民機試飛項目管理現(xiàn)狀及新技術(shù)影響研究

孫鑫 趙世偉

摘 要：民用飛機試飛是民機研制過程中最重要的環(huán)節(jié)之一，也是完成從理論到現(xiàn)實、從紙面到空間轉(zhuǎn)換的重要程序。該文首先對民用飛機試飛項目內(nèi)容和特點進行了詳細分析和說明；其次針對WBS和并行工程在民用飛機試飛項目管理中的應用進行了深入分析和研究；最后對不斷涌現(xiàn)的虛擬現(xiàn)實、綜合仿真等新技術(shù)在民用飛機飛行試驗過程中的應用，以及所產(chǎn)生的影響進行了分析，以期能夠改進我國民機試飛項目管理工作程序和方法，對提高我國民機試飛項目管理水平有所幫助。

關(guān)鍵詞：民用飛機 飛行試驗 項目管理 工作分解結(jié)構(gòu) 并行工程

中圖分類號：V26 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（a）-0180-03

飛行試驗簡稱試飛，是在真實環(huán)境中對飛機的性能、結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)功能進行全面、綜合地驗證。飛機試飛是一項全局性的系統(tǒng)工程，也是飛機研制過程中極其重要的環(huán)節(jié)之一，還是驗證民用航空器滿足最低安全標準，具備投入商業(yè)運營資格的必經(jīng)環(huán)節(jié)[1]。

波音B787飛機和空客A380飛機由于飛行試驗過程中部分問題未暴露，導致在剛剛投入市場運營后問題連發(fā)，相繼發(fā)生了電池起火、漏油、玻璃裂紋、機翼連接件裂紋以及襟翼作動器故障等問題，隨后不得不停止運營，對部分系統(tǒng)重新進行驗證，直到滿足監(jiān)管部門的規(guī)定才被準許復飛[2]。

項目管理經(jīng)過實踐證明能夠?qū)碗s系統(tǒng)進行有效地管理和計劃?，F(xiàn)代項目管理理論和技術(shù)形成于20世紀40年代美國軍方進行的“曼哈頓”計劃。經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，已經(jīng)形成了一套完整的理論知識體系。隨著先進客機上大量采用先進的技術(shù)和復雜的系統(tǒng)，所需要進行的飛行試驗項目也逐漸增多，科學合理的采用項目管理的措施能夠在保證試飛質(zhì)量的基礎(chǔ)上，縮短試飛周期，提高民用飛機的市場競爭力。

1 民用飛機試飛項目的內(nèi)容和特點

民用飛機試飛是整個民機研制工作計劃中最重要最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。隨著民用飛機市場的競爭越來越激烈，客觀上不允許試飛持續(xù)太長的時間。因此如果試飛工作不能夠按照計劃順利完成，會影響到民機的交付進度。這不僅會為制造商帶來信譽上的損害，而且客戶一般會依據(jù)合同規(guī)定向制造商提出經(jīng)濟賠償要求。因此飛機制造商一定會全力以赴按時完成飛行試驗以確保飛機的按時交付。

民用飛機新型號試飛是對設(shè)計原理、應用技術(shù)、使用材料的飛行試驗研究和驗證，它為航空科技和型號發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。在新型號的研制過程中，試飛工作貫穿整個研制過程，直至取得型號合格證（TC）和生產(chǎn)合格證（PC）。取證后，飛行試驗還將繼續(xù)為新機的應用摸索并積累經(jīng)驗，以確保使用的安全和效率。根據(jù)CCAR-21 R3《民用航空產(chǎn)品和零部件合格審定規(guī)定》第21.35條規(guī)定，必須通過飛行試驗來表明對適用規(guī)章的符合性。

