Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


НОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В ОРГАНИЗАЦИИ И СТРАТЕГИИ ПРОИЗВОДСТВА ШИРОКОФЮЗЕЛЯЖНЫХ САМОЛЕТОВ

Для мирового самолетостроения характерна устойчивая тенденция роста стоимости при создании принципиально новых самолетов. Особенно значительно по сравнению с затратами на создание предшествующих поколений самолетов возросли капиталовложения фирм при разработке и производстве широкофюзеляжных лайнеров. Так, фирма «Боинг» еще до начала поставок самолета В-74? затратила на разработку конструкции, испытания, строительства производственных зданий, подготовку производства и изготовление- оснастки, около 1,3 млдр. долл.

По программе создания самолета DC-10 фирма «Макдоннелл — Дуглас» затратила около 1,5 млрд. долл. В программу создания, самолета L-1011 «Тристар» фирмой «Локхид» и фирмами-субподрядчиками было вложено около 1,4 млрд. долл. (по курсу доллара 1971 г.), в том числе на разработку исходной конфигурации самолета 375 млн. долл. Стоимость всей программы создания самолета А-300В оценивалась в начале работ суммой в 1 млрд. долл.

Стоимость только одной разработки самолета В-747 составила около 650 млн. долл., а самолетов DC-10, L-1011 и А-300В — в среднем около 500 млн. долл. на каждый (для сравнения следует указать, что стоимость разработки сверхзвукового пассажирского самолета «Конкорд» приблизилась к 2,4 млрд. долл.). Тенденция .роста стоимости разработки пассажирских и транспортных самолетов США в последние 40 лет соответствует следующей приближенной статической зависимости


Расчетный расход на разработку самолета В-747 при сдаче его Б эксплуатацию в 1970 г. (Лг= 1970) по приведенной формуле близок к фактическим затратам (677 против 650 млн. долл.).

Затраты на создание каждого из трех современных широкофюзеляжных самолетов США составили 1—1,5 млрд. долл., что незначительно отличалось от средств, выделенных для этого каждой из фирм.

Как считают специалисты, стоимость разработки дозвукового транспортного самолета нового поколения с большой пассажировместимостью составит 2—4, а сверхзвукового — 3—5 млрд. долл. Финансовый риск зарубежных фирм при создании новых самолетов будет чрезвычайно большим, при этом фирмам придется делать займы или объединять капиталы. Пойти на такие шаги фирмы решатся только при устойчивой конъюнктуре рынка и наличии такого количества заказов, которое позволит не только окупить затраты, но и получить прибыль.

Естественно, стоимость разработки самолета зависит от его взлетной массы. Эта зависимость для транспортных и пассажирских самолетов, выведенная на основании статистических данных США, описывается следующей приближенной эмпирической формулой:


Все формулы, приведенные в книге, сугубо эмпирические и пригодны толь- КР для приближенных расчетов.

Высокая стоимость и длительные сроки разработки определяются большой трудоемкостью этапа создания новых самолетов. Например, затраты труда только на предварительное проектирование и определение оптимальной аэродинамической схемы и компоновки самолета L-1011 с 1966 по 1968 гг. превысили 2 млн. чел.-ч. Объем испытаний моделей самолета в семи аэродинамических трубах превосходил 13000 ч — было изучено 45 проектов крыла, 11 конфигураций носовой и 12 — хвостовой частей фюзеляжа.

Определить объем трудозатрат на разработку новых самолетов самого различного назначения можно по следующей приближенной эмпирической зависимости, выведенной на основании статистических данных США:


Устойчивость тенденции роста трудоемкости и стоимости разработки самолетов с 1930 г. объясняется необходимостью постоянного улучшения летных характеристик, в результате чего усложняются конструкции авиационной техники. Создание таких конструкций опирается на все возрастающие объемы научных исследований и экспериментальных работ не только в области аэродинамики и прочности, но и в области технологии и экономики производства. Возможность создания и освоения производства новых самолетов со все более высокой степенью трудоемкости определяется уровнем технических знаний, опытом специалистов и темпами научно-технического прогресса.

