飛行器研制系統(tǒng)工程

前言

筆者于20世紀50年代末在北京航空學(xué)院本科飛行器設(shè)計專業(yè)學(xué)習(xí)，60年代研讀副博士研究生，期間均未上過“飛行器研制系統(tǒng)工程”這門課。當時，連“系統(tǒng)工程”這一名詞也未曾聽到過。那時，我們研讀的是飛機設(shè)計、空氣動力學(xué)、飛行力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、熱力學(xué)、材料學(xué)等課程，照樣也能把飛行器設(shè)計、制造出來。國外的老一代飛行器設(shè)計師在五六十年代之前恐怕也未學(xué)習(xí)過系統(tǒng)工程方面的專業(yè)知識。但是，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以及軍事和民用領(lǐng)域?qū)︼w行器需求的逐步提高，飛行器設(shè)計日趨復(fù)雜，涉及的專業(yè)、學(xué)科越來越多，不僅要求飛行器有高的性能，而且要求有高的效能，亦即要求飛行器除了有優(yōu)良的飛行性能外，還應(yīng)使用可靠，維修方便，保障經(jīng)濟有效……因此，傳統(tǒng)的飛行器設(shè)計所包涵的專業(yè)學(xué)科不夠用了，用傳統(tǒng)的飛行器設(shè)計知識設(shè)計出來的飛行器已不能滿足軍事部門的戰(zhàn)備完好性要求和民用部門的飛機出勤率要求。例如美國的第二代飛機F111、F4等，在交付空軍使用時只解決了57%的問題，還有43%的問題要到交付使用后才逐步解決，嚴重地影響了飛機的作戰(zhàn)使用。有的飛行器因為任務(wù)要求分析粗糙，研制到一半才發(fā)現(xiàn)該飛行器根本不能滿足使用部門的要求，只能半途中止。在經(jīng)歷了一系列的挫折和失敗，耗費了數(shù)以億計的金錢之后，人們發(fā)現(xiàn)： 如果應(yīng)用了系統(tǒng)工程的原理和方法，那么這些失敗本來是可以避免的，或至少是可以減緩的。自從把系統(tǒng)工程原理和方法引入飛行器研制的全過程后，取得了許多令人矚目的成果。例如航天領(lǐng)域中的阿波羅登月計劃和航天飛機計劃的實現(xiàn)；航空領(lǐng)域中的F16、F22和波音777等飛機的研制成功。總之，系統(tǒng)工程在現(xiàn)代軍事和民用領(lǐng)域中發(fā)揮了巨大作用。對于飛行器研制來說，只有采用系統(tǒng)工程的原理和方法，才能使工程技術(shù)人員和管理人員在給定的任務(wù)要求和資源約束條件下，合理地確定系統(tǒng)的技術(shù)要求，選擇出最優(yōu)的系統(tǒng)方案，全面地管理工程的發(fā)展，正確地驗證系統(tǒng)的技術(shù)性能；并使設(shè)計出來的飛行器能順利地投入生產(chǎn)，使生產(chǎn)出來的飛行器在使用中得到經(jīng)濟而又有效的保障。飛行器研制系統(tǒng)工程是將系統(tǒng)工程的原理和方法用于飛行器研制，是應(yīng)用于現(xiàn)代飛行器研制的系統(tǒng)工程，是組織和管理飛行器研制的規(guī)劃、研究、設(shè)計、發(fā)展、試驗、生產(chǎn)、使用和保障全過程的系統(tǒng)方法和工程技術(shù)。本書共8章。第1章是飛行器研制系統(tǒng)工程概述。闡明飛行器設(shè)計系統(tǒng)工程的基本概念和飛行器全壽命期的階段劃分。第2章是系統(tǒng)工程過程。闡述如何將飛行器研制的任務(wù)需求，通過一系列規(guī)范化的程序和分析--綜合的迭代過程，將其轉(zhuǎn)化為飛行器的技術(shù)要求及滿足這些技術(shù)要求的系統(tǒng)最優(yōu)方案。第3、4、5章分別是工程專業(yè)的綜合、綜合保障工程、飛行器研制中的軟件工程。分別闡述可靠性、維修性、安全性、綜合保障工程和軟件工程在現(xiàn)代飛行器研制中的應(yīng)用。只有將這些工程專業(yè)有機地在飛行器設(shè)計中綜合，才能將飛行器從單純的性能度量擴延為效能的度量。第6、7章分別是系統(tǒng)分析和控制、風險分析。分別闡述權(quán)衡分析、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分析、風險分析和技術(shù)性能測量等分析方法和控制技術(shù)在飛行器設(shè)計中的應(yīng)用。運用這些方法和技術(shù)能確保研制出的飛行器滿足給定的任務(wù)需求。第8章是并行工程。闡述并行工程的發(fā)展背景和概況、定義與特點、實施要素、組織方式、研制過程、環(huán)境、管理等。系統(tǒng)工程，特別是并行工程在飛行器研制中的廣泛應(yīng)用，已在國外發(fā)達國家取得了顯著的成效，它也必將在我國的現(xiàn)代飛行器研制中發(fā)揮重要作用。本書第3、4章由章文晉副教授執(zhí)筆，其余各章由阮鐮教授撰寫，全書由阮鐮主編。

