CN108052742A - 一种航空发动机产品分解结构编制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种航空发动机产品分解结构编制方法，基于系统工程的技术过程，步骤如下，设定“使命任务授权”所需内容；采用DOORs，进行需求分析；采用功能流框图、N2图或时间线分析进行功能分析；参考现有发动机的架构进行所研究的发动机的架构设计；按照“发动机整机”、“大部件、系统”、“主要组件”、“中间组件”、“基本零件、成附件”的次序划分发动机产品层级；评判层级划分是否合适；编制发动机产品分解结构，以将相关元素按照归属关系放置到相应的层级；评判是否满足100％原则、互不重叠原则以及高聚合、低耦合原则，满足即认定符合要求。本发明所提供的方法，有效提升发动机研发的规范性、合理性、正确性，提升研发效率，提高研发成功率。

Description

一种航空发动机产品分解结构编制方法

技术领域

本发明属于航空涡轮风扇发动机系统工程领域，特别涉及具体涉及一种航空发动机产品分解结构编制方法。

背景技术

航空发动机研制过程中会产生大量的产品数据，且这些数据具有层次分明、更改较多、时间跨度较大的特点，为了更合理管控这些数据信息，且保证其可追溯性，应建立产品分解结构，对数据进行层次化的管控。同时，按照“GJB 8113-2013武器装备研制系统工程通用要求”，在航空发动机研制过程中，应严格贯彻系统工程的相关方法，按照“需求分析－技术要求分析－体系结构设计－单元实施－产品集成－验证－移交－确认”等技术过程实施研发，并开展相应的需求管理、技术状态管理、接口管理等技术管理过程。在上述技术活动和技术管理活动中，产品分解结构发挥着巨大作用：

1)开发产品分解结构是系统设计的一部分，由此将系统分解成组成部分。该活动为“产品集成”和“验证”等技术活动建立了框架；

2)在工作分解结构开发时，首先就要清晰定义所研制产品的产品分解结构，且工作分解结构要与产品分解结构保持一致，这样才能确保工作分解结构的完整性。可见产品分解结构是工作分解结构的核心组成部分，也是工作分解结构的基础部分；

3)产品分解结构建立的过程就是不断分解和分配功能的过程，因此可用于创建技术状态项(Configuration Item，CI)，并在特定的层级设计中为每个CI创建规范，并将这些规范置于向下流动的层级结构中。同时产品分解结构中定义了相关接口，体现了产品的功能需求和接口需求，使元素间的作用、关系、依赖性和接口能够清晰的定义和理解，并体现了相应需求的自上而下和自下而上的双向可追溯性，因此有利于技术状态管理工作的开展；

4)产品分解结构是面向交付成果的分解，它定义了最终的产品及产品的组成单元，确定了产品中应包含的功能和结构，并将之模块化。以产品分解结构为主导，按发动机结构组成从顶向下按模块逐级展开，这种思路符合产品模块化研发的要求，有利于打通各专业、各部门之间的障碍，引导研发人员树立以产品为中心和协同设计的思想，促进模块化研发；

5)产品分解结构覆盖了产品设计、制造、使用、维护直到退役的全生命周期，是产品数据和信息组织的核心，是产品数据管理系统(Product Data Management，PDM)实施的依据，也是项目所有信息输出的基础和源头。根据发动机的产品特点，按照发动机的结构和系统分解制定产品分解结构文件，可科学、完整的表述各级产品构成的主要特征，有效提高数据的一致性，并且更加有利于数据的交换，为核心业务提供准确的数据。

目前，航空发动机业界已普遍认识到产品分解结构的重要性，但关于航空发动机产品分解结构的编制方法则研究很少，基本没有系统性方法，发动机研发过程多是基于已有的发动机物理架构编制产品分解结构，且多是基于装配关系，并不是严格意义上的产品分解结构。

