民機試飛構(gòu)型管理概述

劉寒松 / LIU Hansong

(上海飛機設(shè)計研究院，上海 201210)

民機試飛構(gòu)型管理概述

劉寒松 / LIU Hansong

(上海飛機設(shè)計研究院，上海 201210)

以民用飛機試飛工作為背景，從民機試飛構(gòu)型管理的特征和過程出發(fā)，論述了試飛構(gòu)型管理的范圍和性質(zhì)，說明了試飛構(gòu)型管理本質(zhì)上屬于研制構(gòu)型管理，由制造商內(nèi)部控制。并從適航的角度研究了民機試飛構(gòu)型到位工作的特點及其與試飛計劃的關(guān)系、給出了試飛構(gòu)型評估報告編制方法。最后，介紹了試飛構(gòu)型控制工作的流程，并根據(jù)試飛構(gòu)型管理實踐經(jīng)驗，提出了試飛構(gòu)型控制工作中需關(guān)注的重點。對后續(xù)民機試飛構(gòu)型工作具有一定的參考意義。

構(gòu)型管理；適航；系統(tǒng)工程；試飛；構(gòu)型評估

0 引言

構(gòu)型管理的概念是美國軍方、美國航空航天局、歐洲太空局等在管理飛機、艦艇、火箭等大型武器裝備的研發(fā)過程中總結(jié)出來的，其本質(zhì)是以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為組織方式，將各階段產(chǎn)品數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，并對其進(jìn)行管理和控制，從而保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)的一致性、有效性和可追溯性[1-2]。在民機試飛階段，飛機構(gòu)型不斷完善，構(gòu)型更改頻繁，同時，還需確保數(shù)百個試飛科目開展前試飛構(gòu)型到位，驗證試飛科目開展前還要完成制造符合性檢查工作，這些都增加了構(gòu)型管理工作的復(fù)雜性。

1 試飛構(gòu)型管理范圍

構(gòu)型管理貫穿在飛機設(shè)計的整個過程中。在系統(tǒng)工程過程中，構(gòu)型管理屬于控制機制，通過建立需求基線、功能基線、分配基線、研制構(gòu)型和產(chǎn)品基線，進(jìn)而實現(xiàn)需求的確認(rèn)和分解及產(chǎn)品的集成和驗證，最終完成從需求到產(chǎn)品的實現(xiàn)。

圖1中，PDR為初步設(shè)計評審，CDR為詳細(xì)設(shè)計評審，F(xiàn)CA為功能構(gòu)型審核，PCA為物理構(gòu)型審核。在構(gòu)型管理工作中，F(xiàn)CA是對飛機功能和性能達(dá)標(biāo)的確認(rèn)，PCA是對飛機構(gòu)型完整性和符合性檢查的確認(rèn)。

實際上，在飛機的驗證試飛完成之前，功能構(gòu)型審核和物理構(gòu)型審核均未結(jié)束，產(chǎn)品基線尚未建立。驗證試飛完成前，工程發(fā)放的設(shè)計文件包，如圖紙和零件清冊等，嚴(yán)格來說并不是“產(chǎn)品”圖紙，而是試驗機(試驗件)圖紙和零件清冊，此時飛機的構(gòu)型屬于制造商內(nèi)部控制的“研制構(gòu)型”。[3]

這點可以在美國民用構(gòu)型管理標(biāo)準(zhǔn)中得到佐證。美國民用構(gòu)型管理標(biāo)準(zhǔn)EIA-649中關(guān)于構(gòu)型基線的定義如圖2所示，構(gòu)型基線包括需求基線、設(shè)計發(fā)放基線和產(chǎn)品基線等，客戶主要關(guān)注“需求基線”和“產(chǎn)品基線”，在產(chǎn)品基線確定前，“研制構(gòu)型”由制造商內(nèi)部控制。[4]

