787の製造初期について
1. 初めに
787はアメリカ・ボーイング社が開発・製造した最新鋭中型旅客機である。従来機より運用コストを20％低減し、機体構造の50％（重量ベース）には炭素繊維複合材を使用している。20％低減の内訳はエンジン8％、空力特性の改善・新材料の導入がそれぞれ5％、新システムの導入が2％となっている。飛行機の心臓といえるエンジンでは2世代分に近い技術進歩となっている 。従来のアルミ製だと胴体の錆びや疲労が起こるが複合素材では発生しにくくメンテナンスコストの削減ができる。
2. テリブルティーンズについて
初期に生産された787-8は想定された性能を大幅に下回っており、生産番号（以下LNと略す）1~6は商業飛行が不可能なほど性能が低い。LN10～19,22号機はテリブルティーンズと呼ばれ重量超過による燃費の悪さ・航続距離の短さと量産機と構造が違うことによる維持費の増大から受領を拒否された。LN7-9もテリブルティーンズと同等の性能と考えられる。テリブルティーンズについてボーイング社は半額程度まで値下げし、結果として全ての機体が引き渡された。
下表にLN1から22までの機体の経歴を示す 。LN1(ZA001)は重量超過が9.8トン、LN7からLN19は6.1トン、LN20~50が4トン、LN90以降はカタログスペック通りの重量になっているとされている。LN2からLN6の重量超過は不明。表下の画像は製造されてから引き渡し先が見つかるまでのLN18,5,16,10の画像だ。翼の下にある黄色いものは重し(重量は7.7トン)でエンジンの代わりに設置されている 。
3. 787の製造の経緯
航空機の製造初期段階では性能の低い機体が生産されるのは避けて通れない。しかし787については特に性能が低くなっている。この理由には787から導入された新しい製造方法と製造方法の失敗に伴う製造遅れがある。新しい製造方法とは部品生産におけるサプライヤーへのアウトソーシングである。787より前に製造された777では生産の主導権はボーイングが持っている。例えば胴体ではサプライヤーはパネルを作るだけでそれを胴体にするのはボーイングだった。787からは部品の設計・開発を主要（ティア１）サプライヤーに任せ、ボーイング社が部品の生産に関与する比率を減らすことで開発・資金リスクの低減を図ろうとした 。在庫を減らしシンプルで無駄のない「トヨタ方式」を目指そうとした。
具体的にはティア1サプライヤーの川崎、三菱、JAMCO、イタリアのアレニア、米国のスピリット、ボートの6社に詳細設計以下の開発・設計を任せることにした。電装品やシステム機器も9割ほどティア1で装着され、ボーイングは送られてきた準完成品を組み立てるだけという生産方式を採った。当初の予定ではわずか3日で組み立てを行う予定であった 。しかし当初サプライヤーは高品質の部品を生産することができなかった。例えば表面にしわがあったり、電気配線が不完全だったり、指示書がイタリア語表記だったりとミスが相次いだ。アウトソーシングによる製造では単体では確立された技術であっても実際に組み上げると細かな差異によって製造できないことが考えられる。しかも787では新技術も数多く盛り込まれた。CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic:炭素複合繊維)、リチウムイオン電池の採用、複雑な新型の電気系統などである。新技術を採用するときは信頼線・安全性を厳しく審査する必要がある。こうした新技術によって製造リスク・コストは押し上げられた。アウトソーシングをする場合はサプライヤーとの対話は非常に重要である。言語や文化の違い、物理的な距離の遠さはリスクを高める要因となる。しかしボーイングはサプライヤーに対して支援体制を確立しようとせず、そうした責任をサプライヤーに丸投げした。その後サプライヤーが十分な水準の生産体制をとれなかった場合、ボーイングは技術支援に乗り出さざるを得なくなった。各サプライヤーに合計で数百人もの技術者を1年以上に渡って送り込み、完成品の見本を各サプライヤーに提供した。更に2つの下請けサプライヤーを買収して、ボーイングとの関与を強めて品質の改善を図ろうとした。
