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第13章 臭鼬工厂的管理(7)

根据现在的采购术语,臭鼬工厂采用的是并行工程或综合产品开发(Integrated Product Development,IPD)方法,以确保满足性能、质量、可生产性和经济可承受性的需求。并行工程或IPD是一种系统化方法,以实现产品及其相关加工过程的综合设计,包括制造和保障的各个职能。该方法需要所有相关职能人员共同参与,组成综合的工作团队,在早期设计中就让人人都参与进来,因为此时更改设计的成本较低,从而可以减少工程制造阶段和生产阶段中的设计更改,否则在工程制造阶段和生产阶段更改设计的费用会很高。

2.制造

臭鼬工厂是高效、高质量、快速反应的原型机生产商和低速率生产制造商。作为臭鼬工厂项目过程的一部分,制造直接包含在了从方案设计到交付的整个飞机研发过程之中。与设计阶段同步工作、尽早制定装配顺序和工艺装备方案,以保证达到原型机制造或小批生产的最大费效比。臭鼬工厂很少使用精心制作的全尺寸样机,而是通过制造简单的样机以满足空间分配或配置及功能的需求。此外,CADAM和CATIA的广泛使用也降低了对全尺寸样机的需求。

臭鼬工厂所有原型机项目几乎都应用了工艺装备最少化的原则。车间辅助装配工具在需要时都可以利用,常设工艺装备仅在重点维护时使用。对于生产型项目来说,工艺装备需求被谨慎定义为在达到成本最小化的同时满足预期生产速率和质量的要求。

设计、生产和物资团队协同工作,可在从批准之日到交付飞行的最短时间内确定设计发图、物资采购、转包商交付、制造和装配进度。制造、质量保证和设计团队可以迅速分析并解决制造和装配方面的问题。此外,臭鼬工厂还采用了多种可提供物资清单、详细目录、位置指令、工具控制、写出指令和进度运行情况的自动制造系统。

3.实验室和地面试验

对所有子系统和已制造完成的飞机开展广泛试验是为了验证其性能和安全性。臭鼬工厂的基本原则是在转包商的支持下通过创新设计、研发和地面试验项目快速进入首飞阶段。在任何情况下,系统和飞行安全都要进行单独的评审,这是绝对不能妥协的。

臭鼬工厂制定并开展了大量的试验计划,以验证空气动力、推进/综合、低可探测、材料/结构、飞机子系统和航电子系统。通过模拟飞行载荷状态下大量的“飞行员在回路”飞行模拟和飞控液压组件的“铁鸟”台试验,飞控系统的性能得到充分验证。

臭鼬工厂十分重视对航电系统的早期综合实验室试验,包括传感器、核心航电设备、座舱控制器/显示器与验证性能和可靠性的软件,目的是测试整个航电系统的性能,尽可能早地发现问题,以便在对项目产生最小影响的情况下进行更改。

原型机研发过程中的结构试验通常会受限于已选定的携带载荷的重要部件。在全尺寸开发时,要进行完全的静力载荷和疲劳试验,以确保满足结构完整性和寿命要求。

功能试验和系统检验程序用于功能系统、部装或总装的执行过程。试验和检验程序由设计部门负责开发,由制造部门执行,并接受质量保障部门的监督,以确保与设计标准一致。在完成这些试验的基础上,原型机或验证机才能移交进行飞行试验。

4.飞行试验

原型机和全尺寸验证机的试验是在飞行试验经理的领导下进行的,他直接向项目经理汇报。该项工作包括试验计划、地面试验、飞行试验、数据采集、数据处理/分析、飞行器维护/支持保障以及试验数据文件编制。

飞行试验的首要目的是将获取飞行试验数据结果的时间缩至最短。这需要通过高可靠性的仪器,采用经验证的数据处理方法以及减少数据参数总量来完成。此外,已完成的报告和文档也要保持最少。正式的试验报告要在得出试验项目结果之后撰写,应按照承包商更乐于接受的格式撰写,但也要严格遵循用户认可的报告撰写指南。

随着项目阶段的变化,用户的飞行试验机构和相关部门也会发生变化,但就像臭鼬工厂一样,它必须是一个规模相对较小的团队。在原型机研发期间,臭鼬工厂对试验工作负有全责和全权。然而在全尺寸开发阶段,飞行试验是由包括臭鼬工厂和用户代表在内的综合团队完成的。