因此，試飛構(gòu)型管理本質(zhì)上屬于研制構(gòu)型管理的一部分。但其又有一定的特殊性，在試飛階段，飛機諸多結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)均處在不斷更改中：客戶需求、市場目標(biāo)、設(shè)計模式、材料和工藝以及制造水平在產(chǎn)品整個研制周期中都在不斷變化；隨著研制的進(jìn)展飛機控制律、飛行特性、包線等也在不斷迭代優(yōu)化；在試飛過程中，還會出現(xiàn)不滿足設(shè)計要求和適航要求，需要設(shè)計更改的情況。這些都使飛機的構(gòu)型不斷的更改，由于飛機產(chǎn)品零部件數(shù)量巨大，頻繁的更改導(dǎo)致試飛構(gòu)型控制非常復(fù)雜。據(jù)統(tǒng)計，某型飛機試飛期間在試飛機上實施的EO累計達(dá)到6萬多份，構(gòu)型更改工作量可見一斑。

2 構(gòu)型到位與試飛計劃

民機試飛按目的可分為研發(fā)試飛、表明符合性試飛和審定試飛，研發(fā)試飛主要用來調(diào)整飛機狀態(tài)、摸清系統(tǒng)性能參數(shù)、驗證飛機是否滿足設(shè)計需求，表明符合性試飛和審定試飛用來表明飛機符合適航規(guī)章和環(huán)境保護(hù)要求。無論哪種類型的試飛，均需在特定的構(gòu)型下進(jìn)行。

研發(fā)試飛由主制造商根據(jù)自己的研發(fā)目的確定構(gòu)型是否滿足試飛的要求。而表明符合性試飛和審定試飛在《航空器型號合格審定程序》(AP21-03)中，規(guī)定“制造符合性檢查代表在地面試驗和飛行試驗前對原型機進(jìn)行制造符合性檢查，以確認(rèn)原型機滿足了最低的質(zhì)量要求、符合型號設(shè)計，并可安全地進(jìn)行預(yù)期的地面和飛行試驗”，在CCAR21.33中，要求“申請人應(yīng)當(dāng)進(jìn)行檢驗和試驗”，以確定“零部件符合型號設(shè)計的圖紙”以及“制造工藝、構(gòu)造和裝配符合型號設(shè)計的規(guī)定?！?/p>

因此，在表明符合性試飛和審定試飛前，需確認(rèn)飛機構(gòu)型到位，并對飛機進(jìn)行制造符合性檢查，以表明當(dāng)前構(gòu)型符合規(guī)定，能夠代表取證構(gòu)型進(jìn)行適航驗證活動。

如圖3所示，試飛科目與試飛構(gòu)型構(gòu)成了矩陣[5]。在試飛計劃編制時可考慮對試飛科目按構(gòu)型要求分類和組合。

在圖3中，從左到右為試飛進(jìn)程，表示試飛在時間軸上的進(jìn)展，隨著試飛科目的逐個開展，試飛構(gòu)型也需逐步到位，如試飛科目1、2、3需要試飛構(gòu)型1到位，試飛科目4進(jìn)一步需要試飛構(gòu)型2到位等。

事實上，如果說圖3的橫向(由左到右)代表試飛計劃，那么縱向(從上往下)就代表了構(gòu)型到位計劃，在試飛階段中，兩份計劃均要制定，且需相互匹配。首先明確科目試飛時相關(guān)系統(tǒng)需要具備的功能和性能，進(jìn)而確定試飛構(gòu)型，結(jié)合初步試飛計劃制定初步構(gòu)型到位計劃，最終制定可實施的試飛計劃和構(gòu)型到位計劃。

圖4說明了試飛計劃與構(gòu)型到位計劃之間的關(guān)系。

3 構(gòu)型評估報告編制

在局方正式簽發(fā)TIA( 型號檢查核準(zhǔn)書)前，相關(guān)試驗件及其所含的軟硬件構(gòu)型狀態(tài)應(yīng)接近最終凍結(jié)狀態(tài)，才允許進(jìn)行相應(yīng)的試飛科目。但實際研制過程中的飛機構(gòu)型不可能完全達(dá)到凍結(jié)狀態(tài)，實際制造中也存在一些偏差，需要編制針對科目的構(gòu)型評估報告來表明目前飛機的狀態(tài)能夠代表取證構(gòu)型進(jìn)行適航驗證活動。

