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《大飞机》:商用飞机研发的灵魂

2014年08月12日 10:31   来源:《大飞机》杂志   陈迎春

  今天的商用航空运输业已走向大众化和市场化,商用飞机的发展,已从以技术为主要导向转向以市场经济性为主要导向。商用飞机经济性设计在飞机研发过程中逐渐开始扮演越来越重要的角色。

  转变观念

  20世纪80年代之前,商用航空器的发展目标是追求“更快、更大、更远”。1970年投入运营的波音747飞机,使很多人首次体会到了跨洋飞行的便捷性。

  然而,这一切在美国政府1978年开始放松对航空运输业的市场监管后发生了变化。1980年之后,大批新航空公司进入航空运输市场,在激烈的市场竞争中飞机票价大幅下降,航空运输量迅速增加,“枢纽-辐射”式航线网络逐渐形成。

  紧接着,低成本航空公司应运而生,并迅速风靡全球。来自航空公司的大批飞机订单和降低飞机运营成本的强烈需求,使得商用飞机的发展战略发生了彻底改变,“更省油、更环保、更经济”的理念替代了先前对于技术性的过分追求。

  进入21世纪,航空运输业的运营成本不断增加,航空承运人对提高商用飞机经济性的期望越来越突出。

  首先是来自经营环境的压力越来越大。金融危机、燃油价格和低碳经济、放宽航空管制、消费者结构变化等全球性问题,造成航空公司的成本压力与日俱增。

  其次是来自高速铁路等替代交通工具的压力越来越大。中国高铁的发展,使航空运输业失去了一部分高客流量、高收益率的市场。此外,航空运输行业内部竞争激烈,富有活力的低成本航空公司迎合了航空运输大众化的趋势,在竞争中不断扩大市场份额,对传统航空公司造成了巨大冲击。因此,如何提升商用运输飞机的经济性成为飞机制造商和运营商共同关注的焦点问题。

  经济性设计

  为了解决商用飞机的经济性问题,提升客户价值,飞机制造商需要在飞机预研、可行性论证、初步设计、详细设计、制造、试飞取证、交付运营和处置的全过程中贯彻基于经济性的设计理念,需要从飞机产品、型号项目以及民机产业不同层面全方位开展经济性优化设计工作。

  商用飞机的经济性设计包括飞机产品使用经济性设计、型号项目经济可行性论证和民机产业经济效用评估等三方面。使用经济性设计通过比较型号方案和系统方案对飞机运营经济性的影响,以产品的运营经济性为目标对飞机的总体方案、系统选型等进行全面优化。民机项目经济可行性论证工作主要为项目立项提供经济性方面的决策依据,并在项目进行中对存在的风险进行预测和评估。民机产业经济效用评估则是站在产业链的高度,对民机产业范围经济性、产业链、供应链以及产业政策进行研究,从而最大程度发挥主制造商在民机产业的领头作用。

  使用经济性

  商用运输飞机与军用飞机最大的不同在于,军用飞机的研制费用完全由国家国防资金支持,而商用飞机则需要通过市场来产生利润。商用飞机市场的激烈竞争,决定了经济性对飞机产品的市场成败起着关键作用。因此,在商用飞机的设计过程中,需要深化以经济性为优化目标的核心理念。

  在商用飞机的发展历史上,不乏因没有考虑经济性而造成飞机产品失败的例子。1976年,英法合作研制的协和号超音速客机投入运营,其巡航马赫数高达2.04,载客90~120名,从伦敦到纽约只需3个小时。然而,技术上的辉煌成就难以抵消其运营成本高的严重缺陷,协和号飞机在商业运营中遭遇惨败,并于2003年退出市场。

  这一教训使飞机制造商意识到,商用飞机研发战略必须依托于市场,充分强调市场适应性和经济性设计。采用常规成熟技术、系列化发展的737和A320系列飞机,由于市场适应性宽和经济性良好,称霸窄体机市场30余年,反映出航空公司价值趋向的深刻变化。

  飞机产品的经济性设计以飞机使用经济性为切入点。制造商通过分析运营商的直接运营成本与飞机设计方案之间的关系,以提升产品的市场竞争力和客户价值为目标,对飞机设计方案进行不断优化。

