民用航空發(fā)動機運行支持體系架構設計

蔣 平，劉靜琳，黃勁東

（中國航發(fā)商用航空發(fā)動機有限責任公司,上海200241）

0 引言

目前，世界上的民用發(fā)動機主制造商往往無法從發(fā)動機銷售中獲利，其主要盈利來自發(fā)動機服務過程（如發(fā)動機備件銷售和發(fā)動機大修服務）。據統(tǒng)計，GE公司發(fā)動機利潤的60%以上來源于其售后服務。2017年，全球航空發(fā)動機維修業(yè)務市值已達300億美元，預計未來10年的年均增長率為4.9%，是增長最快的業(yè)務單元[1-3]。然而，民用航空發(fā)動機系統(tǒng)高度復雜，對安全性、可靠性、經濟性、維修性有著極高的要求，其核心技術屬于發(fā)動機主制造商核心商業(yè)機密，所以航空公司須依賴發(fā)動機主制造商向其提供及精準的服務保障，以維持其機隊的安全穩(wěn)定運行。目前，包括GE、RR、PW公司在內的發(fā)動機制造商均建立了完備的運行支持體系，為航空公司提供涵蓋產品全生命周期的各項客戶服務，實時響應發(fā)動機運行過程中產生的各項需求[4-5]。此外，為進一步提高飛機產品的市場競爭性，飛機主制造商也對發(fā)動機等主要系統(tǒng)供應商提出建立完備的運行支持體系的要求，并列入其重點考核標準。因此，建立完備的發(fā)動機運行支持體系已成為目前民用航空發(fā)動機市場的基本準入條件。

另外，適航法規(guī)不僅對航空器產品的設計、制造等提出要求，對產品的持續(xù)安全運行和維修也提出明確要求，MD-FS-AEG006《航空器制造廠家運行支持體系建設規(guī)范》中規(guī)定：建立運行支持體系是航空器制造廠家的基本責任[6]。民用航空發(fā)動機是航空器上極其重要的系統(tǒng)，并且因其高度復雜性與較高的技術門檻，在投入使用后的運行支持服務都是由發(fā)動機制造廠商獨立提供給航空公司的，因此發(fā)動機制造廠商同樣需構建完善的運行支持體系以持續(xù)保障發(fā)動機投入使用后的運行安全。此外，其它與發(fā)動機運行支持相關法規(guī)包括 CCAR33部 33.4、33.5條款，CCAR121部、145部、147部等。安全穩(wěn)定的運行是航空公司首要關注的事項，由于發(fā)動機故障造成的飛機延誤或停場甚至事故將造成巨大損失。因此，發(fā)動機主制造商必須盡早建立相應的運行支持體系以確保發(fā)動機產品符合TC取證和后續(xù)持續(xù)安全運行的要求。

1 問題與挑戰(zhàn)

中國民用航空發(fā)動機的自主研發(fā)起步較晚，缺乏從全壽命周期的視角對產品進行全盤考慮、系統(tǒng)設計的經驗，存在“重科研生產，輕運行使用”的問題，尤其在產品投入使用后的技術支持、運行監(jiān)控、航材保障、維修大修、技術出版物、培訓等領域，技術基礎更顯薄弱，相關的業(yè)務流程、標準規(guī)范、技術儲備幾乎空白。缺乏完備有效的民用航空發(fā)動機運行支持體系已成為制約國產民用航空器發(fā)展的瓶頸問題。

