方法：怎样把不靠谱的事情变得靠谱
李翔知识内参
做事方法航空
航空发动机是飞机的动力来源，就像飞机的心脏，没有它，飞机就飞不起来，它会直接影响到飞机的性能、可靠性和经济性。航空发动机也被誉为现代工业“皇冠上的明珠”，人类有史以来最复杂最精密的工业产品，是一个国家科技、工业和国防实力的重要标志。航空发动机技术涉及到：冶金，材料，机械加工，机械制造，热力学，空气动力学，流体力学，控制学等等，基本上把工科的学科统统算上，75％以上都要把自己的最高成就献给航空发动机。
制造航空发动机的门槛很高。如今，全球只有美国、英国、法国，拥有独立自主研发民用航空发动机的技术。如果加上军机技术，也只有五家，分别是美国、英国、法国、俄罗斯和中国。
除了技术门槛之外，制造航空发动机面临的风险和资金需求都很大，商业周期和研发周期也很长。比如，研发一型商用发动机，大概需要15到20亿美元，航空发动机生产商，比如GE航空（GE Aviation），甚至需要提前十几年为下一代的发动机做准备。
李翔知识内参采访了一位航空从业者。他为我们介绍了几个问题：作为现代工业“皇冠上的明珠”，怎样保证航空发动机的安全性？发动机是如何研发设计的？以及发动机市场的商业模式和寡头竞争格局。下面就给你介绍一下。
如今，飞机起飞的频率非常高，大约每7秒钟就有一架飞机起落。在这样的频率下，人们平时也很少听到有特别重大的飞机事故。不过，航空发动机在应用的早期，其实经历过一个不靠谱的时期。
在1970年代之前，由于当时的技术水平不完善，飞机发动机出现故障的频率很高。到了七八十年代，坐民航客机的人越来越多，市场要求要把安全性做好。对于军用飞机来说，发动机一旦出现故障就要停飞，有时甚至无法进行作战任务，这样也会产生大量的维修成本。于是，美军投资做了一个发动机提升计划，增加了发动机的可靠性。这个成果最后也应用到了民航发动机上，可以说，是技术的提升带动了产品可靠性的提升。
对于航空发动机来说，安全性是它的重中之重，发动机设计人员是怎样保证安全性的呢？受访的航空从业者介绍了三个方法。
第一，找底线。设计人员会从安全性能出发，把发动机里面各种不同的零件，划分成不同的等级。不同等级的零件，在材料、技术等方面都会有相应的要求，保证它们的安全性。比如，民航客机的发动机零件会被分为A类件、B类件和C类件。其中，A类件绝对不允许有任何破坏性的故障，不允许有问题、有损伤。发动机中最重要的涡轮盘和轴类就属于A类件，一旦涡轮盘碎了或者涡轮轴断了，就会发生灾难性的后果，机毁人亡。
怎么保证一个零件绝对不会出现问题呢？这就需要在设计涡轮盘的时候，设计出足够多的“安全冗余”。比如，一个涡轮盘的规定使用寿命是100小时，这意味着它在100小时之内绝对是安全的。超过100小时之后，它可能也是安全的，但是不能再继续使用了，需要换新的。
不过，这样做的成本很高。为了解决成本问题，还有一种配合的理论，叫做“损伤容限理论”，这个理论经过大量试验验证，与发动机的检测手段配合使用。比如，一个发动机涡轮盘的使用时间到了100小时，人们通过检测发现，涡轮盘一点儿问题都没有，可以继续飞。这时候，就需要用“损伤容限理论”分析，在这种状况下涡轮盘多长时间会出现裂纹，一旦有裂纹后，在保证不坏的情况下还能用多长时间。假如计算结果是还能延寿20小时，就再飞20个小时，每次飞完都需要检测。这种做法能够提高关键零部件的安全性和经济性。
第二，用套路。现在的航空发动机，从研发、设计到生产，都已经非常流程化、标准化。每一个环节该做什么，都有相应的、固定的标准，人为改动的因素很少。按照标准流程做完的产品，质量波动很小，能够满足现在大批量生产的要求。航空发动机研发生产的流程和标准，是由行业的资深专家制定的，流程的进一步简化和优化也由他们决定。以标准化为例。假如发动机需要一个零件的厚度是1厘米，会制定一系列的技术标准，确定合理的尺寸公差，保证产品质量的稳定性。如果公差是0.05毫米，那么这个零件的尺寸范围就是1.005厘米-0.995厘米。当零件厚度处在这个范围内，对发动机性能的影响就不大。
