航空型号产品开发阶段技术风险分析

航空型号产品开发阶段技术风险分析

航空工业是一个重要的国家技术、经济实力和工业化水平的重要标志。该飞机的制造是支持整个航空工业的基础。航空型号的研制通常是一个多学科交叉、众多技术人员参与、研制周期漫长、研制费用投入巨大的系统工程,同时这些研制特点也决定了航空型号研制项目的高风险性。航空型号产品在其研制过程中面临着许多风险,按风险的来源分类,可分为技术性能风险、时间计划风险、研发费用风险、组织人才风险、环境政策风险、物资供应风险、市场需求风险。其中技术性能风险、时间计划风险、研发费用风险和市场需求风险是航空型号项目研制周期面临的主要风险类型,体现了航空型号项目的典型特点。通常我们比较重视研制产品时间、费用及市场风险,而对型号产品开发阶段的技术性能风险重视不够,从而可能导致产品的研发周期超期,预算超支,甚至发生颠覆性的不能满足产品基本技术性能要求的风险,失去客户和市场,从而宣告产品开发彻底失败。本文以某型号直升机为例,根据航空型号产品的研发特点,就航空型号产品开发阶段技术性能风险的辨识、风险估计、风险评价和风险降低进行分析;通过技术性能测量项与顾客效用曲线的结合来评价和跟踪风险,同时通过在产品开发过程中如何利用适时产生的有用信息来降低风险。此方法有助于项目规划者确定那些显著的性能风险来源,可以帮助产品开发负责人集中精力分析、控制和消除主要性能指标风险以增加客户价值。一、飞机产品的技术性能风险1.技术性能指标飞机型号产品开发的目标就是以一定的确定性产生符合市场需求或满足顾客特定要求的产品。对于拟投放市场的型号产品,主要是通过市场分析和企业能力的分析确定目标型号的技术性能来满足市场需求,以获得航空企业利润的增长点;对于满足特定顾客的型号产品,由顾客提出产品的技术性能指标委托航空企业进行研发。尽管两种型号产品开发的技术性能指标确定方式不同,但未能满足要求的技术风险的本质却是相同的。这些待满足的技术性能指标通常是由批准的项目建议书和型号研制任务书来约定的。本文以某直升机样机(以下简称样机)为例对研发中的技术风险进行分析,样机的主要性能指标(仅选取对目标市场最重要的三项)见表1。2.计算风险分析风险是指在一定条件下和一定时期内,由于各种结果发生的不确定性而导致行为主体遭受损失的大小以及这种损失发生可能性的大小,风险是一个二位概念,风险以损失发生的大小与损失发生的概率两个指标进行衡量。型号技术性能风险主要是指产品设计未能满足技术性能指标要求以及由这些要求衍生的后果。同技术性能指标相关联的风险大小取决于两个因素:①不能满足要求的输出结果数量;②每一个输出的结果和影响。3.角分布的一般信息概率密度函数(PDF)通常是量化技术性能指标不确定性常用的评估工具。本文把技术性能指标可能出现的值称为技术性能测量项(TPM),它是一个随机变量,通常TPM的概率分布可以由有经验的设计人员估测给出。由于型号开发的起始阶段缺乏比较详细的信息,我们通常关注几种可能输出指标值:①最可能情况;②乐观情况(最好);③悲观情况(最差)。用这三种情况可以构建一个初步的三角分布的PDF,由概率论可知PDF包围的面积1。当然,这里有个假设条件:在两个极值以外的区域,TPM发生的概率忽略不计,这与实际情况也非常接近。4.最大方程概率分布以样机的TPM的最大航程为例,设计人员凭经验和现有的技术信息预测研发初期的最大航程的最可能值为800km,悲观值750km,乐观值1000km。可以用此三个预测值构建一个三角分布的最大航程概率分布曲线,如图1。在870km处的竖线代表要求满足的性能水平,PDF指标线的左半阴影部分的面积表示不能满足要求的概率。同样,给出最大巡航速度和有地效悬停升限的TPM概率,如图2、图3。二、有关模型和开发阶段的风险评估1.样机测试结果分析(1)效用。效用在经济学上是指人们从某事物中所得到的主观的满足程度,是风险决策中常用的一个工具,它反映不同个体或群体在风险决策中对风险的喜好。效用值是人们对风险期望值的量化,其大小一般是一个相对数字,如果决策认为可能出现的两种结果无差别,则认为两者的效用值相同。(2)技术性能客户效用与客户价值。本文界定技术性能指标的客户效用值介于0到1之间,即最小效用值为0,最大效用为1,它反映了客户对某一性能指标的相对满足和接受程度,同时也是客户对型号产品价值认同的一个参照基准,效用曲线能够体现客户对性能指标水平的喜好。效用曲线可以用来确定各种技术性能指标对客户的效用。客户的效用取决于客户对技术性能指标的敏感性,是通过对客户的要求、喜好进行判断分析得到的。