■ 曾濤 / 中國(guó)航發(fā)商發(fā) 李婧 / 中國(guó)商飛上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院

為了進(jìn)一步提高性能、降低風(fēng)險(xiǎn)，通過飛發(fā)一體化的工作模式開展飛發(fā)聯(lián)合設(shè)計(jì)工作已經(jīng)成為必然的趨勢(shì)。基于飛發(fā)一體化工作的特點(diǎn)，由飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)雙方研發(fā)人員共同組成的跨組織集成項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)（IPT）工作模式是保障飛發(fā)一體化工作順利開展的有效手段。

飛機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的集成，并非簡(jiǎn)單的安裝關(guān)系，而是需要充分考慮飛發(fā)氣動(dòng)匹配、機(jī)械安裝、功能定義、系統(tǒng)接口等因素的強(qiáng)耦合關(guān)系。但飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)又是兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的復(fù)雜系統(tǒng)，因此必須通過大量的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證工作才能實(shí)現(xiàn)飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的良好集成匹配。飛發(fā)集成方案對(duì)飛機(jī)的安全性和經(jīng)濟(jì)性有著決定性的影響，如何實(shí)現(xiàn)飛機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的最優(yōu)化匹配，是飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)工程師需共同解決的問題。

民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制一般過程

飛發(fā)一體化

飛發(fā)之間的集成設(shè)計(jì)是飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的天然組成部分。飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)分別作為獨(dú)立的復(fù)雜系統(tǒng)，同時(shí)又存在強(qiáng)耦合關(guān)系。在早期的設(shè)計(jì)中，飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的研制相對(duì)獨(dú)立，由此也衍生出兩種典型的工作模式，即為飛機(jī)設(shè)計(jì)合適的發(fā)動(dòng)機(jī)和圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)合適的飛機(jī)。

為了實(shí)現(xiàn)飛發(fā)匹配，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中一般是將飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)解耦，飛發(fā)需求通過指標(biāo)分解至發(fā)動(dòng)機(jī)制造商。發(fā)動(dòng)機(jī)制造商根據(jù)飛機(jī)需求獨(dú)立完成發(fā)動(dòng)機(jī)的研制，而后將發(fā)動(dòng)機(jī)交付給飛機(jī)制造商進(jìn)行飛發(fā)集成。這種設(shè)計(jì)方法使得飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)制造商可以分別專注于自己的領(lǐng)域，但也使得設(shè)計(jì)匹配無法進(jìn)行充分迭代和溝通，導(dǎo)致飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)集成后不能充分挖掘飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的潛力，在一定程度上削弱了整個(gè)飛機(jī)系統(tǒng)的性能甚至是安全性。

隨著航空產(chǎn)品的發(fā)展，飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)之間的互相影響和融合進(jìn)一步加深。飛發(fā)聯(lián)合設(shè)計(jì)將對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸、質(zhì)量、性能、接口等產(chǎn)生直接影響，發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)型在和飛機(jī)制造商完成聯(lián)合定義之后才能最終確定。而只有當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)構(gòu)型確定后，才能完成發(fā)動(dòng)機(jī)的CCAR-33部取證。換言之，飛發(fā)聯(lián)合定義工作不僅僅是為了實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)到飛機(jī)的安裝，同時(shí)也是發(fā)動(dòng)機(jī)確定最終構(gòu)型開展CCAR-33部適航取證的前置條件之一。

飛行試驗(yàn)臺(tái)上的LEAP-1C推進(jìn)系統(tǒng)

由于飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)之間集成度的不斷提高，為了進(jìn)一步提高性能、降低風(fēng)險(xiǎn)，采用飛發(fā)一體化的工作模式開展飛發(fā)聯(lián)合設(shè)計(jì)工作已經(jīng)成為必然的趨勢(shì)。與傳統(tǒng)方法相比，飛發(fā)一體化是通過系統(tǒng)論的方法和全局的視野來將飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的研制、使用過程視為一個(gè)整體，尋求飛發(fā)組合的全局最優(yōu)化。在C919項(xiàng)目中，CFM國(guó)際公司即提出了一體化推進(jìn)系統(tǒng)的概念，希望將發(fā)動(dòng)機(jī)、短艙和吊掛集成為一個(gè)大工作包與飛機(jī)開展聯(lián)合定義。

