面向適航符合性的民機(jī)產(chǎn)品研制和取證過程分析

張松 李小光 房峰

摘 ?要：該文分析了民機(jī)產(chǎn)品研制的特點(diǎn)，以及構(gòu)建適航符合性證據(jù)體系的理論基礎(chǔ)，其中“雙V”過程分析重點(diǎn)?；诿駲C(jī)系統(tǒng)產(chǎn)品生命周期階段建立時(shí)間軸，該文通過分析“民機(jī)產(chǎn)品研制過程”與“型號(hào)合格審定/符合性驗(yàn)證過程”中，各階段下的適航當(dāng)局和申請(qǐng)人的關(guān)鍵工作內(nèi)容和項(xiàng)目評(píng)審節(jié)點(diǎn)之間關(guān)系，進(jìn)而分析審定基礎(chǔ)、審定計(jì)劃和符合性證據(jù)形成過程。

關(guān)鍵詞：民機(jī)產(chǎn)品 ?“雙V過程” 適航符合性 ?研制過程

中圖分類號(hào)：F273.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）03（a）-0075-03

analysis civil aircraft product Development and forensics process for airworthiness compliance

ZHANG song ?LI Xiaoguang ?FANG Feng

（Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， Nanjing， Jiangsu Province， 210016 ?China）

Abstract： the paper analyses the characteristics of commercial products development， and it analyses the theoretical basis of constructing airworthiness compliance evidence system， focus on the paper analysis of "Double V" process. Timeline based on the commercial system of product life cycle phase， the paper analysis of "the course of the development of commercial products" and "model to the examination and approval of qualified/compliance verification process" in each stage of the airworthiness authorities and the key work of the applicant， the relation between content and project review node， further analysis of the examination and approval， approval of plans and evidence of conformity formation process.

Key words： Civil aircraft product; "Double V" process; Airworthiness conformity; Development process

適航符合性證據(jù)的產(chǎn)出，應(yīng)基于民機(jī)產(chǎn)品研制的系統(tǒng)工程“雙V過程”。以民機(jī)產(chǎn)品研制適航要求（審定基礎(chǔ)）為出發(fā)點(diǎn)和符合性驗(yàn)證目標(biāo)，協(xié)同達(dá)成下述預(yù)期：最終產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)既定功能和性能，滿足客戶需要和市場(chǎng)需求;最終和中間產(chǎn)品滿足設(shè)計(jì)規(guī)范;產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程及最終產(chǎn)品符合適航要求。構(gòu)建適航符合性證據(jù)體系，解決的是面向復(fù)雜的民機(jī)及系統(tǒng)產(chǎn)品研制過程在所有活動(dòng)均產(chǎn)生數(shù)據(jù)的狀態(tài)下，基于何種原則，規(guī)劃、執(zhí)行及管控相關(guān)數(shù)據(jù)間的類別和層次關(guān)系，明確輸入輸出關(guān)系，如何面向規(guī)章和程序要求規(guī)范化定義和處理這些數(shù)據(jù)，最終形成邏輯嚴(yán)密的證據(jù)鏈。

1 ?民機(jī)產(chǎn)品研制特點(diǎn)

1.1 長周期、高投資

一個(gè)商用飛機(jī)產(chǎn)品的研制過程，整個(gè)時(shí)長超過10年，需經(jīng)歷市場(chǎng)分析、需求捕獲、詳細(xì)設(shè)計(jì)、試制驗(yàn)證、適航取證、交付運(yùn)營等多個(gè)階段，期間還需要經(jīng)歷項(xiàng)目立項(xiàng)、方案確定、初步設(shè)計(jì)完成、首架機(jī)下線、首飛、取證等多個(gè)里程碑，每達(dá)到一個(gè)里程碑均涉及到幾百個(gè)專業(yè)的大量協(xié)同工作，過程非常復(fù)雜。因此，飛機(jī)研制是典型的資金密集型產(chǎn)業(yè)，投資金額大，投資回報(bào)時(shí)間長[1]。

1.2 參與范圍廣

研制大型飛機(jī)必須大量人員的參與，這些人員由不同專業(yè)的專家組成，一大批掌握先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)和有一定實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的人才隊(duì)伍，是研制大型商用飛機(jī)的基礎(chǔ)條件。由于商用飛機(jī)產(chǎn)品屬于復(fù)雜高端產(chǎn)品，復(fù)雜產(chǎn)品的特點(diǎn)涉及多專業(yè)綜合和大規(guī)模團(tuán)隊(duì)協(xié)同。以飛控系統(tǒng)為例，涉及機(jī)械工程、氣動(dòng)工程、液壓工程、電子電氣、安全性、維修性等多專業(yè)學(xué)科的綜合[2]。

