F/A-22和F/A-18E/F研制项目的经验教训

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  《F/A-22和F/A-18E/F研制项目的经验教训》研究报告是美国兰德公司空军项目部根据美国空军的合同要求而于2005年完成的。美空军要求该报告通过研究F/A-22和F/A-18E/F战斗机研制项目在成本和进度方面的历史信息,总结出有利用于今后采购工作的经验教训。这些经验教训可由美国空军和其它军种利用于改进诸如联合攻击战斗机(JSF)、无人机和导弹项目的采购。

本报告是兰德公司空军项目部的《未来军用飞机的成本:历史成本估算关系和降低成本倡议》系列报告中的一个。系列报告中的其它报告还包括《采购改革产生的成本节约估计综述》、《军用机体结构采购成本:精益制造的作用》、《军用机体结构成本:先进材料和制造工艺的影响》、《军用喷气发动机采购:技术基础和成本估算方法论》、《飞机与制导武器:试验与评估的趋势和成本》和《软件成本估算与定量的方法、问题和指导原则》等。系列报告项目的目的是改进用于估算未来武器系统成本的工具,集中研究了近来技术、管理和政府政策等方面的变化是如何影响武器系统成本的。

 

   本报告总共100页,共分五章:第一章,介绍;第二章,采购战略和工业基础问题;第三章,成本和进度增加的潜在影响因素;第四章,成本绩效数据的使用;第五章,结论和获得的教训。本报告的主要参考资料包括"选择采购报告"、"合同成本数据报告"和"合同商业绩报告"等各种成本和进度报告。

   一、概况

   上世纪80年代末,美国空军开始研制F/A-22超声速隐身战斗机,美国海军则开始研制F/A-18E/F舰载多用途战斗机。F/A-22项目2005年4月被批准进入全速生产阶段,计划2005年12月形成初始作战能力;F/A-18E/F项目则处于全速生产阶段而且该机参加了伊拉克战争。

   F/A-22项目的设计阶段中要求所有的主要飞机部分(包括机体结构、航电系统和推进系统)都要有发展和提高。机体结构方面需要采取隐身设计并大量采用先进材料(如复合材料和钛合金);航电系统要求进行信息综合显示;发动机则要求有大推重比以使飞机实现超声速巡航。截止2002年9月,该项目的机体结构部分超支幅度最大,达到42%;航电系统部分超支25%;推进系统部分仅超支3%左右。

  
 

F/A-18E/F则作为已有的F/A-18C/D的改进型来研制,要求增加飞机的航程、载重和生存力。与C/D型相比,F/A-18E/F机长增加1.28米,机翼面积增加25%,载油量增加33%。机体结构设计进行了大改,引入了有限的隐身技术。航电系统是在C/D型的航电系统基础上改进而得。发动机为通用电气公司为该机研制的F414涡扇发动机,该发动机是在已有的F404发动机的基础上发展的。F/A-18E/F项目的一些方面也出现了超支,如机体结构方面超支12%,但其它方面的成本降低平衡了这些超支,如系统工程和项目管理、系统试验和评估以及支援方面。

   F/A-22项目的研制成本超出原计划76亿美元,研制进度比原计划延期52个月,引起美国国防部和国会的极大关注,这部分造成了该机的采购数量被大幅度削减。而F/A-18E/F研制项目则基本满足了成本和进度要求。

 

   美国空军希望兰德公司通过本报告的研究,弄清楚F/A-22项目成本超支和进度拖期的根本原因,以及促使F/A-18E/F项目成本和进度达到要求的因素。本报告研究的时间段从两个项目一开始到工程与制造开发(EMD)阶段,其间包括演示与验证阶段。

   二、两个项目中的主要影响因素和不同点

   F/A-22项目和F/A-18E/F项目中采取了不同的途径来选取合同商,研制过程中遇到了各种技术挑战,在EMD阶段采取了不同的方式监督合同绩效数据。多种因素在两个研制项目中对成本和进度产生了影响,这些影响因素主要包括:

   ·每个项目采取了不同的招标方式,在研制阶段中则采取了不同的方式来在合同商之间分配工作。由于考虑到专业技术的必要混合及其它工业基础问题,F/A-22项目在三个合同商小组成员间平均地分配了工作。这种安排导致在项目的EMD阶段人为地分配工作,这可能是造成出现成本和进度问题的原因之一。其它业务基础考虑,如1991年EMD阶段项目管理和设计监督责任从加州的伯班克工厂移交给佐治亚州的玛丽埃塔工厂的举动以及项目团队结构等,可能造成项目的不稳定性并最终导致成本和进度出现问题。玛丽埃塔工厂缺乏先进战斗机的设计经验和基础,而伯班克工厂的大部分工程和管理人员都不愿去玛丽埃塔工厂,导致该项目失去了大部分的核心设计和管理力量;当时作出这一搬迁决策的初衷是削减成本。

