1、航空工業飛機成木問題的提出及未來研究的論文摘要當下的中國航空工業內部成木管理非常粗放，不適應市場競爭和企業商業化的 需要，管理體制亟待改革，特別是大飛機項目列入國家中長期發展規劃后，飛機的經濟性 要求愈加重耍。本文重點分析了飛機全壽命周期成本(1cc)工程，介紹了并行工程的設計思 想和美國蘭徳公司dapca iv模型,并且在分析飛機設計特點的基礎上總結了其未來研究的 發展趨勢在于多學科綜合設計和面向系統的設計。關鍵詞飛機設計；全壽命周期成本；并行工程一、航空工業飛機成本問題的提出作為航空工業的主要產品，飛機研制項目具有周期長、技術新、耗資大、風險人的特點。過去我國飛機研制都屬政府投資，設計與牛

2、產脫節，風險由國家承擔，飛機 設計研究所因長期以來受軍工系統傳統的研發采辦管理機制所限，造成了對飛機成木意識的 淡漠。設計研究所的忖標是設計出滿足上級要求的飛機，沒冇將飛機成木作為設計參數進行 嚴格控制，因此，飛機的工藝性，飛機的成本以及飛機的銷量等等因素在飛機設計吋考慮較 少。 中國加入wto已冇5年z久，國內市場經濟不斷推進，融入世界經濟成為不可阻 擋的激流。經濟全球化成為總的趨勢。航空工業的全球化是以武器系統的單一國家的模式轉 向國際化的開發、生產以及市場營銷為基礎的，而且全球化的深度和廣度都在加強。在競爭 口益激烈的市場環境中，民用飛機產業受到更加直接的國際市場沖擊。我國的航空工業要參

3、 與國際競爭，就要求變革現行管理體制和機制，并且在廣人工程技術人員心屮樹立起技術經 濟、成本效益的系統觀念。wwwcom二、飛機全壽命周期成本(lcc)工程1.在飛機設計階段降低成本?，F代成功的軍用飛機和民用飛機，不僅具有佼高的性能和效能, 而且給用戶在經濟上帶來效益。因此，飛機作為工程系統在多種方案優選決策時，很人程度 上取決于其經濟性。要提高經濟效益，冇效的辦法就是控制飛機的研制成木。降低產品的成本有很多方法，它們分布在不同的設計階段。普遍認為，工程設計的早期階段是一個 新產品在技術和經濟上取得成功最關鍵的一個步驟。通過研究設計対成本的影響表明，產品 絕大部分的制造成本是在設計階段由所選定

4、的原理解和結構化方式所決定的，而隨后的加工 和裝配階段，對于降低成木而言，作用相對較小。有學者指出，產品屮多達80%的成木在 早期設計階段已經決定了，在這個階段我們可以獲得主要的成本節約。2.飛機的并行工程設計思想。長期以來，新產品的開發大多沿用傳統的順序工程方法。產品總是從一個部門 遞交給下一個部門(例如：設計開發部工藝部制造加工部總裝測試部等)，由于傳統的順序 工程設計方法在設計的早期不能全面考慮后續過程的多種要求，造成從概念設計到工藝過程 設計的多次修改，產晶開發周期延長。另外，產站順序工程方法中每一階段的成本都逐級放 大，使得新產品成本成倍提高。一架飛機設計得成功與否，應以是否達到效能

5、費用比最優來評判。要達到效能費用比最優只能運用不斷涌現的新技術、綜合設計的思想和系統 工程的設計方法才能得以解決。并行工程就是適合于系統工程的一種方法，強調綜合設計, 強調各專業技術人員的協同合作。并行工程方法在產品的研制、開發和設計過程小充分利用 高度發展的計算機輔助工具和技術集成以及信息集成系統，做到信息共享、信息交流，使開 發和設計人員能大雖采用集成技術，及時地完成產品及英過程(如生產、維護過程等)的設計 和評價，可顯著地改善產品的設計質最和加快研制周期。3.飛機全壽命周期成本(lcc)管理。鑒于飛機研制、生產和使用保障等費用全面增長的嚴峻局面，美國國防部于20世紀 60年代初提出了壽命

