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文档简介

1、工程系统规划与设计章文晋 北航可靠性与系统工程学院第二章 飞行器设计系统工程北航可靠性与系统工程学院工程系统规划与设计内容提要1.飞行器设计系统工程2.飞行器设计系统工程内涵3.飞行器设计系统工程过程北航可靠性与系统工程学院工程系统规划与设计飞行器系统地-空系统空勤人员地勤人员动力装置地面搜索与跟踪雷达飞机系统机体飞机防空作战系统航电分系统地面保障设备北航可靠性与系统工程学院工程系统规划与设计飞行器设计系统工程v 飞行器设计系统工程隶属于工程系统工程范畴v 它的学科基础是飞行器设计v 它是应用于现代飞行器研制的系统工程,是组织和管理飞行器研制的规划、研究、设计、

2、发展、试验、生产、使用和保障全过程的系统方法和工程技术系统工程工程系统工程飞行器设计系统工程北航可靠性与系统工程学院工程系统规划与设计飞行器设计系统工程观点和方法应用对象应用范围目的各类飞行器(包括航天类、规划、设计、制造、试验、使用保障的 全过程使各类飞行器研制达到最优化(获取最大效益)从飞行器系统整体出发,分析与综合的迭代方法航空类、民用飞行器)、北航可靠性与系统工程学院工程系统规划与设计飞行器设计系统工程内涵系统工程过程工程专业综合系统分析和控制北航可靠性与系统工程学院工程系统规划与设计系统工程过程系统工程过程是一种技术处理过程,该过程由一系列的工程工作和决策的逻辑程序组成,其目的是将飞

3、行器系统的任务需求转化为对系统性能参数的描述,并确定出飞行器系统的最优配置。系统工程过程的主要功能是以一套规范化的方法和程序从任务需求中完整 地导出量化的系统技术要求,并确定能满足这些技术要求的系统最优配置。这本质上是一个先导的工作过程,推行这一工作过程就能对整个设计进程 起指导作用,并确保设计工作取得成功。系统工程过程的主要工程活动是系统分析和综合。通过任务要求分析和功能分析把任务要求转化为功能要求,并籍助随后进行的技术要求分配进一步转化为系统较低层次上的技术要求,从而使系统、分系统、部件能据以进行设计。而综合则是从系统总体的观点,按给定的详尽程度保持设计的完整性(应当包括组成系统的各个要素

4、:硬件、软件、人员、设施和数 据)。北航可靠性与系统工程学院工程系统规划与设计工程专业综合工程专业的综合是将与飞行器的研制有关的各个工程专业,诸如可靠性、维修 性、安全性、人素工程、软件工程、生产工程、后勤工程、价值工程等工程专 业的工作协调地纳入到系统的发展过程中,以保证它们能对设计工作施加影响,并最终满足对飞行器系统规定的要求。从上世纪80年代末到90年代初,美国针对飞行器系统(和装备系统)的技术要求越来越高,而可用资源却日益减少的状况,进一步提出了“综合产品研制”(Integrated Product Development)和并行工程(Concurrent Eugineering)的新

5、概念,强调在整个系统研制中,都应将传统的工程技术(如力学、机械学、空气动力学、电子、电气、动力、液压等)和各专门专业(如可靠性、维修性、安全性、保障性工程等),以及试验工程、生产工程和后勤工程综合到一起,并予以统一的协调和管理。采用这种新概念进行工程系统研制,可以大为减少设计与生产、使用、保障间的不协调,从而显著地提高产品的质量和可靠性,并节省了研制时间和费用。北航可靠性与系统工程学院工程系统规划与设计系统分析和控制系统分析和控制是使飞行器研制过程从输入到输出的可追溯性得以保持,并使其研制过程得到控制,以确保最终研制出的飞行器能符合用户的需求。系统分析包括权衡分析、系统体系结构分析、风险分析和

