復雜大型裝備研發風險識別與管控

張文 周恩民 洪興福 劉愷

(中國空氣動力研究與發展中心高速所，四川 綿陽 621000)

0 引言

低溫壓縮機作為某大科學裝置動力系統，具有系統組成復雜、運行環境嚴苛、專業交叉融合、建設周期緊張等特點，同時具有工程建設和技術開發雙重屬性[1]，其復雜程度和技術要求極高，屬于典型的復雜大型研發裝備[2]。該系統采用了大量的新技術、新工藝和新方法，涉及設計、采購、制造、安裝、調試和運行等多個環節，技術風險、進度風險和質量風險等貫穿于全鏈條研發階段[3]。

基于此，針對低溫壓縮機不同研發階段開展風險識別和管控，通過風險控制措施有效降低項目研發風險，可為其他復雜大型裝備研發風險管控提供參考。

1 復雜大型裝備研發特點及風險管控特點

1.1 研發特點

低溫壓縮機系統主要包括結構部件、輔助系統和控制系統。其中，結構部件組成異常復雜且多為非標準件，特別是機殼采用雙層殼體設計，制造和裝配難度極大；輔助系統和控制系統分別包括若干子系統，涉及流體力學、聲學、熱力學、結構力學、低溫工程和自動控制等多種學科和專業。低溫壓縮機系統構成如圖1所示。

圖1 低溫壓縮機系統構成

由于低溫壓縮機長期處于深低溫環境運行，機殼和轉動部件均采用耐深低溫材料，但軸承、聯軸器和振動傳感器等內部部件無法耐受低溫，必須采取可靠的絕熱防護措施，以保證低溫壓縮機安全穩定運行。

此外，某大科學裝置建設周期緊張，僅為6年。因此,低溫壓縮機研發進度控制難度較大。

1.2 風險管控特點

風險是不確定因素的集合[4]。低溫壓縮機屬于復雜的大型研發裝備，復雜性、技術性和不確定性較高。為了在緊張的建設周期內保證項目一次性成功，必須在研發階段全面識別項目風險。通常，風險管控包括風險識別、風險分析、風險評價和風險控制4個方面。復雜大型裝備研發風險管控特點如下：

(1)系統性。復雜大型研發裝備構成復雜，各設備相互關聯、有機統一。因此，應基于全系統、全鏈條角度進行綜合決策和管理[5]。

(2)復雜性。低溫壓縮機研發包括設計、生產、投運等多個階段，各階段的交付物、風險來源和管控措施均不相同。因此，需要進行全面的風險識別，并有針對性地采取風險控制措施。

(3)動態性。隨著低溫壓縮機研發項目的推進，各環節風險發生演變、轉化和延伸，研發過程中的客觀條件、人員配置、設備狀態等也隨之變化，需要進行風險的動態識別和管控。

2 復雜大型裝備研發風險識別與評價

低溫壓縮機研發風險貫穿于項目建設始終。基于風險屬性，可劃分為技術風險、進度風險、質量風險和安全風險；基于組織管理，可劃分為決策風險、組織風險和資源風險；基于內外環境，可劃分為環境風險、經濟風險和政治風險。不同類別風險和同一類別下的不同風險交叉耦合、相互關聯、相互影響，因此，復雜大型裝備的風險管控需要進行風險解耦控制。首先，識別某類、某項風險及其基本風險點；其次，分析各類風險發生的階段和不同類別風險之間的關聯性，對風險發生的概率和后果進行總體性評價；最后，提出風險控制措施。

基于低溫壓縮機研發特點和風險管控特點，采用專家調查法和頭腦風暴法[6]，依據研發時間條線逐類、逐項識別風險。建立由建設單位、EPC總承包單位、行業專家、項目管理專家等組成的風險識別團隊，經過多輪分析和推演，歸納出低溫壓縮機研發各階段主要風險(圖2)和基本風險點(表1)。