 

   相比之下,F/A-18E/F项目利用了已有的合作关系和合同商技术特长,以使技术风险最小化。新项目根据F/A-18C/D型飞机项目业已建立的工作分配方案来分配工作;责任界线明确,规定由指定的主合同商负责最终的合同完成。该项目还实施了一系列采购改革战略以控制成本和进度,如成本作为独立变量(CAIV)的原则,这些都有助于该项目满足成本和进度要求。

   ·F/A-22项目采取的新技术并行开发的方式带来了更大的技术挑战,而F/A-18E/F项目采取的逐步改进的方式降低了技术风险。F/A-22项目成本增加的原因主要是设计挑战导致的,这些设计挑战来自于机体结构(主要是隐身要求)、综合航电系统和新推进系统等方面。其中的一些挑战起初被认为风险不大,也未考虑在初步的项目成本估算中。而且,F/A-22项目所有方面的并行开发和集成,可能也对成本和进度造成了影响。

   相比之下,F/A-18E/F项目的技术要求通过逐步改进来满足,其机体结构的隐身要求较低,航电系统的大部分为C/D型飞机已有的航电系统,发动机为派生型设计,这种低风险的方式可能有利于项目的成本和进度达到要求。

   ·两个项目为管理预备金分配的预算比例不同。管理预备金(Management Reserve)是为管理控制目的而扣留的一种预算,在一个研制项目中主要用于克服未知的问题。F/A-22项目仅将其预算的约2%扣留为管理预备金。由于上述的技术挑战,这一管理预备金在进入EMD工作阶段后约一年就用完了。

   相比之下,F/A-18E/F项目的管理预备金就充足得多,大约占合同额的10%。随着项目研制工作的开展,一些没有预见到的问题开始出现,这笔管理预备金则被用于解决这些问题。

   两个项目的其它不同点还有:

   (1)在技术开发方面,F/A-22项目追求革命性的技术和性能提高;F/A-18E/F项目则追求在已有系统技术的基础上的渐进性技术和性能提高。

   (2)在成本和进度估计方面,F/A-22项目的这一估计似乎不切实际地低了;F/A-18E/F项目的估计则相对准确。

   (3)在并行开发方面,F/A-22项目在同一个合同下并行开发机体结构、航电系统和推进系统方面的高风险技术属于高风险工作。F/A-18E/F项目采取了渐进的方式开发航电系统技术,风险适中,而且这一工作的经费是独立拨付的;采取这一做法的好处还在于F/A-18C/D的航电系统可以作为新机的备份解决方案。

   (4)在机体结构重量方面,F/A-22项目的机体结构重量数据显示了明显的波动,反映了该机机体结构设计上的不稳定性;F/A-18E/F项目的机体结构重量仅有微小的增加,反映了设计的稳定性。

   三、主要经验教训

   研究中从F/A-22和F/A-18E/F研制项目总结出的主要经验教训共有九点:

   ·早期的、现实的成本和进度估测将使研制项目的开展沿着正轨发展。这些估测必须随着时间的推移而调整。

   ·一个稳定的研制小组结构、合理的小组专业技能、明晰的责任和权利界线、负责整体项目进展的一个领导合同商是项目成功的关键。

   ·一个富有经验的管理小组和具有优先业务关系的合同商团队有助于消除早期的管理问题。

   ·为机体结构、航电系统和推进系统并行开发新技术明显增加了风险。这些风险不仅来自于单个部件的开发,而且来自于三重并行开发工作的整体。

   ·降低航电系统的成本和风险应该成为方案开发阶段的一个关键重点。航电系统是现代武器系统的一个明显成本驱动因素,其新的方案应该与新的机体结构设计一样进行演示验证,应该在初期开发阶段进行,而不是B里程碑(工程制造发展,EMD)之后。

   ·高风险航电系统的预先计划好的、渐进的现代化计划能够降低风险并有助于控制成本和进度。了解电子工业的开发速度是重要的,尤其是与机体结构和推进系统的开发速度的比较,以便制订出最佳计划使其在开发中最好地保持技术先进性。

   ·仔细监督机体结构的重量是重要的。机体结构重量不稳定性是出现问题的一个早期征兆。

   ·挣值管理(Earned Value Management)数据应该在综合产品小组(Integrated Product Team)层面被用于监督和管理项目成本。

   ·合理使用管理预备金有助于降低项目成本风险并减缓成本增长。(作者:中国航空工业发展研究中心技术研究所 姜曙光)

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