從醞釀到?jīng)Q策
——民用飛機預(yù)發(fā)展階段工作分析

鄧建邦

（西南交通大學(xué)，成都 610031）

0 引言

從我國民用飛機研制程序角度看，前期論證、技術(shù)經(jīng)濟可行性論證和總體方案論證三個階段，構(gòu)成了民用飛機項目批準(zhǔn)上馬(國外稱ATP或Fully Go-ahead)前的項目工作內(nèi)容，空客集團等國外制造商一般將這部分內(nèi)容統(tǒng)稱為“預(yù)發(fā)展”(Pre-Development)。

從科學(xué)技術(shù)管理的角度看，呂佩(1994)提出預(yù)發(fā)展可分為先期技術(shù)開發(fā)(A)和先期系統(tǒng)開發(fā)(B)兩個階段；A階段由預(yù)研(pre-research)管理部門按課題管理相關(guān)要素進行管理，B階段由型號項目辦公室管理。前者注重前沿技術(shù)探索和技術(shù)成熟度的提高，成果通用性強，屬于課題研究；后者注重技術(shù)的工程應(yīng)用，具有明顯的項目指向性，屬于型號研制。

本文的內(nèi)容屬于后者，并結(jié)合在實際項目工作中的經(jīng)驗，強調(diào)民用飛機預(yù)發(fā)展階段的意義、闡述其劃分和工作內(nèi)容，并簡述相關(guān)工作方法。

1 開展預(yù)發(fā)展工作的意義

民用飛機的研制是一項龐大的系統(tǒng)工程[1]，與軍用飛機研發(fā)過程中以“研制總要求”為核心，強調(diào)性能達標(biāo)的指導(dǎo)思想不同，一個民用飛機項目的成功不僅僅是研發(fā)一款優(yōu)秀的飛機，更重要的意義在于飛機能否滿足目標(biāo)群體的潛在需求，并利用飛機的商品經(jīng)濟屬性實現(xiàn)盈利，即項目的商業(yè)成功是民用飛機研發(fā)的首要目的，因此對于一個新的民用飛機項目，在項目正式立項鋪開前，會先進行預(yù)發(fā)展階段的工作，作為預(yù)研(課題研究)向工程應(yīng)用(型號研制)的過渡。整個項目研發(fā)周期的資源投入大致如圖1 所示，預(yù)發(fā)展階段投入的資源占比較小，但是從重要性來講，預(yù)發(fā)展階段對項目后續(xù)發(fā)展起到舉足輕重的作用。民用飛機項目具有研發(fā)周期長、投入資源多、投資回收周期長等特點，通過預(yù)發(fā)展階段的工作，可以用較小的代價檢驗市場需求與技術(shù)方案的匹配程度、挑選最佳設(shè)計點、降低項目后期因設(shè)計更改產(chǎn)生的額外成本，為后續(xù)項目實施指明道路和方向。

在一些文獻和著作中，預(yù)發(fā)展階段被“總體方案論證”代替，本文觀點認為“預(yù)發(fā)展”比后者涵蓋的內(nèi)容更豐富，“總體方案論證”體現(xiàn)的是一種以產(chǎn)品(飛機)為重心的設(shè)計理念，側(cè)重于飛機概念設(shè)計方面的內(nèi)容；而“預(yù)發(fā)展”則強調(diào)市場需求、技術(shù)環(huán)境、經(jīng)濟性等多方面因素的綜合考察。特別是對于民用飛機，其成功的主要因素在于市場“要求”與技術(shù)“可能”之間平衡點的取舍，因此采用“預(yù)發(fā)展”的模式可以更科學(xué)、客觀的評價項目的可行性，有利于項目后期順利開展。

2 預(yù)發(fā)展工作的任務(wù)