От начала проектирования современных самолетов до ввода их в эксплуатацию проходит не менее 4—5 лет, в будущем этот период существенно увеличится. Расходы на разработку дозвуковых транспортных самолетов за каждые 10 лет увеличиваются примерно в 10 раз. Разработка таких самолетов обходится фирмам в 2300—3300 долл. >на 1 кг взлетной массы, поэтому создание новых, особенно тяжелых и крупногабаритных самолетов, становится все более трудным и рискованным делом для частных фирм.

Затраты на разработку одного нового самолета могут превышать весь капитал фирмы, поэтому для уменьшения риска в США и других странах происходит слияние фирм, используются ассигнования правительств, а также разрабатываются многонациональные программы.

Осуществлению крупных капиталовложений способствует высокая степень монополизации, которая особенно характерна для фирмы — производителей гражданских самолетов: 100% магистральных пассажирских самолетов в США выпускают три фирмы — «Боинг», «Макдоннелл — Дуглас» и «Локхид». Эти же фирмы выпускают в настоящее время почти 90% самолетов для всех зарубежных авиакомпании (рис. 1.1).

Крупным фирмам предоставляются государственные кредиты и субсидии. Правительство предоставляет фирмам льготы, включающие ускоренную амортизацию основного капитала, а также систему приоритетов, обеспечивающую внеочередные поставки сырья, займы и т. п. Например, в августе 1971 г. в связи с резким ухудшением финансового состояния (в частности, из-за банкротства фирмы «Роллс-Ройс» — поставщика двигателей для самолета L-101 1 «Тристар») по решению конгресса США фирме «Локхид» был предоставлен заем в сумме 250 млн. долл. на пять лет.

Крупные фирмы, поддерживаемые государственными и политическими кругами, оказываются в предпочтительном положении при заключении контрактов, в том числе с зарубежными авиакомпаниями. Так, фирмы «Боинг», «Макдоннелл—Дуглас» и «Локхид» в конце 1973 г. имели заказы на поставку в 1974 г. и последующие годы 573 транспортных самолетов, причем 378 самолетов, или 66% всех заказов, предназначались для поставки в другие страны.


Фирмы-гиганты при выполнении работ по программам создания новых самолетов привлекают большое количество субподрядчиков, что сокращает сроки проведения работ, повышает качество продукции, а главное, позволяет уменьшить риск отдельных фирм и их убытки в случае неудачи программы. Высокий уровень кооперации — определяющая черта программ создания широкофюзеляжных самолетов.

Субподрядные работы, связанные с созданием самолета В-747, распределены между 1500 крупными и 15000 мелкими фирмами, расположенными в США и шести других государствах. На долю субподрядчиков приходится разработка и производство 70% деталей, узлов и систем по весу, что составляет более половины стоимости самолета. При разработке самолета DC-10 на долю фирм- субподрядчиков пришлось более четверти всех проектных работ. В производстве планера самолета L-1011 45% работ по стоимости выполняется субподрядчиками. В табл. 1.2—1.4 приводятся основ-








Удельная (приходящаяся на единицу стоимости самолета) производительность гражданской авиации за.последние 30—40 лет практически не изменилась, хотя комфорт, скорость и безопасность увеличились значительно.

Можно ожидать, что повышение цен на авиационное топливо вызовет увеличение эксплуатационных расходов в гражданской авиации всего мира, в результате чего авиатранспортные компании будут испытывать, а некоторые уже испытывают значительные экономические трудности, которые окажут влияние на развитие самолетостроения.

Приведенные конъюнктурные, технические и экономические факторы оказали решающее влияние на стратегию производства широкофюзеляжных самолетов, сущность которой заключается в следующем:

быстрое освоение серийного производства;

достижение высоких темпов производства в кратчайшие сроки; одновоеменное производстве различных вариантов самолетов, т. е. обеспечение гибкости производства, позволяющей вносить в конструкцию самолета значительные изменения с целью удовлетворения быстроменяющихся требований рынка;

низкие издержки производства, обеспечивающие конкурентоспособную цену;

относительно короткая продолжительность и низкая стоимость технического обслуживания.

Поставленные в начальной стадий создания широкофюзеляжных самолетов производственные задачи предопределили организацию и управление производством, выбор оборудования и освоение новых технологических процессов.