有一些关于民用飞机产品分解结构编制方案与本发明最为相近，介绍如下：

目前，民用飞机产品分解结构主要有两种形式：

1)、以某单一因素(如装配层级或功能分解)为主要依据，通过树状结构体现产品的各类部件的分解方式。

波音、空客、庞巴迪等飞机制造商在20世纪80年代以前都是使用这种方案，比较典型的是以生产、装配和安装顺序为依据的分解，也称之为面向工序的结构，从最底层的零件、标准件一直装配到完整的飞机。这种方式，可在设计之初规划好顶级装配图，并以顶级装配图为单元进行架次有效性分配和更改控制。顶级装配件下及其下属的每一层都有具体的设计数据，从飞机结构关系上能清晰表达装配顺序以及层级关系，便于指导制造单位进行材料准备和生产安排；更改影响上受影响范围也比较清楚，一旦发生工程更改，可以通过产品结构树状关系层层追溯。

2)、以模块为基本单元，结合产品通用化、系列化、模块化的方式

20世纪80年代，飞机制造商开始使用基于模块的产品结构管理方案，通过多构型配置、小批量生产的模式，结合产品通用化、系列化、模块化的多视图管理方式，延伸出各种子型号的飞机，从而丰富产品的类型并满足不同用户及更改的要求。以空客某飞机型号为例，使用了三层产品结构分解方式，产品结构的顶层主要用来管理同型号飞机中共性、基本不变的部分。根据管理的需要，可将顶层进一步分解。比如，可将顶层先按空间再按专业划分层次：机型、系列、主部段、部段等。构型层是产品结构用于技术状态管理的核心层次，通过对构型层进行合理配置，便能实现多项管理目标，如模块化管理、多构型管理、单架次管理等。底层产品结构是对构型层设计模块的细化与分解，由各种具体设计数据组成。该层次的产品结构直接面向各专业的设计员。

但现有技术方案缺点如下：

1)、目前发动机研发中使用的简单的基于装配关系的产品分解结构无法满足正向设计要求，不符合系统工程的相关理念，不能支持系统工程相关技术活动和技术管理活动的开展。

2)、对于“以某单一因素(如装配层级或功能分解)为主要依据，通过树状结构体现产品的各类部件的分解方式”，存在以下问题：

产品结构树层次过深，更改影响范围大。大部分顶级装配图的层次都在6级或6级以上，在不同的层级上都有技术状态项，每一个装配件会说明其下安装的零件或组件，而其下的每个零件或组件也要说明安装在那个装配件上，这种层层嵌套的循环引用，造成产品分解结构上各个节点之间的关系十分紧密，也就是构型项数目多，层次深，考虑更改的追溯问题以及为了说明装配关系，一旦一个零件的更改极端情况下会导致整个顶层装配件的更改。

飞机进入批生产后，这种产品分解下，数据分解的颗粒度较大，飞机型号中与客户无关的不变部分，和与客户有关的可变部分，糅合在一起，投产数据控制困难，重用性不高。并且引入过多的技术状态项项也影响了产品的可视性，妨碍管理工作，又增加成本。

为了减少更改工作量，保证研制阶段的进度，在更改管理上并没有严格执行构型不同，更改构型号的要求，而是采用换版和某些其他方式(系列工程指令、先行更改、故障拒收等等)说明，这样造成了技术状态不清晰，必须依靠人工统计，滞后、耗时且数据准确性难以保证。

3)、对于“以模块为基本单元，结合产品通用化、系列化、模块化的方式”，存在以下问题：

飞机产品的结构层次化不够，对于制造组织生产，尤其分包给不同机体供应商时，按部段划分的概念，各部段作为交付产品，其产品信息的结构化不清晰。

4)、上述2)、3)两种技术均是针对飞机，由于航空发动机的研发和飞机研发存在一定的差异，因此并不能直接应用到航空发动机产品分解结构的编制中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种航空发动机产品分解结构编制方法，克服或减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

