民用飛機(jī)價(jià)值驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中的經(jīng)濟(jì)性需求

宋楊

摘要： 在民用飛機(jī)價(jià)值驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的流程中，經(jīng)濟(jì)性需求是設(shè)計(jì)流程的出發(fā)點(diǎn)。從項(xiàng)目型號(hào)規(guī)劃、相似機(jī)型水平、航線運(yùn)營(yíng)成本和航空發(fā)展規(guī)劃四個(gè)方面對(duì)民用飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性需求做了分析。描述了民用飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)域，為民用飛機(jī)設(shè)計(jì)開展價(jià)值驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)流程提供輸入。

Abstract： Economy requirement is the starting point in the value driven design process of the civil aircraft. The economy requirements of the civil aircraft are analyzed from the aspects of project management， similar aircraft， airline operating cost and the aerospace plan for the next generation. The domain of economy design is indicated as the input of the value driven design process of civil aircraft.

關(guān)鍵詞： 經(jīng)濟(jì)性需求；價(jià)值驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)；運(yùn)營(yíng)成本

Key words： economy requirements；value driven design；operating cost

中圖分類號(hào)：V221 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）19-0017-03

0 引言

民用飛機(jī)產(chǎn)業(yè)在突出技術(shù)創(chuàng)新和型號(hào)發(fā)展的同時(shí)，以經(jīng)濟(jì)性為主要指標(biāo)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力越來越受到重視，民用飛機(jī)面臨全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，經(jīng)濟(jì)性是民機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性的核心指標(biāo)之一，具備較低的成本、優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)性是飛機(jī)取得商業(yè)成功的必要條件。

民用飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性是民用飛機(jī)省錢盈利能力的表征。從主制造商的角度而言，民用飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)主要由兩點(diǎn)構(gòu)成，一是要更加經(jīng)濟(jì)地設(shè)計(jì)飛機(jī)；其次是設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性好的飛機(jī)。更經(jīng)濟(jì)地設(shè)計(jì)飛機(jī)，確定了項(xiàng)目成本基線，保證在項(xiàng)目資源能力范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目，可以防止虧空，有力保證項(xiàng)目成功；設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性好的飛機(jī)，降低飛機(jī)的使用成本，增強(qiáng)飛機(jī)在航線上的盈利能力，使航空公司愿意運(yùn)營(yíng)該型號(hào)的飛機(jī)，則是民用飛機(jī)商業(yè)成功的重要因素[1]。

飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性是設(shè)計(jì)出來的。研究表明，在民用飛機(jī)的概念設(shè)計(jì)階段，雖然人工和費(fèi)用的投入較低，但決定了飛機(jī)全壽命成本的65%。當(dāng)初步設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)，全壽命成本的85%已經(jīng)基本鎖定，構(gòu)型凍結(jié)后的設(shè)計(jì)更改代價(jià)更是巨大。所以，在飛機(jī)設(shè)計(jì)中盡早開展經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)極為重要[2]。

當(dāng)前，民用飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)，正在由傳統(tǒng)的單一經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)約束的設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合主制造商、運(yùn)營(yíng)商等多方面利益考慮為導(dǎo)向的價(jià)值驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)[3]。本文著重研究捕獲價(jià)值驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性需求，給出了經(jīng)濟(jì)性需求捕獲的來源，描述了價(jià)值驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中飛機(jī)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)域。

1 價(jià)值驅(qū)動(dòng)的民機(jī)設(shè)計(jì)

價(jià)值驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)是使用經(jīng)濟(jì)學(xué)理論將系統(tǒng)工程轉(zhuǎn)化為更為優(yōu)化的應(yīng)用，以推動(dòng)改進(jìn)大系統(tǒng)設(shè)計(jì)[4]。使用需求靈活性、正式優(yōu)化和數(shù)學(xué)價(jià)值模型來平衡性能、成本、進(jìn)度和其他重要的指標(biāo)從而盡可能的產(chǎn)生最好的結(jié)果的一種改良設(shè)計(jì)方法。

價(jià)值驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)流程如圖1所示，這個(gè)設(shè)計(jì)流程以需求/價(jià)值為起點(diǎn)，將所要求應(yīng)滿足的需求或價(jià)值目標(biāo)轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)指標(biāo)，基于該設(shè)計(jì)指標(biāo)的約束，建立相應(yīng)的飛機(jī)構(gòu)型。對(duì)飛機(jī)的構(gòu)型進(jìn)行建模、分析、仿真、測(cè)試，進(jìn)行飛機(jī)構(gòu)型的全面評(píng)估，最后形成評(píng)估結(jié)論和優(yōu)化意見，迭代、確認(rèn)初始的需求或價(jià)值目標(biāo)[5]。

