主题：【文摘】ARJ21型支线客机 (1) -- 大漠孤烟远

注入新元素

当人类的极为纤细的感觉越来越为尖端技术的发展所重视的时候，飞机的设计与制造技术也都在向着这个方向前进，所以，人们会把座椅的舒适度、适宜的客舱温 度、非常小的飞机噪音，甚至是增大的行李架，所有这些能够给予旅客舒适的空中旅行享受的设计，都被当作是设计理念的进步而获得广泛好评。

但是，新技术的出现并非是为了取代那些旧的，而是旧的要容纳新的，这样做出选择的余地就更大了。复合材料的应用，仅仅是ARJ21-700飞机燃油消耗和 每座英里成本降低的因素之一，其余取决于IT技术的应用降低了研制周期与成本；6000多次的风洞试验使其具有先进的空气动力学特征的优化；良好的可维护 性设计保证飞机营运低成本与高出勤率，同时，先进的发动机技术、新的航电和电器系统的应用，都是ARJ21-700飞机获得商业成功的重要因素。

基于研究专业的不同，每一个飞机设计师都对ARJ21-700飞机的先进性有着不同的解释：

气动专业的设计师会说，我们采用了最先进的超临界机翼，经过风洞试验验证，我们的机翼性能非常优秀。先进的机翼是提升飞机性能最有效的手段，所以，飞机制 造业称之为“飞机的灵魂”。我们与乌克兰安东诺夫集团联合设计ARJ21-700的超临界机翼，根据相同的机翼设计要求，中方和乌方先分头独立各自设计优 选出一副超临界机翼，然后双方专家就各自方案进行互相交底，进行充分讨论，最终根据双方专家的意见再由双方共同联合工作，完善、优化形成现在 ARJ21-700的超临界机翼。

负责空气管理系统的设计师会说，目前，ARJ21-700飞机的空气管理系统代表了国际支线客机空调技术的发展方向。先进的空气管理系统保证了系统运行的 经济性和可靠性。空气动力轴承不仅可为乘客创造良好的舱内温度环境，还可使系统与机体同寿命；数字式座舱压力调节系统大大减轻了系统重量，提高了控制精 度；常规的热气防冰技术辅以高换热效率的防冰腔，保证了系统和飞机的安全，降低了发动机的引气量。

负责飞行控制系统的设计师会说，ARJ21-700飞机的主飞控系统采用了最先进的电传技术。飞行控制系统用于飞机的横滚、航向和俯仰控制，以及起飞和着 陆时机翼上的升力和阻力控制。系统设计还对飞机的安全性和可靠性做出了特殊考虑，拥有完善的裕度管理、故障监控和自动监测功能，具有更好的安全性、可靠性 和维修性以及优良的操纵品质，加上驾驶舱操纵机构高度模块化的设计，使飞控系统设备的安装协调大大简化，这对于在没有实体协调样机的条件全新研制一架新飞 机是非常重要的。

负责航空电子系统的设计师会说，ARJ21-700飞机的航电系统是新一代综合化的Proline21系统，采用了5个LCD显示器的“玻璃座舱”，综合 处理机柜，模块化组合易于功能扩展。ARJ21-700飞机航电系统能够适应未来新航行系统的空中交通管制环境。中央维护系统能监测飞机系统的状态和故 障，处理故障信息，存储航线可更换单元（LRU）故障史、发动机过限史、发动机趋势史提供维护信息，机上各系统高度关联，光标控制器提供菜单式显示器面页 选择充分考虑机组舒适性的布局设计，最大限度地减轻机组成员用于调整和试验的负担，为飞行机组和地面维护人员提供了良好的人机界面。

当你再问结构专业的设计师时，他则说：全数字化设计、构型管理、一个完善的标准体系，这些都是中国民用飞机产业化发展的基础。FAI在ARJ21飞机项目中，以CATIA

V5作为主要设计工具，采用VPM系统进行产品数据和设计过程的管理，采用CPC异地协同平台实现了设计与制造的协同、FAI与国外供应商之间的设计协 同，FAI与其系统供应商处于一种实时合作的环境中，实时的数据链接、实时进行各种分系统和部件研制和设计工作的沟通和讨论。采用ECMS系统实现了 ARJ21项目的工程构型管理。这种完全无纸化协同设计以及VPM技术在ARJ21项目上的推广应用程度已超过国内航空业应用的水平，达到国际水平。

