大飞机的研制过程与大飞机产业的组成

(一)大飞机的研制过程

　　大型客机产品极其复杂,具有气动外形要求严格、设计更改频繁、产品构型众多、零件材料和形状各异、内部结构复杂、空间紧凑、各类系统布置密集以及零组件数量巨大等特点。美国的波音747 大型客机,每架零件数量多达600 万件,其中:连接件为300万个,风洞试验达15 000小时,电缆总长274千米。其研制阶段多、周期长。如空客A380 大型客机,从方案可行性到交付使用,正式进入航线,共用了19 年时间。大型客机的寿命长,如波音777的设计寿命40 年,以后还能继续服务20~30 年,总寿命可达70 年。波音737 和747 客机的服务年限都超过了40 年。一架大型飞机研制,需要全球协同,零部件供应商数千家,如A380 客机的供应商达1万多家,研制过程数据管理困难。更重要的是保证飞机安全飞行所需的各种设备,如通信、导航、显示和飞行控制等软硬件设备都需采用高新技术。目前还有严格的环境保护要求,如污染排放要少、噪音要低以及燃油利用率要高。所以,从飞机的整个研制过程来看,即从顾客提出对飞机的用户要求开始,直至飞机设计、制造、交付出厂以及投入航线后的服务工作,飞机的研制过程是一个庞大的系统工程¹⁶。

图4.1　大型民用飞机的研制阶段

(二)大飞机的结构与大飞机产业的组成

　　大飞机本身的技术结构决定着大飞机产业的技术构成。大飞机主要由机体结构、动力装置、系统设备、材料和标准件等构成,其中系统设备又包括航空电子系统、飞行控制系统、燃油和液压系统等等。机体结构是飞机的骨架,起着承载全机部件、承受重力与气动载荷的作用;机翼大梁和机身大梁是机体结构的主体,其承载能力和结构强度决定着飞机的大小和重量,可以说是大型飞机研制最主要的难点。

　　由于大飞机本身的复杂性,大飞机产业的构成也相当复杂,我们可以从不同的角度来考察大飞机产业的构成。

　　从飞机的内在结构来看,大型飞机产业链包括三大分支(胡晓峰,2007),即机体产品产业链、发动机产品产业链、机载设备产业链。

　　这三个分支又分别形成自己的上、中游产业链,其产业链的构成如下:

　　(1)上游产业主要有:大型压力加工机床产业、大型多自由度数控加工机床产业、大型高速计算机产业、电子元器件产业、高性能金属材料产业、高性能化工原料产业、高分子化学原料产业。

　　(2)中游产业主要有:常规金属材料半成品产业、先进复合材料产业、航空橡胶制品产业、飞机机载电子设备产业、航空电子仪表产业、微电子产业、飞机机械系统(燃油、液压、环控、救生)附件产业、航空电缆导线产业、航空照明产业、飞机装饰产业、航空涂料产业、大型结构装配自动化设备产业、大型焊接设备产业、航空燃料产业。

　　大型飞机产业链3个分支汇总形成飞机产业,产出达到用户使用要求的最终产品,这一产业链将涉及一个国家大部分工业行业。航空工业是多种基础工业高度综合而形成的高技术产业,因此素有“工业之花”的美誉。

　　从飞机的全寿命周期过程来看,飞机的整个寿命周期一般要经历这样几个阶段:研发、生产(零部件、整机)、适航认证、销售、售后服务等。其中的每个环节都会成为一个庞大的产业部门(参见图4.2)。

图4.2　航空产业主要构成

　　仅就后期维护而言,在整个飞机的全寿命周期中,采购成本只占其全寿命周期成本的1/3左右,随着飞机销售的完成,后续的飞机维护、维修业务仍然会给飞机制造公司带来丰厚的收入。

　　从大型商用飞机生产组织体系来看,大飞机产业又可以分为三个层级:

