浅谈中国制造与系统工程应用

2019-02-09 05:28刘鸿雁
山东工业技术 2019年2期
关键词:系统工程

刘鸿雁

摘 要:本文对《中国制造2025》国家战略中涉及的航空装备重点发展领域的大型民机研制现状进行了研究,对目前影响中国航空装备制造、特别是大型民机研制领域的短板进行了识别,提出了重视强化系统工程理念、合理利用系统工程方法、提高民机研制的综合集成能力的观点,对系统工程在民用航空产品的研制过程中的应用进行了有益的探索。

关键词:系统工程;民机研制;综合集成能力

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.026

1 引言

全球产业竞争格局正在发生重大调整,我国在新一轮发展中面临巨大挑战。国际金融危机发生后,发达国家纷纷实施“再工业化”战略,重塑制造业竞争新优势,加速推进新一轮全球贸易投资新格局。一些发展中国家也在加快谋划和布局,积极参与全球产业再分工,承接产业及资本转移,拓展国际市场空间。我国制造业面临发达国家和其他发展中国家“双向挤压”的严峻挑战,必须放眼全球,加紧战略部署,着眼建设制造强国,固本培元,化挑战为机遇,抢占制造业新一轮竞争制高点。

早在2015年,国务院印发《中国制造2025》,这是国家实施的制造强国战略第一个十年的行动纲领。在我国经济发展进入新常态的背景下,这个规划意义重大,不仅是调整结构、转型升级、提质增效,形成经济增长新动力的必然要求,更是抢占全球制造业新一轮竞争的制高点,将我国建设成为引领世界制造业发展的制造强国,提升我国综合国力、保障国家安全的必由之路。规划要求,各地区要结合当地实际,研究制定具体实施方案,细化政策措施,确保各项任务落实到位。

《中国制造2025》的任务和重点之一是提高国家制造业创新能力,在大力推动的“重点领域突破发展”方面,航空装备占有一席之地,其2025的目标是:“加快大型飞机研制,适时启动宽体客机研制,鼓励国际合作研制重型直升机;推进干支线飞机、直升机、无人机和通用飞机产业化。突破高推重比、先进涡桨(轴)发动机及大涵道比涡扇发动机技术,建立发动机自主发展工业体系。开发先进机载设备及系统,形成自主完整的航空产业链”[1]。我国航空工业无疑将迎来历史性发展的机遇,正确分析并直面目前影响我国航空工业,特别是大型民机研制的短板是把握发展契机的重要环节。

2 系统工程及其应用

按照国际系统工程协会(INCOSE)的定义:系统工程是一种使系统能够成功实现的跨学科的方法和手段。系统工程专注于:在开发周期的早期阶段,就定义客户需求与所要求的功能,将需求文件化;然后再考慮完整问题,即运行、成本、进度、性能、培训、保障、试验、制造和退出问题时,进行设计综合和系统确认[2]。

从定义来看,系统工程具有四个显著特点:面向整个系统、面向全生命周期、跨学科、以及对利益攸关多方的综合权衡。系统工程的落地对企业复合型人才的需求也更加凸显。系统工程从整体的角度分析问题,结构化剖析系统的架构和组成,并提供覆盖全生命周期的产品研制和管理流程集。作为解决复杂系统研发、生产与管理的方法论,系统工程目前已经成为解决制造企业中复杂问题、系统问题的核心手段,同时也是从事高度复杂系统产品开发行业的发展趋势。

系统工程自诞生以来,在国际上影响广泛。1990年,在波音、洛克希德等航空航天、防务公司的大力倡导下,国际系统工程协会(INCOSE)正式创立,该组织推动系统工程在学术界、工业界的应用能力和实践水平,以满足产业和产品趋向高复杂化的发展需求[2]。

目前,国际领先的航空研发企业波音、空客等,均在其大型飞机项目中应用了系统工程的方法。以波音宽体系列、空客宽体系列为例,这些项目均采用了系统工程的研制和管理方法,是使用系统工程完成高复杂性与高风险性并存的大型飞机项目的代表案例[3]。

3 国内民用航空产品研发现状分析

在我国航空装备、特别是民用航空产品的研制实践中,制约我国民用航空业国际竞争力的除我国基础工业基础薄弱外,主要还有研发能力的不足,尤其是飞机整机和飞机复杂系统的综合集成水平的不足。因此 《中国制造2025》总体思路中关于“强化工业基础能力,提升自主设计水平和系统集成能力”的论述对我国航空制造、特别是民用航空制造业具有针对性。制造业的创新发展,绝不仅仅体现在加工水平的提高,更重要的是产品的研发和产品集成能力的提高,而产品的研发模式和研制流程是体现研制能力和集成能力的软实力,应得到足够重视,对目前我国航空装备而言尤其如此。