本发明的目的通过如下技术方案实现：一种航空发动机产品分解结构编制方法，基于系统工程的技术过程，包括如下步骤，

步骤一：设定“使命任务授权”所需内容；

步骤二：采用DOORs，进行需求分析：

步骤三：采用功能流框图、N2图或者时间线分析，进行功能分析；

步骤四：参考现有发动机的架构，进行所研究的发动机的架构设计；

步骤五：按照“发动机整机”、“大部件、系统”、“主要组件”、“中间组件”、“基本零件、成附件”的次序划分发动机产品层级；

步骤六：评判层级划分是否合适；

步骤七：编制发动机产品分解结构，以将相关元素按照归属关系放置到相应的层级；

步骤八：评判是否满足100％原则、互不重叠原则以及高聚合、低耦合原则，满足以上原则即认定符合发动机研发需求的产品分解结构。

优选地是，所述步骤五中的层级数量应符合所研究的发动机的架构，确保各层内部颗粒度的一致，层级之间的梯度均匀。

优选地是，所述步骤八中的100％原则为：所编制的产品分解结构应体现满足100％系统需求的所有功能，也即所有的需求在产品分解结构中均有相对应的元素予以承接，且这些元素所具备的功能是完整的，即下层所有元素的功能必须100％满足上层的需求，同时产品分解结构中不应体现系统全部需求外的其他需求。

优选地是，所述步骤八中的互不重叠原则为：所编制的产品分解结构任何两个元素之间的定义范围不能重叠，各个元素应在确保它们有效的共同工作以达到上一层需求的情况下，实现相互独立开发。

优选地是，所述步骤八中的高聚合、低耦合原则为：所编制的产品分解结构中，单一元素内部应高度聚合，不同元素之间应量减少耦合，以便于边界和接口的划分、利于技术状态管理。

本发明所提供的一种航空发动机产品分解结构编制方法的有益效果在于，1)所提供的发动机产品分解结构编制方法是基于系统工程方法的，可满足发动机正向设计要求，有效支持系统工程技术活动和技术管理活动的开展；2)按照本发明提供的方法编制的产品分解结构，具有要素完整、要素之间界面清晰、层级关系明确，便于技术状态项的选取，便于实现技术状态管理，实现有效的更改管理；3)按照本发明提供的方法编制的产品分解结构，通过层级数量的选取可以充分反映所研究发动机的层次，有效说明不同层级之间元素的归属关系，产品信息结构清晰，便于制造组织生产；4)本发明提供的产品分解结构编制方法，既体现了系统工程思想，又充分考虑了发动机研发的实际情况，便于在发动机研发中推广实施；5)利用本发明提供的方法，编制发动机产品分解结构，用于编制工作分解结构和技术状态项选取，支撑项目管理和技术状态管理的开展，将有效提升发动机研发的规范性、合理性、正确性，提升研发效率，提高研发成功率。

附图说明

图1为本发明航空发动机产品分解结构编制方法的流程图；

图2为按本发明确定的发动机产品分解结构层级示例图；

图3为按本发明提供的方法编制的发动机产品分解结构示例图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的航空发动机产品分解结构编制方法做进一步详细说明。

如图1所示，一种航空发动机产品分解结构编制方法，基于系统工程的技术过程，包括以下步骤：针对输入“使命任务授权”相关内容，按照系统工程的方法依次开展需求分析、功能分析和进行所研究的发动机的架构设计，然后确定发动机产品层级、评判层级划分是否合适、编制发动机产品分解结构、评判是否满足100％原则、互不重叠原则以及高聚合、低耦合原则原则，满足以上原则即认定符合发动机研发需求的产品分解结构，总共9个步骤。

上述步骤具体说明如下：

1)步骤2需求分析按照系统工程方法开展，采用的工具可以是DOORs：

2)步骤3功能分析按照系统工程方法开展，采用的技术可以是：功能流框图，N2图，时间线分析。

3)步骤4架构设计按照系统工程方法开展，可参照已有类似发动机的架构开展设计。

4)步骤5发动机产品层级的确定是产品分解结构编制的关键步骤，应根据具体发动机的特点，确定相应的层级数量，一般按照“发动机整机”、“大部件、系统”、“主要组件”、“中间组件”、“基本零件、成附件”等层级进行划分；其中“中间组件”可根据需要，设置多个子层级，一般为1级～3级；整体的层级数量应符合所研究的发动机的架构，保证各层内部颗粒度的一致，层级之间的梯度均匀，一般为4～6级。