6、周期成本的概念，并開始對飛機壽命周期成本進行研究。開展壽命周 期成木研究的主要目的是揭示壽命周期成木發生、發展的規律，從而采取有效的方法對其進 行控制。美國國防部認為，lcc是指政府為了設置和獲得系統以及系統一生所消耗的總費用， 其中包括開發、設置、使用、后勤支援和報廢等費用。在此z前，美國國防部對武器系統成本的定義主要是單件產品的成本。以后，隨著武器性能的不斷提高，不但武器系統的 研制、牛產成本h益增大，而且由于武器裝備的h趨嚴格，促使武器系統的使用與維護費川也空前上漲。1962年，在美國國防部氏的報告中披露：1961年美國國防預算至少25%用在 維修費上，并且得出結論認為把全部壽命周期內的

7、維護費壓縮到最低才是產品研制的基木思 想。因此，1966年6月美國國防部開始正式研究武器系統的全壽命周期成本(lcc),并在1970 年開始使用lcc評價法，耍求武器系統的使用部門在作出采購決策時，不但要考慮是否買得 起，更要考慮在整個全壽命周期內是否用得起。lcc克服了傳統企業成木管理僅注重降低住產制造成本的局限性，將企業成本管理的視角向前延伸至研發設計階段，拓寬了成本管 理的視野。它強調“產品成本是硏發設計的結果”，就統籌考慮產品的可生產性、可靠性、可 維修性等要求，減少在設計后期發現錯誤而導致的返工，從而大大縮短產品開發周期、降低 制造成本、節約使用與維護費用的目的。它將重點放在產品的開

8、發設計階段。在激烈競爭的 買方市場屮，企業要在市場競爭屮獲勝，必須堅持以市場為導向，注重產品的顧客化，將成 木管理的重點放在面向市場的設計階段。lcc管理正是從這一角度出發，強調以顧客為中心 的思想，即lcc的讓算是從客戶的角度進行的，不僅考慮了生產同吋也考慮了使用者的耗費， 確定冇利于提高成木效果的最佳設計方案。飛機的壽命周期指該型飛機從論證開始直到追役為止的整個周期。我國規定，飛機的壽命周期可分為研制階段、采購階段、使川保障 階段、退役處置階段。£機壽命周期成本是指在預期的壽命周期內，為e機的論證、研制、 生產、使用、維修與保障、退役所付出的一切費用z和稱為飛機的壽命周期成本。以

9、時間可 分為：研究、發展、試驗與鑒定費用、生產費用、地面保障設施與最初的備件費用、專用設 施費用、使用保障費用、處置費用等。4.飛機全壽命周期成本分析方法和蘭德dapca iv模型。冃前，壽命周期成本分析的方法主要有類比法、參數法和工程估算法三種。類比法是建立在與過去類似的工程項目進行比較，并根據經驗加上修正而得出費用估計。參數 法是通過一定的數學方法建立起系統費用與系統的測度(尺寸、性能等)z間的關系這樣建立 起來的關系式稱為費用估算關系式(costestimate rela-tion, cer)工程估算法是利用工作分解 結構自下而上地估算整體費用。山于參數法可用于研制早期階段，而這一階段的

10、決策對整個 壽命周期費用有重大影響，因此，成為人們研究的重點，并在實踐中加以應用。波音公司可 以用其現在飛機的費用估算關系式毫無困難地、非常精確地估算新噴氣客機的費用。美 國蘭徳(rand)公司受美國軍方委托在飛機壽命周期費用分析領域開展了人量的研究工作。 1967 年提出關于飛機發展與釆購費用(development and procurement costs of air-craft, dapca) 分析的笫一種模型dapca i, z后數次改進，模型的ai形式是dapca iv。dapca模型在飛機壽 命周期費用分析領域有相當的影響力。dapca iv模型通過工程、工藝裝備、制造、質量控

11、制 等小組來分析估算研究、發展、試驗與鑒定及牛:產所需的工吋，然后將這些工時乘以相應的 小時費率，就可得到一部分發展與采購費用；通過發展支援、飛行試驗、制造材料和發動機 制造等方面的費用肓接得到另一部分發展與采購費用。蘭徳dapca iv模型中工時、費用的計算公式如下：工程工時：he=0.88w0.777ev0.894q0.163工藝裝配工時：ht=l.22w0.777ev0.696q0.263 制造工時：hm=1.6iw0.82ev0o 484q0.641 質量控制工時： 0.076hm貨運匕機0.133hm其他e機發展支援成本：cd=7.96w0.630cvl.3 e行試驗成本：cf=46