6、效能分析。系统分析可用来评价备选飞行器方案及其技术途径、风险是否能恰当地满足系统要求和指标,为选择最终的体系结构和设计方案提供依据。系统控制包括技术性能测量、技术状态控制和技术评审。其中, 技术性能测量是对飞行器系统的技术性能进行连续的验证和控制过程;技术状态控制是对已确立的设计基线进行控制;技术评审则是对飞行器研制各阶段实施里程碑控制的重要手段。北航可靠性与系统工程学院工程系统规划与设计飞行器设计系统工程内涵任务需求系统工程过程系统技术要求系统最优配置系统分析与 控制控制与管理工程专业综合性能扩展到效能工程设计北航可靠性与系统工程学院工程系统规划与设计飞行器设计系统工程过程阶段0:立项前的酝

7、酿阶段1:方案探索与系统定义阶段2:方案确定阶段5:使用与保障阶段4:生产与部署阶段3:工程研制北航可靠性与系统工程学院工程系统规划与设计阶段0:立项前的酝酿可能结果不可行性论证触发因素条件用户的某种需要、外部的某种威胁 或新的技术机遇; 对一种新的飞行 器提出了需求。 但对这种新飞行 器是否予以立项 研制必须进行酝 酿。进行“飞行 器的可行性论证” 和“不可行性论 证”。一是立项论证这一项目 会带来的问题、遭遇的风险、 资源的浪费、 对环境的影响 等等。被,若该建议书被正式批准,方能启动以下的研制程序。项目不成立。二是立项 通过论证, 提交项目 立项的正 式建议书。北航可靠性与系统工程学院工

8、程系统规划与设计阶段1:方案探索与系统定义 用户(或使用部门,下同)的任务需求书(或战术技术指标); 约束条件(如资金限额,研制周期要求,环境条件等)。输入 将用户的任务需求,通过一系列规范化的程序转化为飞行器的系统技术要求及满足这些要求的基本系统方案,亦即定义所研制的飞行器系统。主要任务 确定系统是干什么的?(What to do?),而不是具体地设计系统,亦即不涉及系统是怎样去实现这些(功能)要求的,(不回答How to do?)。核心工作 飞行器系统技术要求(一般以系统规范,或技术要求文件表述); 飞行器基本方案输出北航可靠性与系统工程学院工程系统规划与设计阶段1:方案探索与系统定义(注

9、意)满足任务需求的系统方案有多个,所以必须进行多方案探索,探索的方案越多,从中选出最优方案的可能性也越大。除非存在极其特殊的情况(如作战的紧迫需要),否则应严禁进行单一方案的设计。这一阶段给出的系统要求应是全面的,即不仅要给出性能要求, 功能要求;还应给出使用、保障要求。因此,这一阶段进行的 系统方案探索也不应只有技术方案的探索,还应同时进行使用 方案和保障方案的探索。即选择的技术方案应经过使用方案的 验证。方案探索的结果是能提供“足够的工程理由和实用性”,说明这一立项确实可行。“足够的工程理由”是指所选择的方案对给定的技术指标留有余地,而不是方案勉强达到给定指标。“实用 性”,是表明所选择的

10、方案是可靠的、实用的,经过恰当的努力是可以实现的;而不是采用过多的新技术,需要边预研、边研制。北航可靠性与系统工程学院工程系统规划与设计阶段2:方案确定 被确定 系统是如核何心构工成作的?即确定系统的配置(技术状态)。系统的配置确定了,系统方案也就确定了。 系统分析:将系统级的技术要求,按照系统的功能体系结构进行功能分析,将系统级的技术要求下传并分配给各个分系统、子系统、部件包括进行风险分析,辩识、估计并降低选定方案的风险。 系统综合:将系统的功能体系结构映射为物理体系结构,这样才能得出构建系统及其各组成部分的硬件、软件、数据、设备及其接口的配置,才能最输入主要任务输出方案的体系结构(功能体系

11、结构、物理体系 结 构); 接 口 控 制文件; 系统设计规范(经批准后形成功能 对初步选定的基本方案进行深入的分析、研究及必要的演示验证,以便最终确定方案。 阶段1的输出: 即 飞 行 器 系 统 技 术 要 求和基本方案。基线)。终确定一个完整的系统。北航可靠性与系统工程学院工程系统规划与设计阶段2:方案确定(注意)对阶段1和阶段2应给予足够的研制经费的支持。在我国的飞行器型号研制中,通常在研制初期的经费很少。一般要到设计工作结束,开始投产时才拨发较多的经费。这种在研制前期缺乏经费的现象会产生严重的后果,即使得前期的研制工作做得很不充分,大量是纸面的分析工作,缺乏对研制中要采用的关键技术进