民機試飛按照類型可分為申請人研發(fā)試飛、申請人表明符合性試飛、合格審定試飛和交付客戶試飛。通常情況下申請人進行的試飛發(fā)生在局方的合格審定試飛之前，主要用于發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷、改進設(shè)計、促進技術(shù)成熟，驗證新機滿足設(shè)計規(guī)定的技術(shù)要求和使用要求，表明飛機在飛行包線內(nèi)是安全的，而且符合適航規(guī)章要求的。研發(fā)試飛完成后可以獲得型號檢查核準書（TIA），開始正式進入局方試飛階段。局方試飛包括合格審定試飛、功能可靠性試飛等，所有局方飛行試驗都要按照已頒發(fā)的約束和限制條件進行，以確保飛行試驗的安全和確定對民航規(guī)章的符合性。

民用飛機試飛的具體內(nèi)容涵蓋很多專業(yè)和系統(tǒng)[1]，主要有結(jié)構(gòu)載荷、操穩(wěn)、性能、顫振和氣動彈性（ASE）等專業(yè)，以及燃油系統(tǒng)、動力裝置、輔助動力裝置（APU）、液壓系統(tǒng)、起落架、空調(diào)、自動飛行、通信、導航、指示記錄、電源、照明、防火、防冰防雨等系統(tǒng)。試飛項目啟動之前首先要制定試飛大綱，根據(jù)試飛大綱的內(nèi)容進行相應科目的試飛，如我國第一架具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的運輸類飛機ARJ-21，制定了30多份試飛大綱，內(nèi)容涵蓋近300項試飛科目。其中有許多試飛科目還要求在規(guī)定的不同的構(gòu)型下進行試飛，如飛機性能、操穩(wěn)等。還有一些試飛科目需要進行不同場地和氣象條件的跨區(qū)域、跨時間飛行驗證，如：空調(diào)系統(tǒng)、防冰系統(tǒng)等。

民用飛機試飛過程不僅貫穿民機研制的全過程，隨著現(xiàn)代新理論、新技術(shù)、新工藝的廣泛應用，部分項目甚至在交付使用以后需要繼續(xù)進行。民用飛機試飛具有以下特點[3]。

1.1 飛機試飛是一項系統(tǒng)工程

試飛項目涵蓋多學科、多領(lǐng)域、多方面的專業(yè)技術(shù)和知識。新型號試飛項目需要整體設(shè)計和規(guī)劃試飛過程中試飛技術(shù)、改裝、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理、維修保障等多方面專業(yè)技術(shù)，同時試飛過程中需要種類繁多的支持設(shè)備，包括仿真測試、顫振激勵等。試飛過程離不開機場和機場的保障設(shè)施以及空中交通管理的保障，相關(guān)資源調(diào)度難度大，組織協(xié)調(diào)復雜。飛機試飛項目的自然屬性決定了其是一項科技含量高、組織和資源協(xié)調(diào)復雜的系統(tǒng)工程。

1.2 飛機試飛內(nèi)容復雜，風險高

由于民機涉及重大公共安全，因此在試飛過程中需要進行多種極限邊界狀態(tài)的試飛，如：大迎角、失速、高過載、顫振、結(jié)冰、尾旋、發(fā)動機空中啟動等，還有涉及到各種故障模態(tài)的考核試飛，如：飛控系統(tǒng)舵面卡阻試飛、飛控系統(tǒng)直接模式試飛、發(fā)動機空中停車試飛、單發(fā)引氣防冰試飛、單發(fā)起飛性能、無動力漂降性能、沖壓空氣渦輪（RAT）試飛等。

由于試飛項目的技術(shù)探索性決定了它的風險性。極限狀態(tài)下的試飛以及部分科目在不同環(huán)境下的重復性試飛，增加飛機試飛的風險程度。在國內(nèi)外試飛史上，造成機毀甚至人亡的事故屢見不鮮。如著名的“三叉戟”飛機在失速試飛科目時進入平螺旋，由于未能及時改出，造成飛機墜毀。

此外，由于飛機本身是一個非常復雜的系統(tǒng)，一架飛機數(shù)十個子系統(tǒng)、上百部機載設(shè)備，數(shù)十萬個零部件，并且隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，機載軟件達到包含高達幾十萬行甚至成百上千萬行的代碼的規(guī)模，試飛初期飛機出現(xiàn)高故障率是不可避免的，這也決定了飛機試飛的高風險性。