  项目经济可行性

  商用飞机项目具有研制成本高、生产风险大、投资回报时间长等特点。由于前期投入巨大,一种新型客机进入市场,需要数百架的销售量才能实现盈亏平衡。波音787的研发费用约为100亿美元,从项目启动到试飞经历了5年时间。

  商用飞机项目正式立项之前,制造商需要进行复杂的经济可行性论证工作,从而得出飞机产品全寿命周期成本以及目标市场分享量。对新型号目标市场分享量、目标价格以及盈亏平衡点的评估,是制造商作出最终决策的重要依据。

  一款成功的飞机产品在交付后,还需要面对后续的系列化发展以及持续改进的工作。享誉世界的A320飞机于1987年进行首飞,空客公司随即启动A321计划,并于1993年完成首飞。随后,空客又分别于1995年、2003年成功首飞了A319、A318。

  此外,空客在A320推出之初,就对其进行气动性能优化。从第22架飞机开始,空客为A320配备了翼梢小翼。此后,空客每年都围绕舒适性、油耗、维修成本以及导航系统等进行持续改进。

  近年来,为了保持A320的市场竞争力,空客每年用于A320系列的改进费用高达数亿欧元。2010年,空客宣布推出配备鲨鳍小翼以及新型发动机的A320neo。

  由此可以看出,在商用飞机型号项目的全寿命周期过程中,制造商需要面对一系列持续优化的决策,需要从技术经济学的角度,对全寿命周期中的资金投入、成本控制、资源配置、新技术运用等问题进行综合权衡。

  型号项目经济性优化设计建立在商用飞机研制过程大数据的基础上,通过对项目全寿命周期中研制成本、制造成本、运行成本以及处置成本进行分析,有助于解决制造商与运营商的利益冲突,优化各个阶段的成本结构,并制定合理的定价策略。

  民机产业经济效用

  民机产业技术含量高、产业链条长、带动性强,是关系到国家安全和国民经济发展的战略性产业。

  按照国际上通常的认识,航空产业在10年内的投入产出比为1:80。商用飞机销售额每增长1%,对国民经济增长拉动0.714%。航空产品的研制与生产涉及机械学、电子学、信息学、材料学等众多学科,覆盖制造、金融、服务、培训等多个领域,因此,民机产业受到机械、电子、材料等上游产业,新能源、计算机等新兴产业,以及基础设施、金融、服务等下游产业的影响与制约。同时,民机产业也对相关产业起着促进作用。

  此外,航空产品的国际化发展,带动了民机产业相关供应商和服务的国际化。国际合作既能利用他国的资源、技术等比较优势,同时也是开拓市场的一种手段。

  波音公司在全球拥有3000多个供应商与合作伙伴,业务涵盖转包生产、风险合作以及联合研制等。波音787近90%的部件和零件生产任务由供应商承担,并且一级供应商都是以风险合作伙伴的身份参与飞机研制工作。

  相比国外,我国的民机产业还未建立成熟的产业链以及适合中国制造业的产业发展模式,因此亟需完备的产业经济研究为民机产业发展规划提供支撑。基于民机产业的经济性设计,在综合国外产业发展案例的基础上,研究分析民机产业发展政策环境、范围经济效用以及集群效用,寻求能充分发挥公司以及供应商竞争优势的产业政策以及发展模式,为实现产业跨越式发展保驾护航。

  起航

  中国商飞公司商用飞机经济性设计工作经过了多年的开拓积累已经初具规模。在国内外专家的帮助和支持下,初步构建了经济性设计理论基础,形成了相应的公司标准以及技术规范,并运用于ARJ21-700飞机、C919大型客机的市场定位、方案设计以及运营优化等型号任务中。

  但是,在看到成绩的同时,我们也应该认识到:我国商用飞机经济性设计的理念和方法,与国外先进制造商相比,还存在很大的差距。我们还需要进一步完善设计体系,不断提升产品的核心竞争力,为中国民机产业的发展作出贡献。

(责任编辑:缪杰娴)