孫鑫 趙世偉

摘 要：民用飛機(jī)試飛是民機(jī)研制過程中最重要的環(huán)節(jié)之一，也是完成從理論到現(xiàn)實(shí)、從紙面到空間轉(zhuǎn)換的重要程序。該文首先對(duì)民用飛機(jī)試飛項(xiàng)目內(nèi)容和特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析和說明；其次針對(duì)WBS和并行工程在民用飛機(jī)試飛項(xiàng)目管理中的應(yīng)用進(jìn)行了深入分析和研究；最后對(duì)不斷涌現(xiàn)的虛擬現(xiàn)實(shí)、綜合仿真等新技術(shù)在民用飛機(jī)飛行試驗(yàn)過程中的應(yīng)用，以及所產(chǎn)生的影響進(jìn)行了分析，以期能夠改進(jìn)我國民機(jī)試飛項(xiàng)目管理工作程序和方法，對(duì)提高我國民機(jī)試飛項(xiàng)目管理水平有所幫助。

關(guān)鍵詞：民用飛機(jī) 飛行試驗(yàn) 項(xiàng)目管理 工作分解結(jié)構(gòu) 并行工程

中圖分類號(hào)：V26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）01（a）-0180-03

飛行試驗(yàn)簡稱試飛，是在真實(shí)環(huán)境中對(duì)飛機(jī)的性能、結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)功能進(jìn)行全面、綜合地驗(yàn)證。飛機(jī)試飛是一項(xiàng)全局性的系統(tǒng)工程，也是飛機(jī)研制過程中極其重要的環(huán)節(jié)之一，還是驗(yàn)證民用航空器滿足最低安全標(biāo)準(zhǔn)，具備投入商業(yè)運(yùn)營資格的必經(jīng)環(huán)節(jié)[1]。

波音B787飛機(jī)和空客A380飛機(jī)由于飛行試驗(yàn)過程中部分問題未暴露，導(dǎo)致在剛剛投入市場運(yùn)營后問題連發(fā)，相繼發(fā)生了電池起火、漏油、玻璃裂紋、機(jī)翼連接件裂紋以及襟翼作動(dòng)器故障等問題，隨后不得不停止運(yùn)營，對(duì)部分系統(tǒng)重新進(jìn)行驗(yàn)證，直到滿足監(jiān)管部門的規(guī)定才被準(zhǔn)許復(fù)飛[2]。

項(xiàng)目管理經(jīng)過實(shí)踐證明能夠?qū)?fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行有效地管理和計(jì)劃?，F(xiàn)代項(xiàng)目管理理論和技術(shù)形成于20世紀(jì)40年代美國軍方進(jìn)行的“曼哈頓”計(jì)劃。經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)形成了一套完整的理論知識(shí)體系。隨著先進(jìn)客機(jī)上大量采用先進(jìn)的技術(shù)和復(fù)雜的系統(tǒng)，所需要進(jìn)行的飛行試驗(yàn)項(xiàng)目也逐漸增多，科學(xué)合理的采用項(xiàng)目管理的措施能夠在保證試飛質(zhì)量的基礎(chǔ)上，縮短試飛周期，提高民用飛機(jī)的市場競爭力。

1 民用飛機(jī)試飛項(xiàng)目的內(nèi)容和特點(diǎn)

民用飛機(jī)試飛是整個(gè)民機(jī)研制工作計(jì)劃中最重要最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。隨著民用飛機(jī)市場的競爭越來越激烈，客觀上不允許試飛持續(xù)太長的時(shí)間。因此如果試飛工作不能夠按照計(jì)劃順利完成，會(huì)影響到民機(jī)的交付進(jìn)度。這不僅會(huì)為制造商帶來信譽(yù)上的損害，而且客戶一般會(huì)依據(jù)合同規(guī)定向制造商提出經(jīng)濟(jì)賠償要求。因此飛機(jī)制造商一定會(huì)全力以赴按時(shí)完成飛行試驗(yàn)以確保飛機(jī)的按時(shí)交付。

