淺談中國制造與系統工程應用

劉鴻雁

摘 要：本文對《中國制造2025》國家戰略中涉及的航空裝備重點發展領域的大型民機研制現狀進行了研究，對目前影響中國航空裝備制造、特別是大型民機研制領域的短板進行了識別，提出了重視強化系統工程理念、合理利用系統工程方法、提高民機研制的綜合集成能力的觀點，對系統工程在民用航空產品的研制過程中的應用進行了有益的探索。

關鍵詞：系統工程;民機研制;綜合集成能力

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.026

1 引言

全球產業競爭格局正在發生重大調整，我國在新一輪發展中面臨巨大挑戰。國際金融危機發生后，發達國家紛紛實施“再工業化”戰略，重塑制造業競爭新優勢，加速推進新一輪全球貿易投資新格局。一些發展中國家也在加快謀劃和布局，積極參與全球產業再分工，承接產業及資本轉移，拓展國際市場空間。我國制造業面臨發達國家和其他發展中國家“雙向擠壓”的嚴峻挑戰，必須放眼全球，加緊戰略部署，著眼建設制造強國，固本培元，化挑戰為機遇，搶占制造業新一輪競爭制高點。

早在2015年，國務院印發《中國制造2025》，這是國家實施的制造強國戰略第一個十年的行動綱領。在我國經濟發展進入新常態的背景下，這個規劃意義重大，不僅是調整結構、轉型升級、提質增效，形成經濟增長新動力的必然要求，更是搶占全球制造業新一輪競爭的制高點，將我國建設成為引領世界制造業發展的制造強國，提升我國綜合國力、保障國家安全的必由之路。規劃要求，各地區要結合當地實際，研究制定具體實施方案，細化政策措施，確保各項任務落實到位。

《中國制造2025》的任務和重點之一是提高國家制造業創新能力，在大力推動的“重點領域突破發展”方面，航空裝備占有一席之地，其2025的目標是：“加快大型飛機研制，適時啟動寬體客機研制，鼓勵國際合作研制重型直升機;推進干支線飛機、直升機、無人機和通用飛機產業化。突破高推重比、先進渦槳（軸）發動機及大涵道比渦扇發動機技術，建立發動機自主發展工業體系。開發先進機載設備及系統，形成自主完整的航空產業鏈”[1]。我國航空工業無疑將迎來歷史性發展的機遇，正確分析并直面目前影響我國航空工業，特別是大型民機研制的短板是把握發展契機的重要環節。

2 系統工程及其應用

按照國際系統工程協會（INCOSE）的定義：系統工程是一種使系統能夠成功實現的跨學科的方法和手段。系統工程專注于：在開發周期的早期階段，就定義客戶需求與所要求的功能，將需求文件化;然后再考慮完整問題，即運行、成本、進度、性能、培訓、保障、試驗、制造和退出問題時，進行設計綜合和系統確認[2]。

從定義來看，系統工程具有四個顯著特點：面向整個系統、面向全生命周期、跨學科、以及對利益攸關多方的綜合權衡。系統工程的落地對企業復合型人才的需求也更加凸顯。系統工程從整體的角度分析問題，結構化剖析系統的架構和組成，并提供覆蓋全生命周期的產品研制和管理流程集。作為解決復雜系統研發、生產與管理的方法論，系統工程目前已經成為解決制造企業中復雜問題、系統問題的核心手段，同時也是從事高度復雜系統產品開發行業的發展趨勢。

系統工程自誕生以來，在國際上影響廣泛。1990年，在波音、洛克希德等航空航天、防務公司的大力倡導下，國際系統工程協會（INCOSE）正式創立，該組織推動系統工程在學術界、工業界的應用能力和實踐水平，以滿足產業和產品趨向高復雜化的發展需求[2]。

目前，國際領先的航空研發企業波音、空客等，均在其大型飛機項目中應用了系統工程的方法。以波音寬體系列、空客寬體系列為例，這些項目均采用了系統工程的研制和管理方法，是使用系統工程完成高復雜性與高風險性并存的大型飛機項目的代表案例[3]。

3 國內民用航空產品研發現狀分析

在我國航空裝備、特別是民用航空產品的研制實踐中，制約我國民用航空業國際競爭力的除我國基礎工業基礎薄弱外，主要還有研發能力的不足，尤其是飛機整機和飛機復雜系統的綜合集成水平的不足。因此 《中國制造2025》總體思路中關于“強化工業基礎能力，提升自主設計水平和系統集成能力”的論述對我國航空制造、特別是民用航空制造業具有針對性。制造業的創新發展，絕不僅僅體現在加工水平的提高，更重要的是產品的研發和產品集成能力的提高，而產品的研發模式和研制流程是體現研制能力和集成能力的軟實力，應得到足夠重視，對目前我國航空裝備而言尤其如此。

