航空發動機系統工程技術淺析

蘭影鐸 于武 周鑫

系統工程技術的意義就是根據總體協調的需要，利用多方面的科學技術，把系統的構成要素、組織機構，對系統的構成要素、組織結構、信息交換等功能進行分析研究，以達到最優設計、最優控制和最優管理，本文以系統工程技術助推航空發動機產品制造為基本綱領，對系統工程的理論體系進行簡要介紹，并對航空發動機研制周期系統工程管理進行了研究，同時結合航空發動機研制實際，對系統工程技術的應用現狀進行了分析。

一、引言

航空發動機是一種綜合工程熱物理、控制、機械、空氣動力學、固體力學等多學科強烈交叉、高度耦合的復雜流體機械，被譽為“現代工業皇冠上的明珠”，是衡量一個國家綜合基礎工業和技術實力、彰顯強國地位的重要標志，其研制過程是一項跨學科、跨專業且需多廠所高度協同的復雜工程，具有技術高、周期長、難度大等特點。基于航空發動機復雜化、多元化和系列化的發展趨勢，本文以航空發動機研制全生命周期為研究對象，采用系統工程思想，構建基于系統工程的航空發動機生產全生命周期管理方法。

二、系統工程理論

1940年，美國貝爾實驗室在研制電話通信網絡時，第一次提出并應用了系統工程一詞。對于復雜的工程專案，系統的整體特性往往大于零件的組合特性，為了滿足識別和操控一個系統的整體特性的需求，美國國防部、美國國家航空航天局（NASA）和其他工業相繼地應用了這門學科并取得了重大的成果，如美國的登月火箭阿波羅計劃和北歐跨國電網協調方案等。

20世紀50年代，我國著名科學家錢學森的《工程控制論》的出版，奠定了中國系統工程的理論基礎。70年代中期以來，隨著社會形勢的變化，我國對系統工程的需求日益迫切，所以眾多來自各個領域的學者對系統工程展開了深入的研究與宣傳，并成立了一些研究學會組織以及在大學設立了相應的學科，這些標志著我國系統工程事業已經步人了一個新的階段。盡管我國在系統工程實踐過程中，取得了大量的系統工程理論及實踐成果，形成了較完善的系統工程技術體系，達到了較高的系統工程技術水平，但與國外大國相比，在系統工程流程、系統工程標準規范、系統設計能力等多方面都還存在明顯的差距。綜合多方定義，系統工程的內涵就是站在系統整體的角度上，綜合多類專業技術，對系統的構成要素、組織結構、信息交換和自動控制等功能進行統籌的分析與研究，從而達到整體最優化設計，最優控制和最優管理的目標。

與其他專業技術相比，系統工程具有以下突出特點：

（1）系統工程涉及多個科學技術門類的知識，需要綜合多個工程專業的技術，需要不同專業、不同部門的專家共同參與并緊密配合、協同一致地開展工作。

（2）系統工程突出把整個系統視為研究對象，突出系統總體，強調整體優化。

（3）系統工程先根據任務的需求，從整體出發確定系統的性能指標和功能結構，然后在總體指導下，對系統進行分解與分析研究從而確定分系統的結構方案再進行綜合集成，從而實現系統的整體功能。

（4）系統工程包含技術與管理兩大并行優化的過程。系統工程技術是制定系統工程流程，并按系統工程流程，綜合多種專業技術，通過適當的方法和工具，最終完成系統工程的過程;系統工程管理是運用一些技術管理手段，對系統工程技術過程、活動及要素進行管理和控制，確保系統工程目標實現的過程。

三 基于系統工程的航空發動機研制周期管理

系統工程實施的過程就是制定系統工程流程，并按流程開展系列系統工程活動的過程，因此系統工程全生命周期活動及流程是系統工程的核心，而系統工程專業技術體系、標準規范體系及工具方法體系是系統工程活動開展的支撐。基于系統工程的航空發動機研制周期從需求分析開始，再經過概念設計和初步設計、具體設計和開發、生產制造、運行利用和支持等過程，航空發動機研制系統工程全生命周期過程如圖1所示。