在某民機項目中，申請人在發(fā)出制造符合性聲明前，通過編制“試飛構(gòu)型評估報告”文件，向局方說明試飛科目對構(gòu)型的要求以及飛機的當(dāng)前實際狀態(tài)，如有偏離，評估偏離對試飛結(jié)果和試飛安全性的影響。

構(gòu)型評估報告至少應(yīng)包括以下內(nèi)容：

1)試飛目的

2)試驗飛機/試驗件的概述

3)科目最低構(gòu)型要求

4)試驗件構(gòu)型狀態(tài)評估

(1)描述與本試驗試飛項目相關(guān)的生產(chǎn)圖紙，以及構(gòu)型偏離情況，偏離一般包括單機更改圖紙、代料單、故障拒收單等。從偏離對功能、性能等方面的影響進(jìn)行分析，評估對試飛有效性的影響和試飛安全性影響；

(2)描述系統(tǒng)中與試飛科目相關(guān)的設(shè)備，以及構(gòu)型偏離情況，從偏離對功能、性能等方面的影響進(jìn)行分析，評估對試飛有效性的影響和試飛安全性影響；

(3)描述系統(tǒng)中與試飛科目相關(guān)的軟件，以及構(gòu)型偏離情況，從偏離對功能、性能等方面的影響進(jìn)行分析，評估對試飛有效性的影響和試飛安全性影響；

(4)機體結(jié)構(gòu)構(gòu)型評估，評估外形、重量重心、強度、功能、性能等方面的偏離的影響；

(5)評估已實施的、非試飛科目要求的測試改裝的影響；

(6)評估試飛科目所需的、但未實施的測試改裝項的影響；

(7)評估前期試飛過程中出現(xiàn)的與試飛科目相關(guān)的、未關(guān)閉的試飛問題的影響。

5)給出當(dāng)前構(gòu)型下開展試飛的有效性和安全性的結(jié)論

構(gòu)型評估報告編制時應(yīng)注意，報告描述內(nèi)容應(yīng)全面且有針對性。與科目直接相關(guān)的圖紙、裝機設(shè)備、系統(tǒng)零部件、機載軟件以及加改裝情況都需評估，同時，與試驗試飛無直接關(guān)系的飛機其它部分構(gòu)型無需評估，對試驗試飛執(zhí)行的基本前提、飛機應(yīng)具備的基本功能(如電源、液壓、動力系統(tǒng)等)不需特別提出要求其工作正常。

4 試飛構(gòu)型控制

實施構(gòu)型管理可以有效地控制飛機及其零組件的研制和更改過程，構(gòu)型管理的工作主要包括構(gòu)型管理計劃編制(Plan)、構(gòu)型項標(biāo)識(Identification)、構(gòu)型控制(Control)、狀態(tài)紀(jì)實(Accounting)和驗證與審核(Audit)五部分內(nèi)容。其中，構(gòu)型控制是進(jìn)行構(gòu)型管理的重點和難點。

4.1 構(gòu)型控制的流程

構(gòu)型控制就是指在構(gòu)型生成過程中，為控制構(gòu)型項的更改所進(jìn)行的活動。各主制造商對自己公司的工程更改也就是構(gòu)型更改都有一套嚴(yán)格的構(gòu)型控制流程，目的就是嚴(yán)格把控構(gòu)型狀態(tài)，使每一次的更改都能夠有效且納入管理，如圖5所示。

對設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)行工程更改，工程首先需要啟動ECP，ECP是工程更改的有效輸入依據(jù)，在獲得批準(zhǔn)后，才能進(jìn)行工程指令的具體實施(EO或DEO的發(fā)出)，EO或DEO中通常會規(guī)定此次更改的實施范圍，如果該EO或DEO需要對試飛機的構(gòu)型進(jìn)行更改，則在發(fā)出后，需再發(fā)出外場技術(shù)通知單，對試飛機進(jìn)行更改，試飛機構(gòu)型管理人員會根據(jù)試飛機執(zhí)行任務(wù)的實際情況及EO/DEO的等級決定試飛機的貫徹日期，貫徹后該構(gòu)型則納入試飛機構(gòu)型。

