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提升系统工程能力,实现民航强国之梦 精选

已有 10328 次阅读 2012-9-24 11:10 |个人分类:系统工程|系统分类:论文交流| 系统工程, 民用航空, 民航强国

提升系统工程能力,实现民航强国之梦

朱亮

中国民用航空上海航空器适航审定中心,200335
 

所谓民航强国是指民航业综合实力位居世界前列的国家,表现为民航业在国家经济社会发展中发挥战略作用,具有很强的国际竞争力、影响力和创新能力。民航强国这一定义内涵丰富,不仅仅指量大,更重要的是质强。民航业不仅是催生相关领域科技创新的需求导向,更是国家航空产业化战略的积极参与者。民航业的进一步发展,将为相关领域的科技创新,特别是上游的航空制造业的发展和创新提供广阔空间。因此,当《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020)》将研制和发展大型飞机确定的重大科技专项,特别是民用大型飞机项目的立项,即是建设创新型国家,提高我国自主创新能力和增强国家核心竞争力的重大战略举措,也为建设民航强国,实现民航强国之梦提供了难得的历史机遇。

        世界民用航空产业的发展已经具有一百多年的历史,形成了完整的发展模式和完善的管理机制。中国要融入世界民用航空产业链,一方面要充分遵循世界民用航空发展的客观规律,吸收和借鉴国外发展民用航空产业的经验和教训,另一方面要努力突破民用航空产业先进国家建立的能力壁垒,在打破这些国家在民用航空产业方面技术能力优势的同时,建立和增强自身的核心能力。结合对于世界民用航空产业发展客观规律的认识、对于我国民用航空产业发展以往经验的总结、以及对于当前我国民用航空产业发展面临挑战的分析,本文认为建立和发展我国民用航空产业的核心能力应以大力发展和迅速提升系统工程能力为基础,原因如下:

(1)   发展和提升系统工程能力,是保障型号成功、实现产业成功的内在要求

系统工程的起源没有特定的日期,系统工程的原理在某种程度上很早就已付诸实践,但是系统工程的定义至今也没有得到统一。在此,仅借用中国航空航天事业奠基人、两弹一星元勋、著名科学家钱学森先生的一句总结,即如果把极其复杂的研制对象称为系统,系统工程则是组织管理这种系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法,是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法。

系统工程作为一门学科,有别于气动、结构、机械、电子等工程学科的地方在于:a. 系统工程特别注重解决系统的整体问题。即不仅关注系统本身,也关注系统与其它系统和环境的相互作用;不仅关注系统本身的工程设计和实现,也关注那些制约设计和实现的外部因素;b.系统工程是沟通各工程学科的桥梁。即在设计和实现复杂系统时,不仅优化各专业工程专家提供的系统各特定特性部件,更要获得最好的系统行为能力;c.系统工程与项目管理紧密联系,是项目管理的固有部分。即在寻求系统解决方案的同时,必须充分考虑时间、成本和进度,在实现与资源之间寻求正确或适当的平衡。

民用航空产品研发活动中的一些特点,如:复杂的产品特性、主制造商-供应商项目管理模式、多变的客户需求、充分的市场竞争等,使得民用航空产品制造企业自觉的将系统工程能力作为一项核心能力,不断加以提升和完善。实践证明,无论民用航空产品主制造商,如BOEINGAIRBUS,还是机载产品制造商,如HONEYWELLMOOG,都在引入系统工程原理和方法后,取得令人瞩目的成果,并获取了巨大的商业成功。

       因此,发展和提升系统工程能力,是保障型号成功、实现产业成功的内在要求。

 