內(nèi)容概要

本書闡述系統(tǒng)工程的原理和方法，特別是工程系統(tǒng)工程的3個主要組成部分，即系統(tǒng)工程過程、工程專業(yè)綜合、系統(tǒng)分析和控制在現(xiàn)代飛行器研制中的應(yīng)用。通過系統(tǒng)工程將飛行器研制中的技術(shù)和管理有機地結(jié)合起來。本書還對我國在下一代先進飛行器研制中的若干問題，如下一代飛行器研制中的軟件可靠性、軟件系統(tǒng)測試和系統(tǒng)工程管理等問題進行了探討，并提出了相應(yīng)的解決方案。    本書可作為航空航天飛行器設(shè)計專業(yè)、工程系統(tǒng)工程專業(yè)的本科高年級學(xué)生和研究生的教材，也可供廣大航空航天行業(yè)及其他工程專業(yè)的設(shè)計人員和管理人員參考。

作者簡介

阮鐮，北京航空航天大學(xué)工程系統(tǒng)工程系教授，博士生導(dǎo)師。1961年，北京航空學(xué)院火箭系本科畢業(yè)，1965年，北京航空學(xué)院火箭系副博士研究生畢業(yè)，曾參加我國若干個飛行器的研制工作。1983--1985年在美國UTSI(田納西州立大學(xué)宇航學(xué)院)做訪問學(xué)者。之后在北京航空航天大學(xué)工程系統(tǒng)工程系從事系統(tǒng)工程并行工程的教學(xué)和科研，著作有《工程系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計》。近年來從事軟件工程與軟件可靠性工程領(lǐng)域的教學(xué)和研究，曾獲2001年國防科技進步二等獎。
　　章文晉，博士，副教授，北京航空航天大學(xué)工程系統(tǒng)工程系可靠性工程教研室副主任，北航無人機設(shè)計研究所型號可靠性主任設(shè)計師。主要從事復(fù)雜產(chǎn)品可靠性、維修性、保障性技術(shù)研究、教學(xué)和型號技術(shù)支持工作。主講《飛行器設(shè)計系統(tǒng)工程》和《產(chǎn)品保障性分析技術(shù)》課程，參與《飛機設(shè)計手冊》和《無人機設(shè)計手冊》的部分章節(jié)編寫工作。曾獲國防科學(xué)技術(shù)進步二等獎2次。