与此同时，为了实现“中国民用飞机产业化发展”的梦想，我们除了直接采用国际标准和国外先进标准之外，还制定出了属于我们自己的民用飞机标准体系——项目 管理标准、营销标准、工程标准、制造标准、和保证持续适航的重要客户服务标准。这些标准既有面向客户和供应商的，又有我们内部使用的；既有可以公开的标 准、规范，又有代表核心竞争力的非公开的标准、规范，总之，我们需要更多的适应国际化环境的共同标准，这样，我们才能在国际化市场实现竞争与合作。

当你再问负责适航审定的副总设计师时，他又会对你说：ARJ21是完全按照中国民航和美国FAA的基本要求来设计和生产的，并在适航当局的严格控制下进行的，这是和过去大不相同的地方，证明我们的飞机与波音与空客的飞机一样安全。

而在吴光辉看来，ARJ21项目的先进性恰恰体现在这些人身上，正是这些人的不懈努力与执著追求促使ARJ21-700产生了一系列卓有成效的变化！

这一切都源于商业模式的转变，在ARJ21项目中，中航商飞公司将异地广域分布的多个航空厂所的优势进行整合，并与国际著名的飞机部件供应商合作，实现异地企业联盟联合研制、生产和维护支援。

ARJ21飞机起落架由德国利勃海尔公司负责设计制造，发动机短舱由GE公司负责设计制造，雷达罩由637所负责设计制造，其他所有结构均由FAI设计， 上海飞机制造厂、西安飞机制造厂、成都飞机制造厂和沈阳飞机制造厂负责制造。19家系统供应商负责ARJ21-700飞机的24个系统的设计与制造任务， 而且大部分供应商在设计决策阶段就参与到项目中来，在整个研发过程中，他们必须充分发挥自己的创造力与经验，与FAI共将高质量的产品推向市场。这种商业 模式不仅提升了生产效率，削减制造成本，并且建立了全球性的合作体系，由此也将推动ARJ21-700飞机在全国乃至国际市场的销售。

想一想，一度曾有1.3万名FAI的技术人员与四大飞机制造厂的工程人员参与到ARJ21项目中来，还有19家系统供应商派在现场的技术人员、数百名相关 领域的咨询专家、几十家负责试验与验证的权威机构、当然还有适航当局的观察人员，庞大的“跟产”队伍挤满了上海飞机制造厂总装厂房的整个二楼。也许即使是 将这些数目全部累计起来也还是低估了参与工程协作的人数，因为很多的工程技术人员还要依靠一些专业研究机构提供重要的技术信息与开展前瞻性的研究。要把所 有这些人的知识和经验汇集到一起，才能够设计和制造出一架先进的喷气式支线客机——ARJ21-700及其系列产品。

是什么力量支撑了这种变革的实现呢？

这时，负责IT系统的设计师叶伟会说，IT系统成为协同的驱动器！告诉你吧，是CPC广域协同平台的建立，最终帮助我们真正史无前例地实现了与全球合作伙伴的协同！

世界通过电缆，互联网和工作流程软件等的联结，已经摧毁了妨碍合作的围墙，人们从没来没有想到的工作会在国家之间流动。

想一想，如果没有一个能够将知识工作和知识资本自由传送的平台，我们怎么能够让数字化设计、数字化模拟、数字化生产发生于任何物理零件制造之前，从而减少 重复投资和操作成本呢？又怎么能够使分布于世界各地的ARJ21项目的动态伙伴，根据角色与项目的相关程度随时获取特定的信息，并且使每一项完成的工作都 具有可追溯性呢？如果，我们不能达成这些史无前例的全球化协同，我们又怎么能使新商业模式的创新获得成功呢？

在上海飞机制造厂总装厂房的二楼，上海飞机制造厂的工艺人员向我们介绍了数字化预装配软件的作用：“数字化预装配技术是在计算机上进行零件造型和装配的一 个过程，达到在零件进行加工前就进行配合检查的目的。它的成功依赖于零件设计的彼此共享，它的使用将降低由于工程错误和返工等带来的设计更改成本。”

