系統(tǒng)設(shè)計與驗證確保C919大型客機(jī)的質(zhì)量安全

◆徐建強(qiáng) / 文

系統(tǒng)設(shè)計與驗證確保C919大型客機(jī)的質(zhì)量安全

◆徐建強(qiáng) / 文

編者按

質(zhì)量創(chuàng)新，助力中國制造。在第18屆中國國際工業(yè)博覽會質(zhì)量創(chuàng)新論壇暨第十一屆上海國際質(zhì)量研討會上，中國商飛適航安全質(zhì)量部副部長、C919型號總質(zhì)量師徐建強(qiáng)一場“系統(tǒng)設(shè)計與驗證，確保大飛機(jī)的質(zhì)量安全”的演講，讓大家了解了運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行集成設(shè)計和制造的大飛機(jī)，是真正的互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)下質(zhì)量管理的實踐成果。

大飛機(jī)項目大家都很關(guān)注，什么時候進(jìn)行首飛、什么時候坐上自主研制的C919大飛機(jī)，但大家更關(guān)注的還是我們自主研制的飛機(jī)質(zhì)量到底怎么樣，是否和波音空客飛機(jī)一樣安全。在這里向大家報告一下中國商飛大飛機(jī)是如何采用國際上最先進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計與驗證理念來完成整個飛機(jī)的設(shè)計和驗證過程的。

大飛機(jī)之“大”

大飛機(jī)之所以大，關(guān)鍵在系統(tǒng)復(fù)雜和龐大。一臺汽車大概是七千多個零部件，一架大型商用飛機(jī)大則在400萬個零部件左右。整個研發(fā)投入非常大，C919大型客機(jī)的研制經(jīng)費(fèi)達(dá)到上百億元。項目規(guī)模也非常大，不僅是上海的研發(fā)、生產(chǎn)、制造、試飛、客戶服務(wù)這幾個中心，還包括中國中航工業(yè)、中電集團(tuán)等國內(nèi)供應(yīng)商，另外還包括GE、霍尼韋爾這些國際著名的航空產(chǎn)品制造商，共同參與大飛機(jī)的研制。因為要進(jìn)行全球設(shè)計、試驗和生產(chǎn)，大飛機(jī)是真正運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)來進(jìn)行集成設(shè)計與制造的，與本次會議的主題“互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)下的質(zhì)量與質(zhì)量影響力”十分貼合。

中國商飛的總部，包括總體和系統(tǒng)集成設(shè)計、總裝制造在上海，還有很多分系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)散布在全世界各地，如北美、歐洲。幾萬人的團(tuán)隊基于互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，然后統(tǒng)一把飛機(jī)產(chǎn)品數(shù)模發(fā)到中國，由中國商飛把它統(tǒng)一拼裝起來變成一架數(shù)字化的飛機(jī)，之后再去進(jìn)行確認(rèn)和驗證。

這么大的系統(tǒng)、這么大的團(tuán)隊、這么大的投入，飛機(jī)功能和實現(xiàn)功能系統(tǒng)之間的集成水平不斷提高，特別是C919飛機(jī)，我們采用全電傳的方式。原來我們很多飛機(jī)是通過機(jī)械方式如鏈條、鋼絲控制舵面運(yùn)動，而現(xiàn)在都是通過全電子化的方式進(jìn)行控制。在駕駛艙操控飛機(jī)不是傳統(tǒng)的像方向盤一樣的中央操作桿，而是像游戲機(jī)一樣的側(cè)桿，最后飛機(jī)駕駛操作通過電信號控制液壓作動器來控制整個飛機(jī)的飛行。這么復(fù)雜，系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤的可能性非常大，如果用傳統(tǒng)的窮舉法很難發(fā)現(xiàn)問題，所以對于整個飛機(jī)系統(tǒng)來說，實驗、驗證的要求也越來越高。

系統(tǒng)設(shè)計與驗證

C919大型客機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計與驗證的理念，是國際上最先進(jìn)的飛機(jī)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，某種意義上來說，C919是中國第一架按照ARP4754A標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計和驗證的型號。飛機(jī)設(shè)計是一個大的系統(tǒng)工程，難度非常大，我們要把客戶需求進(jìn)行捕獲和識別，并通過文件一層一層表述出來。目前C919我們已經(jīng)識別了7萬8千多條的需求，而且這些需求是通過一定的邏輯按照全機(jī)功能、系統(tǒng)功能、子系統(tǒng)功能、單機(jī)功能這樣一級級識別出來，還要將這些功能之間的邏輯關(guān)系表述清楚，這樣才能說是滿足了需求分解和確認(rèn)的過程。這個過程通過人工是不可能做到的，所以我們引進(jìn)了DOS系統(tǒng)進(jìn)行管理。