1.3 高風(fēng)險(xiǎn)

鑒于商用飛機(jī)的復(fù)雜、高投入和長周期，市場(chǎng)和外部環(huán)境變化多端，因此，商用飛機(jī)研制屬于高風(fēng)險(xiǎn)的項(xiàng)目，從來都是成功者少、失敗者多。縱觀世界商用飛機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展史，成長期往往持續(xù)時(shí)間較長、風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)多，是主制造商發(fā)展的高危期[3]。

2 ?民機(jī)產(chǎn)品研制過程分析（雙V過程）

根據(jù)上述民機(jī)產(chǎn)品的研制特點(diǎn)，可以看出民用飛機(jī)研制過程越發(fā)復(fù)雜。民用飛機(jī)研制過程是一個(gè)多學(xué)科、多專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)過程，其復(fù)雜性可以用三句話簡單概括：民用飛機(jī)研制是一個(gè)從粗到細(xì)的過程;民用飛機(jī)研制是一個(gè)從耦合到解耦的過程;民用飛機(jī)研制是一個(gè)需要進(jìn)行大量設(shè)計(jì)循環(huán)和迭代的過程。而為了更好地滿足適航和市場(chǎng)需求，民機(jī)產(chǎn)品主制造商需要向適航局方提供更加嚴(yán)謹(jǐn)詳實(shí)的適航符合性證據(jù)，那么構(gòu)建適航符合性證據(jù)體系就顯得非常重要和必要，而構(gòu)建適航符合性證據(jù)體系的基礎(chǔ)是應(yīng)用民機(jī)研發(fā)領(lǐng)域的系統(tǒng)工程理論和方法。

近年來國內(nèi)外相關(guān)組織總結(jié)了大量復(fù)雜系統(tǒng)研制經(jīng)驗(yàn)，以及系統(tǒng)工程理論在復(fù)雜系統(tǒng)尤其是民用飛機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐，并對(duì)復(fù)雜項(xiàng)目研制所采用的瀑布模型、螺旋模型以及V&V模型等進(jìn)行對(duì)比分析，提出了復(fù)雜系統(tǒng)研制指南。在民機(jī)和系統(tǒng)研制領(lǐng)域最常用的是描述飛機(jī)系統(tǒng)研制過程的“V&V模型（Validation & Verification，雙V）”，“雙V模型”表征的是伴隨飛機(jī)、系統(tǒng)和設(shè)備各層級(jí)的需求辨識(shí)、分解與分配，系統(tǒng)功能/物理架構(gòu)的設(shè)計(jì)、實(shí)施、同步開展的各層級(jí)對(duì)需求正確性和完整性的“確認(rèn)過程”（雙V之一），以及基于系統(tǒng)實(shí)施結(jié)果（如物理實(shí)物）所開展的面向需求符合性的“驗(yàn)證過程”（雙V之二），上述設(shè)計(jì)實(shí)施過程表現(xiàn)為雙V圖中用V的左臂，而確認(rèn)和驗(yàn)證過程用雙V圖的右臂來表達(dá)，如產(chǎn)品/系統(tǒng)的綜合試驗(yàn)。系統(tǒng)工程的雙V過程使“研制錯(cuò)誤”能在項(xiàng)目初期就得到盡早發(fā)現(xiàn)，避免其向綜合和驗(yàn)證階段的累積[4]。

通常民用飛機(jī)產(chǎn)品研制過程可分為總體方案定義、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、全面試制、試飛取證、批生產(chǎn)6個(gè)階段，各階段中主要工作如下。

（1）總體方案定義階段：民機(jī)產(chǎn)品主制造商面向用戶要求、適航要求、市場(chǎng)要求及其他約束（如研制周期與經(jīng)費(fèi)、技術(shù)成熟度等）定義飛機(jī)、系統(tǒng)及設(shè)備的研制方法，確定產(chǎn)品研制目標(biāo)和主要技術(shù)指標(biāo)，建立型號(hào)總體方案，規(guī)劃所有項(xiàng)目里程碑的評(píng)審節(jié)點(diǎn)，制定研制規(guī)劃，完成初步總體方案評(píng)審。