1.3 飛機試飛成本巨大

由于飛機試飛過程中涉及到的消耗品屬于單品，或者小批量，首先試驗機的制作數(shù)量極少，一般不超過6架，如我國第一個具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的支線客機ARJ-21，首批制造數(shù)量僅為4架，機載設(shè)備和發(fā)動機的備件、易損件也非常少，這導致試飛成本的增加。其次，飛行試驗中所使用的測試傳感器、采集器與數(shù)據(jù)記錄設(shè)備系統(tǒng)幾乎全部都是國外進口，設(shè)備成本巨大。最后，飛機試飛所需要的部分基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)只能用于特定型號或項目，其他型號或項目無法使用，且運行維護成本昂貴。更為重要的是，飛行保障規(guī)模龐大，即使只有一架飛機飛行，至少必須有機務維護、加油/充電/充氧等保障，機場場務，導航、通訊與指揮引導系統(tǒng)運行，飛行指揮與組織管理等等。

1.4 飛機試飛時間緊，任務重，參研單位多

根據(jù)國外民機試飛經(jīng)驗，新機型從首飛到取證周期一般約為10～18個月，累計飛行時間一般為1600～2000飛行小時[4-6]。試飛通常需要一年到一年半的時間，采用的先進技術(shù)越多，所需要的試飛內(nèi)容越多，飛行試驗時間越長，A380進行了2600飛行小時的飛行試驗，僅完成了裝配羅-羅公司遄達900發(fā)動機的機型，而對于裝配GE&普惠發(fā)動機GP7200的機型還要繼續(xù)延伸試飛。B787完成裝配遄達1000發(fā)動機的機型需要進行長達3100飛行小時的飛行試驗。此外，飛機部件的提供商—參研單位非常多，通常要涉及國內(nèi)外上百家單位，在試飛過程中不同參研單位所使用的測試儀器和設(shè)備，測試接口等問題的協(xié)調(diào)工作也非常復雜。

2 民用飛機試飛項目管理方法和組織形式

民用飛機試飛項目周期長、技術(shù)復雜， 占用資源多、涉及專業(yè)面寬等特點。傳統(tǒng)的飛機試飛方法已經(jīng)不能夠適應民機研制要求，需要采用現(xiàn)代項目管理知識體系，借鑒現(xiàn)代項目管理的新技術(shù)、新方法，對飛行試驗項目進行科學高效的管理[5]。

2.1 工作分解結(jié)構(gòu)—WBS

工作分解結(jié)構(gòu)是項目管理中重要的工具之一。1968年10月美國空軍首次實施系統(tǒng)工程的核心標準，工作分解結(jié)構(gòu)就是其中之一[7]。目前對工作分解結(jié)構(gòu)的研究與應用已經(jīng)上升到國家標準層面，如完善升級后的美國國防部手冊MIL-HDBK-881A（2005年修訂），歐洲空間標準化合作組織的ECSS-M-10A，以及ISO/TC176/SCI（國際化組織質(zhì)量管理和質(zhì)量保證技術(shù)委員會質(zhì)量體系委員會）將WBS方法寫入質(zhì)量管理體系項目管理質(zhì)量指南（ISO10006）。

試飛項目是多項目、多專業(yè)、多資源協(xié)調(diào)工作的系統(tǒng)工程，利用工作分解結(jié)構(gòu)WBS可以充分體現(xiàn)試飛項目的整體性，有序性和相關(guān)性。同時WBS能夠以圖形的方式表達出項目所包含的所有工作內(nèi)容以及項目工作的層次感和相關(guān)性，如圖1所示為某民機試飛項目的WBS整體結(jié)構(gòu)圖。

詳盡的試飛項目WBS結(jié)構(gòu)能夠明確標識項目范圍，成為項目團隊內(nèi)部、團隊之間以及團隊與利益相關(guān)者之間進行高效溝通協(xié)調(diào)的工具，能理順工作流程，規(guī)范項目管理文件，防范部分工作單元無人負責進而出現(xiàn)推諉扯皮的現(xiàn)象，保障試飛項目按照標準化運作的有效措施。