第三，强管控。每次飞机起飞前会有一次安全检查，降落之后也有一次安全检查。等飞机飞了一定的小时数之后，还会到机库里进行检查。对于航空发动机来说，还有一个大修的时间，民航客机发动机的大修时间是3000-6000小时，通过这样不断地大修、换零件，发动机才能用到1万多小时的寿命。
美国近年来还提倡一种叫做“视情维修”（Condition Based Maintenance）的维修方法。这种方法可以降低故障率，节约维修成本，缩小维修范围，减少维修工作量，提高设备的可用率，把维修工作从被动变为主动，将事后补救变为事前预防。“视情维修”立足于故障机理的分析，当维修对象出现了“潜在故障”时，就进行调整、维修或更换。“潜在故障”指的是还没有发生的故障，但有迹象表明故障即将发生，从而避免“功能故障”（指机械故障，如离合器打滑、变速器跳档、发电机不发电等）的发生。这种方法也会对设计环节产生要求，它需要设计人员了解整个发动机所有部件的功能、底线和使用时间。
以上就是把一件不靠谱的事情变得靠谱的三个方法：找底线、用套路和强管控。设计人员就是这样保证发动机的安全性的。希望对你有启发。
现代工业“皇冠上的明珠”是如何研发的
李翔知识内参
工业设计
民用航空发动机的设计研发流程，主要有以下几步：
第一，立项。在这一步中，需要写出想要研发的发动机的大概推力和涡轮前温度。推力是发动机给飞机提供的动力，通常推力越大，能做到的事情就越多。发动机涡轮的温度越高，推力就越大，但是随着温度的升高，材料会无法承受。这就需要找到先进的方法或技术手段，保证材料在高温下还能照常运作。
第二，论证。就是要去论证这样的产品是否具有市场和需求，现有的技术是否能够达到、满足这个需求。如果现阶段没办法满足，几年之内要能够通过技术的发展来满足它。只有可以满足需求，才能去做。
第三，设计。经过纸面设计后，研发团队会生产出一个工程样机，再通过实验，验证它能够满足所有的性能要求。
第四，小批量的生产。这时候，需要在各种载荷情况和工作环境下去验证性能。没有问题的话，就可以进行大批量生产。大批量生产的同时，也要注意改善某些零部件的加工，以降低成本。
航空发动机的技术更新主要靠军用飞机的研发来推动。最早的航空发动机是活塞式的，它用于带动螺旋桨或旋翼。后来，因为战争需要，德国和英国开始研发喷气式发动机，在这之后，飞机的飞行速度就可以突破音速。战争结束后，由于喷气式发动机的推力比活塞式更大，这个原理就应用到了民航客机之上。设计人员在此基础上，一步步增加安全性能、降低耗油率、降低成本，也就是渐进式的进步。
研发航空发动机时，通常会有一个整体的规划，一个型号的发动机的研发成本在15-30亿美元。发动机主要研发的其实是核心机，核心机包括高压压气机、燃烧室和高压涡轮，可以说是发动机的心脏。核心机这一块的温度最高，技术难度也最大，有了核心机之后，就可以配比不同的低压部分，比如低压压气机、风扇和低压涡轮，以及其他的辅助部件。
我们经常会听到某一代发动机的说法，它的划分标准是涡轮前的温度，比如，现在第四代航空发动机的温度是1800摄氏度，前几代大概在1500度和1200度左右。当核心机的技术成熟了，发动机生产商就可以根据市场的需求，配置低压部分，调整推力，满足市场的不同需求。低压部分变化了，发动机的价格也会随之变化。就像苹果推出新一代手机时，它定义每一代的标准是处理器，然后根据用户的需求做出iPhoneX、iPhone8等等。
以上就是航空发动机的研发设计流程，它的重大技术更新主要是由军用飞机研发推动的。
现状：一个寡头竞争的垄断市场
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垄断
