)計和認(rèn)證原則、技術(shù)預(yù)研、性能、噪聲控制、適航、“四性”設(shè)計、結(jié)構(gòu)試驗、飛行試驗、地面保障、技術(shù)出版物等。通用工作分解結(jié)構(gòu)不是針對具體產(chǎn)品，而是一類產(chǎn)品研發(fā)工作的匯總，是研發(fā)企業(yè)研發(fā)過程中形成的經(jīng)驗和慣例，通用工作分解結(jié)構(gòu)工作相對固化，與具體的項目管理工作聯(lián)系不是很緊密，不是項目管理重點關(guān)注的目標(biāo)。

項目管理重點一般不是通用工作分解結(jié)構(gòu)，使用的工作分解結(jié)構(gòu)通常需要考慮PBS、功能分解結(jié)構(gòu)（FBS）等，這種專門為項目開發(fā)的工作分解結(jié)構(gòu)稱為具體工作分解結(jié)構(gòu)，對于具體的項目而言，通常所說的WBS即為具體工作分解結(jié)構(gòu)。進(jìn)行架構(gòu)集成的也指此類工作分解結(jié)構(gòu)。

WBS在每個層次上表現(xiàn)為工作包。工作包是項目管理工具，是設(shè)置、監(jiān)測和控制項目所必需的。PBS與WBS集成的關(guān)鍵就是WBS的工作包與PBS部件的關(guān)聯(lián)方法。

圖3 WBS與PBS集成示例

圖4 集成架構(gòu)示意圖

企業(yè)的核心是產(chǎn)品，因此企業(yè)的工作主要圍繞產(chǎn)品展開，集成架構(gòu)也必然以PBS為核心，WBS、CBS都應(yīng)該圍繞PBS進(jìn)行。PBS是產(chǎn)品的層次化分解結(jié)構(gòu)，如硬件項、軟件項和信息項，用于產(chǎn)品邏輯和功能的分解過程。PBS與WBS密切相關(guān)，WBS必然要包含PBS。通過WBS的工作包，把WBS與PBS關(guān)聯(lián)起來，就是把項目管理對象與產(chǎn)品設(shè)計對象關(guān)聯(lián)起來，從而達(dá)到產(chǎn)品集成架構(gòu)的目的，如圖3所示。

CBS和組織分解結(jié)構(gòu)(OBS)、基礎(chǔ)資源分解結(jié)構(gòu)（IBS）都應(yīng)該是圍繞WBS的工作包來進(jìn)行的。CBS為工作包提供成本分配、核算。OBS和IBS為WBS工作包的實施提供人力和物質(zhì)保障。集成架構(gòu)的實現(xiàn)首先以PBS為核心完成PBS與WBS的集成，進(jìn)而以WBS為核心完成OBS、IBS的集成，如圖4所示。

結(jié)束語

復(fù)雜技術(shù)產(chǎn)品的研發(fā)是一種高投入、高風(fēng)險的工作，其項目管理一直是艱巨和困難的任務(wù)。隨著高技術(shù)產(chǎn)品的日益復(fù)雜，復(fù)雜技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)超期、超預(yù)算屢見不鮮，除了技術(shù)原因外，缺乏有效的項目管理手段也是重要的原因。傳統(tǒng)的按專業(yè)進(jìn)行的架構(gòu)分解無法進(jìn)行統(tǒng)一管理和關(guān)聯(lián)是造成項目管理困難的重要原因。雖然隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，復(fù)雜技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)的架構(gòu)集成成為可能，但不可否認(rèn)的是復(fù)雜技術(shù)產(chǎn)品項目管理的成敗仍然依賴工程技術(shù)與管理體系的完善以及工程技術(shù)與信息技術(shù)的結(jié)合能力。