航空裝備過度設計問題的成因及其解決思路

賈宇飛

摘要：過度設計是與設計不到位相對應的一種缺陷，設計者在設計過程中過度追求一些體驗的完美或者需求的滿足，反而導致最終的實際使用體驗下降，或者偏離產品設計初衷。該現象在航空裝備領域比較普遍，帶來了裝備制造難度大、生產速度慢、保障費用高等一系列問題，而且因為航空裝備更新頻率低、生產批量少、技術狀態復雜而表現地更為突出。其產生的原因和要素是多方面的，既有技術成熟度不足的原因，也有管理機制和價格機制以及認識不足的因素。為此可以從完善機制、加強管理、明確責任等方面采取措施加以解決。

關鍵詞：航空裝備;過度設計;全壽命周期;費用

中圖分類號：E92文獻標志碼：A

1前言

過去近二十年，我國航空武器裝備呈集群式快速發展樣態，但受產業基礎和任務需求的影響，產品研發大多處于時空被高度壓縮、生產力要素與資源匹配不到位的大環境中，由于在設計開發過程中，過多地偏重于解決有無和設計不到位問題，忽視了對用戶需求的全面理解和對全壽命成本的管控，導致裝備普遍存在著過度設計的現象，帶來了裝備制造難度大、生產速度慢、保障費用高等一系列問題。而且這一問題因為航空裝備更新頻率低、生產批量少、技術狀態復雜而更為突出。

2概念及基本特征

2.1概念定義

現代工業產品設計是在主客觀多維約束條件下謀求解決需求與可能矛盾、有限實現和階段性尋優的過程，具有設計者強烈的主觀行為特征，因此每一個新產品難免會隱含不合理設計。包括：產品功能與用戶需求、產品形式與功能，產品受眾與產品目標用戶，產品設計與實現技術，產品定價與用戶支付能力等要素之間的一致性以及匹配性。

按照這種一致性和匹配性來分，不合理設計分為設計過度和設計不足兩種情況。其中，設計過度主要是超出顧客需求或支付能力，存在過剩功能（性能）、過度復雜形式、過度包裝以及由此帶來過度復雜的制造內容等。用戶想要A，你給了他ABCDE，結果BCDE全部用不上，既讓用戶選擇困難，又浪費了團隊開發時間。即使是有經驗的設計師，有時也容易陷入自己的“小循環”中難以自拔，過度追求一些體驗的完美、或者需求的滿足，而導致最終的實際使用體驗下降，或者偏離產品設計初衷的悲劇結果。

導致這種不合理設計的關鍵原因是設計師團隊的價值取向有誤和設計技術能力水平不足。

2.1.1主要特征

過度設計有如下幾個特點：（1）問題的判斷較困難，經常會因人因時因勢而異，由于問題的形成具有強烈的主觀特色，對設計合理性的判斷只能通過其他相關因素的比照來進行，這正是管理的困境所在;（2）問題的表現很隱蔽，而且可能在較長的時間內都不會暴露，與之相對應的設計不足的問題能夠通過功能驗證考核很快發現，而過度設計的問題可能要到產品使用一段時間后才能表現出來。（3）問題的影響范圍較廣，不像設計不足的問題，通常只影響一兩個系統或功能，設計過度造成的危害經常會蔓延到產品的配套、制造、使用、保障等多個環節。過度設計是可擴展性的大敵之一，設計一個超過實際需要的方案就是在浪費金錢和時間，浪費處理資源，增加系統擴展的成本，限制系統的整體可用性，過度復雜，還會影響擴展，導致越來越難以維護，出現問題時將很難進行查錯。

2.1.2 形成背景

過度設計在任何時候都可能發生，但它的集中和普遍發生必然受背景因素影響，總體而言包括兩個方面：（1）國家制造水平大背景約束性。我國的制造業水平在世界范圍內總體處于第三梯隊，在這樣的大背景下，雖然設計技術局部占優，但整個設計工作仍面臨顯著的技術與資源困擾，尤其在兼顧裝備先進性和經濟性上仍存在不少弱點和難點。（2）時空壓縮、加速發展語境下的選擇困境。由于我國是在較差的工業基礎上應急追趕發展航空裝備，在研發時空和資源高度壓縮的條件下，軍地雙方存在把管理重點放在防控設計不足上的階段性權益選擇。這種做法有它獨特的時代背景和產業背景，客觀上彌補了工業基礎不足的短板，解決了裝備急需，但也是過度設計問題發生的誘因之一。