　　第一层级:主要是指飞机制造商,通常从事飞机的设计、总装、试验和部分机体制造业务,并且是型号合格证(TC)、生产许可证(PC)和适航证(AC)的持有者。目前位于第一层级的主要是波音公司和空中客车公司。飞机制造商作为系统集成商,它必须具备解决研发生产过程中不可预见的技术问题的能力,能够根据客户的特殊要求修改或重新设计产品的能力。为此它必须具备多样化的技术能力以及组织和协调整个供应链的能力。

　　第二层级:它包括机身结构和主要系统制造商。其中包括发动机制造商、环境控制系统、液压系统、电子导航系统、航空设备制造商和系统/主要部件供应商,它们通常直接为飞机制造商提供各种机载设备、系统件和部分主要部件,以及相关的服务。目前全球第二层级供应商主要有20 余家大型企业或集团。从大型商用飞机制造商的角度来说,直接安装在飞机上的主要部件和设备在习惯上又被称为子系统,因而位于第二层级的供应商也常常被称为子系统供应商。例如空客A380 飞机就拥有39 个子系统供应商,负责生产和交付59 个子系统。

　　第三层级:为其他零部件供应商,它们主要为第二层级的厂商提供零部件、设备、材料和服务。据美国商务部估计,2005 年仅美国就有超过10 000家本层次的供应商(如图4.3所示)。

图4.3　航空工业的生产组织体系

　　这一行业是一个典型的分层结构。处在最顶层的是总成商,也称主承包商,目前主要有波音、空客、贝尔直升机德事隆公司(Bell Helicopter Textron)、庞巴迪、巴西航空工业公司(Embraer)、欧洲直升机公司(Eurocopter )等,这些公司设计飞机和直升机,预测市场,并从第二层级的公司订购分系统;在第二层级,主要包括推进系统制造商,如通用电气、普拉特·惠特尼(Pratt & Whitney)、罗尔斯—罗伊斯公司,还包括机载航电系统,如美国的霍尼韦尔、法国的塞克斯坦航空电子公司(Sextant Avionique),这一层级还包括一些机体结构的制造,如起落架、引擎与液压系统,这方面的公司包括法国梅西埃—道蒂(Messier Dowty)公司、加拿大的Heroux Devtek公司;在第三层级包括电子分系统、液压分系统、技术部分的一部分具有主导地位的公司,在它们的周围也聚集了众多的小企业。在各个层级之间,会伴随资金、技术、知识等的流动,一般说来,资金、技术、知识往往从上级向下级流动,而信息往往会由下而上转移,特别是从第二级向第一级转移。

　　在上面的金字塔中通常还应包括成千上万的中小型制造企业,这些企业为上面的二、三两级企业提供零部件,有时也为第一层级的企业直接提供零部件。尽管这些中小企业的主要收入来自于航空产业,但是,它们也会为其他产业提供产品和服务。这是航空工业的技术扩散到其他领域的一条重要途径。

　　这种专业化分工体系自20 世纪50 年代波音707交付开始一直延续至今,其主要特征有:第一,尽管发动机、机载设备等对于任何型号的大型商用飞机的性能和质量都有着不可替代的关键性影响,但是大型飞机制造商一般只从事飞机总装和部分机体的制造,而把一些关键设备的研制外包给专业的供应商。第二,按照飞机总的制造成本计算,大型商用飞机制造商承担的工作量往往不超过50%,而总装工作量仅占6%左右(如空客320)。第三,由于政府对飞机零部件的适航性规制,大型商用飞机制造商往往要求所有供应厂商都能通过适航认证。

　　根据航空产业链各个环节上的附加值高低,上海最应该掌控的环节包括设计、组装、发动机、航电、营销与服务等产业领域和环节。而把一般的加工制造环节(或部分)外包给其他地区。根据上海“十二五”产业发展规划,上海将重点发展的民用航空工业包括发展干线、支线客机整机设计集成、航空发动机设计集成和装配、综合航电系统设计集成,以及飞机大部件和零部件、航空发动机零部件、航空标准件的研发和制造。