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国内外航空装备经济可承受性研究现状综述ag88环亚国际娱乐

来源:http://www.wdtextileproduct.com 责任编辑:ag88.com 2018-11-06 21:23

  现代航空装备研制过程中成本费用难以控制、进度无法把握问题,除了航空装备项目研制的高复杂性、先进性和综合性以外,研制过程中的经济性评估和管理方法也是一个重要因素。国外很多研究机构研究结果表明,虽然航空装备研制大都采用了新技术,导致成本和进度的高不确定性,但这并不是说成本增长不可控制。导致成本增长的原因大致包括以下几方面:对研制前景过于乐观;评估本身错误;未充分认识的技术问题;性能要求不断变动;缺乏控制成本的激励措施;研制进度延期。按照研制阶段划分来看这些原因,可以归结为研制前期费用评估的不准确和研制过程中的费用管理控制方法的低效。

  为了尽早在飞机设计过程中控制飞机的成本费用,国外采用的技术方法包括定费用设计(DTC)、费用作为独立变量(CAIV)、多学科设计优化(MDO) 和质量功能展开(QFD)等。

  美国国防部于1975年发布的指令DoD5000.28中强调了定费用设计的目标、平均出厂价、全寿命周期费用(LCC) 等,其目的是把费用作为与技术要求和进度要求同等重要的设计参数来确定。DTC追求的目标既不是最大可能的性能,也不是最低的费用,而是在费用指标范围内实现各种参数的最佳组合,使性能和费用达到最佳平衡。随着DTC应用的深入,人们逐渐意识到:由于DTC的费用限制标准是平均采购单价,这对于控制研制、生产费用效果较好,但在控制全寿命费用方面却存在局限性。

  到了20世纪90年代中期,DTC逐渐被CAIV方法所取代。CAIV的核心思想是强调经济可承受性,在设计时将费用放在与性能和进度同等重要的地位,将费用作为设计的输入而不是被动的输出。该方法强调必须在开发新系统时,尽可能早的确定其性能参数和经济可承受性(费用目标)之间的平衡点,这样才能有效控制并降低寿命周期费用。因此,CAIV方法在美国常用于在各里程碑决策点之前进行费用与性能、进度等设计要素之间的权衡, 将权衡的结果作为决策的依据。CAIV方法目前在美国的国防采办中得到广泛应用并取得了明显的效果,事实证明它能够有效降低装备的全寿命周期费用。

  近年来,随着信息技术特别是计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程(CAE)、计算机辅助工艺过程设计(CAPP) 和计算机辅助制造(CAM) 等技术的发展以及大量实验数据的积累,美国等发达国家提出了MDO方法。该方法的主要思想是在复杂系统设计的整个过程中集成各个学科的知识,并充分考虑各个学科之间的互相影响和耦合作用,应用有效的设计/优化和分布式计算机网络系统,来组织和管理整个系统的设计过程,通过充分利用各个学科之间的相互作用所产生的协同效应,以获得系统整体最优解。MDO的优点在于可以通过实现各学科的模块化并行设计来缩短设计周期,通过考虑学科之间的相互耦合来发掘设计潜力,通过系统的综合分析来进行方案的选择和评估, 通过系统的高度集成来实现飞机的自动化设计,通过各学科的综合考虑来提高可靠性,通过门类齐全的多学科综合设计来降低研制费用,这些优点正适合于飞机设计流程。

  在美国航空航天协会(AIAA)的引导下,一些研究机构相继建立起来: 隶属于美国航空航天局(NASA)的MDOB,佐治亚理工学院航空系统设计实验室(ASDL),斯坦福大学飞机气动与设计小组(ADG)等,另外,基于MDO的理论,工业界也在使用这个理论对其产品进行优化设计以减少研制时间,降低研发费用。

  美、英、法等世界发达国家大力推进经济可承受性工作的开展,并将经济可承受性作为重要的采办战略。为了实现军用飞机的经济可承受性,美国空军研究实验室(AFRL)、波音公司、洛马公司、诺格公司等开展了大量的研究, 内容涉及经济可承受性指标(CCI)的设定,飞机全寿命周期成本的分析、经济性作为约束条件嵌入设计过程的方法,从技术、管理、基础能力建设等角度改善飞机经济性的手段等,获得了良好的效果。民机方面,波音公司、空客公司等知名企业非常关注飞机的经济性设计问题。面对激烈的市场竞争,这些企业以追求飞机成本最低为重要的设计目标,目的就是体现“客户至上”。在开发新机型之前,要做充分的市场分析, 常常运用QFD的方法,将开发各阶段可能面临的设计与规划问题,预先做出整体性的规划,并作为各部门沟通和共识的基础。就经济性指标来说,要设立目标价格,倒推相应的目标成本,博天堂官网,再将目标成本自上而下分解到部件、组件、零件。工程师在设计过程中,不断运用与CAD、UG等软件集成在一起的成本分析模块,进行成本预计,随时进行技术经济分析,以获得优质的设计。在里程碑节点上,还要开展自下而上的校核分析,以检验目标成本或进一步修正设计。