這里價(jià)值目標(biāo)是通過建立價(jià)值模型所衡量?jī)r(jià)值的多屬性目標(biāo)函數(shù)，它將多屬性集合轉(zhuǎn)化為單一維度的數(shù)字價(jià)值，價(jià)值模型的構(gòu)建對(duì)于價(jià)值驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的成功至關(guān)重要。在飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)中，價(jià)值模型的構(gòu)建基礎(chǔ)，就是經(jīng)濟(jì)性需求的捕獲。經(jīng)濟(jì)性需求是整個(gè)價(jià)值驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)流程的初始輸入[6]。

2 民用飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性的需求的捕獲

民用飛機(jī)級(jí)經(jīng)濟(jì)性需求總結(jié)而來就是多掙錢，少花錢。對(duì)于航空公司而言，飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性起碼要符合現(xiàn)有航線運(yùn)營(yíng)成本要求。對(duì)于主制造商而言，飛機(jī)設(shè)計(jì)制造的成本要盡可能低，最好應(yīng)在政府研制項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)范疇以內(nèi)將項(xiàng)目設(shè)計(jì)完成。在設(shè)計(jì)中，為了保障飛機(jī)的商業(yè)成功，所設(shè)計(jì)型號(hào)的使用經(jīng)濟(jì)性應(yīng)達(dá)到同類競(jìng)爭(zhēng)機(jī)型的水平。

同時(shí)，由于民用飛機(jī)研制周期較長(zhǎng)，一般可達(dá)十年。隨著民用飛機(jī)的產(chǎn)品水平不斷發(fā)展，對(duì)于預(yù)研型號(hào)而言，型號(hào)的設(shè)計(jì)要滿足民航行業(yè)的發(fā)展規(guī)劃。綜上而言，民用飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性需求來源于型號(hào)項(xiàng)目規(guī)劃、競(jìng)爭(zhēng)機(jī)型的水平、航空公司航線運(yùn)營(yíng)成本和航空行業(yè)發(fā)展規(guī)劃。

2.1 型號(hào)項(xiàng)目規(guī)劃

由于我國(guó)民用飛機(jī)研制采用的是國(guó)家重大專項(xiàng)的支持方式。這種方式是典型的項(xiàng)目推動(dòng)型發(fā)展模式，是由民機(jī)的設(shè)計(jì)研制經(jīng)費(fèi)來源于國(guó)家支持的重大項(xiàng)目，通過重大項(xiàng)目的立項(xiàng)來推動(dòng)民機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)以及相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。項(xiàng)目的研制經(jīng)費(fèi)直接約束了產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的相關(guān)成本。

在這種體制下，由國(guó)家以工信部項(xiàng)目的形式撥款，支持飛機(jī)項(xiàng)目的研制和生產(chǎn)政府部門對(duì)于項(xiàng)目的批準(zhǔn)立項(xiàng)有固定的資本投入，財(cái)務(wù)部的批復(fù)確定了飛機(jī)項(xiàng)目宏觀的成本范圍。所以，我國(guó)的民用飛機(jī)設(shè)計(jì)是有成本約束的設(shè)計(jì)。

項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)是有限而寶貴的。有了經(jīng)費(fèi)支持，就有了資源可以調(diào)用。項(xiàng)目成本控制是民機(jī)型號(hào)要實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目成功的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)決定成本，成本控制應(yīng)該從設(shè)計(jì)源頭開始。在設(shè)計(jì)階段，將項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)作為經(jīng)濟(jì)性需求之一，進(jìn)行自上而下的分解，實(shí)現(xiàn)指標(biāo)分配，可以優(yōu)化設(shè)計(jì)成本，節(jié)約資源。

