民用飛機價值驅(qū)動設(shè)計中的經(jīng)濟性需求

宋楊

摘要： 在民用飛機價值驅(qū)動設(shè)計的流程中，經(jīng)濟性需求是設(shè)計流程的出發(fā)點。從項目型號規(guī)劃、相似機型水平、航線運營成本和航空發(fā)展規(guī)劃四個方面對民用飛機的經(jīng)濟性需求做了分析。描述了民用飛機的經(jīng)濟性設(shè)計域，為民用飛機設(shè)計開展價值驅(qū)動的設(shè)計流程提供輸入。

Abstract： Economy requirement is the starting point in the value driven design process of the civil aircraft. The economy requirements of the civil aircraft are analyzed from the aspects of project management， similar aircraft， airline operating cost and the aerospace plan for the next generation. The domain of economy design is indicated as the input of the value driven design process of civil aircraft.

關(guān)鍵詞： 經(jīng)濟性需求；價值驅(qū)動設(shè)計；運營成本

Key words： economy requirements；value driven design；operating cost

中圖分類號：V221 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）19-0017-03

0 引言

民用飛機產(chǎn)業(yè)在突出技術(shù)創(chuàng)新和型號發(fā)展的同時，以經(jīng)濟性為主要指標(biāo)的市場競爭能力越來越受到重視，民用飛機面臨全球市場競爭，經(jīng)濟性是民機市場競爭性的核心指標(biāo)之一，具備較低的成本、優(yōu)良的經(jīng)濟性是飛機取得商業(yè)成功的必要條件。

民用飛機經(jīng)濟性是民用飛機省錢盈利能力的表征。從主制造商的角度而言，民用飛機經(jīng)濟性目標(biāo)主要由兩點構(gòu)成，一是要更加經(jīng)濟地設(shè)計飛機；其次是設(shè)計經(jīng)濟性好的飛機。更經(jīng)濟地設(shè)計飛機，確定了項目成本基線，保證在項目資源能力范圍內(nèi)實現(xiàn)項目，可以防止虧空，有力保證項目成功；設(shè)計經(jīng)濟性好的飛機，降低飛機的使用成本，增強飛機在航線上的盈利能力，使航空公司愿意運營該型號的飛機，則是民用飛機商業(yè)成功的重要因素[1]。

飛機的經(jīng)濟性是設(shè)計出來的。研究表明，在民用飛機的概念設(shè)計階段，雖然人工和費用的投入較低，但決定了飛機全壽命成本的65%。當(dāng)初步設(shè)計結(jié)束時，全壽命成本的85%已經(jīng)基本鎖定，構(gòu)型凍結(jié)后的設(shè)計更改代價更是巨大。所以，在飛機設(shè)計中盡早開展經(jīng)濟性設(shè)計極為重要[2]。

當(dāng)前，民用飛機的經(jīng)濟性設(shè)計，正在由傳統(tǒng)的單一經(jīng)濟性指標(biāo)約束的設(shè)計，轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合主制造商、運營商等多方面利益考慮為導(dǎo)向的價值驅(qū)動設(shè)計[3]。本文著重研究捕獲價值驅(qū)動設(shè)計的經(jīng)濟性需求，給出了經(jīng)濟性需求捕獲的來源，描述了價值驅(qū)動設(shè)計中飛機設(shè)計的設(shè)計域。

1 價值驅(qū)動的民機設(shè)計

價值驅(qū)動設(shè)計是使用經(jīng)濟學(xué)理論將系統(tǒng)工程轉(zhuǎn)化為更為優(yōu)化的應(yīng)用，以推動改進大系統(tǒng)設(shè)計[4]。使用需求靈活性、正式優(yōu)化和數(shù)學(xué)價值模型來平衡性能、成本、進度和其他重要的指標(biāo)從而盡可能的產(chǎn)生最好的結(jié)果的一種改良設(shè)計方法。

價值驅(qū)動的設(shè)計流程如圖1所示，這個設(shè)計流程以需求/價值為起點，將所要求應(yīng)滿足的需求或價值目標(biāo)轉(zhuǎn)化為設(shè)計指標(biāo)，基于該設(shè)計指標(biāo)的約束，建立相應(yīng)的飛機構(gòu)型。對飛機的構(gòu)型進行建模、分析、仿真、測試，進行飛機構(gòu)型的全面評估，最后形成評估結(jié)論和優(yōu)化意見，迭代、確認初始的需求或價值目標(biāo)[5]。

這里價值目標(biāo)是通過建立價值模型所衡量價值的多屬性目標(biāo)函數(shù)，它將多屬性集合轉(zhuǎn)化為單一維度的數(shù)字價值，價值模型的構(gòu)建對于價值驅(qū)動設(shè)計的成功至關(guān)重要。在飛機經(jīng)濟性設(shè)計中，價值模型的構(gòu)建基礎(chǔ)，就是經(jīng)濟性需求的捕獲。經(jīng)濟性需求是整個價值驅(qū)動設(shè)計流程的初始輸入[6]。