5.后勤保障

由于用户需求发生变化,臭鼬工厂的后勤保障范围在这些年来也在逐渐扩大,并随着项目需求的变化而变化。在开发过程中尽早将系统设计方法用于需求定义、分配、按标准设计和RM&;S(Reliability,Maintainability and Supportability,可靠性、维修性和保障性)设计中;进行可确认、确定所需资源(保障设备、人员、备件、技术公告、培训、熟练程度等)及数量的后勤保障分析。

臭鼬工厂生产并交付少量用于执行专门任务并且只能在相对少数基地使用的飞机。其结果是,用户发现与很多武器系统相比,这需要签订高额合同用于成比例提高的更高级外场服务保障。

保障和组织结构的级别是不同的。例如,与其他战术飞机一样,F-117A是完全由空军维修和保障的飞机,臭鼬工厂只向F-117A的飞行基地派驻少量的外场服务人员。在与空军打交道时,臭鼬工厂提供所有初级维修培训和材料、保障设备、维修资料以及大量的外场服务人员保障,以帮助完成启动工作。

与之不同的是,U-2项目则使用了由空军和承包商混合组成的维修团队。一些飞行基地是很大的空军维修基地,只在关键的技术领域使用少数承包商人员;而另外一些飞行基地完全由承包商进行维修保障,空军人员则进行需求监管,占据军事要位。

2.4.3 臭鼬工厂的原型机和技术验证机管理

当研制一架将超越性能极限的飞机时,不可能提前预见所有问题。臭鼬工厂可以找到问题的解决方案,然后对解决方案的可行性快速地进行试验。整个研发过程都会与制造原型机相关,并不仅仅限于某个阶段。臭鼬工厂在先进概念飞机的原型机设计方面比世界上其他承包商更富有经验,原型机设计的大量经验将直接用于ATF。此外,臭鼬工厂也希望和鼓励看到原型机失败。团队对解决问题负责,但不一定必须在第一次就要求完全解决。

臭鼬工厂重视原型机和技术验证机在降低项目总成本、缩短研制周期方面的优势。原型机和技术验证机在检验某一设计方案或某一关键系统特性(如机动性能或飞行器分离)方面具有相当大的价值。而在其他诸如验证生产成本或重量的情况下,原型机则不具太大意义,除非它能复制生产结构的设计、制作和装配,但这样一来,就不能称其为原型机了。

臭鼬工厂的原型机和技术验证机管理理念大致有:

(1)原型机阶段对于定义一种新飞行器和确定新技术具有本质影响。

(2)以到达全尺寸研制阶段为目标启动原型机计划,但同时必须做好可能被取消的准备。也就是说,应当以乐观的态度开始原型机计划,但要把取消计划看做抛弃不好想法的正当途径。如果把取消计划看做失败,那么就会有把糟糕设计持续下去的强烈趋势,使纳税人和最终用户遭受损失。

(3)通过技术风险等级规定管理、计划和投资一个原型机计划。不能在一个高风险计划的前期投入大量资金,直到概念得到验证。

(4)全尺寸研制状态管理不适用于原型机计划,因为它不得不做频繁的报告,同时要满足诸多的详细设计需求,缺乏必要的弹性,而这却是节约时间和资金、及早获得研制答案所必需的。

(5)必须向开发人员清楚地说明任务需求,排定优先顺序,放宽范围,不要以具体的规范和严格的合同作为限制,从而使团队灵活快速地权衡待检验新技术的有效性,必要时还可以按情况更改进程。

(6)应当以最短的时间来完成从概念到评估的整个原型机计划。越早知道答案,原型机设计方案才能越快地进入实际操作使用——时间就是金钱。

(7)过于庞大的目标可能会增加研制时间和成本,而这正是要通过原型机计划而努力节省的最主要两项内容。必须克服在一两个原型机项目中就实现全尺寸开发试验计划的想法和愿望,应只制定可以实现的目标。

(8)当新技术的结果不可预知时,开展竞争性原型机的飞行演示验证显得十分有用。如果新技术可以以很大差异的方式得到应用,那么制造不同的原型机进行对比竞争就是确定最优构型的一条合理途径。