工程更改需詳細(xì)評估對其它專業(yè)的影響，給出受影響的圖樣/零件/技術(shù)文件(規(guī)范)清單，若更改對飛機安全性、驗證試驗結(jié)果、飛機重要特性有影響時，需要在ECP和外場技術(shù)通知單中詳細(xì)說明。相關(guān)專業(yè)將據(jù)此評估是否需要進(jìn)行補充試飛，以及更新試飛限制條件和補充操作程序等文件。

4.2 試飛構(gòu)型控制的幾個重點

4.2.1 減少構(gòu)型更改工作量

試飛機頻繁的構(gòu)型更改會嚴(yán)重影響試飛進(jìn)度，如某型號民機試飛期間各架試飛機累計處理的外場技術(shù)通知單數(shù)以千計，累計貫徹的EO數(shù)以萬計。這些更改占用了較多的現(xiàn)場資源和試飛時間，影響了試飛的實施進(jìn)程。

這些更改除了部分軟件版本正常迭代進(jìn)化等計劃內(nèi)工作，還有一些因早期設(shè)計時考慮不周、前期系統(tǒng)接口存在開口項及用戶需求變更等原因造成的失誤，這些前期的不成熟設(shè)計數(shù)據(jù)到試飛階段解決成本幾何級增長，應(yīng)盡量避免。在進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計時應(yīng)盡可能的進(jìn)行充分的分析、評估，按照系統(tǒng)工程的要素進(jìn)行全面的工作，對于飛機本體應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的性能、操穩(wěn)、強度等計算分析，開展全面的風(fēng)洞試驗、強度試驗，減少試飛期間的結(jié)構(gòu)構(gòu)型更改問題；對于飛機的系統(tǒng)，按照目前的傳統(tǒng)做法都由各專業(yè)系統(tǒng)供應(yīng)商提供，這就要求我們主制造商提高供應(yīng)商的管控能力，系統(tǒng)的研發(fā)要求要詳細(xì)、具體、接口明確，并對系統(tǒng)的整個研發(fā)過程進(jìn)行管控，進(jìn)行盡可能多的測試，完成好相關(guān)的試驗室試驗和機上地面試驗，確保供應(yīng)商研發(fā)的系統(tǒng)滿足飛機的需求，且可靠性較高；同時在試飛機構(gòu)型控制時對于一些不影響飛行安全和試飛結(jié)果有效性的更改，可以考慮暫時不在試飛機上貫徹。

4.2.2 “合并更改”

在生產(chǎn)階段，為穩(wěn)定飛機的生產(chǎn)構(gòu)型，波音公司提出了合并點(blockpoint)的概念，合并點表示將更改作一定積累后再實施，而不是一有更改就馬上實施。

試飛期間的工程更改量十分龐大，遠(yuǎn)超生產(chǎn)階段，在生產(chǎn)階段，為穩(wěn)定飛機的生產(chǎn)構(gòu)型，構(gòu)型狀態(tài)相對清晰且易于管理，而試飛機情況極為復(fù)雜，構(gòu)型由于設(shè)計更改等一直在不斷變化，處在一種動態(tài)的管控中。而外場時間緊，尤其有些科目依賴于自然環(huán)境影響，一旦錯過了時間窗口將需要等待一年甚至兩年的時間周期，且外場的人力物力資源有限，一些特殊工裝可能在現(xiàn)場沒有配備，有一些更改可能只有回到主制造商的總裝車間才能進(jìn)行，因此如何合理的安排試飛機的構(gòu)型更改非常重要。針對這個問題，對于不影響試飛安全性、后續(xù)試飛結(jié)果有效性或造成重大操作限制的更改，可以借鑒波音的做法，在積累到一定量后擇機合并更改。