5)步骤6按照上述步骤确定的发动机层级，根据发动机架构设计，编制发动机产品分解结构(即步骤7)，将相关元素按归属关系放置到相应的层级即可

6)步骤8产品分解结构的合理性判定，通过以下原则进行判定：

a)100％原则

所编制的产品分解结构应能体现满足100％系统需求的所有功能，也即所有的需求在产品分解结构中均有相对应的元素予以承接，且这些元素所具备的功能是完整的，即下层所有元素的功能必须100％满足上层的需求。同时，产品分解结构中不应体现系统全部需求外的其他需求。

b)互不重叠原则

所编制的产品分解结构任何两个元素之间的定义范围不能重叠，各个元素应在确保它们有效的共同工作以达到顶层(上一层)需求的情况下，实现相互独立开发。

c)高聚合、低耦合原则

所编制的产品分解结构中，单一元素内部应高度聚合，不同元素之间应尽量减少耦合，以便于边界和接口的划分、利于技术状态管理，最终便于工作的分工和组织开展。

7)通过上述合理性判定后，即得到了满足发动机研发需求的产品分解结构，用于指导和支撑其他相关工作的开展。

对上述技术方案举例说明如下，如图2所示，在需求分析、功能分析和架构设计等系统工程技术流程的基础上，根据所研究的发动机的结构特点，确定发动机产品层级，将发动机的产品层级分为5个等级，其中第1级为“发动机整机”；第2级为“大部件、系统”；第3级为“主要组件”；第4级为“中间组件”，可以根据实际情况，设置多个子层级；第5级为“基本零件、成附件”。图2还表示了各个级别元素的隶属关系，如第5级的“基本零件、成附件”可以隶属于第4级，也可以直接隶属于第3级和第2级；第4级“中间组件”则只能隶属于第3级；同样，第3级“主要组件”只能隶属于第2级。

按上述等级划分，遵照上述相关原则，将相关的元素置于相应的等级处，即可得到相应的发动机产品分解结构，如图3所示，其中第1级为“发动机“；第2级为“风扇”、“低压压气机”、“中介机匣”、“高压压气机”、“主燃烧室”、“高压涡轮”、“控制系统”等发动机部件和系统；第3级为大部件和系统的下属主要组件，如“高压压气机”的“前机匣组合件”、“后机匣组合件”、“转子组合件”、“承力环组合件”等；第4级为“主要组件”下属的“中间组件”，第4级可以包含多个小层级；第5级为基本零件和成附件。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种航空发动机产品分解结构编制方法，基于系统工程的技术过程，其特征在于，包括如下步骤，

步骤一：设定“使命任务授权”所需内容；

步骤二：采用DOORs，进行需求分析；

步骤三：采用功能流框图、N2图或者时间线分析，进行功能分析；

步骤四：参考现有发动机的架构，进行所研究的发动机的架构设计；

步骤五：按照“发动机整机”、“大部件、系统”、“主要组件”、“中间组件”、“基本零件、成附件”的次序划分发动机产品层级；

步骤六：评判层级划分是否合适；

步骤七：编制发动机产品分解结构，以将相关元素按照归属关系放置到相应的层级；

步骤八：评判是否满足100％原则、互不重叠原则以及高聚合、低耦合原则，满足以上原则即认定符合发动机研发需求的产品分解结构。

2.根据权利要求1所述的航空发动机产品分解结构编制方法，其特征在于，所述步骤五中的层级数量应符合所研究的发动机的架构，确保各层内部颗粒度的一致，层级之间的梯度均匀。

3.根据权利要求2所述的航空发动机产品分解结构编制方法，其特征在于，所述步骤八中的100％原则为：所编制的产品分解结构应体现满足100％系统需求的所有功能，也即所有的需求在产品分解结构中均有相对应的元素予以承接，且这些元素所具备的功能是完整的，即下层所有元素的功能必须100％满足上层的需求，同时产品分解结构中不应体现系统全部需求外的其他需求。

4.根据权利要求3所述的航空发动机产品分解结构编制方法，其特征在于，所述步骤八中的互不重叠原则为：所编制的产品分解结构任何两个元素之间的定义范围不能重叠，各个元素应在确保它们有效的共同工作以达到上一层需求的情况下，实现相互独立开发。

5.根据权利要求4所述的航空发动机产品分解结构编制方法，其特征在于，所述步骤八中的高聚合、低耦合原则为：所编制的产品分解结构中，单一元素内部应高度聚合，不同元素之间应量减少耦合，以便于边界和接口的划分、利于技术状态管理。