綜合以上過程，可將飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)之間的聯(lián)合研制工作劃分為3個(gè)逐步深化的層次。

第一層是飛發(fā)協(xié)調(diào)。飛發(fā)協(xié)調(diào)是指通過飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)間數(shù)據(jù)、方案、安裝、驗(yàn)證需求等的充分溝通，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中對(duì)于另一方的充分考慮，飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)有著清晰的工作界面，各自的主要工作均在自己的工作域內(nèi)完成，飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)間的集成更多地體現(xiàn)在指標(biāo)、接口的匹配上。

第二層是飛發(fā)集成。飛發(fā)集成是指在綜合方案定義、系統(tǒng)構(gòu)架、功能構(gòu)架、項(xiàng)目進(jìn)展等因素的前提下，以發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)共同的新產(chǎn)品引入過程為工作域，在設(shè)計(jì)方案、項(xiàng)目安排等方面進(jìn)行充分迭代，發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)各自的主要工作仍是在自己工作域內(nèi)完成，但各自的方案和項(xiàng)目計(jì)劃均是迭代后的結(jié)果，發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)之間的集成體現(xiàn)在系統(tǒng)方案、系統(tǒng)構(gòu)架、項(xiàng)目匹配等各個(gè)方面?，F(xiàn)有的民用航空飛機(jī)研制，一般遵循此流程。

第三層是飛發(fā)一體化。在飛發(fā)集成的基礎(chǔ)上，業(yè)界進(jìn)一步提出并實(shí)施了飛發(fā)一體化的概念和工作模式。飛發(fā)一體化，是指采用系統(tǒng)論的方法和全局的視野來實(shí)現(xiàn)飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目的一體化融合設(shè)計(jì)的理念。飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)之間通過持續(xù)的一體化迭代融合過程實(shí)現(xiàn)優(yōu)化匹配，在技術(shù)、項(xiàng)目的多重維度下實(shí)現(xiàn)飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)化組合，以保證雙方的共贏。飛發(fā)一體化的工作域覆蓋飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)雙方從概念設(shè)計(jì)到客戶服務(wù)的全生命周期，目標(biāo)是充分挖掘飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)各自潛力，實(shí)現(xiàn)飛發(fā)間的全局化最優(yōu)解。對(duì)比傳統(tǒng)的飛發(fā)協(xié)調(diào)和飛發(fā)集成工作，飛發(fā)一體化具備的特點(diǎn)包括設(shè)計(jì)邊界的雙向延伸，設(shè)計(jì)定義和迭代的提前開展以及項(xiàng)目管理上的強(qiáng)融合。

IPT工作模式

飛發(fā)一體化意味著飛機(jī)制造商和發(fā)動(dòng)機(jī)制造商要更緊密地聯(lián)合在一起開展研制工作，因此有必要引入新的工作模式以支持一體化工作的開展。目前，航空業(yè)廣泛采用了集成項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)（IPT）工作模式。波音公司在開發(fā)777時(shí)成立了238個(gè)IPT以完成整個(gè)飛機(jī)的開發(fā)任務(wù)。中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司（中國(guó)商飛）在C919項(xiàng)目的研制中也采用了IPT團(tuán)隊(duì)的工作模式。

IPT是一個(gè)由少量的能力互補(bǔ)的人員組成的小組，所有成員被委托以共同的目的、行為目標(biāo)和工作方法，并相互負(fù)責(zé)。由于產(chǎn)品開發(fā)的復(fù)雜性和多樣性，不同的開發(fā)團(tuán)隊(duì)有不同的組織模式，一般而言，IPT自身的組織結(jié)構(gòu)包括分形組織結(jié)構(gòu)和扁平網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)兩種典型形式。

分形組織結(jié)構(gòu)