  费用评估是型号成功的重要保障, 随着经济性问题的日益突出,国外在型号费用评估方面主要产生了以下几个方面的变化:第一,重视经济性理念和方法的传播。不同层次、不同工作性质的人员对于经济性可能会有不同的理解,给管理带来了困难。当某个型号项目提出经济性要求以后,第一件需要做的工作就是推广和传播经济性的理念和方法。www.ag88.com测验不断,孜孜不怠——身经百战的高,第二,组建各个层次的综合产品小组(IPT)。IPT是从并行工程中发展起来的一种项目管理组织模式,是为向外部或内部的用户交付一种产品的特定目的而组建的多功能团队。它的特点是将传统的“监督式”管理转变为“参与式”管理,能够提高产品质量、减少项目风险,缩短研制周期,降低全寿命周期成本。第三,应用更科学、更规范、更精细的管理方法。经济性问题提出以后,如何在型号管理中落实在国外也是难点。从目前掌握的资料来看,国外的做法是根据不同的目的和需求引入不同的创新性管理方法,比如挣值管理(EVM)、目标价格管理、供应商成本联盟等。此外,飞机制造商也越来越注重尽早考虑飞机的使用维护问题,以便为客户提供更具价值吸引力的产品。以上这些方法的共同点是将经济目标融合在一系列管理流程之中,不同点是涉及的管理流程可能适用于不同的对象、不同的阶段或不同的方面。

  国内在飞机低成本设计及全寿命周期经济性评估方面也已开展了一些相关研究。航空工业发展研究中心在飞机全寿命周期费用评估技术方面开展了一定的研究。建立了一些用于飞机、发动机整机层次上进行估算的研制费模型、生产成本模型和维修成本模型,建立了军用飞机、发动机技术经济数据库,涵盖了在役、在研多种型号的研制概况和研制费、生产成本、维修成本数据等,并开发了相应的软件系统。在定费用设计领域,发展中心初步研究了民用飞机的经济性设计与经济性评审方法。目前正在开展无人机定费用设计方法研究工作。

  国内其他学者也开展了航空装备经济可承受性研究工作。北京航空航天大学的黄俊等讨论了解决设计变量过多和计算耗时太大问题提出的实验设计和响应面近似法以及带不确定性多学科优化的鲁棒设计方法,并提出了飞机总体优化的关键领域以及多学科优化的应用前景。朱自强教授也提出了一套飞机多目标总体优化的建模方法,以最大起飞重量作为主要的优化目标函数进行飞机的优化设计,取得良好的效果。西北工业大学李为吉教授带领的团队,对多目标优化算法进行了深入的研究和改进,提出的多方法协作优化方法在求解复杂优化问题时有着明显的优势。同时,它们还将多目标优化的方法应用到导弹总体设计和飞机总体设计中,取得了良好的效果。南京航空航天大学的余雄庆也对多目标设计算法进行了深入的研究,并将此算法应用于飞机设计中,形成一套多学科优化设计理论。空军工程大学的王卓健等人提出在QFD的基础上, 结合层次分析法,提出了军用飞机的RMTSS综合设计的一种全新方法,使飞机充分响应用户需求并且具有良好的效费比。

  全寿命周期经济性评估分析方法已经成功应用于国外飞机产品,并且在美国等发达国家被普遍应用,是洛马、波音等公司降低产品研制风险、提高市场竞争力的有力保障,我国在有人飞机经济性评估分析方面已经取得了一定的成果和经验,在民用运输机方面也开展了初步的研究,而在无人飞机方面相关研究有限,低成本设计与全寿命周期经济性评估更是鲜有报道,亟需开展相关研究工作。

  (1)在满足客户需求的前提下不断提高产品经济性是增强产品市场竞争力的关键,而实施全寿命周期经济性评估分析是实现这一目标的重要途径。为了使装备系统具有更优异的经济性,必须在项目设计阶段进行有效的经济性分析,加强费用估算及控制,使技术和经济指标在可控参数上达到最佳组合。虽然我国在介绍国外经验、进行理论研究等方面取得了一定的进展,但与国外相比,目前深入到型号论证、研制、使用等具体流程中去的研究分析还不够充分,还缺少明确的、可操作性强的寿命周期评估分析与控制方法。因此,有必要装备系统的特点,提出具有针对性的、符合研制、生产、运营等各项活动要求的经济性评估分析方法。

  (2)国产装备系统经济性评估分析面临的一个难点在于基础数据的缺乏。国外经济性分析所用的数据与知识具有高度的商业机密性,通过公开的或相关的商业渠道无法获得相关核心数据,因此需要立足于国内实际,打通现有历史数据的通道,开展典型型号经济性相关数据的采集和处理工作,建立数据管理架构,形成新型飞机经济性数据的积累机制。

  (3)在全寿命经济性评估软件方面, 目前尚未开发出实用的软件系统,国外引进的软件,由于存在功能上的“水土不服”,以及技术水平、ag88环亚国际娱乐!管理体制、操作方式上的差异,对我国装备系统经济性分析的适应性有待验证。因此,在数据和模型都具备以后,我国装备系统还需要开发满足设计实际需要的经济性评估软件系统。

  总体来说,在经济性评估分析领域, 我国与国外技术水平差距比较大,可以先从基础的程序、模型、方法方面做起, 解决有无问题,而后再随着数据积累的增多、模型的优化、方法的完善再逐步形成工程可用的辅助软件系统。

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