数字化预装配是一种全新的设计概念，在ARJ21项目的早期设计阶段就已经采用了。例如在机翼预装配、前机身、中机身以及ARJ21机翼与机身对接上都应 用了模拟技术，尤其是复杂的机翼装配。此时，另一组工艺人员正在电脑上模拟ARJ21-700机翼的装配过程，整个过程看上去类似一种《虚拟人生》的游 戏，只不过这次的任务不是在F1赛事中获胜，而是要成功地给ARJ21-700飞机装上一幅先进的超临界机翼。

“机翼的装配顺序是最难解决的问题之一，那是因为，几乎一半的燃油系统都装在机翼内，结构上有大量的连接件，因此在装配中利用数字化预装配软件确定装配顺 序是非常关键的。”一边观察着虚拟世界里机翼装配的进展情况，工艺人员一边继续介绍说，“数字化预装配软件还能够帮助发现某些零件干涉的影响，当零件沿着 安装路线移动时，人们能够察觉是否能够安装或确定是否会产生干涉影响，而对零件模型按约束关系进行重新定位的过程，不仅是有效分析产品设计合理性的一种手 段，而且当零件模型发生变化时，周围的系统也随之调整，极大地消除了生产过程中反工的成本。”

在电脑上，虚拟装配工人能够非常顺利地通过机翼下方一个非常狭小的安装口盖钻进机翼里面进行燃油系统的安装，整个装配过程非常顺利，没有产生任何的干涉影 响。但是，那个安装口盖看上去实在是太狭小了，有血有肉的装配工人真的能够顺利地钻进去吗？数字化预装配软件真的能够解决现实装配中发生的所有问题吗？

随后，这个疑问在ARJ21-700机翼的装配车间得到了回答，一个非常瘦弱矮小的装配工人顺利地通过了机翼下的安装口盖钻进了机翼里面，“前提是，即使 在寒冷的冬天他也只能穿一件单衣进行工作，如果他穿上毛衣，那么他一定会被卡在某个地方出不来。但是更为重要的是，他不能发胖，一定要保持苗条。”负责机 翼装配的组长笑着说：“事实上，负责机翼装配的工人都非常矮小，而负责机身装配的工人则非常强壮，某种程度上，飞机设计师不仅决定了飞机的重量，同时也决 定了我们的体重。”

为什么不能把这个安装口盖设计的更大一些呢？

FAI的设计师解释说，可以，但是为了弥补飞机在强度上的损失，我们就必须增加飞机的重量。增重！太可怕了！显然这不是一个理智的做法。所以，在设计中会 将口盖开的尽量的小，只要够用就可以来。但是，在机翼上出现的另外一个因为没有充分考虑设计余量而开得过小的口，却给FAI的设计师带来了非常大的麻烦， 一组电缆就没有装配工人那么幸运了，它们被卡住了！当电缆增加了屏蔽保护套之后，根本就穿不过去了。超临界机翼的翼型薄，电缆和系统件又都需要通过这十分 有限的空间，所以机翼前沿电缆布置又成为一个大难题……

这个麻烦使FAI管控中心的电脑亮起了“红灯”。

“他们必须在规定的时间内把这个红灯变成绿灯！不能有红灯，整个屏幕上一定要都是绿灯！重要的是我们需要一切顺利！”FAI通过CPC平台可以实时掌握 ARJ21飞机项目每一分钟的变化。为了实现诸多方面的有效协同，每个月的20号，FAI要在CPC平台上和所有的动态伙伴进行数据同步，“这种数据同步 通常要进行一个星期”管控中心的技术人员介绍说，“数据同步之前，我们先要在CPC平台上挂出一个数据同步列表，各家根据自己数据的情况进行数据同步以保 证数据的准确性和一致性。”

