大飛機科普（一）——明白客機的製造流程

作者：leeone　　作為開篇，我想先講述一款機型是如何製造出來了，為什麼要這樣造，要經歷哪些階段。所以第一篇就是 《明白客機的製造流程》。　　概念性設計　　飛機的概念性設計其實就是調研，當飛機製造公司有想法製造一款新客機時，都會先進行這一步。問問航空公司的需求，問問供應商的技術能否支持，同時也會將自己的一些構想推銷給航空公司，看看大家的反映。這個階段大家都可以天馬行空，也可以自以為是。但是隨著項目深入，大家會很仔細地研究未來需求，然後分析可行性，把飛機的大概輪廓確定下來，比如說是一架多少座級的飛機，要飛多遠，用多少個引擎等。這個階段的費用都由飛機製造商自己承擔，和昂貴的開發費用比起來這個階段的費用是九牛一毛。　　但是調研階段卻非常考眼光，選錯了市場，這個飛機日後的日子就不好過了。就如空客當時想著超大型飛機市場至少有500架，但是顯然除了中東油霸，能支撐A380的航線太少了。調研時間可以持續幾年時間，畢竟這個是為未來準備的。　　當然飛機製造商那些自以為是的方案都不少，以為航空公司會喜歡結果被批得掉渣，波音就有兩個現成的。　　在空客開發了A340系列後，麥道又搞MD11，波音本想搞767X，也就是日後的777項目，但是大家是否想過最早的777就是一款3發加長版767?航空公司肯定不買帳。

　　三發版777模型　　波音又覺得航空公司肯定喜歡飛得快的飛機，於是又推銷音速巡航者，但是航空公司關心的是省油而不是快那麼1、2小時到達目的地。這個項目當然也沒有立項，不過一些成果對日後的787還是有幫助的。

　　音速巡航者模型，該機被設想能以0.98馬赫的速度巡航　　每次看到航空迷說以後應該有多快的客機出來，應該可以實現。是的，也許以後技術不存在問題，但是市場不會接受，協和、2707、音速巡航者已經很好反映這個事實。畢竟主流出行人群還是在意價格的。　　A380原來也有2個A340機身拼在一起的構型，發起人正是A340的總師。但是這個方案缺陷多多，當然不可能被通過。這個階段就是要多想各種機身截面設想，考慮各種情況。事實上軍機也是如此，有些ATF方案不是也有鴨翼嗎?

　　A380的各種機身截面設想，最後還是選擇了傳統的圓形截面

　　A380在概念階段的設計構想，這時的構型可能多達數十種　　所以商飛說調研C929，這個離立項還遠，做做調研不是壞事，反正也花不了幾個錢，國家更不可能在調研階段就給錢，大家不要看到一個調研新聞就把C929等同於立項了。

　　C929想像圖　　項目啟動 JDP階段　　當和航空公司聊完，知道他們的需求，並且判斷這個機型有市場前景，那麼就會開始立項，對外宣傳項目開始，並且公布該機型的定義。例如這是架300座，雙引擎客機，油耗可以達到多少等最基本的數據。而且會公布有哪些啟動用戶。　　通常這個階段都會有啟動用戶，這就是為什麼要調研的原因。如747，泛美說你能做出來我就要，波音說你敢要我就敢做，這樣泛美就是747的啟動用戶。啟動用戶(嚴格來說應該是第一批下訂單的航空公司)有什麼好處，當然有。搶個頭彩，可以宣傳自己領先業界，並且可以用低於正常的價格買到飛機。當然也存在風險的，萬一這飛機沒有宣傳的好或者延期，那麼航空公司就要承擔損失。當然可以叫飛機製造商去賠，如國航買了15架77W(777-300ER)，因為787延期，波音多賠了4架77W。商業世界是很現實的～　　立項時能對外公布的參數都是很初步的，只有大體的輪廓。因為這時飛機製造商還需要和供應商甚至航空公司一起完成好初步設計/聯合定義階段(JDP)。　　JDP是一項非常重要的工作，將細化飛機的性能和要求，比如說引擎要達到多少推力，機身寬度需要設置一排9座還是一排10座，甚至對滑行道寬度、飛機轉彎半徑等都會進行設計定義。把這個工作明確了，各系統零件供應商就能知道要提供什麼樣的產品來滿足這架飛機，是現有的還是需要額外開發(通常引擎都需要新開發)。　　JDP通常需要半年到一年時間來完成，在完成這個階段後，飛機製造公司就會公布一些信息，提供飛機一些比較詳細的數據，如是否採用複合材料機身、機身具體長度寬度、航程載荷等。並且會公布時間表，什麼時候首飛什麼時候交付。因為在JDP階段，這些都是進行過評估的，當然也只是評估，會存在變數。有心人可以列一下1950年後哪些客機延遲了，看看有沒有超過半數。　　這時飛機的具體設計要素會被凍結，不會發生根本性變化。

