航空發(fā)動機系統(tǒng)工程技術(shù)淺析

蘭影鐸 于武 周鑫

系統(tǒng)工程技術(shù)的意義就是根據(jù)總體協(xié)調(diào)的需要，利用多方面的科學(xué)技術(shù)，把系統(tǒng)的構(gòu)成要素、組織機構(gòu)，對系統(tǒng)的構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息交換等功能進行分析研究，以達到最優(yōu)設(shè)計、最優(yōu)控制和最優(yōu)管理，本文以系統(tǒng)工程技術(shù)助推航空發(fā)動機產(chǎn)品制造為基本綱領(lǐng)，對系統(tǒng)工程的理論體系進行簡要介紹，并對航空發(fā)動機研制周期系統(tǒng)工程管理進行了研究，同時結(jié)合航空發(fā)動機研制實際，對系統(tǒng)工程技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進行了分析。

一、引言

航空發(fā)動機是一種綜合工程熱物理、控制、機械、空氣動力學(xué)、固體力學(xué)等多學(xué)科強烈交叉、高度耦合的復(fù)雜流體機械，被譽為“現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠”，是衡量一個國家綜合基礎(chǔ)工業(yè)和技術(shù)實力、彰顯強國地位的重要標(biāo)志，其研制過程是一項跨學(xué)科、跨專業(yè)且需多廠所高度協(xié)同的復(fù)雜工程，具有技術(shù)高、周期長、難度大等特點?；诤娇瞻l(fā)動機復(fù)雜化、多元化和系列化的發(fā)展趨勢，本文以航空發(fā)動機研制全生命周期為研究對象，采用系統(tǒng)工程思想，構(gòu)建基于系統(tǒng)工程的航空發(fā)動機生產(chǎn)全生命周期管理方法。

二、系統(tǒng)工程理論

1940年，美國貝爾實驗室在研制電話通信網(wǎng)絡(luò)時，第一次提出并應(yīng)用了系統(tǒng)工程一詞。對于復(fù)雜的工程專案，系統(tǒng)的整體特性往往大于零件的組合特性，為了滿足識別和操控一個系統(tǒng)的整體特性的需求，美國國防部、美國國家航空航天局（NASA）和其他工業(yè)相繼地應(yīng)用了這門學(xué)科并取得了重大的成果，如美國的登月火箭阿波羅計劃和北歐跨國電網(wǎng)協(xié)調(diào)方案等。

20世紀50年代，我國著名科學(xué)家錢學(xué)森的《工程控制論》的出版，奠定了中國系統(tǒng)工程的理論基礎(chǔ)。70年代中期以來，隨著社會形勢的變化，我國對系統(tǒng)工程的需求日益迫切，所以眾多來自各個領(lǐng)域的學(xué)者對系統(tǒng)工程展開了深入的研究與宣傳，并成立了一些研究學(xué)會組織以及在大學(xué)設(shè)立了相應(yīng)的學(xué)科，這些標(biāo)志著我國系統(tǒng)工程事業(yè)已經(jīng)步人了一個新的階段。盡管我國在系統(tǒng)工程實踐過程中，取得了大量的系統(tǒng)工程理論及實踐成果，形成了較完善的系統(tǒng)工程技術(shù)體系，達到了較高的系統(tǒng)工程技術(shù)水平，但與國外大國相比，在系統(tǒng)工程流程、系統(tǒng)工程標(biāo)準規(guī)范、系統(tǒng)設(shè)計能力等多方面都還存在明顯的差距。綜合多方定義，系統(tǒng)工程的內(nèi)涵就是站在系統(tǒng)整體的角度上，綜合多類專業(yè)技術(shù)，對系統(tǒng)的構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息交換和自動控制等功能進行統(tǒng)籌的分析與研究，從而達到整體最優(yōu)化設(shè)計，最優(yōu)控制和最優(yōu)管理的目標(biāo)。

