淺談中國(guó)制造與系統(tǒng)工程應(yīng)用

劉鴻雁

摘 要：本文對(duì)《中國(guó)制造2025》國(guó)家戰(zhàn)略中涉及的航空裝備重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域的大型民機(jī)研制現(xiàn)狀進(jìn)行了研究，對(duì)目前影響中國(guó)航空裝備制造、特別是大型民機(jī)研制領(lǐng)域的短板進(jìn)行了識(shí)別，提出了重視強(qiáng)化系統(tǒng)工程理念、合理利用系統(tǒng)工程方法、提高民機(jī)研制的綜合集成能力的觀點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)工程在民用航空產(chǎn)品的研制過(guò)程中的應(yīng)用進(jìn)行了有益的探索。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)工程;民機(jī)研制;綜合集成能力

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

1 引言

全球產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局正在發(fā)生重大調(diào)整，我國(guó)在新一輪發(fā)展中面臨巨大挑戰(zhàn)。國(guó)際金融危機(jī)發(fā)生后，發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛實(shí)施“再工業(yè)化”戰(zhàn)略，重塑制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)新優(yōu)勢(shì)，加速推進(jìn)新一輪全球貿(mào)易投資新格局。一些發(fā)展中國(guó)家也在加快謀劃和布局，積極參與全球產(chǎn)業(yè)再分工，承接產(chǎn)業(yè)及資本轉(zhuǎn)移，拓展國(guó)際市場(chǎng)空間。我國(guó)制造業(yè)面臨發(fā)達(dá)國(guó)家和其他發(fā)展中國(guó)家“雙向擠壓”的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，必須放眼全球，加緊戰(zhàn)略部署，著眼建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)，固本培元，化挑戰(zhàn)為機(jī)遇，搶占制造業(yè)新一輪競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)。

早在2015年，國(guó)務(wù)院印發(fā)《中國(guó)制造2025》，這是國(guó)家實(shí)施的制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略第一個(gè)十年的行動(dòng)綱領(lǐng)。在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)的背景下，這個(gè)規(guī)劃意義重大，不僅是調(diào)整結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)型升級(jí)、提質(zhì)增效，形成經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)新動(dòng)力的必然要求，更是搶占全球制造業(yè)新一輪競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)，將我國(guó)建設(shè)成為引領(lǐng)世界制造業(yè)發(fā)展的制造強(qiáng)國(guó)，提升我國(guó)綜合國(guó)力、保障國(guó)家安全的必由之路。規(guī)劃要求，各地區(qū)要結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際，研究制定具體實(shí)施方案，細(xì)化政策措施，確保各項(xiàng)任務(wù)落實(shí)到位。

《中國(guó)制造2025》的任務(wù)和重點(diǎn)之一是提高國(guó)家制造業(yè)創(chuàng)新能力，在大力推動(dòng)的“重點(diǎn)領(lǐng)域突破發(fā)展”方面，航空裝備占有一席之地，其2025的目標(biāo)是：“加快大型飛機(jī)研制，適時(shí)啟動(dòng)寬體客機(jī)研制，鼓勵(lì)國(guó)際合作研制重型直升機(jī);推進(jìn)干支線飛機(jī)、直升機(jī)、無(wú)人機(jī)和通用飛機(jī)產(chǎn)業(yè)化。突破高推重比、先進(jìn)渦槳（軸）發(fā)動(dòng)機(jī)及大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，建立發(fā)動(dòng)機(jī)自主發(fā)展工業(yè)體系。開(kāi)發(fā)先進(jìn)機(jī)載設(shè)備及系統(tǒng)，形成自主完整的航空產(chǎn)業(yè)鏈”[1]。我國(guó)航空工業(yè)無(wú)疑將迎來(lái)歷史性發(fā)展的機(jī)遇，正確分析并直面目前影響我國(guó)航空工業(yè)，特別是大型民機(jī)研制的短板是把握發(fā)展契機(jī)的重要環(huán)節(jié)。

2 系統(tǒng)工程及其應(yīng)用

按照國(guó)際系統(tǒng)工程協(xié)會(huì)（INCOSE）的定義：系統(tǒng)工程是一種使系統(tǒng)能夠成功實(shí)現(xiàn)的跨學(xué)科的方法和手段。系統(tǒng)工程專(zhuān)注于：在開(kāi)發(fā)周期的早期階段，就定義客戶需求與所要求的功能，將需求文件化;然后再考慮完整問(wèn)題，即運(yùn)行、成本、進(jìn)度、性能、培訓(xùn)、保障、試驗(yàn)、制造和退出問(wèn)題時(shí)，進(jìn)行設(shè)計(jì)綜合和系統(tǒng)確認(rèn)[2]。