而民用航空發(fā)動機運行支持體系的建立與實施也面臨諸多挑戰(zhàn)。首先，運行支持體系的建立不是獨立的，其與產品設計保證體系、制造保證體系緊密相關。比如，發(fā)動機運行支持保障過程中所需提供的航線檢查、在翼維護、運行監(jiān)控與故障診斷等服務保障內容，均需在產品研發(fā)的早期設計階段考慮，需通過設計保證體系予以落實。而目前中國民用航空發(fā)動機設計和制造保證體系的建設剛剛起步，缺乏前續(xù)型號的經驗積淀，同樣處于邊摸索邊建設的境況。這為運行支持體系的建設帶來更多不確定因素；其次，國內與民用航空發(fā)動機運行支持體系架構設計與建設相關的研究幾乎空白，也沒有可以借鑒的成功產品型號經驗。運行支持體系的總體架構、包含的業(yè)務內容、業(yè)務組合以及開展各類業(yè)務的方式均需要逐一研究明確；再次，目前缺乏民用航空發(fā)動機運行支持體系建設和未來運轉所需的相關行業(yè)標準與規(guī)范，而這無疑將影響到體系運轉的一致性、規(guī)范性，為發(fā)動機持續(xù)適航帶來諸多挑戰(zhàn)；此外，民用航空發(fā)動機運行支持體系的建立涉及到諸多核心服務產品開發(fā)，如發(fā)動機高附加值部件的修理工藝、運行監(jiān)控與視情維修等，這些服務產品的開發(fā)需要有完備的發(fā)動機運行支持基礎技術支撐，而目前尚未有清晰的發(fā)動機服務產品技術路線圖；最后，民用航空發(fā)動機運行支持體系的建立離不開相應的資源保障，如運行支持體系所需的信息化IT架構、基礎設施、設備工具、人力資源與組織架構等均需要研究和明確。以上問題與挑戰(zhàn)，對于既沒有經驗也沒有國內類似參考的新興企業(yè)來說無疑是非常困難的。

2 標桿企業(yè)分析

目前，全球大型航空發(fā)動機市場主要由GE、RR、PW公司以及它們的合資企業(yè)壟斷。因此，研究這些企業(yè)的運行支持體系將有助于國產民用航空發(fā)動機運行體系的頂層架構設計。國際主流發(fā)動機制造商的運行體系雖各有特點，但通過數十年客戶服務經驗的累積和相互競爭，已經基本劃定了國際民用航空發(fā)動機主流服務產品和業(yè)務內容，同時又根據各自的特點和能力特長發(fā)展出了部分有特色的特殊服務項目。其中，主流民用航空發(fā)動機運行支持體系（發(fā)動機運行支持工作的核心是圍繞發(fā)動機維護、維修與航材保障等開展的各種售后服務，因此國外主流發(fā)動機廠商也習慣稱之為“售后服務”或“維修服務”體系）所包含的的業(yè)務內容與業(yè)務組合主要為6個方向：客戶支援、工程技術、技術出版物、航材支援、培訓和大修/維修，具體內容如下[4-5]：

（1）客戶支援。

擁有遍布全球的客戶支援網絡，包括7×24 h客戶服務中心、客戶服務經理和現場代表；通過客戶服務網站提供各種在線服務；根據客戶需求提供發(fā)動機租賃服務等。

（2）工程技術。

通過先進的數據收集和分析系統(tǒng)提供發(fā)動機監(jiān)控、故障診斷和機隊管理服務；提供在翼維修支援，包括飛機停場（Aircraft On the Ground，AOG）支援；開發(fā)并提供維護維修工具。

（3）技術出版物。

提供各種格式的技術出版物以及相關技術資料和數據，并定期維護更新。

（4）航材支援。

提供新件、舊件、產品升級套裝，以及航材租賃、回購等服務。

（5）培訓。

建立廣泛的客戶培訓網絡，針對客戶需求提供多層級、多種培訓項目選擇。

（6）大修/維修。

建立并管理維護、修理和大修 (Maintenance，Repair&Overhaul，MRO)網絡，提供發(fā)動機大修、零部件修理和附件維修服務。

此外，按飛行小時收費的定制化的綜合性服務包已經成為上述4大國際主流發(fā)動機制造商的共同選擇，如GE公司的OnPoint和TrueChoice，RR公司的TotalCare（如圖1所示），Snecama公司的 CFM Service等。特色服務項目包括：GE公司的質量技術檢查，RR公司品種豐富的金融服務，PW公司的燃油消耗優(yōu)化解決方案（EcoFlightTM），Snecma公司的發(fā)動機報廢處理服務等。