图4给出了样机有地效悬停升限的客户效用曲线(分段函数),X轴代表从客户没有获得效用到愉悦的连续状态。在本例中由于考虑样机的细分市场主要是高原、高热地区的客户,飞机使用有特殊要求:有地效悬停升限不能小于2700米,少于此则不可接受,少量的提高升限可以迅速增加客户价值,达到3000米时将会使客户感到愉悦。同样,通过分析我们也给出样机最大航程、最大巡航速度的客户效用曲线,见图5、图6。效用曲线可以用来确定各种技术性能测量项对客户效用及价值的影响。不能满足目标性能技术指标的后果或损失是技术性能指标目标效用同实际输出效用之差的函数。2.风险rtpm的量化某一TPM的技术性能风险是产品不可接受的输出概率及其影响总和。对于连续分布的技术性能测量项,通过与技术性能的客户效用相结合,风险RTPM可以量化表示为:fTPM(x0)是技术性能测量项输出的概率分布,通过对KTPM量化因子选择合适的单位,可以使风险RTPM代表可能损失的价值,如损失的人民币销售收入。本文中取KTPM=400,代表以单价4千万元的价格出售100架(预测的销售数量)目标样机的销售收入400(千万),利用公式(1)进行数值积分可以得到各项指标的风险损失值。具体数值见表2最后一列。3.悬停升限风险的计算产品设计的整体性能风险是各项性能指标风险配以权重之和。Wi是技术性能测量项风险的权重,权重的大小由技术指标的重要性决定,是技术专家主观估计值,所有的Wi之和为1。本文只考虑样机的在上文讨论的三项技术性能测量项:有地效悬停升限、最大航程和最大巡航速度,各项指标的权重在表2中列出。通过公式(2)我们可以计算得到样机的整体性能指标风险为19.4(千万),也就是400(千万)的销售收入可能损失19.4(千万)。项目初始阶段,悬停升限风险较大是因为效用曲线的形状和它的概率密度分布曲线的特性:概率分布曲线有很大比例位于客户效用为零的区域,这表明对风险有很大影响,RTPM不是一个线性函数,它随着效用值的减小而迅速增加。这样拥有较大RTPM的项将会对风险R有较大影响。这个结果非常有用,因为我们不希望某一项有高风险的指标被其它大量低风险指标所掩盖。同时我们可以根据每一项技术性能指标的风险RTPM值的大小,设定风险等级,例如,本例中我们根据自己对风险的承受能力,把风险分为高、中、低三种风险,见表3。对于高风险技术指标必须采取措施应对,使风险向低等级风险过渡;对中级风险应给予高度关注,根据风险发展趋势相应处理;低风险则为安全状态。三、跟踪和降低新型技术的性能风险1.使用的信息对降低技术性能产生重要的作用在型号产品的开发过程中,随着开发工作的进展,会产生大量有用的信息,这些有用的信息有助于降低技术性能的不确性。有用的信息同风险降低的关系如图7。2.技术性能风险与产品演进进程的跟踪我们知道,由于技术风险的存在,型号产品开发的进程很难测量。对其中的原因许多专家已作了阐述:其一,项目中有众多工作活动要做,人们倾向于先做最简单的,例如,当型号设计中的80%的工作活动已经完成,许多人便认为工作量的80%已完成,其实不然;其二,返工,产品开发的计划者通常只考虑成功而未考虑失败及其后果;其三,实际工作中,做产品开发工作需要发掘额外的信息(由额外的活动去产生)来降低已存在的风险和偏离。以上三个因素可能使剩余的20%的设计工作要花费一半的项目计划时间,因此,不能完全按照项目计划的完成量来衡量和跟踪型号产品的进程。要衡量和跟踪型号项目产品开发进程,就必须结合项目的技术风险状况,适时产生有用信息来降低风险。随着型号产品研发的展开,设计者通过使用技术性能测量项来跟踪重要的技术性能发展,技术性能测量项会随着设计的进展而变化。随着设计工作的进行,原来的技术性能指标会根据分析、模拟及演示等获取的数据进一步明确化,并会随着技术性能测量项的验证变得越来越客观。此时,某些指标就会与客户要求指标偏离,也就是存在较高风险,就需要增加一些额外的活动来产生信息降低风险。最后通过对风险的跟踪和控制,使型号产品设计能够达到相对满意的技术性能水平。我们以悬停升限为例,在本文第二、三部分确定的悬停升限TPM概率分布和技术性能风险,都是样机型号开发概念(定义)阶段的数据,型号设计负责人可以定期对技术性能风险进行评估、判断。对于不可接受的高风险水平,如悬停升限,我们通过适时地增加能产生有用信息的额外活动来降低风险,这些活动可以是分析、评审、试验等等。具体方案可以是:①召集国内外相关技术专家对目前采用的技术方案进行评估;②引进或开发先进的飞机设计性能扩展计算软件;③进行针对性的风洞试验,以获取相关数据;④参照国内外相似型号飞机的资料,使用成熟技术。通过进行这些类似的行动,我们就可以获