結果として787初号機「ZA001」のロールアウトは2007年8月7日と当初の予定より大幅に遅れたものとなった。しかもロールアウト直後のZA001は主要システムを搭載しておらず、ほとんどの部品を一時的な留め具で取り付けた胴体に過ぎなかった 。下にロールアウト時のZA001の写真を示す。コクピット窓の奥に客席の窓が見える。本来なら内部の機器によって客席窓は見えないはずだ。実際の飛行可能な飛行機と言うよりも1：1ダイキャスト航空機モデルと言った方が正しく、前胴と中胴のつなぎ目には7ミリのすき間が開いておりドアは合板でできていた。胴体をつなぎ合わせるファスナーも規定外の部品が多数使用されていた 。ロールアウトのセレモニーが終わり、組立工場に戻ったZA001は水平翼、尾翼、動翼、エンジンを取り外されバラバラにされて組み立て直された。遅れを取り戻すためにボーイングはサプライヤーが行うべき作業もボーイングで行おうとした。それが開発の遅れに拍車をかけることになった。この遅れの要因は開発・製造を急ぎすぎたことにある。最初の機体を製造するには時間も労力も必要とするが、最初から製造を迅速に進めようとして失敗を重ねていった。
他にも機体をつなぎ合わせる留め具（ファスナー）の不足、RR製エンジンのテスト中での爆発、GE製エンジンのタービンの亀裂、リベットのサイズ間違い、前出の全外し組み直し、配電盤の火災、ストライキなどの問題が次々に発生した。このような問題を一つ一つクリアし2009年12月15日の初飛行を迎えることになった。当初はZA001を2ヶ月で組み立てる予定だったが、15ヶ月かけて組み立てることになった。しかしこの過程で787の初期型は明らかに性能を落としていった。強度不足を解消するための補強部品の追加や再設計に次ぐ再設計による機体へのダメージの蓄積、強化繊維プラスチックやチタンなどの比較的軽量な材料の使用割合が低下したからが理由とされる。チタンはアルミニウムの7倍のコストがかかり1機あたり1700万ドル（約6.5%）ほど使用されている。コスト削減のためチタン製部品の使用割合を下げざるえなかった。2009年4月2日にZA001-ZA006が顧客に引き渡せないことを発表し、2009年5月7日にそれが重量超過によるものでZA007からその改善に取り組むと発表した。
航空当局から機体の承認(型式証明)を得るには、約400項目の試験科目をクリアして合計で2500時間の飛行時間を積み重ねる必要がある。さらに機体の強度を確認する疲労試験機は最も飛行サイクルが多い機体より10000サイクル多く試験を行う必要もあり、疲労試験機のテストも急がれた。当初の予定では試験時間は6800時間(飛行試験は3100時間)、期間は8か月半、使用する機体はZA001~ZA006の6機を予定していた。ZA001~004はRRエンジンと機体全般の試験を行う予定で飛行試験2430時間、地上試験3100時間とされた。ZA005と006はGEエンジンに関するテストを行い飛行試験670時間、地上試験600時間を行う予定であった。当初、全日空へのデリバリーは2010年9月末を予定していた。しかしRR製エンジンを搭載した機体の飛行試験は20ヶ月を要し、当初の予定を大幅に上回った。24時間、週7日体制でテストを行い2011年8月ようやくRR製エンジンを搭載した787が航空当局から承認され、2011年9月25日にANAに初引き渡しとなった。
これらの修正作業を含む787の開発費用は合計で約3.6兆円と試算されており、このうち約3.2兆円近くは計画外の繰延費用つまり遅延に伴う損害賠償や追加の開発費用だと計算されている。今後787が順調に引き渡されても黒字化を達成できるかは疑問が残る。ちなみに777の開発費用は約4600億円程度とされている。またサプライヤーも損失を出しており、アレニア社の親会社であるFinmeccanicaは787の開発関連で7億5千万ユーロの損失を計上している 。
この開発遅れによって-9と-10は95％の共通性があるが、初期型の-8と-9,-10の共通性は30％しかない。-8の初期型と-9の尾翼は共通性がなかったが2018年に共通化し40％まで向上した。その後も共通性を向上させるための取り組みが行われてる。
下に787の製造年表を示す。
4. 各試験機体の詳細
4.1. ZA001