民用飛機(jī)新型號(hào)試飛是對(duì)設(shè)計(jì)原理、應(yīng)用技術(shù)、使用材料的飛行試驗(yàn)研究和驗(yàn)證，它為航空科技和型號(hào)發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。在新型號(hào)的研制過程中，試飛工作貫穿整個(gè)研制過程，直至取得型號(hào)合格證（TC）和生產(chǎn)合格證（PC）。取證后，飛行試驗(yàn)還將繼續(xù)為新機(jī)的應(yīng)用摸索并積累經(jīng)驗(yàn)，以確保使用的安全和效率。根據(jù)CCAR-21 R3《民用航空產(chǎn)品和零部件合格審定規(guī)定》第21.35條規(guī)定，必須通過飛行試驗(yàn)來表明對(duì)適用規(guī)章的符合性。

民機(jī)試飛按照類型可分為申請(qǐng)人研發(fā)試飛、申請(qǐng)人表明符合性試飛、合格審定試飛和交付客戶試飛。通常情況下申請(qǐng)人進(jìn)行的試飛發(fā)生在局方的合格審定試飛之前，主要用于發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷、改進(jìn)設(shè)計(jì)、促進(jìn)技術(shù)成熟，驗(yàn)證新機(jī)滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的技術(shù)要求和使用要求，表明飛機(jī)在飛行包線內(nèi)是安全的，而且符合適航規(guī)章要求的。研發(fā)試飛完成后可以獲得型號(hào)檢查核準(zhǔn)書（TIA），開始正式進(jìn)入局方試飛階段。局方試飛包括合格審定試飛、功能可靠性試飛等，所有局方飛行試驗(yàn)都要按照已頒發(fā)的約束和限制條件進(jìn)行，以確保飛行試驗(yàn)的安全和確定對(duì)民航規(guī)章的符合性。

民用飛機(jī)試飛的具體內(nèi)容涵蓋很多專業(yè)和系統(tǒng)[1]，主要有結(jié)構(gòu)載荷、操穩(wěn)、性能、顫振和氣動(dòng)彈性（ASE）等專業(yè)，以及燃油系統(tǒng)、動(dòng)力裝置、輔助動(dòng)力裝置（APU）、液壓系統(tǒng)、起落架、空調(diào)、自動(dòng)飛行、通信、導(dǎo)航、指示記錄、電源、照明、防火、防冰防雨等系統(tǒng)。試飛項(xiàng)目啟動(dòng)之前首先要制定試飛大綱，根據(jù)試飛大綱的內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)科目的試飛，如我國第一架具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的運(yùn)輸類飛機(jī)ARJ-21，制定了30多份試飛大綱，內(nèi)容涵蓋近300項(xiàng)試飛科目。其中有許多試飛科目還要求在規(guī)定的不同的構(gòu)型下進(jìn)行試飛，如飛機(jī)性能、操穩(wěn)等。還有一些試飛科目需要進(jìn)行不同場地和氣象條件的跨區(qū)域、跨時(shí)間飛行驗(yàn)證，如：空調(diào)系統(tǒng)、防冰系統(tǒng)等。

民用飛機(jī)試飛過程不僅貫穿民機(jī)研制的全過程，隨著現(xiàn)代新理論、新技術(shù)、新工藝的廣泛應(yīng)用，部分項(xiàng)目甚至在交付使用以后需要繼續(xù)進(jìn)行。民用飛機(jī)試飛具有以下特點(diǎn)[3]。

1.1 飛機(jī)試飛是一項(xiàng)系統(tǒng)工程

試飛項(xiàng)目涵蓋多學(xué)科、多領(lǐng)域、多方面的專業(yè)技術(shù)和知識(shí)。新型號(hào)試飛項(xiàng)目需要整體設(shè)計(jì)和規(guī)劃試飛過程中試飛技術(shù)、改裝、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理、維修保障等多方面專業(yè)技術(shù)，同時(shí)試飛過程中需要種類繁多的支持設(shè)備，包括仿真測(cè)試、顫振激勵(lì)等。試飛過程離不開機(jī)場和機(jī)場的保障設(shè)施以及空中交通管理的保障，相關(guān)資源調(diào)度難度大，組織協(xié)調(diào)復(fù)雜。飛機(jī)試飛項(xiàng)目的自然屬性決定了其是一項(xiàng)科技含量高、組織和資源協(xié)調(diào)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