從定義來(lái)看，系統(tǒng)工程具有四個(gè)顯著特點(diǎn)：面向整個(gè)系統(tǒng)、面向全生命周期、跨學(xué)科、以及對(duì)利益攸關(guān)多方的綜合權(quán)衡。系統(tǒng)工程的落地對(duì)企業(yè)復(fù)合型人才的需求也更加凸顯。系統(tǒng)工程從整體的角度分析問(wèn)題，結(jié)構(gòu)化剖析系統(tǒng)的架構(gòu)和組成，并提供覆蓋全生命周期的產(chǎn)品研制和管理流程集。作為解決復(fù)雜系統(tǒng)研發(fā)、生產(chǎn)與管理的方法論，系統(tǒng)工程目前已經(jīng)成為解決制造企業(yè)中復(fù)雜問(wèn)題、系統(tǒng)問(wèn)題的核心手段，同時(shí)也是從事高度復(fù)雜系統(tǒng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

系統(tǒng)工程自誕生以來(lái)，在國(guó)際上影響廣泛。1990年，在波音、洛克希德等航空航天、防務(wù)公司的大力倡導(dǎo)下，國(guó)際系統(tǒng)工程協(xié)會(huì)（INCOSE）正式創(chuàng)立，該組織推動(dòng)系統(tǒng)工程在學(xué)術(shù)界、工業(yè)界的應(yīng)用能力和實(shí)踐水平，以滿足產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品趨向高復(fù)雜化的發(fā)展需求[2]。

目前，國(guó)際領(lǐng)先的航空研發(fā)企業(yè)波音、空客等，均在其大型飛機(jī)項(xiàng)目中應(yīng)用了系統(tǒng)工程的方法。以波音寬體系列、空客寬體系列為例，這些項(xiàng)目均采用了系統(tǒng)工程的研制和管理方法，是使用系統(tǒng)工程完成高復(fù)雜性與高風(fēng)險(xiǎn)性并存的大型飛機(jī)項(xiàng)目的代表案例[3]。

3 國(guó)內(nèi)民用航空產(chǎn)品研發(fā)現(xiàn)狀分析

在我國(guó)航空裝備、特別是民用航空產(chǎn)品的研制實(shí)踐中，制約我國(guó)民用航空業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的除我國(guó)基礎(chǔ)工業(yè)基礎(chǔ)薄弱外，主要還有研發(fā)能力的不足，尤其是飛機(jī)整機(jī)和飛機(jī)復(fù)雜系統(tǒng)的綜合集成水平的不足。因此 《中國(guó)制造2025》總體思路中關(guān)于“強(qiáng)化工業(yè)基礎(chǔ)能力，提升自主設(shè)計(jì)水平和系統(tǒng)集成能力”的論述對(duì)我國(guó)航空制造、特別是民用航空制造業(yè)具有針對(duì)性。制造業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，絕不僅僅體現(xiàn)在加工水平的提高，更重要的是產(chǎn)品的研發(fā)和產(chǎn)品集成能力的提高，而產(chǎn)品的研發(fā)模式和研制流程是體現(xiàn)研制能力和集成能力的軟實(shí)力，應(yīng)得到足夠重視，對(duì)目前我國(guó)航空裝備而言尤其如此。

目前民用飛機(jī)的研發(fā)，基本都采取了主制造商加若干供應(yīng)商的模式，即供應(yīng)商按主制造商的要求參與研發(fā)并按主制造商的要求提供設(shè)備、系統(tǒng)和部件，主制造商負(fù)責(zé)飛機(jī)頂層設(shè)計(jì)和飛機(jī)整機(jī)及系統(tǒng)的集成。盡管目前我國(guó)民機(jī)制造商選用了或可以選用與波音、空客等飛機(jī)制造商同樣的系統(tǒng)、設(shè)備及零部件供應(yīng)商，但由于飛機(jī)總體設(shè)計(jì)和飛機(jī)系統(tǒng)綜合集成能力的差異，我國(guó)大型民用飛機(jī)要順利獲得國(guó)際主流適航當(dāng)局的型號(hào)合格證要比波音和空客公司困難得多，這也成為了中國(guó)民機(jī)進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)的瓶頸。

