航空漫談：飛機製造工時

特此致謝邢有光將軍撰文並允發布

學習曲線計算及飛機組裝工時依Gus Spanopolis先生參酌修飾

製造一架飛機需要多少時間？

「製造一架飛機需要多少時間？」看起來這個問題似乎很簡單很好答，但實際上因牽涉的領域很廣，是個蠻難以三言兩語說明清楚的問題。首先我們先瞭解一下飛機是由那些東西組成的。

簡單的說，「飛機」可由下列幾項組合而成：

1. 機體：飛機的結構體、主要包括機翼、機身、尾翼以及起落架等，它是飛機的殼子。
2. 發動機或螺旋槳：它們是提供推力來維持飛機飛行的裝備。
3. 裝備器材：用來操縱或管控飛機的裝備，它包括航空儀表、航電通訊器材、機械裝置、裝備等。
4. 零附件：組成上述三項的零件、組合件以及其它。

一般來講，一個飛機製造公司，大如波音飛機製造公司，小如西斯那公司，是不會去從事第2項發動機或第3項裝備器材的研發與製造，而是全部交由其它的專業公司去研發及生產，例如奇異公司專精於發動機，Honeywell公司專精於航電裝備等等。同時除有少部份的飛機製造公司生產一些上述第4項之零附件外，大部份的飛機製造公司都傾向將零件外包給其它零件製造廠商來做，飛機製造公司本身僅從事飛機設計以及不同層次之零件組裝及全機功能測試的工作。

飛機組裝過程

基本上飛機製造公司首先將從零件製造商所製造出來之零件組合成一個簡單的組合件，然後再將簡單的組合件組合成一個大型的組合件，(例如組合成一個機翼或組合成一個機身)，最後再將這些大型的組合件組裝成一個完整的飛機機體，同時把前述第2項發動機和第3項的裝備器材一一依照設計的要求安裝於飛機機體內，待一切完成後，即執行地面功能測試，以保證所有之系統均合乎設計要求，地面操作功能正常後即開始空中飛行測試。所以飛機的組裝並非一次成形，有點像積木遊戲按順序累積而成。在組裝之過程中，組裝工具扮演一個重要的角色，這些工具並非一般所認識的工具(鉗子、扳手、榔頭……)，而是組裝型架。組裝型架的設計是相當具有挑戰性的，除了要瞭解飛機結構設計外，同時要考慮人體工學、技術人員在型架上工作時是否安全方便等因素。由於組裝型架涉及甚廣，無法在這篇通俗的文章中來詳述，點到為止。

組裝及測試工時有關因素

在組裝飛機的過程是相當耗時的，它沒有辦法(至少目前沒有)像生產汽車或電腦產品一樣，可有一條完整的自動化生產線，組裝飛機的方法除極少數目前正在研究使用焊接技術外，絕大部分是以傳統之鉚釘來鉚合零件，或用螺栓組合零件，因此需要靠大量的人力工時，利用組裝工具、型架將一個個零件組裝成一架飛機。尤其是剛開始組裝前面幾架飛機時，由於員工缺乏經驗與工具使用之正確性，所耗用的時間往往會較長，但愈做愈熟，加上工具可能會作適當的修改，愈到後面的飛機組裝工時就愈來愈少，這就是所謂的「學習曲線」效應。一般來講，組裝一架飛機所需的時間與下列各項因素有關；

1. 學習曲線
2. 人員素質
3. 組裝工具
4. 廠房設施

學習曲線

現在假設員工素質優秀，為成熟的技術員，組裝工具使用亦非常的方便且合乎人體工學之要求，廠房設施、燈光需求均合乎工業安全標準的要求，在這種情況下，我們來說明一下「學習曲線」的意義。

所謂「學習曲線」簡單的說是成熟的員工在適當的工具與廠房設施下去組裝一架過去沒有組裝過的或一架新飛機時，組裝所需的工時是與組裝完成的架數呈遞減的關係。「學習曲線」常常用百分比表示，例如80%的學習曲線的意思是說，當第一架組裝的工時假設為100小時，第二架組裝的工時則為80小時(100*0.8)，第四架組裝的工時為64小時(80*0.8)，第八架組裝的工時為51小時(64*0.8)，第十六架組裝的工時為41小時(51*0.8)，依此類推，最後組裝的工時趨近一個常數。同時當我們說85%的學習曲線時，第二、四、八、十六架……之工時則為85、72、61、52、……小時。若為100%的學習曲線，則表示沒有學習進步的空間，每架飛機組裝的工時均為100小時。若用圖形來觀察，則如附圖所示。

但我們要注意一件事，這條曲線是理論值，真實的點可能會高於(或低於)理論值，散佈於曲線的兩旁，尤其是最前面的幾架飛機，真值可能會跳動的很厲害，但在數十架之後真值和理論值應相當一致(或十份接近)，而真值的趨勢線和理論曲線也會相當一致(或十份接近)。