1.2 飛機(jī)試飛內(nèi)容復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)高

由于民機(jī)涉及重大公共安全，因此在試飛過程中需要進(jìn)行多種極限邊界狀態(tài)的試飛，如：大迎角、失速、高過載、顫振、結(jié)冰、尾旋、發(fā)動(dòng)機(jī)空中啟動(dòng)等，還有涉及到各種故障模態(tài)的考核試飛，如：飛控系統(tǒng)舵面卡阻試飛、飛控系統(tǒng)直接模式試飛、發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車試飛、單發(fā)引氣防冰試飛、單發(fā)起飛性能、無動(dòng)力漂降性能、沖壓空氣渦輪（RAT）試飛等。

由于試飛項(xiàng)目的技術(shù)探索性決定了它的風(fēng)險(xiǎn)性。極限狀態(tài)下的試飛以及部分科目在不同環(huán)境下的重復(fù)性試飛，增加飛機(jī)試飛的風(fēng)險(xiǎn)程度。在國內(nèi)外試飛史上，造成機(jī)毀甚至人亡的事故屢見不鮮。如著名的“三叉戟”飛機(jī)在失速試飛科目時(shí)進(jìn)入平螺旋，由于未能及時(shí)改出，造成飛機(jī)墜毀。

此外，由于飛機(jī)本身是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，一架飛機(jī)數(shù)十個(gè)子系統(tǒng)、上百部機(jī)載設(shè)備，數(shù)十萬個(gè)零部件，并且隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，機(jī)載軟件達(dá)到包含高達(dá)幾十萬行甚至成百上千萬行的代碼的規(guī)模，試飛初期飛機(jī)出現(xiàn)高故障率是不可避免的，這也決定了飛機(jī)試飛的高風(fēng)險(xiǎn)性。

1.3 飛機(jī)試飛成本巨大

由于飛機(jī)試飛過程中涉及到的消耗品屬于單品，或者小批量，首先試驗(yàn)機(jī)的制作數(shù)量極少，一般不超過6架，如我國第一個(gè)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的支線客機(jī)ARJ-21，首批制造數(shù)量僅為4架，機(jī)載設(shè)備和發(fā)動(dòng)機(jī)的備件、易損件也非常少，這導(dǎo)致試飛成本的增加。其次，飛行試驗(yàn)中所使用的測(cè)試傳感器、采集器與數(shù)據(jù)記錄設(shè)備系統(tǒng)幾乎全部都是國外進(jìn)口，設(shè)備成本巨大。最后，飛機(jī)試飛所需要的部分基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)只能用于特定型號(hào)或項(xiàng)目，其他型號(hào)或項(xiàng)目無法使用，且運(yùn)行維護(hù)成本昂貴。更為重要的是，飛行保障規(guī)模龐大，即使只有一架飛機(jī)飛行，至少必須有機(jī)務(wù)維護(hù)、加油/充電/充氧等保障，機(jī)場場務(wù)，導(dǎo)航、通訊與指揮引導(dǎo)系統(tǒng)運(yùn)行，飛行指揮與組織管理等等。