如何滿足當(dāng)初提出的設(shè)計要求，如何進(jìn)行設(shè)計保證，如何保證設(shè)計質(zhì)量。在與FAA（美國聯(lián)邦航空局）專家進(jìn)行溝通交流時他們也提到，審核民用航空的飛機(jī)，如果發(fā)現(xiàn)問題，第一次可以認(rèn)為是偶然出現(xiàn)故障，第二次重復(fù)發(fā)生，可以認(rèn)為是巧合，但是如果第三次發(fā)現(xiàn)同樣的問題，專家就不再審查，整個系統(tǒng)就要重新設(shè)計，重新提交設(shè)計方案和產(chǎn)品，再進(jìn)行驗證。

在整個飛機(jī)系統(tǒng)的研制過程中，我們強(qiáng)調(diào)“雙V”。第一個“V”是Validation，代表：確定對產(chǎn)品的需求是正確和完整的，第二個“V”Verification,代表：對（研制）需求的實施過程進(jìn)行評估，以確定是否已滿足這些需求。通過大量的地面實驗和飛行試驗來進(jìn)行驗證，最后我們提供一個證據(jù)鏈給航空器審定方（局方），我們已經(jīng)識別并建立了7萬8千多條需求，每個需求都要在證據(jù)鏈里面表述給審定方，我們運(yùn)用了系統(tǒng)化的設(shè)計方法，如分析驗證，實物驗證、飛行驗證，給審定方提供有效的證據(jù)來表明符合性。我們還進(jìn)行正向設(shè)計和反向設(shè)計，飛機(jī)不可能像原來那樣用模樣產(chǎn)品先把它拼裝起來檢查，現(xiàn)在都用電腦數(shù)字化裝配，在計算機(jī)里面把數(shù)模一個一個拼裝起來，建立一個數(shù)字化的飛機(jī)進(jìn)行驗證，包括客戶服務(wù)的可維修性，維修開敞性等能不能滿足維修要求，不滿足就可以在設(shè)計階段進(jìn)行改進(jìn)。

同時，整個飛機(jī)的設(shè)計過程中強(qiáng)調(diào)“七個計劃、八個過程”。如過程保證計劃，要求整個工藝過程完全受控，按照操作一步步得出的結(jié)果是產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠的保證，按照工藝文件操作應(yīng)該是達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的，這樣最后才能給PC證，也就可以大批量生產(chǎn)飛機(jī)產(chǎn)品。

質(zhì)量、安全與波音同等

現(xiàn)在我們已經(jīng)做到了從全機(jī)的設(shè)計規(guī)范到工藝規(guī)范，設(shè)計和制造過程，能保證整個飛機(jī)各層級產(chǎn)品的質(zhì)量。這里飛機(jī)級、系統(tǒng)級、設(shè)備級和零件材料級都必須經(jīng)過“雙V”的驗證過程，因為飛機(jī)是高度人機(jī)綜合的產(chǎn)品，所以人為因素我們也是我們在系統(tǒng)設(shè)計時必須研究考慮的問題，為了充分驗證駕駛艙的人為因素，我們有一個飛機(jī)駕駛艙仿真實驗，按照工程要求做了一個和實物一樣的模擬駕駛艙，駕駛艙里的儀器板、操控桿都是1：1的。我們請了國內(nèi)外不同的飛行員進(jìn)行評估，評估后形成一個報告，綜合評估后進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，把駕駛艙的設(shè)計質(zhì)量達(dá)到最優(yōu)的程度，特別是避免人為操作的因素。

在地面充分試驗驗證方面，我們還通過數(shù)字樣機(jī)來模擬維修、包括結(jié)構(gòu)、相容性等等關(guān)系，同時為了保證在最后試飛過程當(dāng)中驗證整個系統(tǒng)，首先在地面上進(jìn)行了驗證。我們做了三個“鳥”。一個是“鐵鳥”，模擬飛機(jī)1：1的模型，飛控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)都在上面，而且把飛機(jī)件真件或者地面的驗證件裝在上面，進(jìn)行模擬實驗，測試它是不是有問題。第二個是“電鳥”，是整個飛機(jī)的航電系統(tǒng)，相當(dāng)于大腦中樞神經(jīng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過航電系統(tǒng)進(jìn)行驗證。第三個是“銅鳥”，是電源系統(tǒng)，包括發(fā)動機(jī)、APU，整個電力的分配程度，先在地面進(jìn)行充分的驗證，最后裝到試驗飛機(jī)上進(jìn)行試驗驗證。為了保證地面和試飛過程的驗證，我們C919大飛機(jī)共研制了八架試驗飛機(jī)，其中兩架在地面進(jìn)行靜力和疲勞試驗驗證，六架通過空中試飛進(jìn)行試驗，來驗證是否符合設(shè)計和適航規(guī)章的要求。

中國的大飛機(jī)是按照國際最新的研制過程、研制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計、試驗和驗證的飛機(jī)。我相信我們研制的飛機(jī)，質(zhì)量、安全性與波音空客的水平是同等的。

（本文根據(jù)演講速記整理）