应用先进技术手段与先进管理理念的同时，也给传统的标准体系、工作方式与思维观念带来巨大的冲击，那些旧有的工作习惯、工作流程和文化素质成为阻碍协同作 用的主要因素。“目前，我们与波音、空客最大的差距是经验的不足，事实上，这才是最具价值的竞争优势所在。”叶伟介绍说，“ARJ21-700所有零部件 的设计与制造都由计算机完成设计和控制，并直接输入到数控机床加工完成，整个设计和制造过程没有一张图纸。所以，整个工作流程中我们要求设计人员不能仅仅 是将设计数据发到CPC平台上，就视为完成了设计，而是要求他们的设计数据能够成功地导入到工厂的CPC平台上，成功地输入数控机床进行生产，只有顺利地 完成这个流程才被视为是完成了一个有效的设计。”虽然，表面上这种严格的协同占用了大部分生产流程的时间，但是却能够保证顺利装配的过 程，ARJ21-700能够实现全机身一次性对接成功与CPC平台的应用不无关系。与此同时，FAI也成功地开发出一系列的软件，使原有的标准化体系与现 行软件之间各说各话的“巴别塔”现象得以突破。

事实上，只有当新的技术手段与新的商业模式真正结合起来之后，改善产品质量与提高生产效率才能真正得以实现。

在过去，每一型飞机都有一个总体的构型描述，然后，针对于客户的不同要求，还要有记录每一架飞机所存在的差异的单机构型描述，试想一下，订购一辆轿车并在 每一个零件上标上客户的名字，这就是传统飞机的生产方式。现在，波音的观念发生了180度的转变，他们正在采取更灵活的流程以适应客户的要求。

波音公司先确定客户，然后找出客户所订购的飞机模型的选项，他们就知道制造这架飞机都需要哪些零件了。一种叫做DCAC/MRM(飞机构型定义控制/制造 资源管理)的软件，能够帮助波音公司审查工程和计划，以确保每一个零件正确地装配在相应的客户的飞机上，新的工作程序令波音公司快速地适应了来自商业和工 业上的巨大压力。

在传统的飞机制造业中，序列化飞机的研制是按照技术状态的方法管理，对于不同的客户需求，按照不同型号的管理模式，组织和管理飞机研制过程以及相应的产品 数据，是一种基于纸质说明性文件的，需要手工追溯的管理办法，这种方法限制了飞机的多样化发展。随着客户对同一个飞机平台产品功能及个性化需求的日益增 加，飞机稳定生产与多样性对产品结构控制管理的矛盾逐渐突显出来。

所谓构型管理是指从飞机定义、设计、生产到产品支援的整个生命周期内的管理程序，它通过对飞机标识、更改、审核等过程的控制，来建立并保持飞机的性能、功能特性和物理特性与飞机的设计要求和使用信息之间的一致。

构型管理的范围涵盖产品的研发、加工、制造、使用、维护、采购和最终处置所有阶段；内容包括飞机的所有零件及有关的计划、工艺、工装和规范。简而言之，实施构型管理的目的就是最大限度地降低成本，缩短交付周期，快速响应客户多样化、个性化的需求。

目前，波音公司拥有近290个客户，产品有29种型号，提供从100 座到600座的完整系列产品和一系列载货飞机，他们需要从根本上简化飞机的配置、定义和生产流程。于是他们对产品实行‘模块’化设计，用‘模块’描述完整 产品，对零件根据其变化程度进行分类，通过组合而形成产品模块，以达到简化、改善内部处理飞机配置数据流程的目的。这种新的工作程序就像你在购买标准型汽 车的时候再额外附加一些选项一样。

波音公司开展DCAC/MRM 项目的最初目标只是想改进流程以大幅度降低飞机成本，但其结果却是有效地缩短了飞机设计、制造和交付的时间、减少产品缺陷，同时也提高了他们为客户提供价值的能力。

ARJ21项目的工程构型管理系统(ARJ_ECMS)正是FAI应用这项神奇的技术来实现最具前瞻性的业务改造计划。现在，就连达索公司的技术人员和IBM的外国专家也对于FAI在这么短的时间内就应用了这种技术表示吃惊。

FAI使用了大量的数字来描述ARJ21-700所有的零部件和生产，他们建立了一个工程构型库，按照合理的方式组织所有的数据，并严格按架次有效性的管 理方式，即给定一个确定的架次时，能够在构型库中方便快速的过滤出该架次相关的所有工程数据，为生产制造、产品支援等阶段发布现行有效的工程数据。