4.2.4 關(guān)注構(gòu)型凍結(jié)時間點

根據(jù)試飛機試飛任務(wù)的特點及局方對試飛任務(wù)構(gòu)型的管控要求，為加快審批檢查及試飛，在以下三個時間點，試飛機構(gòu)型建議臨時凍結(jié)。

一是試飛科目構(gòu)型準(zhǔn)備完畢，已完成構(gòu)型評估報告編制或已提交制造符合性聲明，在試飛完成前凍結(jié)相關(guān)系統(tǒng)構(gòu)型。CCAR21.33中要求，“除局方另行批準(zhǔn)外，民用航空產(chǎn)品或其零部件……提交局方進(jìn)行試驗的期間內(nèi)，不得作任何更改。”

二是申請人已確認(rèn)和更新飛機當(dāng)前全機構(gòu)型文件，并以此向?qū)彶榉缴暾執(zhí)卦S飛行證，從文件更新到特許飛行證制造符合性檢查完成、并獲得特許飛行證前，應(yīng)凍結(jié)飛機構(gòu)型。

三是局方升版或新發(fā)TIA階段，由于TIA通過引用構(gòu)型文件描述了飛機的單機構(gòu)型文件，從構(gòu)型文件更新完成到TIA正式頒發(fā)前，應(yīng)凍結(jié)相關(guān)構(gòu)型。

4.2.5 建立信息平臺

試飛期間飛機的構(gòu)型變化頻繁，如沒有數(shù)字化的信息平臺，僅通過文檔、表格對構(gòu)型狀態(tài)進(jìn)行記錄、控制，會導(dǎo)致信息在傳遞過程中失真和滯后。單機構(gòu)型狀態(tài)如不能及時傳遞到相關(guān)人員，會影響試飛飛機單機構(gòu)型文件、試飛構(gòu)型評估報告等文件的準(zhǔn)確性。因此，民機試飛中必須搭建試飛機構(gòu)型管理的數(shù)字化平臺，使試飛機的實際構(gòu)型狀態(tài)能夠在平臺上實現(xiàn)工程、制造和試飛人員實時共享。以此避免試飛構(gòu)型管理工作停留在“文檔管理”階段，實現(xiàn)真正意義的構(gòu)型管理。

5 結(jié)論

本文闡述了試飛構(gòu)型管理工作的性質(zhì)、特點，以及需要關(guān)注的重要方面。

(1)試飛構(gòu)型管理本質(zhì)上屬于研制構(gòu)型管理，由飛機制造商內(nèi)部控制；

(2)無論哪種類型的試飛，均需在特定的構(gòu)型下進(jìn)行。試飛構(gòu)型到位計劃需與試飛計劃相互協(xié)調(diào)；

(3)編制試飛構(gòu)型評估報告是說明飛機構(gòu)型偏離對試飛影響的有效手段；

(4)試飛構(gòu)型控制必須嚴(yán)格按照構(gòu)型管理流程進(jìn)行，在試飛構(gòu)型控制中，應(yīng)通過減少構(gòu)型更改工作量、對于非重要更改可合并進(jìn)行、建立信息化平臺的方式，減少構(gòu)型更改工作對試飛的影響。

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Configuration Management of Flight Test for Civil Aircraft

(Shanghai Aircraft Design and Research Institute, Shanghai 201210, China)

Based on the characteristics and process of civil aircraft flight test, this paper discusses the scope and nature of flight test configuration management. The management of test flight is essentially development configuration management which is controlled by manufacturer. From the perspective of airworthiness, the characteristics of civil aircraft flight test configuration to be in place were studied and its relationship with the flight test plan. And the flight test configuration evaluation report preparation method was given. Finally, the flow of flight test configuration control is introduced, and the focus of attention control is put forward based on the experience of flight test configuration management, which has certain reference to the follow-up civil aircraft flight test.

configuration management; airworthiness; systems engineering; flight test ; configuration evaluation

V217

A

10.19416/j.cnki.1674-9804.2017.04.024

劉寒松男，碩士，工程師。主要研究方向：試飛管理、項目管理；E-mail: liuhansong@comac.cc