IPT 組織的最直觀結(jié)構(gòu)是根據(jù)產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)（PBS）進(jìn)行團(tuán)隊(duì)的組建與分解，將多個(gè)IPT 組成一個(gè)多層次的階梯型組織結(jié)構(gòu)。在團(tuán)隊(duì)內(nèi)部組織上，該框架是一個(gè)分形組織結(jié)構(gòu)。一層的團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)是上一層的團(tuán)員。底層IPT 由相關(guān)各個(gè)專業(yè)的人員組成，上層IPT 的成員包括來自所對(duì)應(yīng)下層IPT 的領(lǐng)導(dǎo)和相應(yīng)的其他人員。在這種體系結(jié)構(gòu)中，上層IPT 具有領(lǐng)導(dǎo)和協(xié)調(diào)的作用，對(duì)底層進(jìn)行初步設(shè)計(jì)和總體設(shè)計(jì)，定義底層IPT 涉及的零部件之間的接口關(guān)系。

飛機(jī)研發(fā)分形組織結(jié)構(gòu)示例

扁平網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

扁平網(wǎng)絡(luò)模式將產(chǎn)品開發(fā)沿全生命周期和工作分解結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底的分解，形成一個(gè)扁平網(wǎng)狀的IPT小組群。它的優(yōu)點(diǎn)是可以將IPT 團(tuán)隊(duì)嵌入已有的組織框架結(jié)構(gòu)中，對(duì)企業(yè)的沖擊比較小，但由于IPT 之間沒有固定的關(guān)系，其協(xié)作效率將受到一定的影響。

以上兩種結(jié)構(gòu)模式各有優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于新產(chǎn)品的開發(fā)和已成熟產(chǎn)品的改型，階梯形的分形組織結(jié)構(gòu)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)企業(yè)原有組織框架結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)固時(shí)，使用扁平化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能很快提高產(chǎn)品開發(fā)的效率，避免對(duì)原組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整所帶來的風(fēng)險(xiǎn)和阻礙。在實(shí)際操作中，這兩種結(jié)構(gòu)模式單獨(dú)使用，也可以混合使用。對(duì)于大型復(fù)雜項(xiàng)目，在大的組織層級(jí)可采用扁平結(jié)構(gòu)，向下分解采用分形結(jié)構(gòu)。

飛機(jī)研發(fā)扁平網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示例

飛發(fā)協(xié)同IPT組織構(gòu)架

飛發(fā)一體化的跨組織IPT應(yīng)用實(shí)踐

如前述，由于飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)各自在不同的工作域由不同的責(zé)任主體負(fù)責(zé)，原有的組織構(gòu)架已較難適應(yīng)飛發(fā)一體化工作的開展。為了開展國(guó)產(chǎn)動(dòng)力裝置與國(guó)產(chǎn)大型客機(jī)間的飛發(fā)一體化工作，中國(guó)航發(fā)商發(fā)與中國(guó)商飛共同成立了跨組織的飛發(fā)協(xié)同設(shè)計(jì)IPT。

飛發(fā)協(xié)同設(shè)計(jì)IPT構(gòu)架

為了減少對(duì)雙方原有單位組織的影響，保證一體化研發(fā)工作的開展，飛發(fā)協(xié)同設(shè)計(jì)IPT采用扁平網(wǎng)絡(luò)IPT組織結(jié)構(gòu)形式。

一級(jí)IPT由中國(guó)航發(fā)商發(fā)與中國(guó)商飛的技術(shù)及項(xiàng)目管理人員共同組成。二級(jí)IPT 4個(gè)，分別為總體集成IPT、吊掛設(shè)計(jì)IPT、短艙設(shè)計(jì)IPT和控制集成及驗(yàn)證IPT，每個(gè)二級(jí)IPT均由兩個(gè)單位的設(shè)計(jì)人員共同組成。

基于現(xiàn)階段飛發(fā)一體化設(shè)計(jì)需求，飛發(fā)協(xié)同IPT對(duì)工作進(jìn)行了歸并和分配，二級(jí)IPT的技術(shù)責(zé)任設(shè)置如下：總體集成IPT負(fù)責(zé)飛發(fā)需求、性能、布局、四性、適航、噪聲和飛發(fā)接口設(shè)計(jì)定義；吊掛設(shè)計(jì)IPT負(fù)責(zé)吊掛結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)布置、靜強(qiáng)度、動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)定義；短艙設(shè)計(jì)IPT負(fù)責(zé)氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、載荷、系統(tǒng)（短艙防冰系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、滅火探測(cè)系統(tǒng)、反推作動(dòng)系統(tǒng)等）設(shè)計(jì)定義；控制集成及驗(yàn)證IPT負(fù)責(zé)發(fā)動(dòng)機(jī)控制集成、飛發(fā)電氣集成、航電半物理仿真臺(tái)（mini-rig）設(shè)計(jì)。