12、行必要的、充分的演示验证。据系统工程原理和大量的统计结果表明:阶段1+阶段2的研制费用应占研制总费用的25%左右。这样做的好处是: a. 使前期工作,尤其是关键技术的演示验证工作做得充分,大大降低型号研制的后期风险。如美国的飞机研制,都要求承包商进行原型机验证。这当然会要求投入较多的经费。但是前期经费的投入不仅不会增加研制总经费,反而会降低它。 b. 据国外大量的飞行器研制统计数据表明:如果阶段1+阶段2的研制经费占研制总经费的25%,则最终研制总经费的超支仅为20%。如果阶段1+阶段2的研制经费只占研工程系统制规划总与经设计费的5%(或以下),则最终研制总经费的超支可能达到12北0%航可靠1

13、性6与0系%统工程学院飞行器设计系统工程200100 15 30 北航可靠性与系统工程学院工程系统规划与设计超过初期 C 阶段保证的最终成本0-20A 和 B阶段成本占研制成本的百分比阶段3:工程研制输入 阶段2的输出主要任务:飞行器的设计、制造、试验、外场试验(试飞)和定型,具体包括: 初步设计。在分系统、子系统和部件的层次上,反复执行系统工程过程,从而制订出分系统规范等设计文件。 详细设计。用设计来实现技术要求,并完成有关零、部件的完整的产品设计。 生产准备。完成产品规范,材料规范和工艺规范的制定,并根据生产条件和制造技术对修改、完善设计进行反馈。 试生产。进行小批试生产以支持试验和试飞,

14、并继续向设计工作提供反馈信息,进一步修改与完善设计。 试验与评定。试验与评定一般分为两个阶段,首先由研制部门进行研制试验与评定。主要试验与评定飞行器性能、功能满足任务需求的状况。在研制试验与评定基本结束后,输出应:转入使用试验与评定。使用试验与评定由使用部门进行,使用试验与评定主要试验飞 行器的使用适用性(如作战适用性,对使用环境的适用性等)。通过设计定型鉴定的飞行器; 设计定型鉴定。通过了设计定型的飞行器方能投入批量生产,并交付用户使用。 与飞行器配套的保障系统;工程系统规成划套与设技计术资料与文档。北航可靠性与系统工程学院阶段4:生产和部署输入主要任务核心注意 对于批量很大的飞行器(如。段

15、最好分两个阶段进行,以降低生产风险:第一阶段先以低速率进行最初几批产品的生产;发现问题后,及时修改生产工艺或材料、设备,北航然可后靠性转与入系统第工二程学院工程系统规划与设计 以合理的费用生产出并交付能充分予以保障的飞行器系统。 对设计定型的飞行器投入批量生产,然后陆续交付使用部门予以部署 通过设计定型鉴定的全部设计资料阶段5:使用和保障主要任务对该阶段的系统技术状态变更进行技术状态控制;根据系统及其相配套的保障系统的实际运行情况, 测量并评价系统投入实际使用后的适应性,使用可用性及效能;向系统提供经济而又有效的保障;根据使用情况和新的需求,提出飞行器系统的改进或改型计划。输出:废弃物注意在早期就要考虑系统的报废处置问题系统的使用和保障阶段很长(约为15-20年,甚至更长)北航可靠性与系统工程学院工程系统规划与设计阶段5:使用和保障北航可靠性与系统工程学院工程系统规划与设计阶段序号阶段0阶段1阶段2阶段3阶段4阶段5阶段名称立项前方案探索和系统定义方案确定工程研制生产和部署使用和保障里程碑012345本阶段输入 用户需求 外部威胁 技术机遇 任务需求书 约束条件 系统技术要求 基本方案 系统规范 接口控制文件 系统体系结构 生产计划 生产工艺正式交付的飞行器及其保障系统

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