由于技術(shù)的發(fā)展，飛機(jī)及其系統(tǒng)變得越來(lái)越綜合復(fù)雜，使得綜合復(fù)雜系統(tǒng)的研制和飛機(jī)整機(jī)功能的集成很容易出現(xiàn)研發(fā)錯(cuò)誤，各國(guó)適航當(dāng)局高度重視飛機(jī)的研發(fā)錯(cuò)誤及其對(duì)飛機(jī)安全性的影響。對(duì)于傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單系統(tǒng)的研發(fā)差錯(cuò)，一般是通過(guò)在系統(tǒng)及其組件上進(jìn)行全面的試驗(yàn)，用直接試驗(yàn)驗(yàn)證的方法來(lái)進(jìn)行檢測(cè)和糾正的。但對(duì)于更為綜合復(fù)雜的高度集成系統(tǒng)，其驗(yàn)證狀態(tài)很難被全部確定，因而用傳統(tǒng)驗(yàn)證方法無(wú)法確保安全。 鑒于常規(guī)的設(shè)計(jì)方法和驗(yàn)證技術(shù)不能減少現(xiàn)代民機(jī)的研發(fā)錯(cuò)誤，新的基于系統(tǒng)工程思路和系統(tǒng)工程方法的研制保證過(guò)程技術(shù)在民機(jī)研發(fā)中得到廣泛應(yīng)用。該技術(shù)通過(guò)系統(tǒng)研制過(guò)程與安全性分析過(guò)程相結(jié)合的方法，用定量的安全性概率分析結(jié)合研制過(guò)程保證手段來(lái)保證飛機(jī)的研制滿足適航規(guī)章系統(tǒng)安全性失效安全的要求。該項(xiàng)技術(shù)源于系統(tǒng)工程的理念與方法，是保證民用飛機(jī)安全、獲得適航認(rèn)證的核心技術(shù)。

隨著ARJ21-700飛機(jī)的航線運(yùn)行，我國(guó)自主研制的滿足適航標(biāo)準(zhǔn)的飛機(jī)正式步入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，成為國(guó)內(nèi)民用飛機(jī)研制新的里程碑，加上目前C919等飛機(jī)的研制進(jìn)展，我國(guó)在大型飛機(jī)的研制上也邁出了實(shí)質(zhì)性步伐。但總體上由于我國(guó)民機(jī)研發(fā)處于起步階段，大型客機(jī)的研制仍在路途，諸多因素還制約著大型飛機(jī)的成功研制。譬如適航取證過(guò)程的舉步維艱，反映出國(guó)內(nèi)飛機(jī)制造企業(yè)適航取證能力的不足，其中最突出的矛盾體現(xiàn)在我國(guó)航空工業(yè)按系統(tǒng)工程思路、按正向設(shè)計(jì)的理念來(lái)研發(fā)民用飛機(jī)及其系統(tǒng)的方法尚處在探索階段，與適航規(guī)章中系統(tǒng)安全性要求相匹配的研制保證過(guò)程思路存在較大的差距，這對(duì)我國(guó)民機(jī)、特別是大型客機(jī)的研制已產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

4 建議

民用大型客機(jī)項(xiàng)目，是國(guó)家重點(diǎn)扶持的產(chǎn)業(yè)，是提升國(guó)力的重大專(zhuān)項(xiàng)，前景十分看好。經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織將大飛機(jī)制造業(yè)列于知識(shí)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的首位，目前只有美國(guó)、俄羅斯、歐盟等能夠制造大飛機(jī)。

作為“含金量”極高的產(chǎn)業(yè)，民機(jī)行業(yè)的產(chǎn)業(yè)輻射帶動(dòng)作用也不可小視。據(jù)波音公司的研究指出，一個(gè)航空項(xiàng)目發(fā)展10年后給當(dāng)?shù)貛?lái)的效益產(chǎn)出比為1：80，技術(shù)轉(zhuǎn)移比為1：16，就業(yè)帶動(dòng)比為1：12。美國(guó)智庫(kù)蘭德公司的研究也指出，航空高科技企業(yè)及其核心技術(shù)衍射到相關(guān)產(chǎn)業(yè)，可以達(dá)到1：15的帶動(dòng)效應(yīng)。因此，航空產(chǎn)業(yè)以及關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，必然創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

《中國(guó)制造2025》的推進(jìn)，旨在打造中國(guó)的高端制造能力，以此為契機(jī)解決民用航空領(lǐng)域的短板和疑難問(wèn)題、提升民機(jī)研制能力完全符合國(guó)家的產(chǎn)業(yè)政策和《中國(guó)制造2025》戰(zhàn)略的要求。因此建議我國(guó)的航空企業(yè)、特別是民機(jī)研制企業(yè)能夠抓住這個(gè)機(jī)會(huì)，用系統(tǒng)工程的理念對(duì)企業(yè)的民機(jī)研制流程進(jìn)行改造與完善，盡早實(shí)現(xiàn)研制思路與民機(jī)適航取證需求相適應(yīng)，提升民機(jī)適航核心能力。同時(shí)，通過(guò)《中國(guó)制造2025》，相關(guān)部門(mén)也應(yīng)從國(guó)家層面和行業(yè)層面統(tǒng)籌規(guī)劃，在民用航空領(lǐng)域重視強(qiáng)化系統(tǒng)工程理念、合理利用系統(tǒng)工程方法，優(yōu)化我國(guó)民用飛機(jī)的研制流程，引導(dǎo)并幫助國(guó)內(nèi)民用飛機(jī)研制單位建立國(guó)際通行的民用飛機(jī)及其系統(tǒng)的研制流程和相應(yīng)的研制過(guò)程保證體系，提升我國(guó)民機(jī)研制的綜合集成水平。

參考文獻(xiàn)：

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