為了實(shí)現(xiàn)飛發(fā)協(xié)同IPT與飛發(fā)方各自原有設(shè)計(jì)組織的協(xié)調(diào)工作，保證一體化工作的開展，飛發(fā)協(xié)同IPT與飛發(fā)原有設(shè)計(jì)組織的分工是：飛發(fā)協(xié)同IPT負(fù)責(zé)集成方案、接口設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)迭代控制，飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)原有組織機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)具體方案的實(shí)現(xiàn)。

飛發(fā)協(xié)同IPT負(fù)責(zé)一體化方案的集成設(shè)計(jì)和迭代，飛發(fā)協(xié)同IPT由飛發(fā)雙方的工程技術(shù)人員和項(xiàng)目管理人員參與，可以對(duì)飛發(fā)各自的需求和初始方案進(jìn)行直接對(duì)接和快速迭代，挖掘飛發(fā)各自的潛力。一體化方案形成后，分發(fā)至飛機(jī)方和發(fā)動(dòng)機(jī)方原有設(shè)計(jì)組織進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)過程中的問題和迭代實(shí)時(shí)反饋至協(xié)同IPT進(jìn)行處理。換言之，飛發(fā)協(xié)同IPT并非取代原有的設(shè)計(jì)組織，而是通過對(duì)一體化方案及過程的控制實(shí)現(xiàn)飛發(fā)兩個(gè)不同設(shè)計(jì)組織間的有效融合。

飛發(fā)一體化實(shí)施情況

自2019年成立以來，依托國(guó)產(chǎn)民用噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和國(guó)產(chǎn)民用飛機(jī)的聯(lián)合定義工作，飛發(fā)協(xié)同IPT開展了一體化計(jì)劃管控、一體化方案設(shè)計(jì)、飛發(fā)接口設(shè)計(jì)等工作，實(shí)現(xiàn)了飛發(fā)間的直接快速對(duì)接，有效地提高了飛發(fā)一體化設(shè)計(jì)效率。

一體化計(jì)劃由飛發(fā)IPT制訂覆蓋雙方的一體化集成計(jì)劃，而后將相關(guān)計(jì)劃拆分為兩份實(shí)施計(jì)劃，計(jì)劃的實(shí)施由飛發(fā)雙方各自完成，實(shí)施結(jié)果和調(diào)整需求反饋至飛發(fā)IPT進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配和控制。

一體化方案設(shè)計(jì)以二級(jí)IPT為核心，依托飛發(fā)各自技術(shù)組織，開展了初步的飛發(fā)一體化氣動(dòng)方案設(shè)計(jì)、飛發(fā)一體化安裝方案設(shè)計(jì)權(quán)衡、飛發(fā)一體化性能評(píng)估、飛發(fā)噪聲集成評(píng)估等一體化設(shè)計(jì)和評(píng)估工作，形成了初步的集成方案。

飛發(fā)之間的接口包括功能接口、機(jī)械接口和電氣接口3個(gè)主要類型。由飛發(fā)協(xié)同IPT負(fù)責(zé)飛發(fā)接口設(shè)計(jì)，對(duì)以上3種接口進(jìn)行管控。其中，功能接口是對(duì)系統(tǒng)功能構(gòu)架、硬件分工、接口需求、接口參數(shù)、設(shè)計(jì)方案進(jìn)行定義；機(jī)械接口是對(duì)系統(tǒng)間的機(jī)械安裝、尺寸特征進(jìn)行定義；電氣接口是對(duì)系統(tǒng)間的電氣針腳、供電方案進(jìn)行定義。通過飛發(fā)協(xié)同IPT，飛發(fā)間形成了一系列功能接口文件的初稿，并清理出了飛發(fā)接口的重大偏離項(xiàng)，為飛機(jī)方的相關(guān)方案更改評(píng)估和發(fā)動(dòng)機(jī)方的相關(guān)方案設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。