3 運行體系架構設計方法

3.1 以系統(tǒng)工程方法構建運行支持體系

民用航空發(fā)動機運行支持體系的構建需與產品的設計研發(fā)與生產制造過程緊密結合，且要按系統(tǒng)工程的思路從產品研制初期就介入，并貫穿整個產品研制過程。按照系統(tǒng)工程方法構建的典型民用航空發(fā)動機產品的設計研發(fā)V模型如圖2所示。從圖中可見，按照系統(tǒng)工程方法[7]進行產品研發(fā)時，在研發(fā)的最開始（V模型的最左端，即建立需求架構的階段）就需同步將服務產品的開發(fā)需求（綠實線部分）與實物系統(tǒng)開發(fā)需求一同定義，而后隨著產品功能架構的分解將需求分配給各子專業(yè)予以落實并進行相應的產品開發(fā)與生產制造；而在V模型的右端，服務產品與實物產品需同步驗證與確認；在產品交付后（V模型最右端），產品的服務提供與生產提供也需結合在一起進行，并將發(fā)動機服役過程中的問題及時反饋給研發(fā)端進行優(yōu)化與改進。

圖2 典型的民用航空發(fā)動機研發(fā)V模型

按照系統(tǒng)工程思路進行服務產品開發(fā)及與之相匹配的運行支持體系構建有2點好處：（1）可以確保在產品設計上充分考慮運行的需求，包括符合運行規(guī)章要求、適合預期的使用環(huán)境、能有效控制使用和維修成本等；（2）可以確保在產品全壽命周期內將運行支持體系與設計、制造體系緊密結合，同步開展實物產品與服務產品的需求定義、開發(fā)迭代與持續(xù)改進，使運行支持體系可與設計、制造體系一同隨著產品的研發(fā)過程成熟完善，部分解決因設計、制造體系不成熟給運行支持體系建設所帶來的不確定性因素。

3.2 以業(yè)務流程為核心構建運行支持體系

民用航空發(fā)動機運行支持體系包含業(yè)務流程、標準規(guī)范、基礎技術、信息化IT架構、基礎設施、設備工具、人力資源與組織架構等多維度的諸多要素，這些要素之間又存在關聯關系，本文以發(fā)動機運行支持業(yè)務流程為核心，應用IDEFO流程建模框圖工具，將這些要素進行邏輯關聯和架構重構。以業(yè)務流程為核心的民用航空發(fā)動機運行支持體系構建如圖3所示。

圖3 以流程為核心的民用航空發(fā)動機運行支持體系構建

運行支持體系的核心是支撐其開展各項業(yè)務工作的流程，通過梳理業(yè)務流程活動、使能項、控制項以及輸入輸出接口關系，就可以系統(tǒng)地將相關標準、需要攻克的技術難點以及流程實施所需的軟硬件資源條件梳理清楚并進行關聯。比如，在某一級流程的建設中，為使流程能夠按照統(tǒng)一的要求規(guī)范地執(zhí)行并達到預期目標，就需有流程執(zhí)行操作的標準、控制標準以及測量標準；為建立流程執(zhí)行中所需的方法或技術方案，就需要進行技術風險評估并開展技術攻關；為保障流程能夠高效執(zhí)行，就需要梳理該流程執(zhí)行中所需的基礎設施、信息化工具、設備工具；而流程是由人來執(zhí)行和完成的，這就需要梳理流程執(zhí)行所需的人力資源以及相應的技能水平，當需要大量多個專業(yè)、不同層級的專業(yè)人員時，就需要考慮相應的組織架構設計。這僅僅是從“微觀”視角針對某一級單一流程的梳理，當所有這些要素按照各自屬性、業(yè)務架構進行歸集整合時，就形成了保證民用航空發(fā)動機運行支持體系穩(wěn)定高效運轉所需的流程架構、標準架構、技術研究架構、信息化IT架構、資源保障體系、人力及組織架構等，從而形成民用航空發(fā)動機運行支持體系的整體藍圖。