一般而言，民用飛機預(yù)發(fā)展階段的主要任務(wù)有兩個。其一是設(shè)計點的選擇(飛機定義)，這是開展預(yù)發(fā)展工作的核心目的，它貫穿于整個階段的工作中。當(dāng)設(shè)計師腦海中醞釀一款新飛機的時候，一方面他要調(diào)研目標(biāo)市場情況、向飛機未來運營的利益相關(guān)方咨詢，獲取市場端的“需要”；另一方面他還要考察行業(yè)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展情況，篩選那些技術(shù)風(fēng)險可控、能為新飛機帶來足夠競爭優(yōu)勢的技術(shù)，獲取技術(shù)端的“可能”。之后項目組將“需要”與“可能”放在一起，科學(xué)客觀的對它們進行權(quán)衡、取舍，找到最有利于項目未來獲得成功的平衡點，也就是該項目的設(shè)計點。通過對設(shè)計點工程化的量化和描述，就形成飛機定義文件。該步驟對項目發(fā)展的影響是深刻而長遠的，因為一旦設(shè)計點確定，關(guān)于飛機的各個重要參數(shù)也在飛機定義文件中隨之劃定。

其次是迭代優(yōu)化，有了飛機定義文件后，在這個“定義”的框架下，技術(shù)上仍然有很多種滿足要求的解決方案。因此這一部分任務(wù)通常由兩個小階段來完成，即前一個階段在飛機定義的框架下盡可能的展開，盡量嘗試多種不同解決方案，并適當(dāng)進行迭代和深入以考察方案可行性；后一階段綜合各方因素對方案進行橫向評比，不斷收斂優(yōu)選范圍，直到最后選出最優(yōu)概念方案。

3 預(yù)發(fā)展階段工作內(nèi)容與方法

3.1 工作內(nèi)容與劃分

典型民機研制階段如圖2 所示，其中預(yù)發(fā)展階段工作一般由三個小階段組成，即市場分析與飛機定義、可行性研究和初步設(shè)計，如圖3 所示。在時間軸上，三個階段大致呈首尾銜接或適度并行重疊，研究范圍逐步收縮，技術(shù)復(fù)雜程度依次遞增。

圖2 民機研制階段示意

圖3 預(yù)發(fā)展階段工作劃分

每個小階段都會有一個最終輸出成果(交付物)，該成果既是本階段工作的總結(jié)回顧，也是下一階段工作的輸入條件。市場分析與飛機定義階段的最終成果是飛機定義文件，該文件明確了擬研發(fā)飛機的類別、主要功能和設(shè)計要求?？尚行匝芯康娜蝿?wù)是在飛機定義文件的框架內(nèi)，對各個可行的技術(shù)方案進行迭代研究，并從政策、技術(shù)、工藝、經(jīng)濟性等方面進行對比，挑選出最優(yōu)的概念方案。最終勝出的方案在初步設(shè)計階段完成更加細致的工程數(shù)模，并通過各種成熟的分析工具對飛機的氣動特性、結(jié)構(gòu)特性進行進一步的分析，對飛機重量和性能進行更準(zhǔn)確的評估[2]。通過初步設(shè)計階段的工作，設(shè)計方案的可信度得到大幅提升，可以作為項目最終決策的依據(jù)。

需要指出的是，預(yù)發(fā)展階段工作內(nèi)容的劃分并不是絕對的，可根據(jù)項目實際情況進行增減。因為民用飛機涵蓋范圍寬廣，從數(shù)百公斤的超輕型飛機到上百噸的大型運輸機都有涉及，技術(shù)復(fù)雜度差距很大，可根據(jù)需要對預(yù)發(fā)展階段工作適當(dāng)增減。

3.2 市場分析及飛機定義

該階段的目的是尋找、分析與擬研發(fā)機型相似的機型市場情況，給出各機型的目標(biāo)性能參數(shù)、關(guān)鍵設(shè)計特性和未來新機型可能的概念構(gòu)想，評估各方面風(fēng)險，為設(shè)計點的決策提供建議。作為項目初始階段，該部分工作以桌面研究為主。“市場分析”是一個模糊而寬泛的概念，在此項目組需要根據(jù)實際情況和工程經(jīng)驗劃定研究范圍、研究方法和成果提交形式。一般會利用設(shè)計組織自有的數(shù)據(jù)庫或與專業(yè)咨詢機構(gòu)合作來獲取準(zhǔn)確而全面的數(shù)據(jù)。民用飛機的市場分析思路示意圖，如圖4 所示。