К претворению в жизнь выработанной стратегии производства на авиастроительных фирмах США приступили в начальной стадии предварительного проектирования. Процесс предварительного проектирования ,не ограничивается определением облика самолета и его отдельных компонентов, он включает и технологические вопросы, и вопросы организации производства и закупки нового оборудования, так как уровень издержек производства и эксплуатационных расходов во многом зависит от совершенства технологических процессов и используемого оборудования. Авиастроительные фирмы разработали специальные программы, способствующие достижению высокой экономической эффективности конструкторских решений широкого круга вопросов, возникающих в начальной стадии предварительного проектирования. В частности, программа соз- . Дания самолета В-747 предусматривала:

выбор оптимального варианта конструкции каждого компонента, обеспечивающего минимальный уровень издержек производства и эксплуатационных расходов самолета;

выбор места для строительства нового завода; выбор транспортных средств для доставки компонентов самолета на сборочный завод;

выбор производственного оборудования.

Для повышения эффективности конструкторских решений в начальной стадии предварительного проектирования создавалась специальная группа (или группы), в состав которой входили представители основных функциональных отделов фирмы: конструкторского, производственного, технологического, отдела снабжения, отдела послепродажного обслуживания и т. д. При анализе проекта той или иной детали или компонента самолета члены группы исследовали возможность снижения издержек производства с одновременным обеспечением характеристик изделия требованиям, предъявляемым представителями каждого отдела, участвующими в работе группы. Такой анализ обычно называют функционально- стоимостным анализом проектируемых изделий, а созданные группы— рабочими группами по функционально-стоимостному анализу (ФСА). Так, рабочая группа фирмы «Боинг» предложила в конструкции лонжерона крыла одной из моделей своего самолета использовать прямые элементы жесткости вместо этих же элементов, имеющих на обоих концах подсечки, что позволило значительно сократить издержки производства.

Сокращение издержек производства может быть достигнуто и совершенствованием технологических процессов. В частности, при создании самолета В-737 некоторые панели обшивки крыла с заданной кривизной изготавливали на специальном прессе. При проектировании обшивки крыла самолета В-717 специалисты группы определили, что более экономичным способом изготовления таких деталей является дробеструйное формование на специальном оборудовании. Дробеструйная обработка деталей была использована не только как метод более экономичного формообразования, но и как средство увеличения усталостного ресурса материала, способствующего повышению эксплуатационных характеристик.

Один из методов снижения издержек производства и сокращения продолжительности производственного цикла—уменьшение количества комплектующих деталей в конструкции исследуемого компонента самолета. При сокращении комплектующих деталей уменьшается потребность в крепеже, снижается трудоемкость и продолжительность изготовления компонента (в процессе изготовления каждая деталь проходит до 20 производственных операций) и трудоемкость его сборки. При создании широкофюзеляжных самолетов перед конструкторским составом была поставлена задача изыскать возможности сокращения .количества комплектующих деталей в проектируемых ими изделиях. Один из путей решения этой задачи создание компонентов планера (лонжеронов, шпангоутов, стрингеров и т. д.) с возможно меньшим количеством технологических разъемов. Возросшие габариты широкофюзеляжных лайнеров по сравнению е предшествующим поколением самолетов и принятая ориентация проектировать компоненты планера с меньшим количеством комплектующих деталей, а иногда и монолитными, позволили авиастроительным фирмам еще на стадии предварительного проектирования предусмотреть необходимость создания и использования нового, с увеличенными габаритными размерами, технологического оборудования — металлорежущих станков, печей для нагрева и термообработки, ванн для гальванопокрытий и химического травления, камер и автоклавов для склеивания заготовительно-штамповочного я клепального оборудования и т. д.

Применение склеивания металлических деталей также сокращает издержки производства, снижает массу конструкции, повышает ее ресурс. Этот способ производственного соединения деталей широко использовали при создании самолета L-1011.

Сокращение издержек производства может быть достигнуто и созданием деталей такой конструкции, которая позволяет автоматизировать производственные процессы. В связи с этим на стадии предварительного проектирования предусматривалось использование автоматической клепки, станков с ЧПУ и т. д.

На стадии предварительного проектирования большое внимание уделялось снижению стоимости технического обслуживания самолета, например, благодаря обеспечению высокого ресурса силовых элементов.

Решение приведенных задач на стадии предварительного проектирования существенно повлияло на выбор материалов, оборудования, технологических процессов. После проработки основных конструктивных решений и выбора технологических процессов этой стадии составлялись планы закупоки оборудования.