4 運行支持體系架構設計

4.1 總體業(yè)務架構

基于上文所述的運行支持體系構建思路，通過對國際標桿企業(yè)的分析研究，初步構建民用航空發(fā)動機運行支持體系總體業(yè)務架構，如圖4所示。

圖4 民用航空發(fā)動機運行支持體系總體業(yè)務架構

運行支持體系包括6個業(yè)務板塊，分別是：客戶支援、工程技術、技術出版物、航材支援、培訓、大修/維修，各板塊的主要業(yè)務內容如下：

（1）客戶支援：建立并維護良好的客戶關系，根據客戶不同需求，開發(fā)一站式服務計劃，向客戶提供各種優(yōu)質的服務或服務組合包，以及超越客戶預期的定制化、一體化解決方案；調配整合企業(yè)內外各類資源，構建發(fā)動機運行支持網絡，形成全球化的客戶服務能力；設定服務產品商務模式，核算各項服務產品成本與定價，樹立具有企業(yè)特色的發(fā)動機客戶服務產品品牌。

工程技術：在產品研發(fā)過程中，負責構建發(fā)動機產品維修工程分析體系，制定產品維修計劃和維修方案，梳理維修資源需求，提供故障解決方案，開發(fā)維修工具與地面支援（Ground Support Equipment，GSE）設備，進行維修方案驗證；在產品服役過程中，為客戶提供發(fā)動機運行支持所需的工程技術支援，包括維修技術指導、7×24 h快速響應、AOG支援、發(fā)動機運行監(jiān)控、熱點問題報告、機隊可靠性監(jiān)控等，并向發(fā)動機研發(fā)方提供產品改進設計建議、維修成本分析結果等。

技術出版物：負責產品技術出版物的開發(fā)與維護，為客戶提供滿足適航要求和發(fā)動機運行使用要求的技術出版物，主要內容包括技術出版物的編制、驗證、交付、維護與構型管理等。

航材支援：負責發(fā)動機航材支援服務產品設計與開發(fā)，及時向客戶提供運行所必需的航材，構建航材支援服務網絡，不斷優(yōu)化航材支援商務模式。

培訓：負責發(fā)動機培訓類服務產品設計開發(fā)，為客戶提供高質量、客戶化的各類發(fā)動機培訓，使客戶可以按照技術出版物進行產品的日常使用和維護。

大修/維修：是發(fā)動機運行支持體系的核心業(yè)務點之一，負責為客戶提供大修維修服務，并根據客戶需要構建MRO網絡。

圖5 民用航空發(fā)動機運行支持體系流程架構

4.2 流程架構

根據上述運行支持體系總體業(yè)務架構，構建民用航空發(fā)動機運行支持體系流程架構，如圖5所示。流程架構分為3個層級，第1層級為業(yè)務級，包含客戶支援、工程技術等所有6個業(yè)務板塊；第2層級為業(yè)務組，由每個業(yè)務板塊根據業(yè)務類別進一步細分而成，整個運行支持體系共有22個業(yè)務組；第3層級為流程級，為各業(yè)務組所包含的各項業(yè)務，再細分為若干可執(zhí)行流程。

其中客戶支援業(yè)務板塊包括客戶管理、客戶支持、市場和銷售支援、增值服務4個業(yè)務組；工程技術業(yè)務板塊包括工程數據管理、維修工程分析、技術支持、維修技術需求分析4個業(yè)務組；技術出版物業(yè)務板塊包括源數據分析、技術出版物編寫與發(fā)布、技術出版物交付、技術出版物體系建設4個業(yè)務組；航材支援業(yè)務板塊包括航材服務管理、采購與供應商管理、物流與倉儲管理、舊件翻新管理4個業(yè)務組；培訓業(yè)務板塊包括培訓網絡建設、培訓教學管理、培訓服務支持、教學支持管理4個業(yè)務組；大修維修業(yè)務板塊包括大修維修業(yè)務、大修維修服務供應網絡管理2個業(yè)務組。

4.3 標準架構

根據業(yè)務板塊和流程架構，并參考歐洲航空航天設備制造商協(xié)會（Association Europeene des Constructerurs de Materriel Aerospatial,AECMA）的 S系列標準（如圖6所示）以及美國航空運輸協(xié)會（Air Transport Association，ATA）相關標準，設計民用航空發(fā)動機運行支持體系標準架構，如圖7所示。共計包含客戶支援、工程技術、技術出版物、航材支援、培訓以及大修/維修6類標準子體系。