表1 低溫壓縮機研發基本風險點

圖2 低溫壓縮機研發各階段主要風險

2.1 風險識別

從圖2可以看出，技術風險、進度風險和質量風險貫穿于項目設計、生產和調試全流程。不同研發階段的風險類別和風險點既相互交叉又各有側重，具體表現在以下4個方面：

(1)設計階段側重工程師的配備和穩定性，這直接影響設計質量和進度。

(2)采購階段側重價格行情以及國際形勢變化、特別是進口關鍵設備的訂貨下單、技術指標和到貨周期，直接影響技術、進度和質量指標。

(3)制造、安裝和調試階段側重方案決策、安全操作防護、組織機制、人機設備和環境等方面，風險點較多且存在集中爆發的可能性，屬于風險管控的重點階段。

(4)運行階段的風險與調試階段大致相同，側重于技術實現性和安全性，對進度和資源的關注度較低。

2.2 風險評價

風險評價方法主要包括層次分析法和綜合評價法。考慮到低溫壓縮機研發的復雜性和風險的多樣性，本文采用綜合評價法進行風險模糊評價。

模糊評價法基于模糊數學隸屬度理論，采用數學方法實現可量化考核指標的定量評價。以各風險發生概率和等級作為評價指標，建立低溫壓縮機研發風險概率評語集V1和風險后果評語集V2，具體見表2。

表2 低溫壓縮機研發風險評語集

假設風險概率權重為A1，影響低溫壓縮機研發技術、進度和質量的風險等級權重為A2，分別取平均值作為最終權重，得到

A1={0.2,0.15,0.15,0.1,0.1,0.05,0.1,0.05,0.05,0.05}

A2={0.35,0.35,0.30}

邀請風險識別團隊對風險概率和等級打分，通過過程修正和算數平均可知，計算結果相對集中且符合散布要求。溫壓壓縮機研發風險概率打分表見表3，低溫壓縮機研發關鍵風險后果打分表見表4。

表3 低溫壓縮機研發風險概率打分表

表4 低溫壓縮機研發關鍵風險后果打分表

根據表3和表4數據，得到模糊評價矩陣R1和R2。將權重向量A與評價矩陣R相乘，得到風險概率隸屬度向量B1和風險后果隸屬度向量B2，即

B1={0.095,0.165,0.192 5,0.302 5,0.245}

B2={0.03,0.115,0.202 5,0.32,0.332 5}

采用加權平均法得到模糊評價值，即

可以看出，該系統研發風險較高。一旦發生風險，后果將十分嚴重。

2.3 主要風險識別與評價

從技術、進度和質量三個方面對低溫壓縮機研發主要風險進行梳理，并邀請風險識別團隊對各風險因素打分。低溫壓縮機研發主要風險概率打分表見表5，低溫壓縮機研發主要風險后果打分表見表6。

表5 低溫壓縮機研發主要風險概率打分表

表6 低溫壓縮機研發主要風險后果打分表

采用加權平均法計算各風險概率和等級的單一評價值，構成評價值矩陣。Y3中各數值對應各項風險概率，Y4中各數值對應各項風險后果。具體如下

Y3=[0.32,0.29,0.285,0.27,0.31,0.295,0.29,0.31]

Y4=[0.325,0.295,0.305,0.285,0.325,0.285,0.27,0.31]

由此可見，氣動性能可靠性、內機殼靜葉裝焊、調試進度與安全等風險概率較高。一旦發生，將會造成較為嚴重的后果。

3 復雜大型裝備研發風險等級模型構建與管控措施

3.1 研發風險等級模型構建

基于上述風險識別過程與結果，以橫坐標為風險發生概率，以縱坐標為風險后果，建立低溫壓縮機研發風險等級模型，如圖3所示。

圖3 低溫壓縮機研發風險等級模型

由圖3可以看出，低溫壓縮機研發主要風險概率和后果評價值均≥0.25，因此，取0.3作為風險概率和后果的界限值，將風險劃分為低概低危、低概高危、高概低危和高概高危4類，并采取針對性措施進行化解。該系統研發階段無高概低危風險，而低概低危和高概高危風險較為集中。其中，3個高概高危風險分別為氣動性能可靠性、內機殼靜葉裝焊、調試進度與安全。