　　到了JDP階段完成後，主設計就會凍結，只會進行一些細微的調整，這個就是A380研製時從Status 3調整到Status 10，才是我們現在看到的A380　　題外話1：ARJ21這個項目從JDP階段就陷入困境，內部鬥爭使得JDP階段用了近3年時間，都還沒確定到底用什麼布局，這個我將在大飛機科普2-ARJ項目15年裡面詳細分析。　　題外話2：很多人說商飛不爭氣，沒看到C919比ARJ21有什麼進步，這個是明顯錯誤的。當商飛成立，各自工作職責明確後，C919的JDP時間只用了一年就完成，和其他機型的時間相同。比起ARJ混亂的三年明顯走得順。　　工程發展　　接下來就進入另外一個階段——工程發展階段，也是將飛機從圖紙變成實物的重要階段。這個階段分三步走：　　1、詳細設計　　2、全面試製　　3、試飛取證　　詳細設計　　這個階段需要設計出飛機的所有部件，包括工藝生產流程都需要設計，各部門的分頭行事。但是這個階段最容易出問題，而且這個階段就已經可以估算出飛機是否超重，超重多少。如A350在這個階段就宣布超重了8噸，而且像空客這種跨國企業，因為法國和德國的設計軟體版本不同都造成了大麻煩，使得項目延遲。　　在這個階段，飛機製造商會時不時發布最新進展，好的壞的都需要發布，如調整項目計劃，甚至宣布推遲。這個不是事先打預防針，而是項目進入細緻階段，任何一個零件出問題都可能導致項目推遲，這個你無法預計。就像747無法預計引擎出問題，導致延期;787因為機翼和後機身出問題導致延遲;A380因為軟體系統不兼容導致延遲;連三菱的MRJ都因為設計問題導致延遲。尤其是當民航這種存在大量外包和跨國合作的項目，管理是非常重要的一環，但是信息一定是要對外界說明的，有兩個重要作用。　　1、 你需要告訴那些已經下訂單的客人，我的進度如何，能否按原來的要求走，也好讓客戶重新修正時間。　　2、 告訴那些對這飛機有興趣的潛在客戶項目情況，遇到哪些困難，同時強調這飛機有那些優勢是確保的，讓他們儘快下訂單。　　題外話3：明星靠緋聞增加曝光率，飛機製造商為了多賣飛機，任何的節點和進展都會對外公布，用於宣傳，787那800架訂單可是首飛前就有了。大家看習慣了軍用飛機「不吹牛」，但是你又不是軍機目標客戶，人家只會向軍方「吹牛」。看看全球大賣的F-35，洛馬還不是像賣客機一樣定時公布F-35的最新進度和細節，圖什麼?就是告訴小夥伴這飛機一切安好，快點按原計劃買。　　全面試製　　設計完成後的部件就開始製造，或者將設計圖交給供應商，由供應商來製造(如787的機翼)。這個階段也是容易出現拖延，任何一個供應商交付拖延都會導致整個項目拖延。如果JDP階段的工作沒做好，惡果就會在這個階段體現。單一部件的反覆修改，多系統的組合測試是這個階段最主要工作。波音空客經驗豐富，對於一些風險小的項目(比如747-8)，可以直接將製造好的零件組裝成原型機。但是對於一些高風險項目，還是需要造額外的測試段，用於驗證之前的設計是否符合要求。　　比如787這款塑料飛機，波音就造了機身測試段和機翼測試段，用於驗證生產工藝和強度測試，這是在之前777項目中沒有的步驟。