(2)   发展和提升系统工程能力,是满足适航标准、确保适航取证的内在要求

适航指航空器能在预期的环境中安全飞行(包括起飞和着陆)的固有品质,这种品质可以通过合适的维修而持续保持。民用航空产业发展的百年之中,从保障公众安全和利益的角度出发,形成了完善的、强制执行的适航法规和技术要求,也形成了完善的适航管理模式和机制。仔细分析,民用航空适航管理覆盖民用航空产品设计、制造、维修和使用全过程,采用立法定标、颁发证件和监督检查的手段对涉及航空安全的所有方面,进行能力和资格的规范、认定和持续监控。其中,针对民用航空产品设计和制造,从最初不管,发展到对个人能力和资格的管理(如DERDMIR),再到现如今对个人与组织能力和资格的管理并存的局面。

 在组织的能力和资格管理方面,欧洲走在了世界的前列。以2003年欧盟议会颁发第1702/2003号欧盟议会规章《航空器及其产品、零部件和机载设备的审定以及设计、生产组织合格审定(CS-21)》为标志,欧洲航空安全局(EASA)开始对民用航空企业的设计能力、生产能力提出要求,即要求航空制造企业通过获得设计组织批准书(DOA)和生产组织批准(POA)的方式来证明其设计与生产能力。以DOA为例,为落实表明符合适航性要求和环境保护要求开展的各种活动,则需建立一个有资质的相关组织机构。这里有资质的组织结构,其含义是指:(1) 具备确保组织发挥适当功能所需的必备条件,包括:必要的管理;职责的分配;执行的程序;所需的资源; (2)存在一个审核系统能够:监视组织的运行性能;确保正确的定义和执行必要的整改措施。这种管理模式的结果是:在欧洲,EASA对民用航空产品设计的审定变成设计组织审定+型号产品审定两部分。欧洲的这种管理模式,在规范了民用航空企业能力和资质的同时,极大的提高了这些企业的核心竞争力,促进了欧洲民用航空产业的快速发展。美国、加拿大等国在借鉴欧洲做法的基础上,结合本国的实际情况,分别制定或修改了相应的适航法规,对本国民用航空企业的能力进行规范。 我国对民用航空企业的能力和资格也有相应规定。例如,民用航空规章《民用航空产品和零部件合格审定的规定(CCAR-21)第21.13 型号合格证和型号设计批准书申请人的资格中规定:具有民用航空产品设计能力的人具备申请型号合格证或者型号设计批准书的资格。对于该能力的解释当前主要存在于《航空器型号合格审定程序》(编号:AP-21-AA-2011-03-R4),其内容与欧洲DOA的要求和解释材料基本一致。这意味着尽管我国当前没有法规明确民用航空企业必须取得资质证明,但在做法上,我国同欧洲一样,关于民用航空企业设计能力的审查情况及结论成为颁发型号合格证或型号设计批准书的必要前提。

    需要特别指出的是,适航管理当局对于民用航空企业的能力要求,并不是游离于民用航空企业自身研发能力之外的一种额外要求,而是针对适航管理的特点和需求,在民用航空企业自身研发能力的基础上的一种延伸。这是因为:第一,民用航空产品的需求来源至少包括两大部分,即适航的强制性要求和客户的非强制性要求,这两者是密不可分的,不是独立存在的,同时,这些要求又都必须经过完整的系统工程过程加以实现。第二,适航管理当局在对民用航空企业能力认定目的还在于通过认定,使得到能力认定的企业可以获得更多的自主权和独立性,在仍能确保适航要求和责任得到充分落实的前提下,利用有限的适航管理资源获得最高的适航管理效率。

    综上所述,不难理解加强民用航空企业自身能力建设,发展和提升系统工程能力,是满足适航标准、确保适航取证的内在要求。

 

 (3)   发展和提升系统工程能力,是遵循产业规律、贯彻持续安全的内在要求

民用航空经过百年的发展和实践,形成了符合自身行业特点的发展规律,并且总结归纳了一整套完善和数量庞大的行业标准。在其中有关民用飞机及系统研发的行业标准中,以美国汽车工程师协会(SAE)颁布的《民用飞机及系统研发指南》(编号:SAE ARP 4754,当前版本:A)最为重要,这份文件提供了研发民用飞机和系统的过程。如图1显示,以SAE ARP 4754A为核心,连接了关于安全性评估过程和方法的重要行业标准,即SAE ARP 4761,也连接了关于机载软件研发的重要行业标准(DO-178B)、机载电子硬件研发的重要行业标准(DO-254)和机载综合模块化航电的重要行业标准(DO-297),更重要的是连接了民用飞机在交付运营后,持续适航过程中所遵循的重要行业标准(SAE ARP 5150/5151)。