2.2 并行工程

并行工程是目前應用比較廣泛的一種現(xiàn)代工程項目組織管理形式，目的是提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低研制成本風險、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和加快產(chǎn)品上市時間。為了有效應對現(xiàn)代飛機由于測試參數(shù)不斷增加，進而要求試飛時長不斷加大和隨著市場競爭日趨激烈進而要求試飛周期盡量縮短的矛盾，各民機制造商紛紛采用并行工程組織試飛項目。

試飛項目采用并行試飛的前提是有統(tǒng)一的飛行計劃、試飛大綱以及演化而來的試飛任務單、測試手段和數(shù)據(jù)處理技術(shù)。將每架飛機和每一個試飛任務單都盡可能納入各專業(yè)的試飛需求，對試飛任務單進行優(yōu)化，將試飛約束條件相同或相近的試飛項目統(tǒng)編到一個任務單內(nèi)，使得每次飛行任務飽滿，測試參數(shù)足夠多，盡可能覆蓋各專業(yè)試飛的需要。

波音飛機制造商在其最新機型787夢想飛機采用并行工程的方式組織試飛，在取證試飛期間，采用6架原型機和試飛人員輪番上陣，幾乎實現(xiàn)了每周7天，每天24小時的無節(jié)假日連續(xù)作業(yè)，有效加快了試飛進度。與波音777飛機相比，雖然技術(shù)更為復雜，涉及的試飛科目更加廣泛，但是試飛取證的時間反而壓縮了20%。

3 新技術(shù)在民機試飛中的應用

3.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)

隨著計算機圖形技術(shù)的迅猛發(fā)展，近年來虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)正在由原來一般應用發(fā)展到逐步形成一個獨立行業(yè)，并逐漸開始在民機試飛領(lǐng)域得到廣泛應用。

在試飛實時監(jiān)控中，虛擬技術(shù)可以提供了三個層次的應用：第一個層次是利用試飛實時傳輸參數(shù)，地面再現(xiàn)飛機及環(huán)境三維視景，形成“三維視景監(jiān)控畫面”；第二個層次是利用試飛實時傳遞參數(shù)，地面再現(xiàn)與試飛員視場一致的座艙儀表顯示和外部視景，甚至飛機的動態(tài)響應，形成“虛擬座艙”，用于飛行指揮和飛行員培訓；第三個層次是在試飛時實時利用真實飛機飛行數(shù)據(jù)與該飛機模擬器數(shù)據(jù)動態(tài)對比監(jiān)控，實現(xiàn)“影子飛行”，保障試飛安全。

3.2 綜合仿真技術(shù)

隨著試飛經(jīng)驗的積累，對影響飛行的各類自然現(xiàn)象產(chǎn)生機理理解的不斷深入，以及現(xiàn)代科學技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，使用綜合仿真技術(shù)模擬一些自然場景用于飛行驗證過程，既可以減少試飛等待的時間，同時還有利于編制彈性測試計劃，有利于試飛的安全。如波音787飛機在結(jié)冰試飛的科目中采用了人工模擬結(jié)冰氣象的試飛方法取代了耗時的自然結(jié)冰試飛，提高試飛質(zhì)量的同時免去了等待結(jié)冰天氣的時間。

4 結(jié)論

大型民機的研制既是一個國家航空工業(yè)實力的標志，也是一個國家綜合國力的體現(xiàn)。作為民機研制中最重要環(huán)節(jié)之一，我國面臨著民機試飛項目管理經(jīng)驗少，技術(shù)落后等問題。該文在總結(jié)民機試飛的內(nèi)容和特點的基礎(chǔ)上，對民機試飛項目管理進行了簡要的分析，并介紹了新技術(shù)對試飛項目的影響，以期為我國民機試飛事業(yè)提供一些有益的發(fā)展思路。

參考文獻

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