2.2 同類機(jī)型水平

民用航空市場(chǎng)是一個(gè)自由競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)，航空公司是以盈利為目的來購(gòu)買、運(yùn)營(yíng)飛機(jī)的。在同等座級(jí)和航程的情況下，飛機(jī)的直接運(yùn)營(yíng)成本越低，飛機(jī)使用經(jīng)濟(jì)性就越好，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中就存在有更多的優(yōu)勢(shì)。所以同類競(jìng)爭(zhēng)機(jī)型的使用經(jīng)濟(jì)性是民機(jī)設(shè)計(jì)的重要參照。一般而言，一種新的機(jī)型要打入市場(chǎng)，其直接運(yùn)營(yíng)成本要低于競(jìng)爭(zhēng)機(jī)型10%-15%。

同時(shí)，成熟的主制造商在一系列型號(hào)的完成之后，對(duì)飛機(jī)系統(tǒng)認(rèn)識(shí)應(yīng)該有較為深刻的認(rèn)識(shí)，建立了設(shè)計(jì)自身的核心能力。對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)性能指標(biāo)、系統(tǒng)適航驗(yàn)證等一系列設(shè)計(jì)活動(dòng)所造成的設(shè)計(jì)研發(fā)成本規(guī)模有經(jīng)驗(yàn)性的認(rèn)識(shí)。

在設(shè)計(jì)新型號(hào)時(shí)，系統(tǒng)成本的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)可以依據(jù)先前的型號(hào)經(jīng)濟(jì)性經(jīng)驗(yàn)給出初步的期望，作為系統(tǒng)成本估計(jì)的參考。

2.3 航線運(yùn)營(yíng)成本分析

航空市場(chǎng)的需求，是飛機(jī)主制造推出新項(xiàng)目并從市場(chǎng)獲得商業(yè)利益的立足之本。在航線運(yùn)營(yíng)中，航空公司必須深入研究航空市場(chǎng)的特點(diǎn)，選擇適合的機(jī)型和經(jīng)營(yíng)模式，才能獲得理想的經(jīng)濟(jì)利益。航空公司在航線運(yùn)營(yíng)的成本從側(cè)面反映的航空市場(chǎng)對(duì)于民用飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性需求。

運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性分析工作，是民用飛機(jī)設(shè)計(jì)優(yōu)化的基本輸入，也是開拓市場(chǎng)的重要基礎(chǔ)。作為民航客機(jī)，其運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性無疑成為全球運(yùn)營(yíng)商和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手關(guān)注的焦點(diǎn)。民用飛機(jī)主制造商需要全面分析全球和中國(guó)的民用航空運(yùn)輸運(yùn)營(yíng)的市場(chǎng)環(huán)境出發(fā)，調(diào)研民用飛機(jī)在航線上的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，從中研究降低運(yùn)營(yíng)成本和提升運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性的途徑和方法。

航線運(yùn)營(yíng)成本中，與飛機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)緊密相關(guān)的為燃油成本和維修成本。以維修成本為例，就應(yīng)注意考慮影響航線直接維修成本和間接維修成本因素，例如：①承包商維修成本；②定檢維修；③可達(dá)性；④可靠性；⑤故障識(shí)別/檢測(cè)；⑥容錯(cuò)性；⑦維修性；⑧特殊/獨(dú)特的地面保障設(shè)備和自動(dòng)測(cè)試設(shè)備；⑨飛機(jī)勤務(wù)（服務(wù)、加油、清洗等）。

2.4 未來航空發(fā)展規(guī)劃

美國(guó)聯(lián)邦航空局（FAA）通過世界民航空發(fā)展預(yù)測(cè)與和趨勢(shì)分析，針對(duì)未來空中運(yùn)輸?shù)男枨螅瑖?guó)內(nèi)航空當(dāng)前的能力，以及技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，提出了民用航空運(yùn)輸發(fā)展技術(shù)發(fā)展規(guī)劃NextGen（The Next Generation Air Transportation System）。

歐洲航空局（EASA）針對(duì)世界航空運(yùn)輸發(fā)展需求，針對(duì)歐洲航空運(yùn)輸需求分析，面向歐洲航空2020年贏得全球領(lǐng)導(dǎo)者目標(biāo)，提出歐洲一體化和空中交通管理SESAR（Single European Sky ATM Research）計(jì)劃。

