《飛行器系統工程理論與最佳實踐》

系統工程理論研究，特別是工程研製經驗總結得到的最佳實踐是指導高科技複雜產品研製成功的保障。系統工程以跨學科的方式來解決總體優化問題，已經廣泛應用於航空航天等領域科研、生產和管理的各個環節。

目前，國際上關於系統工程的著作多是通用方法研究，側重於理論描述和學術探討，有些甚至偏離了主流系統工程的原則和流程方法。即使有部分系統工程出版物涉及系統工程在航空航天項目的介紹，但是不夠系統，也不夠全面，與具體工程項目中運用系統工程開展項目管理和工程實踐還有較大差距。《飛行器系統工程理論與最佳實踐》一書是李小光教授對其30多年來在中美前沿航空項目和系統工程及集成實踐經驗的總結。

寫 作 特 色

全書從飛行器研製成功的角度，把系統工程背景知識、系統工程標準、手冊和指南，以及國內外頂尖航空製造公司的系統工程與集成的最佳實踐等進行了逐一介紹和分析，具有理論聯繫實踐的全面性、成功項目最佳案例的指導性，非常具有權威性和參考價值，對於飛行器特別是工業級無人機和商用飛機研製具有很大的幫助。本書文字簡明流暢，內容全面完整，向讀者傳遞了作者的系統工程思維和其多年的研究與實踐成果。

內 容 簡 介

本書由李小光負責編寫大綱和統稿，房峰、黃博、裘旭冬共同參與編寫完成。全書分兩個部分共計13章，第一部分「系統工程基礎」詳細闡述和介紹了幾個國際主流的系統工程的理論、標準、方法和工具及其關係，提供了一個比較全面的系統工程體系全貌；第二部分「飛行器系統工程最佳實踐」總結了美國波音公司、歐洲空客公司以及中國航空工業集團有限公司應用系統工程的最佳實踐，對系統工程在航空領域的典型應用與實踐進行了總結，並對未來系統工程的發展進行了展望。

精 彩 片 段

B777的需求管理

在B777的研製過程中，系統工程被理解為「定義飛機級頂層需求、綜合系統架構、分配需求、確認需求、定義系統元素、製造系統元素、驗證和確認系統級設計、交付飛機的全過程」。B777研製的「系統性」，一方面體現在從飛機級需求（requirement）出發，將需求向下追溯到各系統元素，並及時驗證（verification）和確認（validation）；另一方面體現在所有的研製人員遵循統一的有序流程，共享相同的里程碑，以保證溝通和協作的順暢。同時，系統工程也是一種思維方式和態度，一旦研發人員達成共識並努力實踐，研製流程將很快變得清晰有序。B777的研製經驗表明，系統工程這一方法應該儘早使用，並被儘可能多的相關人員使用。

波音公司認為，系統工程是一個自上而下管理複雜性問題的整體方法，是實現產品生命周期的多學科方法。系統工程允許我們從整體上了解每個產品——從策劃、設計/開發到製造和維護過程中改進產品。波音使用系統來模擬/分析系統組件之間的關係、需求、子系統、約束和單元產品間的關係，並優化和權衡整個產品生命周期中的重要決策。在整個產品生命周期中，系統工程師使用各種建模技術和工具來捕獲、組織、優化、傳遞和管理系統信息。同空客公司一樣，波音公司對作為複雜系統的飛機項目研發也是採用向下分解的方法，波音公司要求分解後的需求有結構化的關係，並且要確保分解出的子需求有用且有效。

與空客公司的「Slice the Elephant」異曲同工，波音公司也是從多維度分解飛機項目，如圖10.1所示，波音公司從功能、需求、物理三個視角對客戶的要求進行逐層分解，不同視角間也存在著聯繫。

圖10.1波音對客戶要求的分解

波音公司對需求建立的過程如下：

１）識別／收集利益攸關者的需求，這一步的需求更多的是指來自利益攸關者提出的需要（needs）；

２）將上述需要轉變為產品的頂層需求；

３）根據頂層需求進行功能分析和分解；

４）對分解後的需求進行分配；

５）明確衍生需求；

６）細化產品的完整需求和設計約束條件。

從波音公司的需求建立過程可以清晰地看出系統工程「NFRP」（需要—功能—需求—物理）過程的脈絡，由此也建立了「功能視角」與「需求視角」的聯繫。如圖10.2所示，展示了「功能視角」與「需求視角」的關係，圖中數字代表著上述需求建立的過程步驟。

圖10.2客戶要求分解後「功能視角」與「需求視角」的對應關係

由圖10.2可以看出，需求建立的第１步獲取利益攸關者的需要後有了完整產品的功能概念，這樣就產生了需求建立第２步的產品頂層需求，從而給需求建立的第３步提供了輸入，將頂層需求和功能繼續向下分解，分解過程融入需求建立的第４步中，將分解後的需求和功能相匹配起來，在需求分配的過程中，進行反覆地分析和迭代會產生需求建立的第５步的衍生需求，最後將所有的需求梳理清楚，再與相應的產品功能對應起來並進行確認，就完成了需求建立的第６步，給細分後要實現相應功能的產品賦予明確的需求和設計約束。