（2）初步設(shè)計(jì)階段：民機(jī)產(chǎn)品主制造商依據(jù)研制規(guī)劃，完成飛機(jī)級(jí)中的性能、功能、安全性和運(yùn)行需求定義，辨識(shí)飛機(jī)級(jí)功能架構(gòu)，形成飛機(jī)級(jí)功能描述文檔（AFDD），捕獲飛機(jī)級(jí)需求，形成飛機(jī)級(jí)功能需求文檔（AFRD），明確適用的飛機(jī)級(jí)規(guī)范（ATS）。在此基礎(chǔ)上確立飛機(jī)級(jí)功能分解并將需求分配到系統(tǒng)，確立系統(tǒng)邊界，形成系統(tǒng)/設(shè)備級(jí)需求文檔（SRD/ERD）等。

（3）詳細(xì)設(shè)計(jì)階段：民機(jī)產(chǎn)品主制造商完成功能與飛機(jī)架構(gòu)的關(guān)聯(lián)并分解、分配功能，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)級(jí)“設(shè)計(jì)實(shí)施”的開展，使系統(tǒng)功能通過系統(tǒng)架構(gòu)研制至設(shè)備層級(jí)架構(gòu)（軟硬件）得以實(shí)現(xiàn)，完成系統(tǒng)級(jí)合格審定計(jì)劃的編制等[5]。

（4）全面試制階段：民機(jī)產(chǎn)品主制造商基于設(shè)計(jì)方案開展飛機(jī)、系統(tǒng)、設(shè)備和軟硬件的試件制造，完成試驗(yàn)室設(shè)備鑒定試驗(yàn)、系統(tǒng)綜合試驗(yàn)和機(jī)上地面功能試驗(yàn)等，開展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更改和制造偏離的靜強(qiáng)度、疲勞和損傷容限分析和全機(jī)靜力試驗(yàn)，完成飛機(jī)性能校核和全機(jī)地面稱重，開展全機(jī)重量平衡手冊(cè)編制等。

（5）飛行試驗(yàn)階段：民機(jī)產(chǎn)品主制造商通過飛行試驗(yàn)驗(yàn)證飛機(jī)、系統(tǒng)和設(shè)備的設(shè)計(jì)/綜合實(shí)施，在模擬和實(shí)際的運(yùn)行環(huán)境下，是否符合研制中所明確的性能、功能、安全性需求和相關(guān)的研制規(guī)范要求，完成系統(tǒng)、設(shè)備鑒定工作，確認(rèn)飛機(jī)滿足用戶要求和研制目標(biāo)，完成適航要求的符合性驗(yàn)證數(shù)據(jù)或者資料，獲得局方批準(zhǔn)，取得型號(hào)合格證書（TC證）。

（6）批生產(chǎn)階段：民機(jī)產(chǎn)品主制造商依據(jù)市場(chǎng)訂單確立生產(chǎn)管理模式和商務(wù)運(yùn)行模式，完成批生產(chǎn)能力建設(shè)，開展交付飛機(jī)生產(chǎn)、交付試飛、客戶培訓(xùn)和支持等工作。

3 ?民機(jī)產(chǎn)品型號(hào)合格審定/符合性驗(yàn)證過程分析

為指導(dǎo)和規(guī)范民機(jī)及系統(tǒng)產(chǎn)品的型號(hào)合格審定/符合性驗(yàn)證活動(dòng)，中國民用航空局（CAAC）依據(jù)中國民用航空規(guī)章《民用航空產(chǎn)品和零部件合格審定規(guī)定》（CCAR-21）制定了《航空器型號(hào)合格審定程序》（AP-21-AA-2011-03-R4），其管控對(duì)象為型號(hào)合格證申請(qǐng)、頒發(fā)和管理過程，規(guī)定了以責(zé)任審定單位、審查部門、型號(hào)合格審定委員會(huì)（TCB）、審定審查組（TCT）、工程審查代表、制造符合性審查代表及委任代表（DER）等構(gòu)成的型號(hào)合格審定體系組織。該程序?qū)⑿吞?hào)合格審定過程，按民機(jī)型號(hào)研制生命周期劃分為概念設(shè)計(jì)、要求確定、符合性計(jì)劃制訂、計(jì)劃實(shí)施和證后管理5個(gè)階段，在各階段相關(guān)工作完成后，召開TCB會(huì)議進(jìn)行過程評(píng)審并實(shí)施轉(zhuǎn)段。適航當(dāng)局型號(hào)合格審定/符合性驗(yàn)證的基本思路為按專業(yè)審查，按條款關(guān)閉，通過申請(qǐng)人提供的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證證據(jù)論證適航符合性，得出型號(hào)符合適航要求的符合性結(jié)論，為型號(hào)申請(qǐng)人頒發(fā)型號(hào)合格證，開展證后管理。在型號(hào)合格審定過程中，適航當(dāng)局與申請(qǐng)人一般遵循互相信任的原則，以保證各階段的審查工作順利進(jìn)行。

