從醞釀到決策
——民用飛機預發展階段工作分析

鄧建邦

（西南交通大學，成都 610031）

0 引言

從我國民用飛機研制程序角度看，前期論證、技術經濟可行性論證和總體方案論證三個階段，構成了民用飛機項目批準上馬(國外稱ATP或Fully Go-ahead)前的項目工作內容，空客集團等國外制造商一般將這部分內容統稱為“預發展”(Pre-Development)。

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

本文的內容屬于后者，并結合在實際項目工作中的經驗，強調民用飛機預發展階段的意義、闡述其劃分和工作內容，并簡述相關工作方法。

1 開展預發展工作的意義

民用飛機的研制是一項龐大的系統工程[1]，與軍用飛機研發過程中以“研制總要求”為核心，強調性能達標的指導思想不同，一個民用飛機項目的成功不僅僅是研發一款優秀的飛機，更重要的意義在于飛機能否滿足目標群體的潛在需求，并利用飛機的商品經濟屬性實現盈利，即項目的商業成功是民用飛機研發的首要目的，因此對于一個新的民用飛機項目，在項目正式立項鋪開前，會先進行預發展階段的工作，作為預研(課題研究)向工程應用(型號研制)的過渡。整個項目研發周期的資源投入大致如圖1 所示，預發展階段投入的資源占比較小，但是從重要性來講，預發展階段對項目后續發展起到舉足輕重的作用。民用飛機項目具有研發周期長、投入資源多、投資回收周期長等特點，通過預發展階段的工作，可以用較小的代價檢驗市場需求與技術方案的匹配程度、挑選最佳設計點、降低項目后期因設計更改產生的額外成本，為后續項目實施指明道路和方向。

在一些文獻和著作中，預發展階段被“總體方案論證”代替，本文觀點認為“預發展”比后者涵蓋的內容更豐富，“總體方案論證”體現的是一種以產品(飛機)為重心的設計理念，側重于飛機概念設計方面的內容；而“預發展”則強調市場需求、技術環境、經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“可能”之間平衡點的取舍，因此采用“預發展”的模式可以更科學、客觀的評價項目的可行性，有利于項目后期順利開展。

2 預發展工作的任務

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

其次是迭代優化，有了飛機定義文件后，在這個“定義”的框架下，技術上仍然有很多種滿足要求的解決方案。因此這一部分任務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，不斷收斂優選范圍，直到最后選出最優概念方案。

3 預發展階段工作內容與方法

3.1 工作內容與劃分

典型民機研制階段如圖2 所示，其中預發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，技術復雜程度依次遞增。

圖2 民機研制階段示意

圖3 預發展階段工作劃分

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飛機的類別、主要功能和設計要求。可行性研究的任務是在飛機定義文件的框架內，對各個可行的技術方案進行迭代研究，并從政策、技術、工藝、經濟性等方面進行對比，挑選出最優的概念方案。最終勝出的方案在初步設計階段完成更加細致的工程數模，并通過各種成熟的分析工具對飛機的氣動特性、結構特性進行進一步的分析，對飛機重量和性能進行更準確的評估[2]。通過初步設計階段的工作，設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。

需要指出的是，預發展階段工作內容的劃分并不是絕對的，可根據項目實際情況進行增減。因為民用飛機涵蓋范圍寬廣，從數百公斤的超輕型飛機到上百噸的大型運輸機都有涉及，技術復雜度差距很大，可根據需要對預發展階段工作適當增減。

3.2 市場分析及飛機定義

該階段的目的是尋找、分析與擬研發機型相似的機型市場情況，給出各機型的目標性能參數、關鍵設計特性和未來新機型可能的概念構想，評估各方面風險，為設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實際情況和工程經驗劃定研究范圍、研究方法和成果提交形式。一般會利用設計組織自有的數據庫或與專業咨詢機構合作來獲取準確而全面的數據。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、數據需求、研究方法等方面給予說明和指導，確保研究能朝預期方向開展。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于現有機型，新機型采用具有吸引力的引導性價格還是采用與現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鍵信息和結論，綜合權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，完成最終設計點(細分類別)的確定，飛機定義文件即被凍結，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推進下去。但是在正式決定某一方案的取舍之前，應當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：技術方案研究、技術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

技術方案研究貫穿于本階段，主要內容是在飛機定義文件的框架下開展多個概念構型(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、氣動力原始數據工程估算、性能與使用特性估算，各部分估算結果又反饋到飛機草圖上進行修改，以此形成迭代循環。隨著迭代的深入，逐漸加入結構初始布置和強度預估、推力需求論證與發動機預選、主要機上系統配置方案等內容。在技術方案研究的后期，將接受來自技術環境研究、市場驗證工作組的輸入信息，幫助對各概念構型進行篩選、縮小優選范圍。

技術環境研究工作的任務是收集、分析新飛機可能采用的新技術。此處的新技術主要是面向生產和飛機系統的功能部件(設計性技術一般有單獨文件描述)，廣泛收羅生產線已有的技術、已成功應用在其它機型的技術、國外率先應用的技術、尚在研究但不久即可應用的技術，通過成熟度、先進性等標準進行分類，篩選適合本項目應用的先進技術和工藝。從生產工藝的角度支撐概念構型的選擇，保證進入后續階段的方案有足夠的技術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上，建立潛在客戶/運營商與競品數據庫、根據當前概念構型迭代進展制作可視化的展示內容、將設計中的開放性問題轉換成面向用戶的調查問卷。工作組將根據數據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容、進行問卷調研，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組織團隊開展項目成本模型定義、項目經營模型與敏感性分析、適航取證目標和計劃制定等工作。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容

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

3.4 初步設計

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

同時，該階段還應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、結構、重量、性能等方面具體工作，相關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環境研究工作應當繼續并行的開展，雖然此時飛機級的構型已經確定，但在系統級的構型上還有很大的選擇余地，可以更深入的權衡選擇；特別是一些技術更迭較快的系統(如航電系統)，距離上一階段的技術環境研究可能已過去了數月甚至更長時間，一些新技術或新產品的成熟度已經提高，從而出現在候選范圍內。此時即使發生系統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生更改而花費的代價相比這是微不足道的。

4 結論

至此，預發展階段的工作宣告完成，通過以上步驟，將籠統的設計思想逐步分解、落實、驗證，形成量化、可實現的工程技術方案，為項目最終決策提供技術上可信、市場上可行的依據。

1)預發展中的市場驗證環節是民機項目正式鋪開前的重要工作內容，也是區分軍機前期預研工作的顯著特點。其體現的高度關注用戶和市場需求的設計理念，也值得軍機項目前期論證工作借鑒。

2)預發展不是型號決策上馬的緩兵之計，它從設計定位、生產準備、適航認證、市場策略等方面對民用飛機的研制產生深刻影響，應當充分認識到預發展工作的重要性。

3)對于設計人員，應當抱以對待正式型號的嚴謹負責態度和飽滿的創新探索精神來面對預發展工作。

4)對于項目管理者，預發展為項目最終決策上馬提供全面而科學的依據，應當為預發展階段提供足夠的周期和經費支持。