1.4 飛機(jī)試飛時(shí)間緊，任務(wù)重，參研單位多

根據(jù)國外民機(jī)試飛經(jīng)驗(yàn)，新機(jī)型從首飛到取證周期一般約為10～18個(gè)月，累計(jì)飛行時(shí)間一般為1600～2000飛行小時(shí)[4-6]。試飛通常需要一年到一年半的時(shí)間，采用的先進(jìn)技術(shù)越多，所需要的試飛內(nèi)容越多，飛行試驗(yàn)時(shí)間越長，A380進(jìn)行了2600飛行小時(shí)的飛行試驗(yàn)，僅完成了裝配羅-羅公司遄達(dá)900發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)型，而對(duì)于裝配GE&普惠發(fā)動(dòng)機(jī)GP7200的機(jī)型還要繼續(xù)延伸試飛。B787完成裝配遄達(dá)1000發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)型需要進(jìn)行長達(dá)3100飛行小時(shí)的飛行試驗(yàn)。此外，飛機(jī)部件的提供商—參研單位非常多，通常要涉及國內(nèi)外上百家單位，在試飛過程中不同參研單位所使用的測(cè)試儀器和設(shè)備，測(cè)試接口等問題的協(xié)調(diào)工作也非常復(fù)雜。

2 民用飛機(jī)試飛項(xiàng)目管理方法和組織形式

民用飛機(jī)試飛項(xiàng)目周期長、技術(shù)復(fù)雜， 占用資源多、涉及專業(yè)面寬等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的飛機(jī)試飛方法已經(jīng)不能夠適應(yīng)民機(jī)研制要求，需要采用現(xiàn)代項(xiàng)目管理知識(shí)體系，借鑒現(xiàn)代項(xiàng)目管理的新技術(shù)、新方法，對(duì)飛行試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行科學(xué)高效的管理[5]。

2.1 工作分解結(jié)構(gòu)—WBS

工作分解結(jié)構(gòu)是項(xiàng)目管理中重要的工具之一。1968年10月美國空軍首次實(shí)施系統(tǒng)工程的核心標(biāo)準(zhǔn)，工作分解結(jié)構(gòu)就是其中之一[7]。目前對(duì)工作分解結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用已經(jīng)上升到國家標(biāo)準(zhǔn)層面，如完善升級(jí)后的美國國防部手冊(cè)MIL-HDBK-881A（2005年修訂），歐洲空間標(biāo)準(zhǔn)化合作組織的ECSS-M-10A，以及ISO/TC176/SCI（國際化組織質(zhì)量管理和質(zhì)量保證技術(shù)委員會(huì)質(zhì)量體系委員會(huì)）將WBS方法寫入質(zhì)量管理體系項(xiàng)目管理質(zhì)量指南（ISO10006）。

試飛項(xiàng)目是多項(xiàng)目、多專業(yè)、多資源協(xié)調(diào)工作的系統(tǒng)工程，利用工作分解結(jié)構(gòu)WBS可以充分體現(xiàn)試飛項(xiàng)目的整體性，有序性和相關(guān)性。同時(shí)WBS能夠以圖形的方式表達(dá)出項(xiàng)目所包含的所有工作內(nèi)容以及項(xiàng)目工作的層次感和相關(guān)性，如圖1所示為某民機(jī)試飛項(xiàng)目的WBS整體結(jié)構(gòu)圖。

詳盡的試飛項(xiàng)目WBS結(jié)構(gòu)能夠明確標(biāo)識(shí)項(xiàng)目范圍，成為項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)內(nèi)部、團(tuán)隊(duì)之間以及團(tuán)隊(duì)與利益相關(guān)者之間進(jìn)行高效溝通協(xié)調(diào)的工具，能理順工作流程，規(guī)范項(xiàng)目管理文件，防范部分工作單元無人負(fù)責(zé)進(jìn)而出現(xiàn)推諉扯皮的現(xiàn)象，保障試飛項(xiàng)目按照標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)作的有效措施。

2.2 并行工程

并行工程是目前應(yīng)用比較廣泛的一種現(xiàn)代工程項(xiàng)目組織管理形式，目的是提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低研制成本風(fēng)險(xiǎn)、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和加快產(chǎn)品上市時(shí)間。為了有效應(yīng)對(duì)現(xiàn)代飛機(jī)由于測(cè)試參數(shù)不斷增加，進(jìn)而要求試飛時(shí)長不斷加大和隨著市場競爭日趨激烈進(jìn)而要求試飛周期盡量縮短的矛盾，各民機(jī)制造商紛紛采用并行工程組織試飛項(xiàng)目。