飛機組裝工時

若你為一個飛機製造廠組裝經理時，要如何去估算組裝所需的工時呢？只要依據上述學習曲線的文字說明方法，(其實學習曲線有一個不太複雜的數學公式)，即可估算出所需的工時。但是前題是要先決定學習曲線的百分比以及首架工時。美國中央情報局的智庫蘭德公司所發佈的研究報告及文章指出，一般而言，飛機組裝工時的學習曲線約為85%。在「FAA新機認證」一篇中，我們說過可由飛機的全部藍圖中列出物料清單，所以你已知道每架飛機需要多少個零件或組件、及以多少個鉚釘或螺栓、或多長的焊接需求、也知道每個零件及組件的尺寸……等等。在美國由於航空工業發達，有相當可靠的數據供你使用，通常是採用第一千架的經驗標準值，把每個鉚釘的鉚合時間、每個螺栓的栓合時間、每一英吋的焊接時間、不同大小的零件的提舉定位時間……等等全部加起來，就得到第一千架的組裝工時，再反向推算回去得到首架工時。若還沒有完全設計完成，沒有物料清單可以應用，倒是一件令人麻煩頭痛的事情，只能參考類似機型之工時。

一般人常會有一個誤解，要拿第一架原型機的真實工時來做為首架工時。其實不然，前面說過最前面的幾架飛機，真值可能會跳動的很厲害，如果你依此來做人力及資金規劃，不是太多就是太少。真正的作法是以第一千架的組裝工時反向推算回去，再與真值做比較，檢討你的工廠流程及效率。此外，近年來美國有不少航太廠商將一些組裝工作移轉到台灣或中國大陸，由於不是新的工作，重新開的生產線不能視為第一架，但也不能由原來生產的架數開始計算，因為雖然工具、工序、計畫都已妥善，但人員究竟是新手。依美國航空工業的經驗是回溯⅓，例如原來生產了三百架，新生產線的第一架工時約與舊生產線的第二百零一架相同。

還有，你不能反向推算時使用某個百分比，得到首架工時之後，又用另外一個百分比正向計算。筆者就碰到過一個例子，一家美國航太廠商願意將新機製造的部份工作移轉亞太地區，考慮到亞太地區的民用航空工業正在萌芽階段，故以75%的學習曲線來反推首架工時(可得到較高數值)，可是該亞太地區的廠商卻只知道一定要用85%的學習曲線，而且只有正向推算的概念，所以一直在學習曲線的百分比(75%或85%)和原型機的製造工時上打轉，完全不瞭解美國航空工業的經驗、組裝工時的標準、以及學習曲線的真實內涵。

對「學習曲線」一知半解的人通常計算能力都還不錯，因為在固定了首架工時之後，愈大的百分比表示愈陡的降幅。若純以此數學觀念應用在採購、計價和議價的方面，作為賣方，你的工時報價所採用的學習曲線百分比是愈高愈好，表示所需的工時多，要賣的價格也就水漲船高了；反之，你是買方的話，當然希望賣方的工時報價是愈低愈好，亦即學習曲線的百分比要愈低愈好，表示所需工時少，要採買的價格也就相對減低了。

量產率

有關飛機的生產，我們也常常聽到所謂的年量產率或月量產率，亦即一年生產幾架或一個月生產幾架。量產率通常決定於交機給客戶的時程，有了量產率以及組裝飛機的工時後，所需的人力以及相對應之員工工作時數(每天一班、二班或三班制工作)便可決定，當然與組裝工具的套數亦有關連。

供應商管理

若我們先不談飛機之設計工作，僅考慮飛機製造的工作，在其工作過程中，除了涉及前述組裝及測試的工作外，尚有一件在管理上相當麻煩及具有挑戰性的事，是如何要求你的供應商適時的將品質良好的零件及系統裝備件送至你的組裝線上。即使是單一類型的飛機，它的你供應商少說也有數十家至數百家以上，如何管理這些廠商，不但要品質符合規定，同時要準時交貨，對飛機製造公司而言是相當重要的工作，飛機是否能按時出廠交給客戶，這絕對是重大關鍵因素之一。

結語

當我們講飛機公司製造一架飛機時，其真正隱含的意義是指機體的組裝、裝備系統件的安裝、以及飛機地面測試和空中飛試的工作。鮮少包括發動機以及各項系統裝備器材之設計與製造。組裝的工時是隨著學習曲線之觀念愈作愈少，同時，若在組裝之過程中，能發現工具型架之缺失而加以改進，減少組裝錯誤；或者改進組裝型架使其更具方便性與實用性，均可節省大量的組裝工時，進而降低飛機之成本。