專 家 推 薦

全書從飛行器高效成功研製的角度，深入淺出地把系統工程背景知識、系統工程標準、手冊和指南，以及國內外知名航空航天製造公司的系統工程與集成的最佳實踐等進行了逐一介紹和分析，結合成功項目最佳案例，闡述系統工程理論在實際工程中的應用，具有很強的系統性和指導性，是一本學習系統工程思想方法非常好的參考書，對於從事飛行器特別是工業級無人機和商用飛機研製的工程技術人員具有很大的幫助。

《飛行器系統工程理論與最佳實踐》一書，文字簡明流暢，內容全面完整，向讀者傳遞了作者的系統工程思維和其多年的研究與實踐成果。本書將會受到飛行器系統工程初學者，從事複雜航空航天系統工程與實際工程項目的科研工作者，以及所有希望了解或運用系統工程理論與最佳實踐人士的歡迎，特此予以推薦！

——包為民

中國科學院院士、中國航天科技集團科技委主任

「系統工程為高複雜系統飛機的集成提供了行之有效、最佳實踐的方法，被各國航空航天研發、製造企業普遍採用，並被這些企業視為自身的核心競爭力，特別是工程研製經驗總結得到的最佳實踐是軍用航空器研發、民用飛機適航取證等一系列高度複雜產品研製活動成功實施的重要保障。美國國家航空航天局、波音公司，歐洲空客公司等國際頂尖航空航天科研、製造單位，以及中國航天科技、中航工業、中國商飛等都普及使用系統工程與系統集成方法。對從事系統工程研究的工作者來說，本書對系統工程理論學習至航空領域系統工程實踐均具有很大幫助，尤其本書實踐部分，可以作為運用系統工程理論在具體項目中實踐的重要參考資料。」

——錢仲焱

中國商飛公司系統工程與項目管理部部長

「雖然不是每個航空產業的從業者都有機會參與到系統工程理論的研究與項目方案的制定和管理中，但只要其參與的項目運用了系統工程方法，那麼他一定是系統工程諸多活動的參與者之一。了解和掌握系統工程的理論與方法將有助於對本職工作中各類流程的理解以及項目的成功完成。而對於正在尋找如何在工程項目中運用系統工程方法的航空產業從業者而言，這是一本「授人以漁」的書，它不僅梳理了行業內的系統工程理論與方法，而且展示了航空產業系統工程應用的現實案例與最佳實踐，值得每一位航空產業從業者參考和學習。」

——張灝野

清華大學教授/博士生導師、國家北斗系統專家

作 者 簡 介

李小光教授，國家特聘專家，博士生導師，國際500強企業集團副總裁、無人機首席科學家，美國普渡大學航空與機械工程博士。曾任教於北京理工大學、南京航空航天大學，曾在美國多家頂級飛機及動力系統製造公司任資深專家和團隊/項目負責人，多次獲得中國和美國的高科技獎勵。曾在中國商飛作為特聘高級專家從事C919和ARJ21飛機的型號研發。作為無人機首席科學家和試飛總指揮指導京東大型物流無人機成功首飛。2018年榮獲中國無人機傑出貢獻獎。2019年創辦了北京無人科技研究院，任理事長兼院長。

房峰，南京航空航天大學工程博士，2013年起入職上海飛機設計研究院，獲得中國商飛公司註冊系統工程師和註冊項目經理人等證書。先後從事國產大型客機C919飛機飛控系統總體設計、CR929飛機總體設計和系統集成、計劃管理和組織績效考核等工作，具有豐富的民機型號研製、適航取證、計劃管理等經驗。

黃博，中國航發商用航空發動機有限責任公司高級工程師，國際系統工程協會（INCOSE）認證CSEP，PMI項目經理認證（PMP），西北工業大學工程博士。先後參與國產大型客機C919飛行控制系統和電氣布線互聯繫統（EWIS）研製。曾擔任中國航空工業集團信息技術中心資深業務顧問，負責系統工程推進及適航管理信息化業務。目前負責商用航空發動機研發體系及模擬技術能力建設。曾先後獲得中國商飛公司「優秀技術文件」，航空工業集團信息技術中心「卓越品質獎」、「優秀共產黨員」等榮譽，具有豐富的民機型號研製、適航取證、工程信息化等經驗。

裘旭冬，南京航空航天大學工程博士，2006年起入職上海飛機設計研究院，參與國產新支線飛機ARJ21-700、國產大型客機C919的機翼、尾翼設計和系統集成安裝，並負責多個飛機試驗平台的開發。作為中國商飛註冊系統工程師籌備組織2016年和2017年SAE上海年會。

本文來源：「上海科學書店」微信公眾號。

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