根据美国商业资讯（Business Wire）的数据，飞机发动机市场将从2017年的680.5亿美元增长到2022年的923.8亿美元。在这个市场中，有三家巨头：美国通用电气集团旗下的GE航空、英国的罗尔斯·罗伊斯集团（Rolls-Royce Group）和美国的普惠（Pratt & Whitney）。
一种说法是，这三家公司占到了整个飞机发动机市场70%以上的份额。从另一个角度，我们也能看出，为什么这三家公司是市场中毋庸置疑的巨头。现在的航空发动机市场中，大约有七八家公司，除了三巨头以外，其他公司都是三个巨头分别联合起来做的分公司。比如GE航空与普惠联合，再加一个其他的公司，成立一个子公司。另外，所有的航空发动机生产商，不论是做成品发动机的，还是做整机的，其中都有这三家公司的股份和技术，只是在比例上不一样。可以说，每一个型号发动机里，都有一个核心的公司在做核心的技术，“谁掌握了核心机，谁就掌握了这一型发动机主要控制的权力。”三巨头主要做的都是发动机中利润最高、价值最高的部分，像低压部分的技术，利润也比较少，就会交给其他愿意做的公司。
以上就是对飞机发动机市场的简要介绍，这是一个寡头竞争的垄断市场。
新商业模式：卖服务和发动机租赁
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商业模式
民航客机通常有两台发动机装在飞机上（也有装四台发动机的波音747），还要有一台备用发动机在仓库中。发动机的价格也很高，一台民航客机发动机的平均价格在1300万美元左右。民航客机发动机需要不断维护、大修和更换零件，才能达到1万多小时的寿命。这对发动机制造商来说，意味着丰厚的利润。以GE航空为例，尽管通用电气很多部门都出现了问题，但它的航空业务表现良好。根据《巴伦》周刊的报道，2017年，GE航空贡献了通用电气工业业务创造的147亿美元税前利润中的45%。
除了出售发动机之外，发动机制造商们，还会提供维修和数据监测服务。比如说会打折出售，某型发动机卖3000万，可能八折甚至七折就卖了，为的是赚取后续的维修费用和服务费用。发动机后续的零件更换，必须使用生产方提供的零件，所有维修服务的价格也由生产方制定。根据《航空周刊》（Aviation Week）的数据，商用航空发动机售后服务市场（MRO，Maintenance、Repair & Operations）在2018年达到了历史最高值259亿美元。
发动机制造商出售发动机的同时，也要求购买者必须把相关数据传回给出售者。发动机飞上天之后，会有一个特定的传感器，收集发动机各大主要部件的运转情况以及整体工作情况，然后无线上传到卫星或者临近的地面站。一旦数据表明发动机有异常，制造商的技术支援部就会得到警报并立刻通知飞行中的航班机组，告诉他们应采取哪些应对措施。英国的罗尔斯·罗伊斯集团，在出售发动机的同时，也会出售这种数据监测服务，数据传输的间隔越短，服务价格就越高。
收集这些数据，对于发动机制造公司来说，有两个好处：一是可以利用这些数据，监控飞机发动机的健康状况。一旦出现问题，就会及时给飞行员提供解决方案。第二，这也相当于是数据采集，对之后的研发有很大的价值。《麻省理工斯隆管理评论》（MIT Sloan Management Review）的一篇文章中介绍了一个例子：几年前，GE航空注意到，一些喷气式发动机需要频繁维护，通过大量数据的采集和分析后，这家公司发现，中东地区的炎热和恶劣环境，会堵塞发动机，导致发动机升温，降低了效率，导致需要更多的维护。如果能够更加频繁的清洗发动机，它就会更加健康，使用寿命也更长。如果没有巨大的数据集，就做不出这样的分析。
另外一个新的商业模式，就是发动机租赁。在购买飞机的时候，可以不买发动机，直接租几个按小时收费的发动机，如果出现问题可以直接更换。这样可以省去维修和库存的成本。不过，这个市场还很小，大多数航空公司依然会购买备用发动机，放在仓库里折旧，没有做到共享。
以上就是航空发动机市场的三种商业模式：卖设备、卖服务和发动机租赁。
轮值主编：刘杨
撰稿：杨蕾
讲述：成亚