　　對787機身段進行破壞測試

　　在787首飛前，波音已經做了一次機翼的破壞性測試

　　在進行波音777項目時，因為777是波音首款使用電傳操作的客機，所以波音也必需進行鐵鳥測試，用於驗證布線　　強如波音，當進入新領域，都必需按部就班，沒有一步登天。該做的測試還是要做，該花的時間還是要花。為什麼頭一次做飛機的商飛這樣做時，卻引起這麼大的質疑說是推遲，浪費時間?　　題外話4：ARJ21沒有造測試段(可能因為本身就來自MD的設計，上飛組裝過)，後來首飛後才發現問題。C919為了則搞全機測試段，一個個大段進行測試，終於發現複合材料機翼盒不過關，被迫更改設計用鋁合金。一個是試飛後發現問題，一個是試飛前發現問題，大家覺得C919額外浪費測試段時間是否值自己判斷了。　　在這階段，試飛的原型機就會出來。這架飛機是否超重或者延期很看飛機製造商的管理水平和設計能力,A380為了減重，連液壓油管直徑都重新設計，還取消了外側引擎的反推。這個階段需要儘可能減重讓飛機符合原定性能目標，但近年的飛機往往都是超重+延期，在這個階段比較難達到原定要求。　　題外話5：787首批交付全日空的客機，超重9噸，這個是針對一架運營空重118噸的飛機而言，所以啟動用戶確實要承擔一定風險。現在批次的787依然超重4噸，但後續訂單依然保持重量增長。麥道最後一架客機MD11因超重導致達不到原計劃航程和油耗，新加坡航空直接取消了訂單，而達美則推翻整個機隊的規劃，重新去買777。雖然改進型MD11-ER已經達到之前預期，但是最終還是沒後續訂單，波音和麥道的命運差別真大。　　通常全機組裝後半年左右就會進行試飛。ARJ21整機組裝後用了1年才首飛，首飛後就進入取證階段。　　試飛取證　　如果是波音，首飛後就按照FAA的規定進入取證階段。一些新型的客機，如777和787，FAA沒有相關條款，波音和FAA會共同針對這些新機型定製條款。在這裡就需要說明一下為什麼一些國家的機型取證也很快，比如巴西工業或者加拿大龐巴迪，因為他們都和美國簽有雙邊協議，該協議中FAA承認該國的航空協議達到FAA的安全標準。那麼他們只需要獲得本國的安全認證，就可以自動獲得FAA認證。　　關於ARJ21和C919的認證，我不打算在這篇文章裡面說明。不過要獲得這個雙邊認證，並不只是考核商飛，還是對整個民航系統的考核，包括你的驗證方式是否符合要求，要做的並不只是實驗本身，而是要怎樣組織起來做這個實驗，並且確保是正確的方式。而且需要多次試驗驗證數據的準確，大家都上過中學，應該不難理解，中學物理第一個實驗課擺錘，都要求測試3次取平均值。所以當ARJ21在2010年、2011年、2013年都在做同一個結冰試驗，那麼你應該不難理解為什麼了。這個情況同樣在下一篇文章再講述。

　　不得不說美國就是牛，玩航空幾十年，很多驗證手段都很完善。ARJ21等自然結冰要看天。而在美國，人家有專用機庫，F-22、787都在裡面模擬自然結冰，外面是夏天，裡面依然可以是零下40度。數據隨時分析，不需要等返回基地再分析

　　787在這個機庫做自然結冰測試，不用等天，想做就做　　交付培訓　　很多人會以為，交付完製造商就完事，剩下就是做售後賣零件和維修。其實是錯的，在交付前，飛機製造商還有很多工作要做，要對飛機對機場的適應能力做出評估，給出機場這種飛機的運營指引，包括裝卸貨程序等。還有是要培訓航空公司，而且這個培訓可以說是終生的，當發現問題後，都需要額外增加相應的培訓。比如說正副駕駛所負責的管理範圍，這些都必需由飛機製造商給出明確的手冊並進行培訓。當然航空公司可能會根據自己的使用經驗重新整理出一套該機型的培訓程序。