通過飛發(fā)一體化IPT的運(yùn)行有效提高了組織間的集成水平，項(xiàng)目研制獲得了如下收益：飛機(jī)需求的及時(shí)澄清和更新；飛機(jī)方設(shè)計(jì)和試驗(yàn)試飛經(jīng)驗(yàn)的實(shí)時(shí)共享和導(dǎo)入；飛發(fā)一體化方案的快速迭代；飛發(fā)接口偏離項(xiàng)的早期識(shí)別和評(píng)估。

跨組織飛發(fā)一體化IPT運(yùn)行注意事項(xiàng)

飛發(fā)一體化IPT加快了飛發(fā)聯(lián)合定義的設(shè)計(jì)迭代過程，但由于是不同組織在不同設(shè)計(jì)領(lǐng)域聯(lián)合開展工作，須注意相關(guān)事項(xiàng)以保證工作的順利開展。結(jié)合飛發(fā)協(xié)同IPT的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)相關(guān)注意事項(xiàng)如下。

一是設(shè)計(jì)語言的統(tǒng)一。不同設(shè)計(jì)組織在文件體系、設(shè)計(jì)流程、文件控制、術(shù)語、階段門設(shè)置等方面存在不同，容易導(dǎo)致設(shè)計(jì)和管理上的誤解，跨組織IPT應(yīng)注意通過設(shè)計(jì)接口和文件傳遞實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)流程的融合，通過術(shù)語對(duì)照表等減少溝通上的誤解。

二是計(jì)劃管理。飛發(fā)間存在大量的設(shè)計(jì)迭代和數(shù)據(jù)交互工作，飛發(fā)一體化的工作必須基于合理的計(jì)劃開展。同時(shí)，由于大量具體設(shè)計(jì)和評(píng)估工作分別在飛發(fā)兩個(gè)組織內(nèi)開展，如何保證計(jì)劃如期開展，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)劃進(jìn)展的控制，是飛發(fā)一體化IPT必須注意的問題。飛發(fā)一體化IPT應(yīng)實(shí)現(xiàn)計(jì)劃的統(tǒng)一管理以保證一體化工作的正常開展。

三是設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)控制。飛發(fā)之間的設(shè)計(jì)迭代和數(shù)據(jù)交互將產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)又包括了多種類型，如協(xié)調(diào)數(shù)模、氣動(dòng)數(shù)模、有限元模型、性能數(shù)據(jù)等。如何對(duì)數(shù)據(jù)的有效性和狀態(tài)變更進(jìn)行控制，如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳遞和存儲(chǔ)是飛發(fā)一體化工作必須注意的問題。

四是組織構(gòu)架的動(dòng)態(tài)管理。隨著飛發(fā)聯(lián)合定義項(xiàng)目的進(jìn)展，飛發(fā)一體化的工作內(nèi)容和參與人員出現(xiàn)變化。例如，概念設(shè)計(jì)階段以設(shè)計(jì)人員為主，試飛驗(yàn)證階段則需要有設(shè)計(jì)人員、試驗(yàn)試飛人員、制造人員等的共同參與。飛發(fā)一體化的組織也應(yīng)實(shí)現(xiàn)隨工作內(nèi)容和項(xiàng)目階段的動(dòng)態(tài)化管理。

結(jié)束語

采用跨組織的IPT工作模式是保障飛發(fā)一體化工作有效開展的重要手段。跨組織IPT應(yīng)由飛發(fā)雙方共同組建，開展統(tǒng)一的技術(shù)和項(xiàng)目協(xié)同工作。初步實(shí)踐表明，通過飛發(fā)協(xié)同IPT可以實(shí)現(xiàn)飛發(fā)間的直接快速對(duì)接，有效提高設(shè)計(jì)效率。同時(shí)，跨組織的飛發(fā)一體化IPT也應(yīng)注意設(shè)計(jì)語言、計(jì)劃管理、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和組織動(dòng)態(tài)管理等問題，以保證飛發(fā)一體化工作的良好開展。