1.概念設計階段

概念設計是系統設計和開發過程的第一個、也是最重要的階段，它的功能是建立、承諾或者用其他形式預先確定所期望的系統結構形式、功能、開發進度等，在概念設計階段包括對航空發動機市場需求分析、客戶需求分析、技術需求分析、可行性應用的評價等活動。

2.初步系統設計階段

初步系統設計的主要工作是根據系統層的功能要求，對設計和運行效果進行綜合研究，完成子系統及部件的功能分析和分配，建立具體的設計要求和開發計劃、辨識和使用適當的工程設計工具和技術、在預定的時刻進行設計評審。

3.具體設計和開發階段

經過概念設計階段開發的功能基準和初步設計階段得出的分配基準，設計團隊在現階段主要工作是對設計方案進行綜合研究和評價，并進行航空發動機子系統和部件的詳細設計，完成工程和原型模型的開發。

4.生產、制造階段

生產、制造階段主要的工作就是進行產品的生產制造，其中包括部件的外委生產加工活動，并完成子功能性能測試和驗收試驗。

5、運行利用和支持階段

進行發動機現場試車，進行運行測試，收集和分析現場數據，并根據試車狀態，進行設計及制造的反復迭代修正。

四、系統工程技術應用現狀分析及建議

目前，我國大多數航空企業對系統工程的認知還停留在較低層面上，即能夠認識到企業是一個復雜的系統，企業管理是一個系統工程，但缺少運用系統工程方法去解決企業管理問題的意識和能力，尚未達到運用系統工程方法和工具的認知，且企業內推廣系統工程方法是一件實踐性很強的工作，需要具有扎實系統工程專業知識及豐富的企業實踐經驗的專業技術人員進行推廣，而國內具備系統工程應用型的人才相對不足，此外，雖然國內一些領域也開始制定系統工程標準，但這些標準往往規定了特定領域系統工程的技術過程和技術管理過程，其領域針對性較強，尚未形成系統、全面的通用性系統工程標準系統。

近年來，隨我國航空制造業的迅猛發展，公司也對系統工程技術日漸關注，但真正運用系統工程技術解決航空產品全生命周期問題還任重道遠，建議從如下角度開展系統工程技術的應用與推廣。

1、提高對系統工程技術的認知

系統方法的理論體系較為成熟，但是在航空企業的推廣還不夠，原因之一是企業對系統工程方法的認知不夠，因此在我們企業推廣系統工程方法時，首先應該提高我們企業對系統工程方法的認知，使企業充分了解航空產品在生產制造過程中是否適用應用系統工程技術方法解決生產問題及有效的系統工程方法有哪些方法能夠幫助企業解決實際問題。

2、加強系統工程專業技術人才的培養與引進

我們企業具備從事系統工程方法的專業技術人員嚴重稀缺，建議把對從事系統工程方法研究的技術人員培養納入我公司人才隊伍建設，推進系統工程方法的人才培養及引進，積蓄能夠“授人以漁”的創新人才。

3、加強系統工程項目的總籌研究及管理

系統工程技術的現場應用推廣需要跨多部門合作完成，所以相關部門能否分工明確的密切工作直接決定系統工程項目的進展，建議企業依托項目，確定主次研究部門，統籌項目管理實施。

五、總結

本文對系統工程內涵、全生命周期管理等內容進行了研究，并對我公司系統工程技術應用現狀進行了分析。系統工程技術是航空產品系統研制中的重要綜合性技術，系統工程技術在航空領域的推廣應用迫切需要國家和企業加大投入，逐漸加深航空產品生產制造的系統工程適用性技術研究，并不斷完善航空發動機系統工程技術應用標準體系，以促進航空產品型號研制和生產能力提升。