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专家特稿

民用飞机共通性设计理念初探

点击次数: 1061   更新时间:2020-04-24

民用飞机共通性设计理念初探

董文俊

(中国商飞上海飞机设计研究院总体气动部   中国 上海  201210)

摘要:共通性设计已成为民用飞机设计中的一项重要内容,是以实现“客户利益”最大化为出发点,达成制造商利益增值的“双赢”目的。本文从共通性的含义及其设计目的和共通性与标准化、继承性及创新性之间的关系等方面,介绍了民用飞机共通性设计的理念,以期为民用飞机的设计提供参考价值。

关键词:共通性设计;民用飞机;标准化;继承性;创新性

 

中图分类号:V 244.1            文献标识码:A   文章编号:

 

1前言

   在国际分工的不断发展和经济全球化的逐渐深入的背景下,民用航空技术取得了不断发展和进步。在20世纪90年代以前,存在着波音、麦道、空客、洛克希德、BAE系统公司等多家飞机制造商,发展到现在,世界民航业主要由波音和空客两强争霸,形成了具有各自特色的波音系列和空客系列飞机。为了更好地赢得客户,将自己的产品推向市场,从而在市场竞争中赢得机会,波音和空客公司都相继提出了共通性设计理念,而驾驶舱共通性理念则是其中的一项重要内容。

2民用飞机共通性设计的含义

    民用飞机设计的共通性则是指飞机制造商为提高客户增值的目的,刻意实现的现代民用飞机的一种属性,是纳入现代民用飞机全局优化设计的重要综合权衡对象之一。

民用飞机共通性设计是民用飞机制造商在激烈的竞争中,“市场观、客户观”意识取得长足进步,受“市场驱动”和“客户驱动”而形成的一种现代民用飞机产品设计理念,是民机制造商在“忧患意识”和“可持续发展意识”,实现市场开拓,扩大市场份额等方面的具体体现。

3飞机共通性设计的目的

    民用飞机共通性设计是为了提高客户熟悉民用飞机产品和组织相应运营体系的效率,降低客户包括培训、资质认证、航材保障、维修等运营体系支持要素的采购、保障和运营成本。通过充分利用客户原有的相关资源,使得客户接受产品和运营该产品的成本降低,在为客户获得利益的同时,为制造商自身获得成功开拓市场,扩大市场分享量,进而在成品研制、生产和客户服务各环节降低成本的目的。简而言之,民机共通性设计的目的是为了达到客户和制造商“双赢”的目的。

4民用飞机共通性设计的范围

    民用飞机共通性设计的工作主要围绕一种民机产品与其他产品之间,如同系列产品之间、不同系列产品之间,甚至与不同制造商的产品之间,从产品顶层到细节各层次实现恰当的相似性和相通性。例如:产品设计与制造、运营维护,设计理念,标准采用,维护和操作逻辑,驾驶员和维护人员在人机关系中的角色、操作程序、支持设备,甚至在整个产业供应链上实现共通性设计,例如民用飞机设计所需的供应链与军用运输机有着约70%的共通性。

民用飞机共通性设计与标准化、继承性和创新性之间的关系

    共通性术语的英语表达为“Communality”,是波音公司在上世纪70年代后期在推介产品的活动中首次提出的,当时主要指737系列各型号产品的系统和结构件的相同性可为服务和器材保障带来的便利。到了上世纪90年代,空客A320/ 330/340等系列化产品先后问世,空客用这一术语“Communality”来强调这些系列化飞机之间的重要属性,不仅包括系统和结构的相同性,还包括在驾驶舱布置和操作规律方面的相似性,从而实现机组人员在不同飞行之间快速的转换。空客的这一举措,使得航空运输企业组织混合机型机队运营,应对不同的市场需求时具备了更多的优势。

    目前,民机飞机制造商已经在共通性含义的理解上达成共识,并纳入各自产品发展的活动中:推介和产品的共通性设计以开拓市场的思想提升到了制造商发展的战略层面。尽管波音和空客公司对共通性的含义达成了共识,但因各自民用飞机产品的设计理解不同,逐渐形成了不同特色的各自高共通性水平的产品。不同的设计理念造成了波音系列飞机与空客飞机的驾驶舱不同的风格,例如,尽管波音和空客的新一代飞机均应用了电传操作和飞行边界主动控制技术,但前者采用体积较大、机构较复杂的左右联动的中位驾驶盘,具有“软边界主动控制”功能;后者则采用无机械连接的被动式侧杆,不具备“软边界主动控制”功能。