隨著裝備建設對提升費效比的要求不斷提升，對由于裝備設計過度所帶來的裝備全壽命成本增加、制造合格率低、周期長、保障難，軍隊買不起或用不起等問題，迫切地需要客觀正視和系統解決。

2.2 過度設計的主要表現

2.2.1設計裕度、制造精度、冗余配置超過合理的水平

在產品設計中，有以下幾種過度設計的典型現象：

（1）選擇了超過必要的機械性能裕度，如增加材料尺寸、提高選材規格等。不僅直接導致材料浪費、成本增加，同時也導致整機單位重量效能值降低、能耗增加。

（2）選擇了超出必要的尺寸精度、配合精度等精度水平，導致加工手段升級或者在制造水平達不到條件下的合格率大幅降低，增加了制造成本、周期以及用戶維修保障的難度和資源投入。

（3）配置了超出必要的機械、電子備份種類或數量，在軟件設計中增加的反復核實等。不僅增加整機結構和系統構架的復雜性，增加了產品制造與維護成本，也降低了特定功能實現的效率。

2.2.2 片面追求技術先進而設計出的“豪華”配置

有的為了體現設計水平或突出創新發明，超出需要領先使用先進技術、先進材料，或者處于概念階段的新技術。比如：某型發動機在初始設計中選擇應用仍在探索的某特殊焊接技術，結果因技術成熟度和應用經驗不足引發大量附加費用。

有的為追求技術完美，為產品配置超出顧客需要的高性能和缺乏實際效用的功能。比如：在設計中使用尚未工程化的特種材料，以及在軍機上增加與提升性能無關的飛行員特殊體驗功能等。

2.2.3 不同裝備或系統間缺乏共享、互換、組合的理念

這類情況體現在不同型號的產品之間難以實現通用功能接口的標準化和多功能的組合集成;在原材料、元器件、標準件的品種、規格選用上過于分散;過度強調型號特點，一個型號一套設計風格，一個飛機一套隨機設備設施等。

由此帶來材料品種或標準多、批量少，供應鏈長而配套關系復雜;不僅致使產品研制生產費效比大幅降低，也制約了用戶裝備使用、維護效率提升以及成本控制。

2.2.4 項目總體層面不顧成本約束的整體過度設計

脫離業已明確的產品定位以及周期、費用和目標成本的限制，大量采取全新的技術或實現手段，以及通過增加系統復雜度和附加功能簡單回應軍方對提升性能的要求，是在產品層面的整體過度設計。

3 導致過度設計的主要原因

3.1裝備研制管理機制局限造成的設計動力不足

3.1.1研制經費管理體制和定價機制自身缺陷

目前裝備購置目標價格形成機制和過程成本監控與激勵約束機制在運行中存在行政約束作用突出、計劃經濟色彩濃厚的特點;整體上尚未形成連續驅動企業謀求設計趨向更合理、主動關注裝備全壽命成本控制的動力機制，難于調動承制單位主動降低成本的積極性。

3.1.2 裝備研制、訂購、使用部門的思路不一致

其中，研制管理部門更注重裝備的先進性，而對生產與使用成本不敏感;對提升作戰效能的急需使得使用部門對維修、保障方面的意見讓位于戰技要求;采購部門在現行定價機制下，很難發現過度設計對成本上升的支撐作用。這些因素的綜合作用和反復迭代增強，導致過度設計的大行其道。

3.2 承制單位內生動力不足

3.2.1總設計師系統缺乏成本管理約束機制

型號行政總指揮雖是名義上的項目負責人，但由于難以全面介入設計過程，再加上整體缺乏設計經濟性評價的數據基礎、方法運用、階段把關環節和專業的管理力量，這就在客觀上造成了設計師團隊追求技術先進性的偏好和造成過度設計的趨勢得不到有效控制。