通过构型管理平台，FAI 还能够严格控制工程更改涉及到的更改原因、请求、建议、更改实施结果等数据以及相关的过程，并将构型数据的更改建议过程与工程更改过程进行紧密结合。

目前，构型管理平台能够支持FAI内部以及FAI和中航商飞公司、供应商、适航管理当局、制造厂等外部单位在工程构型管理过程中的协同工作，但这也产生了一项工程浩大的数据维护任务，而数据安全问题的重要性则不言而喻的。

2003年12月20日，中航商飞公司在上海飞机制造厂与西安飞机工业公司、沈阳飞机工业公司、成都飞机工业公司通过视频，同时举行“ARJ21-700飞机零件开工仪式”。

“在正常情况下，一两个小时内出现一次断点是正常的，我们的系统也能够自动恢复，但是在仪式当天，领导要求我们连正常的断点都不能出现。”叶伟对那次让他 始料不及的“恐怖袭击”仍然记忆犹新：“就在原AVIC1总经理刘高倬宣布开工的瞬间，西飞公司那边的视频一下子就没有了，我们当时就傻眼了，好在西飞公 司有代表在仪式现场，不然，面对那么多的媒体，场面会非常尴尬。20分钟后电信公司告诉我们，西安阎良高陵地区的农民工进行野蛮施工，把高陵的光缆挖断 了，造成了我们现场网络的中断。”这个结果是所有人都没有预料到的，也是单独依靠我们的能力所无法防范的，但它的确造成了破坏。

还有一些无法预见的灾难性事件的突然发生，也造成了网络的失效，从而中断了中航商飞公司与世界的联系。

2006年12月26日20点25分，台湾南海海域分别发生7.2级、6.7级地震，使众多海底光缆系统陆续发生中断，造成国内与国际的主要网络和通信发生大面积故障和中断，受此影响，中国大陆至台湾地区、美国、欧洲等方向的国际港澳台通信线路大量中断。

目前，飞机制造业正在通过统一的网络平台和信息系统实现世界间的产业协作，数字化改变了他们的生活，但也给他们带来了新的问题，虽然这些问题让人沮丧，但 有时一些新问题也充满了戏剧性。2004年5月31日，ARJ21-700飞机的首批结构图纸的电子数据通过CPC平台成功地从FAI传送到西飞公司，这 标志着CPC平台全面正式的启用。但是运行不久，FAI运行中心的系统就发出了警告，FAI的管理人员发现了一个非常奇怪的现象，沈飞公司的数据版本始终 高于FAI发过去的数据版本，但是，这完全是不可能的，制造厂的数据版本怎么可能比设计院的数据版本还高呢？这完全不合理，究竟哪里出了问题？

“我们发现，沈飞公司的数据版本始终比我们高，奇怪的是每个版本的内容又完全一致，当时这个问题令我们非常沮丧。最终我们发现，导致问题的原因却充满了戏 剧性。”叶伟苦笑着介绍说：“在当时，对于大家来讲，CPC平台是个完全新鲜而陌生的事物，沈飞公司的一名系统管理员为了能够熟练的应用它，在两地平台进 行对接之后，他就不断地把我们发过去的实时数据进行下载、删除，然后再进入平台去下载、删除反复进行练习，这样就导致了沈飞公司的数据版本始终高于我们， 但他并不知道，CPC平台的管理是非常严格的，FAI的网络运行中心确实能够掌管天下，无论ARJ21飞机的数据在哪里出了问题，运行中心随时都能知道。 ”

虽然CPC平台有着强大的功能，但却有着脆弱的神经，一次农民工的野蛮施工就足以让它完全陷入瘫痪，更为重要的是，“我们不知道‘袭击’什么时候会发生， 在哪里发生，以何种形式发生，影响会持续多久……所有这些问题是我们在设计CPC平台时所完全没有意料到的。”叶伟说，“我们当时评估了所有将要面临的考 验，例如数据库的存储、软件与硬件的匹配、流程的控制与管理等等，但是一些完全意想不到的事情却对我们的平台提出了巨大的挑战，也成为未来发展中需要解决 的新问题。”