12、13w0.325cv0.822flal.21制造材料成木：cm= 1.90w0.921 cv0.621 q0.799發動機生產成本：ceng=l.5480.0097tmax+243.25mamax +0.54tti-2228 研究、發展、試 驗與鑒定費用+生產成本=here+htrt+hmrm+hqrq+cd+cfcm+cengneng+cav 式中：we空重(n)； v戢大飛行速度(km/h)；q產量； fta飛彳亍試驗機架數(一般為26架)；neng總產量乘以每架飛機的發動機臺數；imax發動機最大推力(n)；mamax發動機最大馬赫數；tti渦輪進口溫度(k)； rc, rt,rm, r

13、q綜合費率(即人工小吋費用，包括職工的工資和津貼、tl常開支和管理費用等); cav航空電子設備費用。三、飛機全壽命周期成本工程與飛機設計發展趨勢現代飛機優化設計越來越追求對各類綜合設計要求的尋優，如長壽命、?？啃愿?、經濟性好、工藝性以及維修性好等。作為木文研究的重點，0機的全壽命周期成木應當作為飛機設計的 多個1=1標之一，融入到飛機設計的主要參數之中。飛機優化設計是一個多1=1標的綜合優化設計過程。從現代飛機設計的并行工程概念上看，設計過程要計入飛機全壽命周期的綜 合因素。飛機總體設計是一個復雜的系統丄程，覆蓋了多個學科的內容，需要把物理、數學、 空氣動力學、飛行力學、控制原理、材料和工藝

14、、經濟學、發動機構造與原理、機械設計、 結構力學等學科以及其他應用科學的基礎科學的知識綜合在一起。它包括了人量的設計變量, 性能狀態變量，約束方程，各個系統模型相互交叉影響，各個設計冃標對設計變量的要求相 互才盾，子系統的構成可能是山不同領域的專家甚至在不同地點來操作運行的。因此需要發 展一種高效適合于像飛機這樣的復雜工程系統設計優化的方法。從以上分析飛機設計的特點來看，未來發展呈現出多學科優化設計和面向系統設計的趨勢。1 多學科設計優化(multidisciplinary design optimiza-tion)o多學科設計優化是解決由相互耦介的物理現象控制 的，由若干不同的交互子系統構成

15、的復雜工程系統設計的有效方法。多學科設計優化技術在 提供變量、約束、性能間交互作用和耦合信息的基礎上實現同時滿足各學科和系統約束的設 計，具有對各種設計方案辿速進行折屮分析的能力。多學科設計優化己成為研究的熱點，而 11不僅僅是學術研究，己經用于工程實踐。如在飛機改型設計中，以最小重量和成本代價對 現冇飛機實現改變設計要求，迅速計算出設計參數對性能的影響，冇效控制壽命周期成木。 多學科設計優化利用計算機網絡技術集成備個學科(子系統)的知識，應用有效的設計優化策 略，組織和管理設計過程，充分利用子系統之間和互作用產牛的i辦同效應，獲得系統的整體 最優解。多學科設計優化通過并行設計縮短設計周期，這

16、與現代制造技術中的并行丄程思想 是一致的。2.面向系統設計?，F代飛機設計是一個極復雜的系統工程，決定了飛機設計方法是建立和研究大型復雜系統的功能性規律故一般的描述及對其分析和綜合的方法。英冇 別于以往設計方法的特征是：綜合優化準則的應用；描述整個系統本質特征的數學模型的應 用；數學優化方法、計算機技術的廣泛應用。作為設計對象的現代飛機貝有高度的層次結構，而無論是軍用飛機述是民用飛機，都是由機體平臺、動力系統、機載設備、控制系 統等構成的?？梢园扬w機分成若干個完成各種功能的了系統，將這些了系統總和在一起就決 定了它的有效性能；這絕不意味著各個子系統是完全獨立的，飛機的各系統是相互聯系和相 互制約的。飛機設計屮設計過程可分為若干階段，而飛機則可劃分成子系統和各部件。 這就決定了飛機設計的理論革礎為系統工程的科學，其冃標是建立和研究大型復雜系統的功 能性規律最一般的描述及對具分析的綜合方法。面向系統的收集方法是在