В последние годы произошли значительные изменения в парке станочного оборудования авиастроительных фирм. В первые послевоенные годы основу парка составляло металлорежущее оборудование. Так, в 1945 г. 88% парка оборудования авиастроительных фирм США составляло именно такое оборудование. К 1968 г. доля металлорежущего оборудования в аэрокосмической промышленности США сократилась примерно на 35%- Соответственно возросла доля кузнечно-прессового, сварочного, литейного и другого оборудования.

Существенные сдвиги за послевоенный период произошли и в структуре металлообрабатывающего оборудования. При общей тенденции сокращения этого вида оборудования в станочном парке авиастроительных фирм происходит увеличение доли станков с ЧПУ . Так, на заводах фирм США, связанных с производством летательных аппаратов, в 1968 г. было установлено 31075 металлообрабатывающих станков. К 1973 г. их количество сократилось до 25632 единиц. За этот же период количество станков с ЧПУ возросло с 326 до 1246 единиц. На заводах фирм, связанных с производством авиационных двигателей и запчастей, общее количество металлообрабатывающего оборудования в этот же период сократилось с 134015 до 65350 единиц, а количество станков с ЧПУ увеличилось с 2182 до 2848 единиц. Массовое внедрение станков с ЧПУ в период с 1968 по 1973 гг. — период наивысших темпов производства широкофюзеляжных самолетов и двигателей к ним объясняется высокой эффективностью такого оборудования. Эти станки позволяют изготавливать детали повышенных габаритов с высокой точностью исполнения. Помимо этого, при использовании их сокращаются издержки производства за счет уменьшния расходов на заработную плату производственного персонал- Так, многооперационный станок с ЧПУ по производительности эк Бивалентен примерно 10 обычным станкам. В связи с этим на стадии предварительного проектирования широкофюзеляжных самолетов было принято решение осуществлять производственные one радии основных компонентов самолета (лонжеронов, шпангоутов стрингеров, обшивки и т. д.) в основном на станках с ЧПУ.

В программу получения максимальной экономической эффективности от разработки и производства самолета на фирме «Боинг» входил?, задача выбора места для строительства нового завода по производству и сборке самолета В-747.

В основу выбора был положен комплекс следующих факторов:

наличие поблизости взлетно-посадочной полосы длиной 3000 м;

наличие железной дороги;

низкий уровень налогов;

низкая стоимомость земельного участка;

наличие квалифицированной рабочей силы.

Из 78 городов выбор пал на г. Эверетт (штат Вашингтон), так хак место, выбранное для строительства завода, в максимальной степени отвечало перечисленным требованиям.

Сложность производства широкофюзеляжных самолетов заставила фирмы перейти к широкой автоматизации планирования, расчетов и диспетчирования производства на базе применения ЭВМ и новой техники, (дисплеев, регистраторов, средств связи).

Интересы повышения эффективности производства самолетов В-747, DC-10 и L-1011 потребовали провести ряд мероприятий по .повышению квалификации кадров. Так, в США высокая квалификация кадров рабочих и инженеров достигается путем специального обучения (для рабочих фирмы «Боинг» обязательна 70-часовая программа обучения выполнению операций по изготовлению широкофюзеляжных самолетов) и закрепления кадров на необходимый °rioK работы. Стаж работы значительной части неувольняемых рабочих и инженеров на одной фирме достигает 20 и более лет.

Технический уровень производства самолетов на фирмах «Боинг», «Макдоннел—Дуглас» и «Локхид» достаточно высок, технология стабильна, а применяемая оснастка и оборудование позволили обеспечить достижение требовавшегося по расчетам прибыльности уровня трудоемкости производства.

Удельная трудоемкость производства широкофюзеляжных самолетов в расчете на 1 кг массы ниже удельной трудоемкости производства самолетов с узким фюзеляжем, но не более чем вдвое. Это объясняется большим объемом ручных работ, а также тем, что для выполнения требований по обеспечению высокого ресурса (30— 60 тыс. летн. ч) и всемерного уменьшения объемов ремонта самолетов в эксплуатации необходимо более тщательное исполнение и 100%-ный контроль всех производственных операций.

Белянин П. Н. Производство широкофюзеляжных самолетов в США — М.: Машиностроение, 1979.

Экспертиза

на главную