显然,SAE ARP 4754A不仅仅是一份工业标准,更代表了民用航空产业发展规律的一种总结,当前这份文件已经被美国民用航空局(FAA)以咨询通告(AC)的形式正式接受。纵观SAE ARP 4754A全文,不难发现该文件依然遵循的是系统工程理论和方法。如图2所示,整个民用飞机产品研发过程完全按照系统工程V字瀑布模型展开,而安全性评估和设计工作则伴随着研发进程深入每个研发环节。

因此,发展和提升系统工程能力,是遵循产业规律、贯彻持续安全的内在要求。

 

1. 民用飞机产品研发及运营指导文件关系示意图

 

 

2.安全性与研发过程关系示意图

 

那么,为发展和提升系统工程能力,根据当前我国的能力现状和实际情况,急需解决以下几项突出问题:

(1)需要迅速和普遍提高对系统工程的理解和认识,普及系统工程教育

系统工程不解决复杂系统研发中的任何单个专业问题,但是解决复杂系统研发中的整体问题。尽管我国不缺乏系统工程的哲学思想,尽管钱学森先生也是系统工程理论的奠基人之一,但是两大主因限制了系统工程理论和方法在我国航空领域的推广、普及和应用:其一,我国航空工业的历史原因造成未能将研发和设计作为整个工业活动流程的龙头或置于中心地位,其表现是偏重生产现有产品或仿制现有产品,轻视设计和研发,而系统工程的重要作用恰恰体现于研发和设计过程之中。此外,作为系统工程的一个重要侧面往往也往往被忽视,这个侧面就是创新。对于一个新的复杂系统来说,要取得项目成功、产品具有竞争力并保持多年使用寿命条件,必然会在某些关键子系统或部件采用最新的先进技术,而规避和降低这些新技术造成的技术风险正是系统工程的主要职责之一。可见,轻视研发设计和自主创新使得系统工程失去存在和发展的土壤;其二,当今世界的国际竞争是综合实力的竞争,但从根本上是高技术、高素质人才的竞争,是科技和教育的竞争。根据维基百科2012430日的最新数据,全球提供系统工程学历教育的高校和机构:美国约75个、英国15个、法国12个、德国5个、加拿大8个、巴西3个,中国大陆1个、中国香港1个。尽管这个统计数据可能不太精确,但是从一个侧面可以反映系统工程教育的普及层度与其国家的工业化发达程度基本匹配。美国一家航空杂志曾对美国飞机公司进行调查,询问对大学毕业生工作能力的表现。结果比较一致的反映是:对大学培养的专业能力一般表示满意,但普遍感到欠缺系统工程的训练。美国著名的麻省理工学院原来是以一些专业学科的教学享誉于世,今天最引为自毫的是他们对学生系统工程的培养,使学生们毕业后在一系列美国的大型工程中展露出才华。可见,系统工程教育和培养的重要性。

当前,我国已经将自主创新、建设创新型国家作为提高我国自主创新能力和增强国家核心竞争力的重大战略举措,《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020)》也已确定多项重大科技专项,因此,迅速和普遍提高对系统工程的理解和认识、普及系统工程教育已显得尤为重要。

 