   当前,共通性设计被认为是一种设计权衡(Communality is a trade-off),在实施产品研制、设计、生产和维护等全局层面进行相关的权衡优化。亦即,共通性不同于标准化,尽管两者彼此相关,具有一定交集,但含义不能等同。共通性和标准化均是有明确目标、有意识活动的结果。标准化为实现共通性提供了支撑,其目的是为了获得最佳秩序、社会效益和经济效益,追求实现一定范围内事物的重复性。而共通性的目的则是通过提高客户运营该产品的增值,达到制造商与客户的双赢,面向的是市场客户的具体民用飞机型号,具有较强的针对性,即共通性具有更多的灵活性,在标准化水平不高的对象,仍然有可能在“行为习惯或意识”层面实现相似性。

    同时,民用共通性设计与继承性和创新性也是辩证与统一的关系。继承性是企业文化和知识传承必然导致的结果,是制造商降低研制、生产和服务的风险和成本而积累的经验。继承性更多地强调了制造商的利益,没有更多地从客户利益角度考虑问题,因为现代科学技术是不断发展,可能传统的技术和经验跟不上时代发展和客户需求的步伐。创新性则指民用飞机设计纳入原来对于航空领域未知的新的技术和实践。尽管共通性也强调由技术进步带来的效益,但并不意味着在民机研发中纳入新技术越多越好,因为采用新技术后会丧失原来体现共通性的部分的一致性或相似性,也会带来成本和未知安全因素的大量增加。

综上所述,共通性的设计理念,必须做到:第一,根据经济合理性遴选新技术;并进行综合权衡研究;第二,强化与客户的积极沟通,引导客户注重全局效果,理解新、老产品之间的共通性水平提高、不变或降低是否会带来重大的效益;第三,采取有效的措施,解决因新技术的引入而无法保持某些共通性产生的困难或疑虑。

民用飞机共通性设计的应用举例

    现以波音公司最新一代产品——被称为“梦想客机”(Dreamliner)的波音787的驾驶舱为例,介绍共通性设计理念的内涵。

    787集成了两套全球定位系统(GPS系统)接收器和三冗余度飞行管理系统,同时通过引入737NG飞机上已成功应用的一体化进近导航概念增强和提高了飞行机组的进近能力。

787驾驶舱在通讯和数据交流能力上也具备先进的功能。它引入了已在777上成功应用的一体化导航系统,且使用了与其他波音系列飞机的一致性。并装备了双重集成监视系统,集成了气象雷达、异频雷达发射机、空中防撞系统和地面进近系统。这些冗余设计提高了签派安全性和可靠性,也为未来空中交通的自主性提供了支持平台。

    787驾驶舱还采用了开放式的航电构架设计,实现了软件升级方式,而无需进行昂贵的硬件更新或升级。通过“软按键”(soft key)菜单设计,避免了LRU硬件升级方式的按键更换情况,使得与技术更新或升级变得更加容易。同时,若在未来如通信、导航、监控和空中交通管理等领域出现技术更新的情况下,能够非常容易地融合到波音787驾驶舱中。

波音787驾驶舱设计团队依然采用秉承波音的设计理念,尽管787驾驶舱引入了很多新技术,但仍保持了与其他波音飞机型号的共通性,由此带来的效益非常明显:对于777飞机的航线驾驶员,只需经过5天的培训时间即可胜任787的驾驶;对于757或767飞机的航线驾驶员,只需8天的培训时间;对于737飞机的航线驾驶员来说,只需要11天的培训;对于其他波音系列飞机的驾驶员,如717,727和747,需经过13天的培训;对于没有任何波音飞机驾驶舱经验的人来说,则为21天。

结论

    民用飞机共通性设计的目的就是取得客户利益增值最大化的同时,实现制造商自身利益的增值。同时,培育制造商自身的品牌,增加市场竞争力。只有充分把握共通性中“标准化-继承性-创新性”三者的权衡关系才能妥善解决各种问题,能够进一步优化民机性能、节约成本、缩短研制周期和费用、增强市场竞争力、最终取得商业成功。

 


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