4 ?適航當(dāng)局型號(hào)審定過程工作

民用飛機(jī)的適航審定工作是一項(xiàng)反復(fù)迭代的工作，貫穿于飛機(jī)研制的整個(gè)過程中，適航當(dāng)局通過適航管理程序來規(guī)范民用飛機(jī)的適航審定工作，民用飛機(jī)主制造商也需要按照適航審定的相關(guān)程序進(jìn)行適航符合性驗(yàn)證工作[6]。

適航當(dāng)局的工作，是按照嚴(yán)格詳細(xì)的審查程序，對(duì)民用飛機(jī)設(shè)計(jì)制造過程和試驗(yàn)、試飛進(jìn)行逐項(xiàng)審查和監(jiān)督。適航當(dāng)局在概念設(shè)計(jì)階段，主要為意向申請(qǐng)人提供有關(guān)適航規(guī)章和審定程序等方面的指導(dǎo)、幫助，與意向申請(qǐng)人建立安全保障合作關(guān)系。指導(dǎo)意向申請(qǐng)人建立初步設(shè)計(jì)保證系統(tǒng)、規(guī)劃審定計(jì)劃（CP），簽署安全保障合作計(jì)劃（PSP），并就審定基礎(chǔ)的建立提出建議，會(huì)同申請(qǐng)人召開首次技術(shù)熟悉會(huì)，熟悉潛在審定型號(hào)的設(shè)計(jì)特征。在要求確定階段主要是對(duì)意向申請(qǐng)人的申請(qǐng)進(jìn)行受理，并確定適用的審定基礎(chǔ)，向申請(qǐng)人下發(fā)TC證申請(qǐng)通知書并成立型號(hào)合格委員會(huì)（TCB），召開首次TCB會(huì)議，成立型號(hào)合格審定審查組（TCT）和相關(guān)專業(yè)組，認(rèn)可申請(qǐng)人提交的審定基礎(chǔ)草案;通過召開中間TCB會(huì)議，確立審定基礎(chǔ)，簽署專項(xiàng)合格審定計(jì)劃（PSCP）。在符合性計(jì)劃制訂階段，適航當(dāng)局基于申對(duì)申請(qǐng)人、委任代表的信任程度，考慮適航要求、符合性方法的復(fù)雜度和安全性影響，明確適航當(dāng)局審查介入范圍和和程度，確定工程審查代表和制造符合性檢查代表，召開多次中間TCB會(huì)議最終審批確定審定計(jì)劃（CP）。在計(jì)劃實(shí)施階段，適航當(dāng)局啟動(dòng)對(duì)工程驗(yàn)證試驗(yàn)和工程符合性檢查的試驗(yàn)?zāi)繐?，依?jù)CP審查和批準(zhǔn)申請(qǐng)人提交的型號(hào)設(shè)計(jì)資料（Type Design Data，TDD）和型號(hào)符合性驗(yàn)證資料（Type Compliance Data，TCD），在審定飛行試驗(yàn)前召開TCB會(huì)議，簽發(fā)型號(hào)檢查核準(zhǔn)書（TIA），批準(zhǔn)進(jìn)行制造符合性檢查、適航檢查和地面及飛行試驗(yàn);開展審定飛行試驗(yàn)，審批持續(xù)適航文件（ICA），協(xié)調(diào)航空器評(píng)審組（AEG）開展航空器運(yùn)行符合性評(píng)估，完成功能和可靠性飛行試驗(yàn)，批準(zhǔn)《飛機(jī)飛行手冊(cè)》，召開最終TCB會(huì)議，確認(rèn)所有問題紀(jì)要（含專有條件、等效安全及豁免）已關(guān)閉，對(duì)設(shè)計(jì)保證手冊(cè)和設(shè)計(jì)保證系統(tǒng)給出審查結(jié)論，頒發(fā)型號(hào)合格證（TC）。在證后管理階段，適航當(dāng)局編制完成型號(hào)合格審定總結(jié)報(bào)告，協(xié)同航空器評(píng)審組（AEG）開展持續(xù)評(píng)審工作。

5 ?結(jié)語

結(jié)合民機(jī)研制特點(diǎn)和研制過程，該文剖析了研制各階段適航當(dāng)局和申請(qǐng)人的關(guān)鍵工作內(nèi)容和評(píng)審節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系，明確了分析審定基礎(chǔ)、審定計(jì)劃和符合性證據(jù)形成過程，對(duì)民機(jī)研制和適航工作具有積極意義。

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