目前民用飞机的研发,基本都采取了主制造商加若干供应商的模式,即供应商按主制造商的要求参与研发并按主制造商的要求提供设备、系统和部件,主制造商负责飞机顶层设计和飞机整机及系统的集成。尽管目前我国民机制造商选用了或可以选用与波音、空客等飞机制造商同样的系统、设备及零部件供应商,但由于飞机总体设计和飞机系统综合集成能力的差异,我国大型民用飞机要顺利获得国际主流适航当局的型号合格证要比波音和空客公司困难得多,这也成为了中国民机进入国际市场的瓶颈。

由于技术的发展,飞机及其系统变得越来越综合复杂,使得综合复杂系统的研制和飞机整机功能的集成很容易出现研发错误,各国适航当局高度重视飞机的研发错误及其对飞机安全性的影响。对于传统的简单系统的研发差错,一般是通过在系统及其组件上进行全面的试验,用直接试验验证的方法来进行检测和纠正的。但对于更为综合复杂的高度集成系统,其验证状态很难被全部确定,因而用传统验证方法无法确保安全。 鉴于常规的设计方法和验证技术不能减少现代民机的研发错误,新的基于系统工程思路和系统工程方法的研制保证过程技术在民机研发中得到广泛应用。该技术通过系统研制过程与安全性分析过程相结合的方法,用定量的安全性概率分析结合研制过程保证手段来保证飞机的研制满足适航规章系统安全性失效安全的要求。该项技术源于系统工程的理念与方法,是保证民用飞机安全、获得适航认证的核心技术。

随着ARJ21-700飞机的航线运行,我国自主研制的满足适航标准的飞机正式步入商业运营,成为国内民用飞机研制新的里程碑,加上目前C919等飞机的研制进展,我国在大型飞机的研制上也迈出了实质性步伐。但总体上由于我国民机研发处于起步阶段,大型客机的研制仍在路途,诸多因素还制约着大型飞机的成功研制。譬如适航取证过程的举步维艰,反映出国内飞机制造企业适航取证能力的不足,其中最突出的矛盾体现在我国航空工业按系统工程思路、按正向设计的理念来研发民用飞机及其系统的方法尚处在探索阶段,与适航规章中系统安全性要求相匹配的研制保证过程思路存在较大的差距,这对我国民机、特别是大型客机的研制已产生深远的影响。

4 建议

民用大型客机项目,是国家重点扶持的产业,是提升国力的重大专项,前景十分看好。经济合作与发展组织将大飞机制造业列于知识经济产业的首位,目前只有美国、俄罗斯、欧盟等能够制造大飞机。

作为“含金量”极高的产业,民机行业的产业辐射带动作用也不可小视。据波音公司的研究指出,一个航空项目发展10年后给当地带来的效益产出比为1:80,技术转移比为1:16,就业带动比为1:12。美国智库兰德公司的研究也指出,航空高科技企业及其核心技术衍射到相关产业,可以达到1:15的带动效应。因此,航空产业以及关联产业的发展,必然创造良好的经济与社会效益。

《中国制造2025》的推进,旨在打造中国的高端制造能力,以此为契机解决民用航空领域的短板和疑难问题、提升民机研制能力完全符合国家的产业政策和《中国制造2025》战略的要求。因此建议我国的航空企业、特别是民机研制企业能够抓住这个机会,用系统工程的理念对企业的民机研制流程进行改造与完善,尽早实现研制思路与民机适航取证需求相适应,提升民机适航核心能力。同时,通过《中国制造2025》,相关部门也应从国家层面和行业层面统筹规划,在民用航空领域重视强化系统工程理念、合理利用系统工程方法,优化我国民用飞机的研制流程,引导并帮助国内民用飞机研制单位建立国际通行的民用飞机及其系统的研制流程和相应的研制过程保证体系,提升我国民机研制的综合集成水平。

参考文献:

[1]国务院中国制造2025[S].2015,5(08).

[2]Haskins,Cecilia (ed.),INCOSE System Engineering Handbook: A Guide for System Life Cycle Processes and Activities,v. 3.2,INCOSE-TP-2003-002-03,International Council on Systems Engineering,June 2006.

[3]張新国.迎接航空工业新一轮技术革命[J].航空科学技术, 2011(02).

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