與其他專業(yè)技術(shù)相比，系統(tǒng)工程具有以下突出特點：

（1）系統(tǒng)工程涉及多個科學(xué)技術(shù)門類的知識，需要綜合多個工程專業(yè)的技術(shù)，需要不同專業(yè)、不同部門的專家共同參與并緊密配合、協(xié)同一致地開展工作。

（2）系統(tǒng)工程突出把整個系統(tǒng)視為研究對象，突出系統(tǒng)總體，強調(diào)整體優(yōu)化。

（3）系統(tǒng)工程先根據(jù)任務(wù)的需求，從整體出發(fā)確定系統(tǒng)的性能指標(biāo)和功能結(jié)構(gòu)，然后在總體指導(dǎo)下，對系統(tǒng)進行分解與分析研究從而確定分系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案再進行綜合集成，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的整體功能。

（4）系統(tǒng)工程包含技術(shù)與管理兩大并行優(yōu)化的過程。系統(tǒng)工程技術(shù)是制定系統(tǒng)工程流程，并按系統(tǒng)工程流程，綜合多種專業(yè)技術(shù)，通過適當(dāng)?shù)姆椒ê凸ぞ?，最終完成系統(tǒng)工程的過程;系統(tǒng)工程管理是運用一些技術(shù)管理手段，對系統(tǒng)工程技術(shù)過程、活動及要素進行管理和控制，確保系統(tǒng)工程目標(biāo)實現(xiàn)的過程。

三 基于系統(tǒng)工程的航空發(fā)動機研制周期管理

系統(tǒng)工程實施的過程就是制定系統(tǒng)工程流程，并按流程開展系列系統(tǒng)工程活動的過程，因此系統(tǒng)工程全生命周期活動及流程是系統(tǒng)工程的核心，而系統(tǒng)工程專業(yè)技術(shù)體系、標(biāo)準規(guī)范體系及工具方法體系是系統(tǒng)工程活動開展的支撐。基于系統(tǒng)工程的航空發(fā)動機研制周期從需求分析開始，再經(jīng)過概念設(shè)計和初步設(shè)計、具體設(shè)計和開發(fā)、生產(chǎn)制造、運行利用和支持等過程，航空發(fā)動機研制系統(tǒng)工程全生命周期過程如圖1所示。

1.概念設(shè)計階段

概念設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)過程的第一個、也是最重要的階段，它的功能是建立、承諾或者用其他形式預(yù)先確定所期望的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式、功能、開發(fā)進度等，在概念設(shè)計階段包括對航空發(fā)動機市場需求分析、客戶需求分析、技術(shù)需求分析、可行性應(yīng)用的評價等活動。

2.初步系統(tǒng)設(shè)計階段

初步系統(tǒng)設(shè)計的主要工作是根據(jù)系統(tǒng)層的功能要求，對設(shè)計和運行效果進行綜合研究，完成子系統(tǒng)及部件的功能分析和分配，建立具體的設(shè)計要求和開發(fā)計劃、辨識和使用適當(dāng)?shù)墓こ淘O(shè)計工具和技術(shù)、在預(yù)定的時刻進行設(shè)計評審。

3.具體設(shè)計和開發(fā)階段

經(jīng)過概念設(shè)計階段開發(fā)的功能基準和初步設(shè)計階段得出的分配基準，設(shè)計團隊在現(xiàn)階段主要工作是對設(shè)計方案進行綜合研究和評價，并進行航空發(fā)動機子系統(tǒng)和部件的詳細設(shè)計，完成工程和原型模型的開發(fā)。

4.生產(chǎn)、制造階段

生產(chǎn)、制造階段主要的工作就是進行產(chǎn)品的生產(chǎn)制造，其中包括部件的外委生產(chǎn)加工活動，并完成子功能性能測試和驗收試驗。

5、運行利用和支持階段

進行發(fā)動機現(xiàn)場試車，進行運行測試，收集和分析現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并根據(jù)試車狀態(tài)，進行設(shè)計及制造的反復(fù)迭代修正。