2 民用飛機經(jīng)濟性的需求的捕獲

民用飛機級經(jīng)濟性需求總結(jié)而來就是多掙錢，少花錢。對于航空公司而言，飛機的經(jīng)濟性起碼要符合現(xiàn)有航線運營成本要求。對于主制造商而言，飛機設(shè)計制造的成本要盡可能低，最好應(yīng)在政府研制項目經(jīng)費范疇以內(nèi)將項目設(shè)計完成。在設(shè)計中，為了保障飛機的商業(yè)成功，所設(shè)計型號的使用經(jīng)濟性應(yīng)達到同類競爭機型的水平。

同時，由于民用飛機研制周期較長，一般可達十年。隨著民用飛機的產(chǎn)品水平不斷發(fā)展，對于預(yù)研型號而言，型號的設(shè)計要滿足民航行業(yè)的發(fā)展規(guī)劃。綜上而言，民用飛機的經(jīng)濟性需求來源于型號項目規(guī)劃、競爭機型的水平、航空公司航線運營成本和航空行業(yè)發(fā)展規(guī)劃。

2.1 型號項目規(guī)劃

由于我國民用飛機研制采用的是國家重大專項的支持方式。這種方式是典型的項目推動型發(fā)展模式，是由民機的設(shè)計研制經(jīng)費來源于國家支持的重大項目，通過重大項目的立項來推動民機的設(shè)計研發(fā)以及相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。項目的研制經(jīng)費直接約束了產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)的相關(guān)成本。

在這種體制下，由國家以工信部項目的形式撥款，支持飛機項目的研制和生產(chǎn)政府部門對于項目的批準(zhǔn)立項有固定的資本投入，財務(wù)部的批復(fù)確定了飛機項目宏觀的成本范圍。所以，我國的民用飛機設(shè)計是有成本約束的設(shè)計。

項目經(jīng)費是有限而寶貴的。有了經(jīng)費支持，就有了資源可以調(diào)用。項目成本控制是民機型號要實現(xiàn)項目成功的關(guān)鍵。設(shè)計決定成本，成本控制應(yīng)該從設(shè)計源頭開始。在設(shè)計階段，將項目經(jīng)費作為經(jīng)濟性需求之一，進行自上而下的分解，實現(xiàn)指標(biāo)分配，可以優(yōu)化設(shè)計成本，節(jié)約資源。

2.2 同類機型水平

民用航空市場是一個自由競爭的市場，航空公司是以盈利為目的來購買、運營飛機的。在同等座級和航程的情況下，飛機的直接運營成本越低，飛機使用經(jīng)濟性就越好，在市場競爭中就存在有更多的優(yōu)勢。所以同類競爭機型的使用經(jīng)濟性是民機設(shè)計的重要參照。一般而言，一種新的機型要打入市場，其直接運營成本要低于競爭機型10%-15%。

同時，成熟的主制造商在一系列型號的完成之后，對飛機系統(tǒng)認識應(yīng)該有較為深刻的認識，建立了設(shè)計自身的核心能力。對系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)性能指標(biāo)、系統(tǒng)適航驗證等一系列設(shè)計活動所造成的設(shè)計研發(fā)成本規(guī)模有經(jīng)驗性的認識。

在設(shè)計新型號時，系統(tǒng)成本的經(jīng)濟性指標(biāo)可以依據(jù)先前的型號經(jīng)濟性經(jīng)驗給出初步的期望，作為系統(tǒng)成本估計的參考。

2.3 航線運營成本分析

航空市場的需求，是飛機主制造推出新項目并從市場獲得商業(yè)利益的立足之本。在航線運營中，航空公司必須深入研究航空市場的特點，選擇適合的機型和經(jīng)營模式，才能獲得理想的經(jīng)濟利益。航空公司在航線運營的成本從側(cè)面反映的航空市場對于民用飛機的經(jīng)濟性需求。

運營經(jīng)濟性分析工作，是民用飛機設(shè)計優(yōu)化的基本輸入，也是開拓市場的重要基礎(chǔ)。作為民航客機，其運營經(jīng)濟性無疑成為全球運營商和競爭對手關(guān)注的焦點。民用飛機主制造商需要全面分析全球和中國的民用航空運輸運營的市場環(huán)境出發(fā)，調(diào)研民用飛機在航線上的運營數(shù)據(jù)，從中研究降低運營成本和提升運營經(jīng)濟性的途徑和方法。

航線運營成本中，與飛機設(shè)計指標(biāo)緊密相關(guān)的為燃油成本和維修成本。以維修成本為例，就應(yīng)注意考慮影響航線直接維修成本和間接維修成本因素，例如：①承包商維修成本；②定檢維修；③可達性；④可靠性；⑤故障識別/檢測；⑥容錯性；⑦維修性；⑧特殊/獨特的地面保障設(shè)備和自動測試設(shè)備；⑨飛機勤務(wù)（服務(wù)、加油、清洗等）。