2007年7月8日にロールアウトし、2009年12月15日に初飛行。テスト飛行1364時間地上試験1464時間、試験期間は2年ほど。予定していた試験項目はフラッター、空力特性（主に低速）、安定性と操縦性、降着装置、ブレーキ、油圧など。ロールアウト時には機体は仮組みで、その後もストライキやファスナー不足による作業停滞、主翼構造材剥離を防ぐ改修 、落雷対策の改修、リベットのサイズミスが発覚して分解再組み立てになったりしたため、初飛行は2年以上遅れることになった。試験中に2回エンジンが停止したり、エンジンの換装を行ったり、胴体後部の表面剥離の修正をしている。ちなみに剥離の修正を行ったのは試験機としての役目を終えた後であった。2011年12月に試験飛行を終えエンジンを取り外されてストアされた。エンジンを取り外した理由としてZA003のワールドツアーの予備部品として必要だったという説がある 。
ZA001は最終的に当初の設計より9.8トン重く、それに伴う燃費と航続距離の悪さ、生産の混乱に伴って量産機と違う特異的な構造となっている。これらの点が商業運用する際に致命的だったのだろうか、当初試験後に受領予定だったANAは受領を拒否、その他に買い取り手もつかなかった。
その後787の主翼・前部胴体の生産を行っている名古屋にある中部国際空港に寄贈され、空港内の展示施設「フライトオブドリームズ」で青いボーイング社ハウス塗装の美しい姿で展示されている。寄贈された理由として節税が挙げられる。787の開発費用の一部をZA001の資産価値として計上した上で寄贈することで税金を安くする狙いがあるものと考えられる。ZA001の価値は40億ドルを超えると推定されている。
ZA001が初飛行を行うときは事前に滑走路上の水を吹き飛ばしてから行われた。2号機からはそのようなことは行われていない。
胴体後部の剥離修正の様子
4.2. ZA002
2009月12月15日にロールアウトし、2009年12月22日に初飛行。予定していた試験項目は安定性と操縦性、電子機器及び電気システム、自動操縦装置など。初飛行時にノーズギアが正しく降りていないと表示されるトラブルや、メインランディングギアのブレーキの一つが過熱しているという警告が出されたりした。そのため1時間の初飛行の予定が2時間に伸びた。システム機能信頼性試験(エンターテイメントシステムやエアコンシステムなど)やアイスランドで高緯度および寒冷気候でのテストを実施した。またテスト中に配電盤から出火し、PFDとオートスロットルが機能しなくなった 。その後操縦室に煙が入り緊急着陸した。ANAカラーをまとい日本へ飛来し空港設備との適合性のテストを行った。ZA001と同じくANAが試験後受領予定であったが同じ理由で非受領となる。2015年4月17日にピマ航空宇宙博物館に寄贈され、ANA塗装のまま展示されている。
4.3. ZA003
2009年12月15日にロールアウトし、12月22日に初飛行。予定していた試験項目は機能性と信頼性、電磁環境、騒音、客室及び操縦室、ETOPS、電子機器など。アリゾナ州で高温気候でのテストを実施した。飛行試験・型式証明のほかに、23カ国をめぐる787のお披露目ツアーを行った機体である。当初はノースウェストに納入される予定だったがデルタ航空と経営合併し、納入を2020年以降に先延ばしした。最終的に2016年12月27日に発注全機をキャンセルした 。買い取り手はつかずその後しばらくモーゼスレイクでストアされるが、シアトル航空博物館に寄贈された。
4.4. ZA004
2010年2月24日にロールアウト。飛行負荷調査テストを行った。予定していた試験項目は機能性と信頼性、空力(主に高速)、周辺騒音、エンジン、ETOPS、飛行荷重試験など。塗装がシンプルな柄のボーイング塗装になっている。ノースウエスト航空が受領予定だったが非受領となる。その後シアトル航空博物館に寄贈される予定だったが、飛行試験機として復帰しバイオ燃料の試験や新型エンジンのRR製Trent1000TENエンジンを取り付けて飛行試験した。
現在の運用状態は不明。2019年9月現在でシアトルのボーイングフィールドで、おそらく飛行可能な状態で保存されている。
4.5. ZA005
2010年6月16日にロールアウト。予定していた試験項目はフラッター、空力特性、飛行安定性と操縦性、電子機器、エンジン、騒音、ETOPSなど。具体的には着氷テストやリチウムイオンバッテリーの検証、エンジンの改良試験が行われた。ZA004と同じくシンプルなボーイング塗装になっているが、機体塗装前はラダーのみロイヤル・エア・モロッコの塗装だった。ロイヤル・エア・モロッコに非受領とされ、寄贈されることもなく試験として使われこともなくストアされ続けた。やがてエンジンもフラップもラダーもドアも取り外され、LN16にこの機体の部品が一部使われた。残った機体はしばらくシアトルに置かれていたが、2017年2月に廃棄され、解体業者によって解体が開始され、2018年4月に完全に解体された。解体の目的は炭素複合繊維のリサイクルの研究とされている。