圖4 市場分析思路示意

本階段各工作項的邏輯關(guān)系，如圖5 所示。其中1～7 個小項即是市場分析范疇下的子工作項，圖中列出的工作項只是一個示意，工作項可以根據(jù)項目實際情況增減。各工作組開始正式研究前需要與項目負責(zé)人討論、確定各自報告的“編寫指南”，指南中對報告的研究范圍、數(shù)據(jù)需求、研究方法等方面給予說明和指導(dǎo)，確保研究能朝預(yù)期方向開展。隨著各項子工作相繼完成，便獲得政策、市場、技術(shù)等多方面的支持信息。

圖5 市場分析與飛機定義階段工作流程

對于未來新機型的定位，是填補市場空缺還是與現(xiàn)有對手正面競爭，新機型在商載/航程、性能、客艙尺寸等哪些方面優(yōu)于現(xiàn)有機型，新機型采用具有吸引力的引導(dǎo)性價格還是采用與現(xiàn)有對手直接競爭的掛牌價格，諸如此類問題的答案將通過提取各報告的關(guān)鍵信息和結(jié)論，綜合權(quán)衡后匯總到飛機定義文件中。

飛機定義文件將描述各候選類別的市場成功因素，并為項目決策者提供建議，幫助其決策哪個細分類別進入可行性研究階段的研究。

在市場分析及飛機定義階段的末尾，以專家評審會的形式對飛機定義文件進行審議。通過評審，完成最終設(shè)計點(細分類別)的確定，飛機定義文件即被凍結(jié)，此后的項目工作都將在該定義文件的框架下開展。

3.3 可行性研究

可行性研究旨在確定某一概念方案是否值得繼續(xù)推進下去。但是在正式?jīng)Q定某一方案的取舍之前，應(yīng)當(dāng)確保已盡可能多的拓展各種可能性，以免漏掉最好的方案。該階段將并行開展三大部分工作：技術(shù)方案研究、技術(shù)背景研究和市場驗證，如圖6所示。

圖6 可行性研究階段工作流程

技術(shù)方案研究貫穿于本階段，主要內(nèi)容是在飛機定義文件的框架下開展多個概念構(gòu)型(design concept)的迭代研究。從主要部件的幾何外形繪圖開始，初步選定機身、機翼、尾翼等部位的形式，隨后進行重量與平衡初步估算、氣動力原始數(shù)據(jù)工程估算、性能與使用特性估算，各部分估算結(jié)果又反饋到飛機草圖上進行修改，以此形成迭代循環(huán)。隨著迭代的深入，逐漸加入結(jié)構(gòu)初始布置和強度預(yù)估、推力需求論證與發(fā)動機預(yù)選、主要機上系統(tǒng)配置方案等內(nèi)容。在技術(shù)方案研究的后期，將接受來自技術(shù)環(huán)境研究、市場驗證工作組的輸入信息，幫助對各概念構(gòu)型進行篩選、縮小優(yōu)選范圍。

技術(shù)環(huán)境研究工作的任務(wù)是收集、分析新飛機可能采用的新技術(shù)。此處的新技術(shù)主要是面向生產(chǎn)和飛機系統(tǒng)的功能部件(設(shè)計性技術(shù)一般有單獨文件描述)，廣泛收羅生產(chǎn)線已有的技術(shù)、已成功應(yīng)用在其它機型的技術(shù)、國外率先應(yīng)用的技術(shù)、尚在研究但不久即可應(yīng)用的技術(shù)，通過成熟度、先進性等標(biāo)準(zhǔn)進行分類，篩選適合本項目應(yīng)用的先進技術(shù)和工藝。從生產(chǎn)工藝的角度支撐概念構(gòu)型的選擇，保證進入后續(xù)階段的方案有足夠的技術(shù)先進性和工藝成熟性。

市場驗證的工作是在前期市場分析的基礎(chǔ)上，建立潛在客戶/運營商與競品數(shù)據(jù)庫、根據(jù)當(dāng)前概念構(gòu)型迭代進展制作可視化的展示內(nèi)容、將設(shè)計中的開放性問題轉(zhuǎn)換成面向用戶的調(diào)查問卷。工作組將根據(jù)數(shù)據(jù)庫的信息制定客戶走訪計劃、利用拜訪、會議、展會等機會向潛在客戶展示項目內(nèi)容、進行問卷調(diào)研，從而收集市場端對本項目的反饋信息，從市場/運營的角度支撐概念構(gòu)型的選擇，保證最終方案受到市場認可。