　　空客A340-300的飛行手冊，對機場滑行道轉彎寬度都有明確要求，根據這個手冊，飛行員可以了解哪些滑行道不滿足轉彎要求　　所以商飛建立三個中心，其中售後中心就是針對這個培訓機制。確保航空公司都懂得正確使用飛機。　　題外話6：不要小看培訓。以前西飛和上飛之爭，上飛老說西飛不是按民航規則走，其中一條就是對配套這塊西飛不重視。比如說老運7-200在民航也有飛，但是對航空公司支持比較少，當時連快速檢查單都沒有，遇到故障飛行員只能靠經驗來判斷出什麼問題。所以當飛行員聽不懂起落架英語報警聲音時，你可以簡單認為飛行員素質低，但是往深層次想，確實和西飛在這方面缺乏培訓，缺乏和航空公司的互動有關。　　參考視頻，波音給出的737正副駕駛培訓教程，這個教程修改了以往機長負責區域過多，任務過重，有可能導致客艙人力資源不平衡造成事故的可能性。作為飛機製造商，根據經驗教訓定期更新最新的培訓方式，給予客戶支持是必需　　生產優化　　客機作為一個商業項目，管理和成本控制非常重要。在這階段，需要優化生產線，提升效率。這裡不得不說移動生產線，這個雖然不是波音提出，但是波音應用得最廣泛。以往生產飛機是完成一個工序才移動到下一個工位，當使用移動生產線後，讓每一個工位的時間變得固定(防止工人偷懶)，變相提高了生產效率，在耗費同樣的工資和能源下，提高了產量，從而降低了生產成本。像777這樣的客機，波音在2013年月產量8.3架。　　同時還需要進行設計優化，前期批次超重的問題，都需要在後續批次中解決。結構重量比較麻煩，但是可以通過更換材料或更改設計解決。比如波音777-200ER，通過將機身地板梁換成更輕的鋁鋰合金減重。到2005年後的777-200ER，機身地板梁就更換為複合材料。A380當時承諾是滿客飛行15000公里，但是早期最大起飛重量的為560噸，滿足不了這要求。直到交付4年後，將最大起飛重量提升到575噸才能實現，阿聯酋航空用這個版本的A380飛迪拜到洛杉磯的航班。　　當C919傳出超重信息，大家都以為天要塌下來，但是看看客觀發展，飛機的持續改進就是這樣。你的幾百架訂單，每個批次都在改進，往往後續批次才是最完美的。對軍用飛機，很多人都很理解，例如F-35前批次沒有達到的作戰能力，在後續批次達到;J20有A狀態，等WS15才是真正狀態。其實這個規律對民航客機也是適用的。　　後續改進　　大家會看到飛機有後續編號，比如說A330-300，A330-200，777-300，777-300ER，其實現在的飛機都會考慮形成一個系列去適應細分市場，區別往往是座位數量和航程，座位多點航程短點或者相反。有些是為了某些特殊要求而改裝，比如說777-200LR，就是針對超遠航程進行加裝油箱，並且強化機體。所以對於一款客機而言，最重要的是機身寬度和機翼選型，這兩個參數改動就基本是一款新飛機了。　　改進型等同於機體優化，因為一款機型生命周期可能達30年之久，期間通過不段改進來提高性能。比如說A330-200，一開始只有12500公里航程，但是為了搶一部分777-200ER的市場，2012年批次的A330-200增加了起飛重量，航程也相應提升到13300公里。再如777，一開始這是一款瞄準14000公里級別的遠程客機，但是在1995年投入使用時，引擎推力還達不到要求，所以波音一開始將基本型定位在9600公里的A市場，可以跨大西洋飛行(就是國航那10架老777)。等滿足推力的引擎出來，再推出200ER，這型就是原來指標中的777。波音取巧了，好處是可以按時交付。當然只能飛9600公里的777其實性能並不佔優，比A330-300成本高，所以只賣出了幾十架，大家還是需要正常版本的777-200ER。　　到了2005年有了GE90-115B這個神器，777的大改版777-200LR和777-300ER就出來了，可以說777-300ER是最完美的777，也是至今波音最賺錢的飛機。　　所以當一架飛機投入使用後，其改進型的快速跟進是必需的。相信C919出來後，C918、C920、C921都會快速成型，形成系列。