圖6 S系列標準體系架構

其中與工程技術和大修/維修緊密相關的維修工程分析類標準，主要參考S3000L[8]、S4000P[9]制定；技術出版物標準主要參考S1000D[10]與ATA2200[11]、ATA2300[12]制定；航材支援主要參考S2000M[13]制定；使用數據和維護數據反饋主要參考S5000F[14]；培訓主要參考S6000T（待發(fā)正式發(fā)布）；運行支持領域的術語規(guī)范參考SX001G[15]。

圖7 民用航空發(fā)動機運行標準體系架構

4.4 信息化架構

根據業(yè)務與流程架構，以高效服務客戶、高效協(xié)同供應商、高效管理業(yè)務為目標，構建運行支持體系信息化頂層架構，如圖8所示。共分技術架構、數據架構與應用架構3個層級。其中技術架構層主要為支撐各類信息化平臺運行的信息技術，主要包括大數據處理與存儲、互聯網+技術、虛擬現實增強等；數據架構層主要是運行支持體系運轉所需的各種類別數據的管理，如工程研發(fā)數據、發(fā)動機運行數據等；應用架構層主要是支撐各主要業(yè)務模塊和業(yè)務流程運行的信息化平臺與工具，如維修工程分析平臺、技術出版物編制平臺、培訓平臺等，以及與客戶交互的門戶系統(tǒng)，與飛機制造商、供應商、適航機構溝通的協(xié)同平臺等。

4.5 技術研究架構

上文所述的業(yè)務流程、維修方案、技術標準、信息化平臺等業(yè)務架構的構建均需相應的技術儲備支撐。根據運行支持體系建設和服務產品開發(fā)的需求將這些技術研究進行整體安排與系統(tǒng)籌劃，形成民用航空發(fā)動機運行支持體系的技術研究架構（即技術攻關路線圖），如圖9所示。在架構設計中，首先按照系統(tǒng)工程方法將需求逐級向下分解，然后根據各層級需求梳理出需攻關的關鍵技術，而后根據各關鍵技術與服務產品研發(fā)、業(yè)務模塊建設的支撐關系進行分類，再根據關鍵技術互相之間的內在支撐關系將各關鍵技術進行邏輯關聯，最終形成較為完整的技術研究架構。

以上運行支持體系所包含的的各類業(yè)務架構內容，需要大量的研制保障條件和服務工程人員，并輔以相應的組織保障，而這些需要根據發(fā)動機主制造商的企業(yè)架構與業(yè)務模式進行設計，限于篇幅，本文不再詳述。

圖9 民用航空發(fā)動機運行支持體系技術研究架構

5 總結

民用航空發(fā)動機運行支持體系是市場選擇與適航安全要求的必然結果，“適航決定準入，市場決定生死”。本文通過剖析中國民用航空發(fā)動機運行支持體系建設所面臨的問題，對國際主流標桿企業(yè)開展研究，并參考相關國際規(guī)范，初步構建中國民用航空發(fā)動機運行支持體系總體架構，總結如下：

（1）采用系統(tǒng)工程方法進行民用航空發(fā)動機運行支持體系設計，可以有效地將運行支持體系與設計、制造保證體系結合，并減少體系建設過程中的不確定因素；

（2）民用航空發(fā)動機運行支持體系需包括總體業(yè)務架構、流程架構、標準架構、信息化架構、技術研究架構以及保障其建設的研制保障條件、人力資源與組織架構等核心要素，采用流程建模方法進行體系設計，可以有效地將各要素邏輯關聯與整合重構；

（3）民用航空發(fā)動機運行支持體系總體業(yè)務包括客戶支援、工程技術、技術出版物、航材支援、培訓與大修/維修6個主要業(yè)務模塊，可涵蓋目前國際主流發(fā)動機客戶服務業(yè)務的全部內容；

（4）運行支持體系的流程架構分為3級，包含服務產品開發(fā)與運行支持相關的6個業(yè)務板塊、22個流程組以及若干可執(zhí)行流程，而相應的標準體系架構、流程信息化架構、技術研究架構均根據業(yè)務板塊和流程框架進行設計。