2.4 未來航空發(fā)展規(guī)劃

美國聯(lián)邦航空局（FAA）通過世界民航空發(fā)展預(yù)測與和趨勢分析，針對未來空中運輸?shù)男枨螅瑖鴥?nèi)航空當(dāng)前的能力，以及技術(shù)發(fā)展的趨勢，提出了民用航空運輸發(fā)展技術(shù)發(fā)展規(guī)劃NextGen（The Next Generation Air Transportation System）。

歐洲航空局（EASA）針對世界航空運輸發(fā)展需求，針對歐洲航空運輸需求分析，面向歐洲航空2020年贏得全球領(lǐng)導(dǎo)者目標(biāo)，提出歐洲一體化和空中交通管理SESAR（Single European Sky ATM Research）計劃。

兩個航空發(fā)展規(guī)劃在效率和環(huán)保方面，對2020年的民用飛機提出了新的要求[7]。

2.4.1 效率方面

根據(jù)美國FAA的NextGen和歐洲SESAR發(fā)展規(guī)劃，到2020年航空運輸需求相對2008年翻一番，而基礎(chǔ)機場設(shè)施能力發(fā)展在7%左右。因此，必須大幅度提升和改進當(dāng)前航空運輸?shù)男堋⑿屎涂捎眯裕瑵M足航空運行業(yè)高速增長的需求。其對新一代民機提出以下需求：①提升空域能力，增加飛行密度，增強空域和機場設(shè)施利用率（30%-50%）；②改進飛行品質(zhì)，提升飛行效率，增強飛機能力和飛行效能（15%-30%）；③增強感知能力，提升飛行可用性，實現(xiàn)全天候條件下飛行的能力（37%）。

2.4.2 環(huán)保方面

NextGen和SESAR中期規(guī)劃，使新一代航空運輸應(yīng)該是更加節(jié)省燃油、更加減少排放和更少的噪音，降低飛行費用、提升設(shè)備利用率和減少基礎(chǔ)設(shè)施投資。其對新一代民機提出如下能力要求：①建立動態(tài)飛行航跡協(xié)同能力，提升空域利用率，減少飛行低效管理；②建立連續(xù)爬升、巡航和降落過程，提升飛行過程效率，減少飛行時間；③建立授權(quán)自主管理能力，充分利用和適應(yīng)環(huán)境能力，提升飛行效率。新一代的航空規(guī)劃，一方面對是對空管系統(tǒng)提出了新的要求，另一方面對飛機的航電系統(tǒng)、燃油動力系統(tǒng)也提出了新的挑戰(zhàn)。未來航空的發(fā)展規(guī)劃確定的民機發(fā)展技術(shù)要求[8]。這種要求使得型號在研發(fā)中，必須導(dǎo)入新技術(shù)、新材料和新工藝，提升飛機型號的技術(shù)水平。

3 經(jīng)濟性設(shè)計域

政府部門對于項目的批準(zhǔn)立項明確了項目的規(guī)劃，確定了項目宏觀的成本范圍。通過市場部門和航線運營商、機場交通部門的溝通，可以明確飛機航線運營成本和競爭機型的水平。通過解讀行業(yè)發(fā)展規(guī)劃，通過主制造商和審定方（FAA、EASA等）以及其它主制造商的溝通和交流，可以得到市場對未來機型的要求。

如圖2所示，需求捕獲的四個層面提供了經(jīng)濟性設(shè)計域的四個邊界條件：項目立項規(guī)劃代表成本約束，確定了經(jīng)濟性設(shè)計的上邊界；航線運營成本和競爭機型水平是設(shè)計中需要參考的基準(zhǔn)面，確定了經(jīng)濟性設(shè)計的下邊界；特別的，在預(yù)研型號中，航空產(chǎn)業(yè)規(guī)劃提供了未來行業(yè)發(fā)展的技術(shù)水平要求，為確保預(yù)研型號的商業(yè)成功，可以將航空產(chǎn)業(yè)規(guī)劃作為技術(shù)水平要求，形成左邊界。四種條件最終確定了民用飛機經(jīng)濟性設(shè)計的設(shè)計域，共同確定了飛機經(jīng)濟性設(shè)計的頂層需求[9]，為飛機設(shè)計提供了需求輸入。

4 結(jié)論

民用飛機的經(jīng)濟性需求，既有來自于市場的需求，也有來自于主制造商自身的需求。市場需求是民用飛機推向市場的窗口，而主制造商自身的需求，是主制造商盈利的內(nèi)在需求，屬于項目需求。本文從項目經(jīng)費規(guī)劃、技術(shù)水平要求，航線運營成本和競爭機型水平這四個方面給出了民用飛機經(jīng)濟性需求捕獲的來源，確定了民用飛機的經(jīng)濟性設(shè)計域，為飛機的總體設(shè)計提供了經(jīng)濟性相關(guān)的設(shè)計輸入。

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