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民用航空技术的7大发展趋势

发布时间：2008-5-12 阅览次数：来自：中国航空信息网

　　当前，从全球来看，民用航空业正处在最佳时期，运输机及公务机增长正在创新记录，直升机需求量也猛增，美国的一些航空公司重新赢利，即将调整其机队。
　　在这种情况下，正酝酿着新的变革，这种变革涉及材料、信息及其他一些技术进展，也包含运营、市场及组织管理上的创新。归纳起来，有7大发展趋势。如何正确认识、预期以及作好迎接这些趋势的准备工作，将影响整个行业各环节--制造商、供应商、维修商未来成败的命运。
　　一、绿色航空发动机
　　近年在提高油效、降低污染物排放方面虽已获得显著成绩，但近年油价翻番，约占航空公司运营成本1/5以上，因此燃油效率已成为下一代窄体客机推出的关键因素，而绿色航空发动机成功与否有赖于将运营成本改善20%以上。
　　更直接的原因是对污染物排放削减的要求以及全球气候的变化。2006年可以看做是民众对航空环保最关切的一年，至少在欧洲是这样。虽然航空运输的二氧化碳排放少于全球的3%，但它的增长很快，到2050年将增到15%。
　　虽然有消息说，用现行技术就可在10年内将每座的平均耗油量减少20%，但同一期间空中旅行的需求估计会增加60%，这个耗油量的削减显然是不够的。保持现有燃油带来的污染排放水平而不在技术上加以改进，将限制发动机工业的年增长率为1.5%，因此发动机制造商必须进行设计上的创新。有三种方案可供选择。
　　一种是渐改性的，即依靠在现有发动机中采用先进的气动力学、燃烧室、电子控制以及非排气式的附件，同时采用新材料及涂层来提高工作温度及压比。这种方法的风险低，但可能不能及时取得所希望的效益。
　　二是采用齿轮传动风扇，可省油12%，降噪31dB，这种方法的原理并不新，霍尼韦尔公司已生产1万多个齿轮传动风扇，如TFE731系列，但仍存在设计上的难点，包括散热、复杂性以及维修成本高等。
　　三是应用桨扇或无涵道风扇。通用电气公司在上世纪80年代末，就在MD-80上装上GE36UDF，油耗降低30%。但无涵道风扇技术，设计上也有突出的难题，即振动、叶片包容环以及飞机机体的安装，即使这些问题都解决了，环保条例仍要在污染物排放及噪声上求得平衡。
　　何种方案更胜一筹？发动机制造商及其供应商正在进行方案评估。由于在今后10年看好下一代窄体客机，采用何种方案将决定发动机制造公司的成败。
　　二、复合材料飞机
　　航空结构也将发生变革，将在几十年内从全金属结构转向基本上是复合材料的结构。复合材料用量多的新一代飞机将加速其市场价值的增长。复合材料一直是所希望的但昂贵的飞机材料，由于生产成本的降低以及高油价的推动，它已进入了技术成熟期。曾经一度作为先进的设计方案现在则变成高附加值的方案。在上世纪80年代A320和波音777上，复合材料还只是占结构重量的10%~15%，目前的波音787已上升到50%，A350XWB起初还想用铝锂合金，也改成全复合材料机身了。传统上比较保守的公务机也有类似的变化。
　　航空发动机也不甘落后，GEnx发动机将采用680kg以上即占发动机总重13%的复合材料，是首创采用复合材料的GE90发动机的2倍。航空复合材料市场到2016年将翻一番，20年内将再翻一番。
　　三、电子功能
　　另一技术发展趋势是在技术可行经济合理的场合，用电子功能系统代替液压、气动及机械系统，如气动起动机逐渐让位给电气起动机。
　　全电飞机仍有一定距离才能实现，但多电飞机已取得大的进展。A380上的多电飞行控制器可以让3条液压管路中的一条用一系列电气流体静压驱动器代替从而减重450kg，而且余下的液压管路可增压到30MPa从而又另外减重450kg。波音787可望将电子功能程度提高到一个崭新的水平，在大型民机中首创数字电气刹车技术，用电马达及阀门对外部空气进行增压的环控系统而不采用从发动机引气，采用电子防冰系统代替气动式系统。
　　这些飞机机上发电功率远高于以前的飞机，787将发电1400kVA，几乎是A380的2倍，767的5倍。
　　更高的电子功能程度意味着配电更重要和更复杂。在最近代的飞机上，配电管理系统具有"轴和轮"结构，可以取消上千米的电线，用固体电源控制器来管理飞机系统的电负荷。
　　四、诊断及状态监控管理
　　新兴的诊断及健康监控管理（PHM）系统可望改变依靠猜测、直觉及试凑来进行航空维修的传统。更重要的是将使维修更有主动性而不是反应性，其实际结果是提高飞机的可用性。
　　 PHM与现代维修能力的区别在于后者主要是源自80年代末的中央维修计算机的诞生，重点放在诊断找出故障；而PHM系统则可预测故障（诊断），然后确定适当的措施来提高安全性、限制停用时间，使维修成本最佳化。
　　新一代的飞机已经并将要采用PHM系统。例如A340-500用48台计算机监控13000个参数，远比上一代飞机多得多。
