专家访谈 | 大飞机产业链解读：产品可靠性如何提升？

广电计量航空机载技术总监

全球范围来看，大型民机制造业经历了多次技术革新和产业整合，基本形成波音与空客公司“双寡头”垄断格局。2007年中国商飞C919飞机立项，经过十六载发展，于2023年5月28日顺利完成首个商业航班飞行，全球民航市场也自此迎来了“C”选项。

C919的成功研制，表明中国已掌握了大型商用飞机设计和制造的核心技术，这将有力推动我国民用航空产业链高质量发展，一系列配套的制造业、材料业和零部件生产企业的能力也将得到快速提升，进一步提高中国民用航空产业的整体水平。

此外，中国商飞远程宽体客机C929已开始研制，并处于初步设计阶段；中国商飞ARJ21支线客机于2022年12月29日实现第100架机交付，目前中国商飞已经达到了年30架ARJ21的均衡生产节拍，建成了部总装年产50架的生产能力。

结合波音发布的《2021年民用航空市场展望》和《中国商飞公司2021-2040年民用飞机市场预测年报》来看，在未来20年中，我国民用飞机市场将新增民航飞机约8892架，对应市场规模91840亿元。考虑到我国ARJ21支线飞机、C919大飞机以及CR929飞机的研发、生产和交付进程，我国国产民用飞机的需求量大约为2223架。随着中国商飞ARJ21稳定交付、C919产能提升、C929研制推进，中国国产大飞机未来有望在全球民航市场发力，打破双寡头垄断格局，向三足鼎立格局发展。

除了以上可看得见、算得出的市场规模，以发展大飞机为代表的航空制造业的腾飞，还将撬动更巨大的产业链、金融链、贸易链和消费链。

按照中国民用航空工业发展路线图，中国大飞机研制将历经支线客机—干线客机—宽体客机的发展路径。大飞机的量产，将打开中国航空产业的发展空间。航空制造一向是系统集成度高、产业带动力强、关联产业密集的高端装备行业。从产业关联度的角度，汽车制造的产业价值拉动比(产业自身市场价值：产业链价值)一般是1:4-5， 而航空制造的产业价值拉动比一般高达1:8-9。如果这样估算，未来20年国产大飞机可延展的产业链将会带动高达数十万亿美元的价值生成链。

尤其是大飞机零部件、机体制造、机载系统、总装集成等先进制造环节，能带动几十个乃至上百个产业，技术扩散率高达60%。此外，大飞机研发不仅仅是高端制造的推动剂，也是基础科学深化研究的催化剂，将大幅度提高流体力学、固体力学、光学、声学、计算数学、热物理、化学、信息科学等一系列基础科学研究水平。

民机可靠性通常是指飞机在给定时间内和规定条件下正常工作的概率，该指标直接影响到飞机的安全性和经济性。

安全性方面，飞机上零部件众多，对于其不同的失效状态有不同的定性概率要求，从设计阶段就开始考虑可靠性，并进行环境和寿命周期试验，可以用于验证在研制和生产阶段飞机是否达到所要求的安全性水平。经济性方面，可靠性的提升则是直接降低了飞机可更换单元的维修和更换频率，节约了直接运营成本。

因此，可靠性鉴定就是对产品的可靠性进行测试和评估的过程，通过模拟现实环境下的使用和操作情况，检测产品在设计、制造和正常使用过程中可能出现的问题，在有限的样本、时间和费用下，发现潜在的故障点，找出产品薄弱环节，并对产品进行改进，从而提升整个产业链的技术水平。

目前现有可靠性验证试验方法时间长、费用高。民机航空机载设备MBTF通常为数万小时，试验时间要持续1.5-2年，费用超千万元。国内目前还没有相应的民机产品可靠性鉴定经验，而国外的可靠性数据则是根据飞机多年服役数据总结得出，且都是保密的。因此直接实施可靠性鉴定试验往往是不现实的，从而导致无法应用基于模拟试验的方法开展可靠性验证工作。

可靠性加速试验是一种试验耗时短、费用少、预测能力强的可靠性试验。通过适当提高试验应力水平，测试加速应力水平下的失效或性能退化数据，对试验数据进行建模分析外推评估出正常应力水平下的可靠性水平。但由于可靠性加速试验缺少基础数据的研究，且不同产品的特点及故障机理不一致，加速因子的确定非常复杂，需要耗费大量时间和成本，导致获得的加速试验时间和可靠性指标的精度有限。

大飞机产业链可主要分为以下环节：设计研发（基础研究、系统研发、综合设计、试验验证）、先进制造（新材料、零部件、机体制造、机载系统、总装集成）、运营维修（维修改装、持续运营、航空燃料）等。其中设计研发和先进制造等企业均可以通过仿真技术（数字孪生）、可靠性强化技术等方式快速找出产品的薄弱环节进行改进。

对于运营维修企业来说，可以在对飞机维护和修理过程中不断生成各个部件的可靠性数据，对收集的数据和信息进行全面的分析，并将实际性能水平和预先确定的性能标准进行比较。同时有条件的企业可以开展可靠性加速试验的研究工作，不光可以提升产品的可靠性，还可以大幅降低产品的研制费用。

最后，由大飞机制造企业进行领头工作，加强上下游企业合作，打通数据壁垒，形成由底层至顶层的金字塔式可靠性数据分析工作，整合现有基础数据，减少试验工作量和经费需求。例如，对于一些标准件、原材料或特种工艺的供应商，可以针对自家产品进行可靠性鉴定试验，后将相关数据共享给结构件或成品件供应商，以减少后期试验费用，助力整个产业链的发展和提升。

广电计量作为航空产业链试验技术解决方案供应商，构建“计量+检测+科研”综合化业务格局，已获得中国商飞试验服务商授权认可，并通过了美国联邦航空管理局（FAA）和欧洲航空安全局（EASA）现场DO-160测试审核以及T-PED评估、测试，获得国际适航检测项目相关资质，拥有国产大飞机、通用特种飞机、无人机和中国首架高速互联网飞机等丰富的试验项目经验；可为航空产业提供从设计仿真、测试到产品整改的全链条产品性能与质量解决服务方案，助力产品全生命周期质量管控。

在可靠性测试领域，广电计量与中国商飞、北京航空航天大学联合共建大飞机可靠性联合实验室，具备一站式服务能力，在可靠性试验分析、环境试验、六性设计及分析、材料与工艺分析评价等技术领域国内领先。广电计量通过可靠性领域深入产品全寿命周期，从指标论证、设计分析、设计提升、试验验证、分析评估等方面全面提高和保障产品的环境适应性、可靠性、安全性、维修性等指标，在满足适航取证要求的前提下，为产品改进及可靠性提升提供技术支撑。