書籍目錄

第1章  飛行器研制系統(tǒng)工程概述　1.1  飛行器研制系統(tǒng)工程的概念　　1.1.1  系統(tǒng)    1.1.2  系統(tǒng)工程    1.1.3  工程系統(tǒng)工程    1.1.4  飛行器研制系統(tǒng)工程  1.2  飛行器全壽命期研制階段的劃分    1.2.1  零階段——立項前的醞釀階段    1.2.2  階段1——方案探索和系統(tǒng)定義階段    1.2.3  階段2——方案確定階段    1.2.4  階段3——工程研制階段    1.2.5  階段4——生產(chǎn)和部署階段9 1.2.6 階段5——使用和保障階段    1.2.7  退役處理第2章  系統(tǒng)工程過程  2.1  系統(tǒng)工程過程在現(xiàn)代飛行器研制中的作用  2.2  系統(tǒng)工程過程的定義和特征  2.3  系統(tǒng)工程過程的實施    2.3.1  任務(wù)要求分析    2.3.2  功能分析    2.3.3  系統(tǒng)綜合    2.3.4  系統(tǒng)工程過程的輸出第3章  工程專業(yè)的綜合  3.1  概述  3.2  可靠性工程    3.2.1  可靠性要求    3.2.2  可靠性工程實踐  3.3  維修性工程    3.3.1  維修性要求    3.3.2  維修性工程實踐  3.4  安全性工程    3.4.1  安全性評價    3.4.2  安全性工程實踐  3.5  零件工程    3.5.1  材料的選擇    3.5.2  加工過程的選擇    3.5.3  零件控制  3.6  人素工程    3.6.1  人素工程的研究方法    3.6.2  人素工程研究中的度量尺度    3.6.3  人素工程實踐  3.7  可生產(chǎn)性工程    3.7.1  影響可生產(chǎn)性的諸因素    3.7.2  可生產(chǎn)性工程實踐第4章  綜合保障工程  4.1  保障性    4.1.1  保障性定義    4.1.2  保障性要求  4.2  綜合保障    4.2.1  基本概念    4.2.2  裝備保障    4.2.3  綜合保障要素    4.2.4  保障系統(tǒng)、保障方案、保障計劃    4.2.5  綜合保障計劃與綜合保障工作計劃  4.3  保障性分析    4.3.1  保障性分析的概念    4.3.2  常用的保障性分析方法    4.3.3  保障性分析信息  4.4  保障資源研制    4.4.1  備件和器材供應(yīng)    4.4.2  保障設(shè)備  4.3  綜合保障試驗與評定第5章  飛行器研制中的軟件工程  5.1  概述    5.1.1  軟件在現(xiàn)代飛行器中的重要作用    5.1.2  軟件的質(zhì)量特性    5.1.3  軟件的質(zhì)量模型    5.1.4  軟件質(zhì)量的Pareto原理    5.1.5  軟件質(zhì)量與軟件工程化  5.2  現(xiàn)代軟件開發(fā)與管理的三維模型    5.2.1  軟件生存期的全過程控制    5.2.2  軟件質(zhì)量的全方位管理    5.2.3  構(gòu)建多層次的軟件開發(fā)管理模式  5.3  時間維——對軟件生存期的全過程控制    5.3.1  過程的定義    5.3.2  軟件過程管理的關(guān)鍵活動    5.3.3  過程控制要點    5.3.4  軟件生存期各階段的過程控制  5.4  空間維——軟件關(guān)鍵質(zhì)量因素的全方位管理    5.4.1  軟件的分級管理    5.4.2  軟件文檔管理    5.4.3  軟件需求管理    5.4.4  軟件評審管理    5.4.5  軟件配置管理    5.4.6  軟件測試管理    5.4.7  建立軟件的失效報告、分析和糾正措施系統(tǒng)    5.4.8  對分承制單位的管理  5.5  三位一體的軟件開發(fā)管理模式    5.5.1  軟件開發(fā)者的自我管理——個體軟件過程 2 5.5.2 軟件開發(fā)者的團隊管理——小組軟件過程    5.5.3  軟件能力成熟度模型（CMM）    5.5.4  從CMM到CMMI  5.6  下一代飛行器研制中的軟件可靠性問題    5.6.1  美國F22的教訓(xùn)    5.6.2  F35軟件可靠性的實施    5.6.3  下一代飛行器研制中的軟件可靠性工程  5.7  下一代飛行器研制中的軟件系統(tǒng)測試問題    5.7.1  關(guān)于嵌入式軟件測試環(huán)境的思考    5.7.2  模型驅(qū)動的軟件仿真測試技術(shù)第6章  系統(tǒng)分析和控制  6.1  權(quán)衡分析方法    6.1.1  權(quán)衡分析的方法和步驟    6.1.2  權(quán)衡分析的若干方法  6.2  工作分解結(jié)構(gòu)    6.2.1  系統(tǒng)層次體系    6.2.2  工作分解結(jié)構(gòu)的組成和分類    6.2.3  工作分解結(jié)構(gòu)的基本功能    6.2.4  利用工作分解結(jié)構(gòu)制定進度計劃    6.2.5  利用工作分解結(jié)構(gòu)估算費用    6.2.6  制定飛行器系統(tǒng)費用?進度曲線的方法  6.3  技術(shù)性能測量    6.3.1  技術(shù)性能測量的主要任務(wù)    6.3.2  選擇技術(shù)性能測量的主要參數(shù)    6.3.3  技術(shù)性能測量的方法和步驟    6.3.4  技術(shù)性能測量報告第7章  風險分析  7.1  概述  7.2  與風險有關(guān)的術(shù)語和定義    7.2.1  風險和風險因子    7.2.2  風險分類    7.2.3  等風險曲線  7.3  風險的辨識  7.4  風險估計    7.4.1  技術(shù)風險的估計    7.4.2  進度風險的估計    7.4.3  費用風險的估計  7.5  風險管理    7.5.1  降低或控制風險的技術(shù)    7.5.2  減小風險的途徑第8章  并行工程  8.1  并行工程的發(fā)展背景和概況  8.2  并行工程的定義與特點    8.2.1  定義    8.2.2  特點  8.3  實施并行工程的巨大效益  8.4  并行工程的實施要素  8.5  并行工程的組織方式    8.5.1  綜合產(chǎn)品研制小組的兩個案例    8.5.2  典型的“綜合產(chǎn)品研制小組”的組織方式    8.5.3  IPT的人員組成及對成員的要求    8.5.4  IPT的指導(dǎo)原則和工作程序  8.6  并行工程中確定產(chǎn)品與過程要求的規(guī)范化方式    8.6.1  運用QFD將用戶需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品與過程要求的規(guī)范化方法    8.6.2  QFD的規(guī)范化流程  8.7  并行的研制過程    8.7.1  研制過程并行運作方式的特點    8.7.2  并行研制過程是一個不斷改進的過程  8.8  并行工程的環(huán)境    8.8.1  并行工程環(huán)境概述    8.8.2  100%的三維數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計    8.8.3  電子樣機    8.8.4  計算機輔助可靠性、維修性、保障性分析與設(shè)計    8.8.5  交互通信與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)  8.9  下一代飛行器研制中的系統(tǒng)工程/并行工程管理問題    8.9.1  實施系統(tǒng)工程/并行工程管理的要點    8.9.2  系統(tǒng)工程能力成熟度模型參考文獻

章節(jié)摘錄

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