兩個(gè)航空發(fā)展規(guī)劃在效率和環(huán)保方面，對(duì)2020年的民用飛機(jī)提出了新的要求[7]。

2.4.1 效率方面

根據(jù)美國(guó)FAA的NextGen和歐洲SESAR發(fā)展規(guī)劃，到2020年航空運(yùn)輸需求相對(duì)2008年翻一番，而基礎(chǔ)機(jī)場(chǎng)設(shè)施能力發(fā)展在7%左右。因此，必須大幅度提升和改進(jìn)當(dāng)前航空運(yùn)輸?shù)男?、效率和可用性，滿足航空運(yùn)行業(yè)高速增長(zhǎng)的需求。其對(duì)新一代民機(jī)提出以下需求：①提升空域能力，增加飛行密度，增強(qiáng)空域和機(jī)場(chǎng)設(shè)施利用率（30%-50%）；②改進(jìn)飛行品質(zhì)，提升飛行效率，增強(qiáng)飛機(jī)能力和飛行效能（15%-30%）；③增強(qiáng)感知能力，提升飛行可用性，實(shí)現(xiàn)全天候條件下飛行的能力（37%）。

2.4.2 環(huán)保方面

NextGen和SESAR中期規(guī)劃，使新一代航空運(yùn)輸應(yīng)該是更加節(jié)省燃油、更加減少排放和更少的噪音，降低飛行費(fèi)用、提升設(shè)備利用率和減少基礎(chǔ)設(shè)施投資。其對(duì)新一代民機(jī)提出如下能力要求：①建立動(dòng)態(tài)飛行航跡協(xié)同能力，提升空域利用率，減少飛行低效管理；②建立連續(xù)爬升、巡航和降落過程，提升飛行過程效率，減少飛行時(shí)間；③建立授權(quán)自主管理能力，充分利用和適應(yīng)環(huán)境能力，提升飛行效率。新一代的航空規(guī)劃，一方面對(duì)是對(duì)空管系統(tǒng)提出了新的要求，另一方面對(duì)飛機(jī)的航電系統(tǒng)、燃油動(dòng)力系統(tǒng)也提出了新的挑戰(zhàn)。未來航空的發(fā)展規(guī)劃確定的民機(jī)發(fā)展技術(shù)要求[8]。這種要求使得型號(hào)在研發(fā)中，必須導(dǎo)入新技術(shù)、新材料和新工藝，提升飛機(jī)型號(hào)的技術(shù)水平。

3 經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)域

政府部門對(duì)于項(xiàng)目的批準(zhǔn)立項(xiàng)明確了項(xiàng)目的規(guī)劃，確定了項(xiàng)目宏觀的成本范圍。通過市場(chǎng)部門和航線運(yùn)營(yíng)商、機(jī)場(chǎng)交通部門的溝通，可以明確飛機(jī)航線運(yùn)營(yíng)成本和競(jìng)爭(zhēng)機(jī)型的水平。通過解讀行業(yè)發(fā)展規(guī)劃，通過主制造商和審定方（FAA、EASA等）以及其它主制造商的溝通和交流，可以得到市場(chǎng)對(duì)未來機(jī)型的要求。

如圖2所示，需求捕獲的四個(gè)層面提供了經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)域的四個(gè)邊界條件：項(xiàng)目立項(xiàng)規(guī)劃代表成本約束，確定了經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)的上邊界；航線運(yùn)營(yíng)成本和競(jìng)爭(zhēng)機(jī)型水平是設(shè)計(jì)中需要參考的基準(zhǔn)面，確定了經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)的下邊界；特別的，在預(yù)研型號(hào)中，航空產(chǎn)業(yè)規(guī)劃提供了未來行業(yè)發(fā)展的技術(shù)水平要求，為確保預(yù)研型號(hào)的商業(yè)成功，可以將航空產(chǎn)業(yè)規(guī)劃作為技術(shù)水平要求，形成左邊界。四種條件最終確定了民用飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)域，共同確定了飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)的頂層需求[9]，為飛機(jī)設(shè)計(jì)提供了需求輸入。

4 結(jié)論

民用飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性需求，既有來自于市場(chǎng)的需求，也有來自于主制造商自身的需求。市場(chǎng)需求是民用飛機(jī)推向市場(chǎng)的窗口，而主制造商自身的需求，是主制造商盈利的內(nèi)在需求，屬于項(xiàng)目需求。本文從項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)規(guī)劃、技術(shù)水平要求，航線運(yùn)營(yíng)成本和競(jìng)爭(zhēng)機(jī)型水平這四個(gè)方面給出了民用飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性需求捕獲的來源，確定了民用飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)域，為飛機(jī)的總體設(shè)計(jì)提供了經(jīng)濟(jì)性相關(guān)的設(shè)計(jì)輸入。

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