試飛項(xiàng)目采用并行試飛的前提是有統(tǒng)一的飛行計(jì)劃、試飛大綱以及演化而來的試飛任務(wù)單、測(cè)試手段和數(shù)據(jù)處理技術(shù)。將每架飛機(jī)和每一個(gè)試飛任務(wù)單都盡可能納入各專業(yè)的試飛需求，對(duì)試飛任務(wù)單進(jìn)行優(yōu)化，將試飛約束條件相同或相近的試飛項(xiàng)目統(tǒng)編到一個(gè)任務(wù)單內(nèi)，使得每次飛行任務(wù)飽滿，測(cè)試參數(shù)足夠多，盡可能覆蓋各專業(yè)試飛的需要。

波音飛機(jī)制造商在其最新機(jī)型787夢(mèng)想飛機(jī)采用并行工程的方式組織試飛，在取證試飛期間，采用6架原型機(jī)和試飛人員輪番上陣，幾乎實(shí)現(xiàn)了每周7天，每天24小時(shí)的無節(jié)假日連續(xù)作業(yè)，有效加快了試飛進(jìn)度。與波音777飛機(jī)相比，雖然技術(shù)更為復(fù)雜，涉及的試飛科目更加廣泛，但是試飛取證的時(shí)間反而壓縮了20%。

3 新技術(shù)在民機(jī)試飛中的應(yīng)用

3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的迅猛發(fā)展，近年來虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)正在由原來一般應(yīng)用發(fā)展到逐步形成一個(gè)獨(dú)立行業(yè)，并逐漸開始在民機(jī)試飛領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

在試飛實(shí)時(shí)監(jiān)控中，虛擬技術(shù)可以提供了三個(gè)層次的應(yīng)用：第一個(gè)層次是利用試飛實(shí)時(shí)傳輸參數(shù)，地面再現(xiàn)飛機(jī)及環(huán)境三維視景，形成“三維視景監(jiān)控畫面”；第二個(gè)層次是利用試飛實(shí)時(shí)傳遞參數(shù)，地面再現(xiàn)與試飛員視場一致的座艙儀表顯示和外部視景，甚至飛機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，形成“虛擬座艙”，用于飛行指揮和飛行員培訓(xùn)；第三個(gè)層次是在試飛時(shí)實(shí)時(shí)利用真實(shí)飛機(jī)飛行數(shù)據(jù)與該飛機(jī)模擬器數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)對(duì)比監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)“影子飛行”，保障試飛安全。

3.2 綜合仿真技術(shù)

隨著試飛經(jīng)驗(yàn)的積累，對(duì)影響飛行的各類自然現(xiàn)象產(chǎn)生機(jī)理理解的不斷深入，以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，使用綜合仿真技術(shù)模擬一些自然場景用于飛行驗(yàn)證過程，既可以減少試飛等待的時(shí)間，同時(shí)還有利于編制彈性測(cè)試計(jì)劃，有利于試飛的安全。如波音787飛機(jī)在結(jié)冰試飛的科目中采用了人工模擬結(jié)冰氣象的試飛方法取代了耗時(shí)的自然結(jié)冰試飛，提高試飛質(zhì)量的同時(shí)免去了等待結(jié)冰天氣的時(shí)間。

4 結(jié)論

大型民機(jī)的研制既是一個(gè)國家航空工業(yè)實(shí)力的標(biāo)志，也是一個(gè)國家綜合國力的體現(xiàn)。作為民機(jī)研制中最重要環(huán)節(jié)之一，我國面臨著民機(jī)試飛項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)少，技術(shù)落后等問題。該文在總結(jié)民機(jī)試飛的內(nèi)容和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)民機(jī)試飛項(xiàng)目管理進(jìn)行了簡要的分析，并介紹了新技術(shù)對(duì)試飛項(xiàng)目的影響，以期為我國民機(jī)試飛事業(yè)提供一些有益的發(fā)展思路。

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