3.2.2 廠所在研制成本控制方面價值追求不一致

在主要承制單位廠所分離的狀態下，設計單位與制造單位價值追求不一致，缺乏對設計單位知識產權的有效回報機制。這就造成主機所傾向于靠更高的設計難度和技術水平贏得更多的投入，而無須為飛機成本上升承擔責任。而主機廠處于被動或弱勢地位，既愿意從設計中帶來新的能力改造機會，也不得不被動地接受過度設計帶來的成本增加。

3.2.3 經濟性設計缺乏足夠的關注和能力

主機設計所在經濟性設計和管理方面存在較大短板。一方面，裝備經濟性意識比較欠缺，缺乏從設計角度降低研制經費和制造成本的主動性;另一方面，經濟性設計工具和手段欠缺，設計人員不能及時了解其設計結果的經濟性后果。

3.3 技術不成熟、不均衡導致的過度設計

3.3.1新技術儲備不足或成熟度不足，導致設計風險高

由于長期走仿制路線所積累的“八國聯軍式”的技術支撐體系基礎不完備，在新裝備開發的技術體系成熟度、功能/性能驗證、設計知識庫支撐等方面存在明顯的不足，導致設計師系統存在技術不自信，為降低風險，只能依靠增加設計裕度、或采取更先進材料及更高水平加工要求等來確保產品指標的實現。

3.3.2 行業和系統間技術水平不均衡導致過度設計

由于行業技術水平差距大，配套產品層次參差不齊，在“木桶效應”下，一些先進的核心系統受落后的配套系統限制也很難發揮出應有的效能。此外，設計技術與制造技術之間局部存在代差，由此導致設計要求超過制造技術水平，也會形成過度設計，導致制造質量合格率、一致性降低，制造成本和使用成本增加。裝備發展跨度越大、新技術占比越高，這類問題的嚴重性越突出。

3.3.3 備全壽命費用分布不合理，研制周期不足

以美國為例，航空裝備科研費用在裝備立項前技術驗證、立項研制與鑒定、裝備作戰能力形成的三個階段的經費比例約各占1/3;而我國對預研投入整體較少，工程背景的演示驗證也不是很充分，研制周期偏緊，難以滿足大型復雜系統設計需要迭代2.3次以上的工程經驗值要求，這就導致設計方案偏保守，由此產生的過度設計以及帶來的風險和成本失控比較普遍。

4 解決問題的措施和方向

要從根本上解決過度設計問題，必須從它產生的根源著手，突破這一困境的關鍵是有效管理設計工作和設計師。其中包括確定共同的判定準則，培養設計師的謹慎和自我質疑品德與能力，確保在“用戶新需求提出、設計創意、低成本制造、顧客購買和體驗”等產品開發主流程各階段的有效銜接、匹配和閉環反饋互動。解決設計過度問題的難點是對設計合理性的判斷，從國外的經驗看，設置產品目標成本基準并開展動態跟蹤管理，以及開展設計的可制造性評價等都是已被證明的有效途徑。

針對航空裝備研制的實際，可以從以下方面采取措施：

（1）在研制過程管理上，在立項論證階段，提高對目標價格論證的重視程度，加大科研費和裝備目標成本論證的力度;在工程研制階段，實施經費按工作包預算分解和目標成本按產品結構分解，并作為研制基線管理;實現經費與任務相匹配，形成過度設計防控機制和成本控制自律機制。

（2）在制度完善上，把成本評價和審核納入正常的科研程序之中，列入項目的考核指標，實現關鍵研制節點技術、質量與經濟性審查把關同步實施。形成考核導向的驅動機制。

（3）在責任分解上，把科研項目的經費管理責任落實到總設計師系統肩上，通過責任分解傳遞，像分解重量指標一樣，把經費管理、成本管控的需求壓力傳遞到設計者肩上。

（4）在縮小技術成熟度差距上，通過加大預研攻關力度，提高設計用新技術新材料的技術成熟度，提高設計團隊的技術自信和設計裕度把握精準度。

（5）在設計與制造能力的匹配上，強調頂層設計，立足設計源頭防止過度設計和提高制造能力設計匹配度，解決制造與設計技術不匹配的問題。