四、系統(tǒng)工程技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析及建議

目前，我國大多數(shù)航空企業(yè)對系統(tǒng)工程的認知還停留在較低層面上，即能夠認識到企業(yè)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，企業(yè)管理是一個系統(tǒng)工程，但缺少運用系統(tǒng)工程方法去解決企業(yè)管理問題的意識和能力，尚未達到運用系統(tǒng)工程方法和工具的認知，且企業(yè)內(nèi)推廣系統(tǒng)工程方法是一件實踐性很強的工作，需要具有扎實系統(tǒng)工程專業(yè)知識及豐富的企業(yè)實踐經(jīng)驗的專業(yè)技術(shù)人員進行推廣，而國內(nèi)具備系統(tǒng)工程應(yīng)用型的人才相對不足，此外，雖然國內(nèi)一些領(lǐng)域也開始制定系統(tǒng)工程標(biāo)準，但這些標(biāo)準往往規(guī)定了特定領(lǐng)域系統(tǒng)工程的技術(shù)過程和技術(shù)管理過程，其領(lǐng)域針對性較強，尚未形成系統(tǒng)、全面的通用性系統(tǒng)工程標(biāo)準系統(tǒng)。

近年來，隨我國航空制造業(yè)的迅猛發(fā)展，公司也對系統(tǒng)工程技術(shù)日漸關(guān)注，但真正運用系統(tǒng)工程技術(shù)解決航空產(chǎn)品全生命周期問題還任重道遠，建議從如下角度開展系統(tǒng)工程技術(shù)的應(yīng)用與推廣。

1、提高對系統(tǒng)工程技術(shù)的認知

系統(tǒng)方法的理論體系較為成熟，但是在航空企業(yè)的推廣還不夠，原因之一是企業(yè)對系統(tǒng)工程方法的認知不夠，因此在我們企業(yè)推廣系統(tǒng)工程方法時，首先應(yīng)該提高我們企業(yè)對系統(tǒng)工程方法的認知，使企業(yè)充分了解航空產(chǎn)品在生產(chǎn)制造過程中是否適用應(yīng)用系統(tǒng)工程技術(shù)方法解決生產(chǎn)問題及有效的系統(tǒng)工程方法有哪些方法能夠幫助企業(yè)解決實際問題。

2、加強系統(tǒng)工程專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)與引進

我們企業(yè)具備從事系統(tǒng)工程方法的專業(yè)技術(shù)人員嚴重稀缺，建議把對從事系統(tǒng)工程方法研究的技術(shù)人員培養(yǎng)納入我公司人才隊伍建設(shè)，推進系統(tǒng)工程方法的人才培養(yǎng)及引進，積蓄能夠“授人以漁”的創(chuàng)新人才。

3、加強系統(tǒng)工程項目的總籌研究及管理

系統(tǒng)工程技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用推廣需要跨多部門合作完成，所以相關(guān)部門能否分工明確的密切工作直接決定系統(tǒng)工程項目的進展，建議企業(yè)依托項目，確定主次研究部門，統(tǒng)籌項目管理實施。

五、總結(jié)

本文對系統(tǒng)工程內(nèi)涵、全生命周期管理等內(nèi)容進行了研究，并對我公司系統(tǒng)工程技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀進行了分析。系統(tǒng)工程技術(shù)是航空產(chǎn)品系統(tǒng)研制中的重要綜合性技術(shù)，系統(tǒng)工程技術(shù)在航空領(lǐng)域的推廣應(yīng)用迫切需要國家和企業(yè)加大投入，逐漸加深航空產(chǎn)品生產(chǎn)制造的系統(tǒng)工程適用性技術(shù)研究，并不斷完善航空發(fā)動機系統(tǒng)工程技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準體系，以促進航空產(chǎn)品型號研制和生產(chǎn)能力提升。