(2)需要注重和加强对系统工程实践经验的积累

技术是什么?技术可以包括有形的设备和装置,但其更重要的要素是包括诀窍、方法、程序以及经验(包括成功的和失败的)在内的一组特定的知识(包括解决问题的实用知识和理解这些做法可行的理论知识)。当代知识论研究成果表明:知识,根据其能否清晰地表述和有效的转移,可以分为显性知识(explicit knowledge)和缄默知识(tacit knowledge)。显性知识又称编码化知识(codified knowledge),是可以比较容易地整理、编码,具有单一的含义和内容。缄默知识则是很难编码、隐含的知识,它往往被偶然发现,并且这种知识不能和个人、社会及地域背景轻易地分开。日本学者野中郁次郎(Nonaka Ikujiro)研究认为缄默知识与显性知识之间可以互动转化,形成永无休止的螺旋上升过程,企业技术能力也伴随这种转化过程,不断得到提升。

对于民用航空这种用以科学为基础的技术领域,尽管技术能力的进步可以通过技术学习获得,但应当看到技术知识的重要组成部分仍然是缄默的,仍然必须通过研发的经验来掌握。因此野中郁次郎的缄默知识与显性知识的互动理论很好的解释了为什么对于从事复杂产品研发的企业,一直具有储存和利用来自经验的知识,以技术文档的形式对伴随研发过程形成的缄默知识进行编码化的努力。事实证明,民用航空企业培养一名系统工程师约需25年左右的时间,系统工程师的数量和质量将对企业的生存和发展起到至关重要的作用,那么作为民用航空企业一方面在培养企业人才的同时,更重要就是注重和加强对系统工程实践经验的总结和积累。

 

(3)需要加快国内相关工业标准体系的建立,以规范和支持系统工程活动

基于工业实践的充分总结、理解和认识,欧美发达国家非常重视工业标准、指导手册的建设和颁布。以系统工程相关的工业标准、行业标准、指导手册为例,包括:美国国防部(DOD)颁布的《国防采办指南》、美国航空航天局(NASA)颁布的《系统工程手册》、国际系统工程委员会(INCOSE)颁布的《系统工程手册》、美国民用航空局(FAA)颁布的《国家空天计划-系统工程手册》、美国电子工业联盟(EIA)颁布的《系统设计过程》等等。同时,作为支撑系统工程管理体系的,还包括构型管理、技术评审与审核、风险管理等等完善而庞大的标准体系。

当前我国民用航空产品研发和适航审定的工程实践经验表明,由于缺乏必要的工业标准和指导手册进行规范和支撑,给整个项目研发和取证工作造成很大阻碍,因此,需要加快国内相关工业标准体系的建立,从而规范和支持民用航空产品研发活动。

 

(4)需要加强系统工程相关学科的建设,加强相关理论与方法的研究

系统工程作为一门学科,本身包含众多元素,如需求管理、构型管理、风险管理、功能分析、设计综合等多项专项领域或专项技术。事实上,以系统工程为核心,向外辐射出如设计方法学、系统安全性工程等等广泛而深入的学科门类。与国外相比,我国在这些学科领域的研究基础非常薄弱,因此需要加强系统工程相关学科的建设,加强相关理论与方法的研究。

值得注意是:第一,在开展研究的过程中,不能照搬国外的研究成果,因为国外有些学科不能直接应用于解决我国的实际问题,如需求工程(Requirement Engineering)。需求工程研究的出发点主要针对西方用户,适用语言主要为英语。那么随着我国工业化发展的需要,如何基于我国用户的使用要求、汉语语言的特点等进行需求分析,是一项极具挑战的研究课题。第二,实践证明,越来越复杂的产品需求和越来越激烈的产品竞争,已经使现有的系统工程模式面临重大挑战,传统的系统工程理念已经越来越不能适应如今多维度、高动态、高风险、高复杂性的大型综合化项目。国外已经针对这些问题展开积极的探索,我们在研究和实践中既不能冒进,也不能忽视变革的存在性。

 
    无可否认,当前中国在发展民用航空产业、实现民用强国之梦的同时,面临巨大的困难和挑战,但只要树立正确的目标,坚持实事求是的精神,努力进取、开拓创新,民航强国之梦必将实现。毕竟,民用航空的未来在中国!
 
[注意]
1. 本文受《中国空管》邀请,已发表在2012年9月第5期。发表时,根据需要略有修改。
2. 如引用本文,请指明出处!
 


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