　　在民用飞机中，发动机制造商早已领先状态监控及健康管理服务。今天，过半数的运输机的发动机队在状态监控中。通用电气公司监控9000多台航行中的发动机，罗-罗公司更推广到它的发动机之外。新一代的高信息量的全权数字控制器，配以改进的传感器和算法可望将发动机的PHM推向更高的水平。
　　北海油田的大型直升机早在90年代初就引入健康及使用监控（HUMS），因振动而引发的直升机事故由HUMS引入以前的每年2%降到10年后的1%。像S-92这样的新一代直升机可望将旋翼机的PHM能力提升到新的高度。
　　五、综合化解决方案
　　体现在航空制造供应链的一个关键性变革是管理性的而不是技术性的，即向"系统集成化"的生产模式转变。飞机制造商越来越寻求与为数不多的一级供应商合作制订更好的关键系统的解决方案。这一模式是90年代汽车制造商首创的，现已推广到航空。例如已由巴西航空工业公司用于EMB170/180系列，该公司由于占有的工业资源及开发资金有限，将供应商从380家削减到38家，提高了合作伙伴中风险共担供应商的数目，即从4家提高到16家（EMB145时，供应商为350家，但风险共担的只有4家）。这一做法迫使一级供应商提升其系统集成能力，并提高商业风险水平。波音公司近年采用类似的供应链策略来开发波音787，现在空客公司也紧随其后，宣称其A350XWB生产的50%外包并增加能承担风险的一级供应商数目。
　　这种办法不限于飞机制造商，罗-罗公司也已经从遄达发动机时的250家供应商降到遄达1000时的75家。对未来的发动机计划，这个数目可能减到40家。普惠加拿大的PW6000的供应商正减到30家，而通常多在100家以上。
　　综合化解决方案也变成航空售后服务的一个重要部分。航空公司正在简化其商业模式，将高水平的维修活动外包，同时减少其零备件库存的投资，这实际上是将其维修投资及风险外包给能够提供综合化的产品保障能力的专业公司。
　　有趣的是，在民用市场上，由航空制造商提供保障服务，是由公务机制造公司首创的。上世纪90年代赛斯纳公司及庞巴迪公司分别推出ProPart 及Smart Part计划，还有其他计划。这些计划保证维修物资的成本，从而让飞机用户无需对库存投资。现在，航空用户可以买到能保证维修成本按小时运转计费的服务合同。
　　在航空运输界，由汉莎技术公司及SR技术公司领跑的欧洲大型维修公司已经开发了综合化水平更广的服务，包括全套的维修服务、资产管理以及工程保障，以满足低成本航空公司的需求。在下一步的维修保障服务中，飞机制造商将具有更重要的作用。
　　六、透明的供应链
　　第6个变革趋势也是一种经营上的创新，即提高供应链的透明度。航空供应商在过去10年，其企业的重点放在"瘦身"、6σ、高生产率以及企业资源软件（ERP）的应用，这些工作一度大多限于供应商自己的机构，现在则开始从内部转向外部。公司的ERP系统正在链接以形成一个供应链生态系统，从而显著改进协调及信息的透明度，有助于上述综合化解决方案的实现。以分散在全球的波音787的供应链为例，由于认识到135家合作伙伴紧密协调的重要性，波音公司求助Exostar公司提供使供应链具有透明度的工具。从而让波音公司能够管理较低层次供应链的供应商的风险，预测可能出现的问题并在某些情况下提出对整个供应链的要求。
　　供应链的透明度对售后服务市场效率的提升也是重要的。调查表明，售后市场供应链的库存成本保持在每年100亿美元，一些供应链公司特别是航空公司希望将库存推向供应链，供应链的透明度可以让航空公司取消没有生产效率的库存而同时仍然保持高度安全性以及放飞调度的可靠性。
　　另外，将维修活动外包的航空公司现在也在寻求维修合同成本上的透明度，要了解供应商如何为他们的利益服务以及如何管理成本的。
　　七、FAA认可的PMA零部件的增长
　　航空工业的售后服务市场有两件事是独特的，一是制造商必须保障其产品维持极长的寿命期，一般为30年，二是在其备件市场上持极高的份额，可以说，很多情况下是没有大的竞争。这种备件收益为许多制造商提供了开发资源及利润。
　　而在售后市场上出现的、不断增长的、获得美国联邦航空局（FAA）认可的零部件制造授权（PMA）件，就与上述情况形成明显冲突。PMA零备件现象自产生以来已发生许多变化，最重要的是普惠公司也介入了PMA零部件的生产竞争行列之中。此举将产生两个大的后果。一是表明，PMA零部件将被大量用户接受，二是航空发动机制造商将开放一个与PMA零部件形成竞争的市场。
　　 2006年PMA零部件成本占航空运输备件总成本2.3%，按20%年增长计，5年内PMA零部件将占到4%。PMA零部件的份额增长加上工程委任代表（DER）修理活动的增加会增加与制造商的备件竞争。再加上航空公司降低对库存的投资，到一定阶段将迫使发动机制造商重新考虑其经营模式以及零备件的供应链。
　　八、对航空供应链的影响
　　以上7大变革趋势对供应链的不同环节有不同影响（见表1）。
　　

