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蔡琰:技术性能测量(TPM)在美军装备研制中的应用

OFweek 2019-07-09 12:56:20

[导读] 在武器装备研制项目的不同阶段,性能指标的要求变化很大,将性能指标的评审节点定在武器装备研制过程的里程碑事件上。

技术性能测量(TechNIcalPerformance Measure,TPM)是一种跟踪技术进展满足武器性能规范的工具。在武器装备研制项目的不同阶段,性能指标的要求变化很大,将性能指标的评审节点定在武器装备研制过程的里程碑事件上,可以及时有效地利用里程碑事件发生时汇总的性能指标信息,来把握性能指标的动态变化,从而对武器装备研制过程性能指标的满足情况做出风险估计。

技术性能测量在美军装备研制中的一般流程

项目需求阶段,政府和承包商团队选取技术指标,形成指标列表,如重量、速度、MTBF等,通过项目成本和进度分析规划技术性能测量流程,形成项目进程规划,通过技术性能测量评估过程,形成风险分析结果。

一、支撑美军装备需求论证和验证

作为使用方和建设方,美军制定装备的使用需求,并通过里程碑节点审查确保需求通过技术的实现。

从美军的装备正向开发设计流程来看,利益攸关方的需求通过任务要求(Mission Needs)——效能指标(MOE)——性能指标(MOP)传递到技术实现方,而技术实现方通过开发过程的技术性能测量进行技术实现的监管和风险监控。

效能指标、关键性能参数(KPP)、性能指标和技术性能测量的关系

项目采购方通过任务需求明确装备的效能指标,制定关键性能参数。竞标方根据效能指标和关键性能参数提出方案并明确性能指标。竞标成功后,在研制过程中通过技术性能测量确保技术实现。从效能指标到技术性能测量的过程中技术途径和阶段性目标逐渐显现,以作战需求为输入的,输出具体技术落地和风险评估。从技术性能测量到效能指标则是技术解决视野逐渐清晰。

经过需求论证,任务要求形成了效能指标,并列出关键性能参数清单。效能指标经过设计推演、迭代和验证,形成性能指标,完成需求论证过程。

关键性能参数和技术性能测量的关系

如上图所示,在美军某项目的技术分解示意图中,关键性能参数主要反映客户对任务完成目标的需求。技术性能测量需要解决的问题是对构成关键性能参数的关键可度量技术指标进行量化评估。

选取的技术性能测量需要反映飞机关键性能,把握飞机研制风险,做到自底向上地技术管控,通过技术性能测量可确认飞机性能指标的实现,确认飞机效能指标的实现,最终满足客户需求。被跟踪参数的选定是基于成本、风险和该参数是否是系统成功的关键指标。被选定的参数起着衡量和评估技术进展状况的度量作用。

效能指标、性能指标、技术性能测量的数量关系示意

如上图所示,在美军项目中,一般定义2~12项效能指标(平均6项),定义的每项效能指标可牵引1~10项性能指标的设计(平均5项),每项性能指标的实现需跟踪关键的1~7项技术性能测量(平均4项)。

技术性能测量也是分层开展的。通过开展技术性能测量工作,每一个技术性能测量描述的性能可逐级支持型号上一级产品性能,并最终有助于实现飞机、发动机、保障或训练系统的整体性能。

在里程碑节点处评估性能指标时,性能指标的权重值会影响技术性能测量值的计算。根据每个技术性能测量指标在系统需求中所处的重要程度,结合专家打分或仿真预计等方法为每一指标确定权重系数,然后综合考虑三类指标,作为技术性能测量综合指标。

二、支持项目管理、开发方的风险管控

在系统工程V字模型中,效能指标和关键性能参数在作战需求文档初始化能力文件中明确,其中效能指标需要用装备性能进行确认和验证。性能指标和技术性能测量在体系和系统需求指标中明确,并通过系统测试进行确认和验证。

系统工程V字模型中效能指标、关键性能参数、性能指标、技术性能测量的相对位置

虽然工程中要求某些指标越高越好或越低越好,但在实际情况中,它们也不可能达到最高或是最低,因此只要符合需求即可。因此,对A类性能指标可以规定一个满足需求的容忍区间,区间的下限值可以根据对指标的需求给出,上限则为正无穷;对于B类性能指标也规定一个满足需求的容忍区间,区间的上限值根据对指标的需求给出,下限则为0;对于C类性能指标的容忍区间,则需要根据对指标的需求对上限和下限都进行限制,形成置信带。无论是哪一类指标,指标数值只要包含在置信带内,就说明符合需求。

F-22技术性能测量示意图

如上图所示,在F-22项目中,技术性能测量跟踪项目里程碑(标注于标准图表上部,分别为需求设计评审、初步设计评审、关键设计评审)及其对应的目标值(产品规范确定的数值,以中部的虚线表示)和当前估算值(以黑三角形表示),以对研发产品应达到性能进行预测。

在美国航空航天局(NASA)某项目中,不同的技术指标在不同的阶段,其技术性能测量范围和指标随着项目阶段的开展而不断更新。而在每个项目阶段结尾开展评审可以更清晰、直观地看出项目开发是否达成此阶段的目标。

NASA某项目技术性能测量值随项目进程的变化

在工程项目的初始设计阶段,通过历史数据统计、仿真预计或解析等方法,确定技术性能测量阈值后,可以动态地控制技术性能测量指标的风险,更有效地对工程项目进行性能风险评估工作。

技术性能测量可以让项目管理者跟踪系统设计过程和研制过程状态。对参数的实际值随时间变化偏离计划值的状态进行监测,项目指挥根据监测结果来判断实际值偏离计划值的程度是否可以接受。

以波音公司某个项目中的某项技术性能测量指标为例。对于技术性能测量测量值与指标的偏离,通常采用不同颜色的图例来评估风险程度。绿色表示系统完全符合性能需求,黄色表示系统能够达到要求,但目前没有完全符合性能需求,红色表示系统不能满足需求。蓝色表示系统超过了性能需求,暗示系统需求制定过于宽松,利益攸关方可审慎考虑修改指标。

技术风险的可视化描述

在该项目中,随着项目进行,绿色区间逐渐缩窄,表示对系统开发的要求越来越高,到达某个阶段后,绿色区域范围不再变化,表示指标固化,如下图所示。

波音公司某项目技术性能测量与风险管理结合实例

技术性能测量评估可与工作分解结构(WBS)结合,绘制出系统开发工作分解风险图。在工作分解结构图中,技术性能测量风险较高的指标标红,表示系统研制存在风险,需要制定风险消减计划。

技术性能测量与工作分解结构图结合使用案例

对高风险的技术性能测量,需编制风险评估报告,分析技术性能测量不达标的原因,并制定风险消减计划,在规定时间内消减风险因素并通过在里程碑节点的连续监控,确认风险因素是否已经消减,是否对装备研制产生影响。

(中国航空工业发展研究中心 蔡琰)

本篇供稿:系统工程研究所

运 营:李沅栩

[整理编辑:CK365测控网]
标签:  装备制造[0]    性能测量[38]
 
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