3.2 研發風險管控措施

3.2.1 技術風險管控措施

針對設計、制造和調試階段開展有針對性的技術風險管理。在設計階段，建立分系統兩級設計體系和三級評審制度，明確評審交付物組成形式和文件要求；針對風險概率高、實現難度大的技術指標提前開展專項試驗驗證，通過驗證對設計方案進行迭代優化，同時邀請第三方機構開展全面評估，確保方案設計科學合理。在制造和調試階段，組建技術決策團隊和專項聯合攻關團隊，為研發過程中的疑難問題提供決策和技術支持。

3.2.2 進度風險管控措施

建立“計劃牽引、資源跟進、全員參與”的進度管理體系。建立年計劃、月計劃和周計劃三級計劃管理以及專項計劃管理體系；建立工作例會、月例會、周例會和1/2周例會制度；依據研發計劃，提前準備和協調資源，同步制訂資源的備份預案；通過專項管理措施，將總承包單位和分包單位納入進度管理體系，提高工作效率。

3.2.3 質量風險管控措施

建立低溫壓縮機研發質量管理體系，識別質量控制重點，與EPC總承包單位共同編制質量控制計劃和質量管理方案等體系文件；建設單位和EPC總承包單位分別設置總質量師和專職質管員，各分系統負責人依據專業特點和質量控制重點開展過程方案審查、制造工藝評定、關鍵指標復核等，切實將質量管理貫穿研發全過程；委托專業監理單位駐廠跟產，形成建設單位、EPC總承包單位和監理單位閉環管理回路，提高管理效率。

3.3 應用實例

以氣動性能可靠性風險因素為例，從技術、進度和質量三個方面分析風險管控措施。

(1)技術風險管控措施。首先，建設單位聯合EPC總承包單位和國內專家開展了大量的聯合攻關，提出了最優設計方案；其次，制造了1 ∶3.75的縮比模型機進行試驗驗證，進一步優化迭代并固化了氣動設計方案；最后，在原型機制造完成后進行了常溫、常壓試驗驗證。經實踐檢驗可知，氣動性能達到設計要求。

(2)進度風險管控措施。由于設計方案的反復優化和精益求精導致方案確定時間較晚，直接影響了結構定型和加工制造周期，對總體進度造成了一定影響。為了解決上述問題，一方面，編制并嚴格落實氣動設計定型、縮比模型機試驗驗證專項計劃；另一方面，在縮比模型機試驗期間，根據試驗結果同步開展結構的局部優化，提前完成加工制造準備并啟動部分制造工作，加快了項目進度。

(3)質量風險管控措施。深入分析影響低溫壓縮機氣動性能的關鍵工序和環節，嚴控重點部件焊接和尺寸加工精度。同時，在總裝期間進一步消缺優化，保證氣動性能達到試驗要求。

3.4 風險管控效果

自低溫壓縮機研發合同簽訂以來，建設單位與EPC總承包單位持續關注風險管控并動態更新風險庫，采取一系列管控措施有效化解和轉移了研發過程中的技術風險、進度風險和質量風險等。設計階段的各類方案和試驗驗證結果得到國內專家認可，按照節點要求順利通過專家評審；制造階段進度較原計劃略有滯后，但仍滿足總體進度要求。目前，低溫壓縮機整機制造廠內調試已經順利完成。從調試結果看，制造和裝配質量控制效果良好，風險管控達到預期效果。

4 結語

本文以低溫壓縮機研發項目為例，基于風險識別、風險分析、風險評價和風險管控4個方面，梳理和分析了低溫壓縮機研發風險因素，并提出了有針對性的管控措施，取得了良好效果，可為復雜大型裝備研發風險管控提供參考。