表1 7大趋势对供应链诸环节的影响

趋势名称	飞机制造商	发动机制造商	元器件制造商	一、二级供应商	材料供应商	独立维修商	经销商
绿色航空发动机	√√	√√	√	√√	√	√
复合材料飞机	√√	√	√	√√	√√	√
电子功能化	√√	√	√√	√	√	√√
诊断及健康管理	√√	√√	√√			√
综合化解决方案	√√	√√	√√	√√	√	√√	√√
透明的供应链	√√	√√	√	√√	√√	√√	√√
PMA零部件	√	√√	√√	√		√	√

注：√√显著影响 √一定影响

　　对飞机制造商来说，绿色发动机技术将深刻影响未来一代飞机设计的成败。高复合材料飞机不只影响飞机成本而且影响其市场的进入。A350XWB及庞巴迪的C系列飞机就是为进入市场被迫采用大量复合材料的。PHM系统的推广将使飞机制造公司拥有先进的闭环信息系统来改进飞机的可靠性。综合化解决方案将推动飞机公司继续修改供应链的策略。
　　其次对发动机制造商来说，绿色技术的研发投资巨大，成败要未来几十年才见分晓。绿色发动机的实际应用还有许多难点，例如不断增长的PMA件。综合化解决方案显然是对发动机制造商有利，只要它保持良好的维修服务记录。PHM的应用增多为提高可靠性及实时监控服务水平创造了机遇。
　　对元器件制造商来说，更多的电子功能器件的应用将迫使那些液压及气动系统的制造商要么获得新技术、要么萎缩。而电子系统制造商则会兴旺发达。PHM的应用增长将导致元器件制造商、飞机制造商以及维修商之间争夺由谁来控制运营及维修信息。对元器件制造商影响最大的将是综合解决方案。许多（即使不是大多数）的元器件制造商将被大型制造商控制。
　　对一级二级供应商来说，向高复合材料飞机设计转变将促使其提升开发复合材料的能力，否则将面临市场萎缩。更重要的是飞机及发动机制造商如继续要求减少供应商数目，将加速供应商的并购。面向系统的一级供应商将继续收购元器件制造商。
　　原材料供应商也面对各种挑战，金属材料将被复合材料供应商取代，铝合金制造商已被复合材料设计边缘化。复合材料的高增长推动钛供应商的跃进。供应链的集成化及透明化使制造商对各型材料供应商提出更高要求以及施加讨价还价的作用。
　　独立维修商对电子功能程度的增长感到特别脆弱。随着元器件日益可靠及更加依赖制造商的知识产权及试验设备，独立维修商的市场将受到压力。他们必须通过开发广泛而又成本透明的服务来满足对综合解决方案的要求。
　　经销商受到综合化解决方案的影响最大，随着制造商对越来越少量供应商的高水平服务要求，并购是不可避免的。目前希望出现有限量的"巨型销售商"。经销商在提供综合化解决方案方面也起关键作用。波音公司并购Aviall公司就是一例。随着制造商越来越提供定量化的解决方案，他们将求助于经销商的资产管理及后勤能力。（作者：中国航空工业发展研究中心技术所陈亚莉）（责编姜）

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