4.6. ZA006
2010年4月10日にロールアウト。予定していた試験項目は電磁環境、ETOPS、機能性と信頼性試験である。ZA004,005と同様の塗装を纏い、当時の連続飛行時間最長世界記録を樹立し、同時に最短時間で地球一周を達成した。試験後は5ヶ月程度で比較的スムーズにメキシコ空軍に引き渡され、大統領専用機となる。「José Ma. Morelos y Pavón(メキシコ独立革命の主導者の一人でメキシコの国民的英雄)」の名前を付けられて、約2年の改装期間を経て運用入りした。しかし2018年12月に新大統領が売却を決定。豪華な内装を前政権の無駄遣いとして公開してから売却する政治的パフォーマンスを行った。政府専用機としての運用期間は約4年だった。
その後ヴィクタービルにてストアされていたが、2020年3月3日にアメリカの実業家マーク・キューバン氏がこの機体を買い取ってプライベートジェットとして使用することが明らかになった。
5. まとめ
787の生産遅れは新技術を多用したことによる技術的ハードルの高さと、アウトソーシングという新生産方法を多用したことにもかかわらずそのリスクを過小評価していたボーイングの見通しの甘さによるだと考えられる。しかし787の失敗を糧にして次の機種の開発で同じミスを繰り返すことがなければ、それはそれで良いのかもしれない。現に787-9,-10の開発は順調に進み非受領となった機種はおらず、777Xでは機体の主翼の設計・生産はボーイング社自身の手によって行われ、787の失敗は活かされていると思われる。
6機の飛行試験機と2機の疲労試験機は787プロジェクトを成功させるために過酷な試験を繰り返してきた。ZA006を除き、二度と飛ぶことはなく静かに余生を暮らしている。そんな彼らの活躍をどうか忘れないでほしい。
付録
本文中で触れる機会のなかった。細かい情報を書いていきます。
787の生産拠点の一つであるボーイング・サウスカロライナ工場では薬物・アルコールが蔓延していた。ボーイング社はこの件を公には認めておらず詳細は明らかになっていないが、サウスカロライナ工場で生産された787を受領拒否した航空会社が存在するらしい 。
エチオピア航空が787を導入するときに日本の金融機関が支援している 。
747-8も同様に初号機がルクセンブルクの貨物航空会社カーゴルクスに一旦受領拒否されている。本来なら2011年9月19日にデリバリーされる予定だったが、カーゴルクス側がこれを拒否した。原因も787と同じく燃費の問題とされ、カーゴルクスが契約時点で想定していた燃費とデリバリー時の数値が離れていたそうだ 。しかし2011年10月12月にカーゴルクスにデリバリーされており、この子は不幸にならずに済んだようだ。
雑感
ボーイングがリスクを正しく見積もりサプライヤーと信頼関係を築いて良い製品を製造できていれば、ZA001～ZA005たちが航空会社に受領拒否されることなく、いまごろあの子たちは大空を飛んでいたはずなのである。それが…それが…ZA001～003は二度と空を飛ぶことは無く博物館の中で、鳥籠の中で、静かに余生を暮らす憂き目にあっている。あるいは早すぎる解体を迎えることになっている。
本当は大空を、世界を飛び回っていたはずなのに。全てがうまく行っていれば、こんなことにはならないはずだったのに。ボーイングがしっかりしていれば、あの子たちは不幸なことにはならないはずだったのに。あの子たちは今どんな思いで居るのだろうか。
編集履歴
2023/02/11 表が透過していたのを修正
参考文献
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・Boeing’s first 787, ZA001 to be decommissioned Thursday,”Flight global”, https://web.archive.org/web/20150427235814/http://www.flightglobal.com/blogs/flightblogger/2011/11/boeings_first_787_za001_to_be/(2021年2月24日閲覧)