此外，項目辦公室在本階段還應(yīng)組織團隊開展項目成本模型定義、項目經(jīng)營模型與敏感性分析、適航取證目標(biāo)和計劃制定等工作。該階段主要工作項的示意見表1。

表1 可行性研究階段主要工作內(nèi)容

以上工作內(nèi)容和過程都將以技術(shù)報告的形式提交，并反映在項目可行性研究報告中，經(jīng)過前期的展開、迭代再到后期的逐步優(yōu)選、收斂，此時對最終選定的概念構(gòu)型已有了比較明確意向和建議。通過提交可行性評審會，選定最終概念構(gòu)型。

3.4 初步設(shè)計

初步設(shè)計可以認為是可行性研究工作的延續(xù)，只是在這一階段的工作范圍已經(jīng)顯著收斂，一般通過上一輪工作的遴選，只有一個最優(yōu)概念方案入圍。初步設(shè)計階段的工作就是以該方案為基礎(chǔ)，自頂向下、由淺到深的細化技術(shù)方案，同時評估分/子系統(tǒng)級別的可行性。

同時，該階段還應(yīng)該按重要度依次驗證前序階段提煉的需求是否得到滿足，對于初步設(shè)計，所有需求最終可以映射為飛機本體的六大方面，即類型(私用/公用/商用)、動力裝置、運能、巡航速度、巡航高度和最大航程[6]。該階段的氣動、結(jié)構(gòu)、重量、性能等方面具體工作，相關(guān)著作已有詳細說明不再贅述。而作為民用飛機，需注意市場驗證與技術(shù)環(huán)境研究工作應(yīng)當(dāng)繼續(xù)并行的開展，雖然此時飛機級的構(gòu)型已經(jīng)確定，但在系統(tǒng)級的構(gòu)型上還有很大的選擇余地，可以更深入的權(quán)衡選擇；特別是一些技術(shù)更迭較快的系統(tǒng)(如航電系統(tǒng))，距離上一階段的技術(shù)環(huán)境研究可能已過去了數(shù)月甚至更長時間，一些新技術(shù)或新產(chǎn)品的成熟度已經(jīng)提高，從而出現(xiàn)在候選范圍內(nèi)。此時即使發(fā)生系統(tǒng)級的顛覆性修改也是可以接受的，盡管會造成進度拖延，但與項目后期實施過程中發(fā)生更改而花費的代價相比這是微不足道的。

4 結(jié)論

至此，預(yù)發(fā)展階段的工作宣告完成，通過以上步驟，將籠統(tǒng)的設(shè)計思想逐步分解、落實、驗證，形成量化、可實現(xiàn)的工程技術(shù)方案，為項目最終決策提供技術(shù)上可信、市場上可行的依據(jù)。

1)預(yù)發(fā)展中的市場驗證環(huán)節(jié)是民機項目正式鋪開前的重要工作內(nèi)容，也是區(qū)分軍機前期預(yù)研工作的顯著特點。其體現(xiàn)的高度關(guān)注用戶和市場需求的設(shè)計理念，也值得軍機項目前期論證工作借鑒。

2)預(yù)發(fā)展不是型號決策上馬的緩兵之計，它從設(shè)計定位、生產(chǎn)準(zhǔn)備、適航認證、市場策略等方面對民用飛機的研制產(chǎn)生深刻影響，應(yīng)當(dāng)充分認識到預(yù)發(fā)展工作的重要性。

3)對于設(shè)計人員，應(yīng)當(dāng)抱以對待正式型號的嚴(yán)謹負責(zé)態(tài)度和飽滿的創(chuàng)新探索精神來面對預(yù)發(fā)展工作。

4)對于項目管理者，預(yù)發(fā)展為項目最終決策上馬提供全面而科學(xué)的依據(jù)，應(yīng)當(dāng)為預(yù)發(fā)展階段提供足夠的周期和經(jīng)費支持。