　　剛剛下線的C919客機　　至此，一架飛機從調研到生命周期的改進流程就清晰了。選對市場，謹慎的JDP工作，務實的工程階段，持續的後續改進和人員培訓，優化管理和成本控制，都是一架民航客機成功的關鍵。　　關於商飛的評價　　很多航空迷會說，我是幫商飛說話。其實寫這個系列文章目的是要讓大家更了解民航，了解其規則。在很多人看來，指責商飛都是停留在延期，超重，國產化率這些話題。而我要說明的事，這些方面商飛只是個跟隨者，而且這些做法是整個業界普遍存在情況，而不是商飛獨有。而商飛真正沒做好的那些，因為大家都不了解民航，所以反而沒人能指出商飛真正的問題所在。那麼我就來告訴大家，商飛哪些沒做好，哪些才是真正需要指責的。我可不是說商飛什麼都是對，什麼都無條件支持。　　國產率　　對商飛大家說就是造殼子，其他都是進口。民航客機為什麼要全球化，連波音都必須走這條路，因為可以降低成本，你什麼都自己做還是買貨架現貨來的快和省時間?這個不應該是商飛的錯。　　商飛真正做得不好的是和供應商的溝通。在全球採購的模式下，飛機製造商需要和零件供應商保持密切聯繫，任何的改動都需要互相通知。波音這個部門有4000人，各系統都有獨立團隊跟進。從之前資料看，2005年ARJ項目時，商飛這個部門人數不到50人，這樣勢必會影響供應商跟進，沒有足夠的人手和制定合理的機制，很容易就給供應商拖延。到現在不知道商飛這個部門發展情況如何，這個是商飛一個弱點。　　項目延遲　　對商飛的延遲，這個口水最多。但是這個也是最無益的，有人說這個是商飛吹牛皮，沒做好就公布時間，為什麼要定期公布時間，完成JDP必須公布時間，公布完後出現技術延遲就老實解決，而不是帶著問題去造假。這個不是商飛的錯。　　商飛真正做不好是混亂的項目管理。在ARJ21階段，本來是各有所有長的兩個單位通力合作就好。但是卻成為各有各意見，要不大家都管，要不大家都不管。就這樣的混亂，讓外國供應商都覺得這個項目已經不受中國重視。商飛成立後，明確了商飛和中航各院關係，所有C919在JDP階段走得順。　　超重　　很多人又把超重作為指責商飛的口水。上面說過民航客機後續批次可以把超重問題解決，而且目前的客機都是按照這個步驟做的，這個不應該是商飛的錯。　　商飛真正做的不好的是落後的工藝生產水平。上飛的底子大家知道，在做ARJ21時，還是抱著MD82的那套落後工藝在做機身，事實上西飛早已經有更先進的工藝。技術底子薄是商飛最致命傷，在ARJ項目個缺陷表露無遺，用這種方式生產飛機，超重和生產成本高，使得飛機成本攀升。很多人認為中國人工便宜，其實對客機生產而言，工時才是最直接的統計。舉個例子，天津的A320總裝線，剛運行時，因為對工藝不熟悉，某零件在德國生產需要3小時，在天津是30-50小時，直接導致這個零件成本攀升，最後直接從德國運過來更划算。商飛獨立後，如何提升自身的水平，這個是讓人擔心的。也是商飛弱點。　　生產管理及效率　　這個很多人沒提到，但是我要提出。項目管理能力是客機製造商軟實力體現，在這方面商飛路還很長。在生產效率方面，波音是做得很好的。說商飛官僚我信(波音官僚是在管理層不影響波音生產的效率)，但是我更擔心這個會影響到生產層面。如何合理優化生產線，單位時間內能生產更多的客機從而降低成本，國內的飛機製造商在產能方面都是比較弱，對應過百架有交付期限的訂單，產能上不去可能流失更多訂單，也讓後續改進型受阻，這個才是項目的大損失。商飛必須正視這個問題。
推薦閱讀：