(9)竞争性飞行演示验证是航空航天从业人员喜欢做的事,它确实具有挑战性,也非常有趣。竞争性飞行演示验证还可用在为不同任务投资不同的原型机上;但是对于性能差异较小的方案,竞争性飞行演示验证是一种昂贵的方法。

2.4.4 臭鼬工厂的研究设计工具

除了必要的授权和权威,洛克希德公司还向臭鼬工厂提供研究工具。研究能力是先进设计的基础,洛克希德公司的管理层从最开始就关注到了这一点。当臭鼬工厂正在研究P-38时,洛克希德公司不仅建造了第一个私有工业风洞,更在1983年将加利福尼亚州拉伊峡谷的厂房改名为凯利·约翰逊研究发展中心,使其成为最复杂最先进的航空航天企业的研究和综合试验中心。

1954年,凯利·约翰逊任首席设计师时,他说服公司领导罗伯特·格罗斯、西里尔·查佩利特和霍尔·希巴德支付10万美元打造了这样一个中心,最终选择在拉伊峡谷是因为该地到伯班克和帕姆戴尔工厂的交通十分便利,到两地的距离相当。周围的山丘可以确保隐蔽性,并起到声音隔断的作用,抑制来自风洞和其他试验部门的噪声。当时提出的要求是建设具有超声速性能的风洞,今天已经发展成了高超声速、超高速和发动机试验风洞,空间环境模拟室,以及电磁/低温/声学/热系统实验室。用不同的样机在地面上使飞机“飞行”其若干倍模拟使用寿命时间的能力本身已成为一门科学。没有这些先进的研究工具,臭鼬工厂不可能会建造出那些先进的飞机。

臭鼬工厂的设计工具都强调生产性能,很少有工具不是用于解决与制造、装配或价值评估相关的问题的。臭鼬工厂主要有设计人员便签本(Engineer's Scratch Pad,ESP)、 计 算 机 综 合 设 计(Computer-Integrated Design, CID)、立体塑版印刷、非结构设计数据库等4种辅助设计工具。

1. ESP

ESP发明于20世纪90年代,适于解决那些由一组没有不等式约束条件的方程定义的问题。与大规模的专用计算机编码不同,ESP是非结构化的,允许设计人员不用事先考虑给出变量值就可以随意写出方程式。使用者还可以输入现有编码或对其他来源的数据进行列表。系统运行时可以将这些编码块链接在一起。但是,系统不会转换方程式,如果解算装置不能确定解答方法,使用者必须输入一个求根方程。一旦方程式是有解的,系统就可以根据给定的优化标准运用多种求解算法对设计进行优化。

ESP以往的应用包括设计权衡研究、飞机尺寸估计、热交换器设计以及其他典型的飞机设计问题,最后结果都是以列表或绘图的形式输出的。ESP相对于现有分析编码的优点在于它的灵活性,缺点是使用者从临时打草稿开始就需要定义问题的物理特性。使用者可能会开发出有用的程序库,作为其分析工作的起点。

2. CID

CID工具旨在验证先进CAD在设计中的能力。CATIA和ProEngineer都曾经用于这个目的。CATIA是航空航天工业应用最广泛的CAD设计工具。当波音将CATIA用于777机型设计,克莱斯勒公司将其作为所有汽车设计的标准时,臭鼬工厂却似乎还没有一个正式的CATIA项目。相反,臭鼬工厂人员正在研究如何利用可用的商业软件将CATIA加以扩展(这一策略克莱斯勒公司也正在使用)。但是,CATIA的用户使用界面经常被认为不方便,所以ProEngineer也时常被使用,特别是在进行参数研究时。

其中,CAD在方案设计阶段用于研究主要构型、制定备选方案以及CAD驱动的立体塑版印刷已得到验证。这里有两个典型的基于CAD的方案研究例证。一个是翼肋和翼梁的连接,飞机上大约有100个这种连接点,所以实现这些部分制造的简单化可以带来很大的节约。使用ProEngineer可在数小时内产生5种设计方案,制造专家对其进行分析,选择其中一个。在这个例子中,没有对容限、应力或成本进行分析。然而,这个例子是引人注意的,因为它发生在方案设计阶段,这时需要决定主要的部装分解。结果是,它极大影响了整个设计过程。

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