目前民用飛機的研發，基本都采取了主制造商加若干供應商的模式，即供應商按主制造商的要求參與研發并按主制造商的要求提供設備、系統和部件，主制造商負責飛機頂層設計和飛機整機及系統的集成。盡管目前我國民機制造商選用了或可以選用與波音、空客等飛機制造商同樣的系統、設備及零部件供應商，但由于飛機總體設計和飛機系統綜合集成能力的差異，我國大型民用飛機要順利獲得國際主流適航當局的型號合格證要比波音和空客公司困難得多，這也成為了中國民機進入國際市場的瓶頸。

由于技術的發展，飛機及其系統變得越來越綜合復雜，使得綜合復雜系統的研制和飛機整機功能的集成很容易出現研發錯誤，各國適航當局高度重視飛機的研發錯誤及其對飛機安全性的影響。對于傳統的簡單系統的研發差錯，一般是通過在系統及其組件上進行全面的試驗，用直接試驗驗證的方法來進行檢測和糾正的。但對于更為綜合復雜的高度集成系統，其驗證狀態很難被全部確定，因而用傳統驗證方法無法確保安全。 鑒于常規的設計方法和驗證技術不能減少現代民機的研發錯誤，新的基于系統工程思路和系統工程方法的研制保證過程技術在民機研發中得到廣泛應用。該技術通過系統研制過程與安全性分析過程相結合的方法，用定量的安全性概率分析結合研制過程保證手段來保證飛機的研制滿足適航規章系統安全性失效安全的要求。該項技術源于系統工程的理念與方法，是保證民用飛機安全、獲得適航認證的核心技術。

隨著ARJ21-700飛機的航線運行，我國自主研制的滿足適航標準的飛機正式步入商業運營，成為國內民用飛機研制新的里程碑，加上目前C919等飛機的研制進展，我國在大型飛機的研制上也邁出了實質性步伐。但總體上由于我國民機研發處于起步階段，大型客機的研制仍在路途，諸多因素還制約著大型飛機的成功研制。譬如適航取證過程的舉步維艱，反映出國內飛機制造企業適航取證能力的不足，其中最突出的矛盾體現在我國航空工業按系統工程思路、按正向設計的理念來研發民用飛機及其系統的方法尚處在探索階段，與適航規章中系統安全性要求相匹配的研制保證過程思路存在較大的差距，這對我國民機、特別是大型客機的研制已產生深遠的影響。

4 建議

民用大型客機項目，是國家重點扶持的產業，是提升國力的重大專項，前景十分看好。經濟合作與發展組織將大飛機制造業列于知識經濟產業的首位，目前只有美國、俄羅斯、歐盟等能夠制造大飛機。

作為“含金量”極高的產業，民機行業的產業輻射帶動作用也不可小視。據波音公司的研究指出，一個航空項目發展10年后給當地帶來的效益產出比為1：80，技術轉移比為1：16，就業帶動比為1：12。美國智庫蘭德公司的研究也指出，航空高科技企業及其核心技術衍射到相關產業，可以達到1：15的帶動效應。因此，航空產業以及關聯產業的發展，必然創造良好的經濟與社會效益。

《中國制造2025》的推進，旨在打造中國的高端制造能力，以此為契機解決民用航空領域的短板和疑難問題、提升民機研制能力完全符合國家的產業政策和《中國制造2025》戰略的要求。因此建議我國的航空企業、特別是民機研制企業能夠抓住這個機會，用系統工程的理念對企業的民機研制流程進行改造與完善，盡早實現研制思路與民機適航取證需求相適應，提升民機適航核心能力。同時，通過《中國制造2025》，相關部門也應從國家層面和行業層面統籌規劃，在民用航空領域重視強化系統工程理念、合理利用系統工程方法，優化我國民用飛機的研制流程，引導并幫助國內民用飛機研制單位建立國際通行的民用飛機及其系統的研制流程和相應的研制過程保證體系，提升我國民機研制的綜合集成水平。

參考文獻：

[1]國務院中國制造2025[S].2015，5（08）.

[2]Haskins，Cecilia （ed.），INCOSE System Engineering Handbook： A Guide for System Life Cycle Processes and Activities，v. 3.2，INCOSE-TP-2003-002-03，International Council on Systems Engineering，June 2006.

[3]張新國.迎接航空工業新一輪技術革命[J].航空科學技術， 2011（02）.