系統設計與驗證確保C919大型客機的質量安全

◆徐建強 / 文

系統設計與驗證確保C919大型客機的質量安全

◆徐建強 / 文

編者按

質量創新，助力中國制造。在第18屆中國國際工業博覽會質量創新論壇暨第十一屆上海國際質量研討會上，中國商飛適航安全質量部副部長、C919型號總質量師徐建強一場“系統設計與驗證，確保大飛機的質量安全”的演講，讓大家了解了運用互聯網進行集成設計和制造的大飛機，是真正的互聯網經濟下質量管理的實踐成果。

大飛機項目大家都很關注，什么時候進行首飛、什么時候坐上自主研制的C919大飛機，但大家更關注的還是我們自主研制的飛機質量到底怎么樣，是否和波音空客飛機一樣安全。在這里向大家報告一下中國商飛大飛機是如何采用國際上最先進的系統設計與驗證理念來完成整個飛機的設計和驗證過程的。

大飛機之“大”

大飛機之所以大，關鍵在系統復雜和龐大。一臺汽車大概是七千多個零部件，一架大型商用飛機大則在400萬個零部件左右。整個研發投入非常大，C919大型客機的研制經費達到上百億元。項目規模也非常大，不僅是上海的研發、生產、制造、試飛、客戶服務這幾個中心，還包括中國中航工業、中電集團等國內供應商，另外還包括GE、霍尼韋爾這些國際著名的航空產品制造商，共同參與大飛機的研制。因為要進行全球設計、試驗和生產，大飛機是真正運用互聯網來進行集成設計與制造的，與本次會議的主題“互聯網經濟下的質量與質量影響力”十分貼合。

中國商飛的總部，包括總體和系統集成設計、總裝制造在上海，還有很多分系統、結構散布在全世界各地，如北美、歐洲。幾萬人的團隊基于互聯網進行系統設計，然后統一把飛機產品數模發到中國，由中國商飛把它統一拼裝起來變成一架數字化的飛機，之后再去進行確認和驗證。

這么大的系統、這么大的團隊、這么大的投入，飛機功能和實現功能系統之間的集成水平不斷提高，特別是C919飛機，我們采用全電傳的方式。原來我們很多飛機是通過機械方式如鏈條、鋼絲控制舵面運動，而現在都是通過全電子化的方式進行控制。在駕駛艙操控飛機不是傳統的像方向盤一樣的中央操作桿，而是像游戲機一樣的側桿，最后飛機駕駛操作通過電信號控制液壓作動器來控制整個飛機的飛行。這么復雜，系統出現錯誤的可能性非常大，如果用傳統的窮舉法很難發現問題，所以對于整個飛機系統來說，實驗、驗證的要求也越來越高。

系統設計與驗證

C919大型客機的系統設計與驗證的理念，是國際上最先進的飛機設計標準，某種意義上來說，C919是中國第一架按照ARP4754A標準進行設計和驗證的型號。飛機設計是一個大的系統工程，難度非常大，我們要把客戶需求進行捕獲和識別，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功能、系統功能、子系統功能、單機功能這樣一級級識別出來，還要將這些功能之間的邏輯關系表述清楚，這樣才能說是滿足了需求分解和確認的過程。這個過程通過人工是不可能做到的，所以我們引進了DOS系統進行管理。

如何滿足當初提出的設計要求，如何進行設計保證，如何保證設計質量。在與FAA（美國聯邦航空局）專家進行溝通交流時他們也提到，審核民用航空的飛機，如果發現問題，第一次可以認為是偶然出現故障，第二次重復發生，可以認為是巧合，但是如果第三次發現同樣的問題，專家就不再審查，整個系統就要重新設計，重新提交設計方案和產品，再進行驗證。

在整個飛機系統的研制過程中，我們強調“雙V”。第一個“V”是Validation，代表：確定對產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行驗證，最后我們提供一個證據鏈給航空器審定方（局方），我們已經識別并建立了7萬8千多條需求，每個需求都要在證據鏈里面表述給審定方，我們運用了系統化的設計方法，如分析驗證，實物驗證、飛行驗證，給審定方提供有效的證據來表明符合性。我們還進行正向設計和反向設計，飛機不可能像原來那樣用模樣產品先把它拼裝起來檢查，現在都用電腦數字化裝配，在計算機里面把數模一個一個拼裝起來，建立一個數字化的飛機進行驗證，包括客戶服務的可維修性，維修開敞性等能不能滿足維修要求，不滿足就可以在設計階段進行改進。

同時，整個飛機的設計過程中強調“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果是產品質量穩定可靠的保證，按照工藝文件操作應該是達到穩定狀態的，這樣最后才能給PC證，也就可以大批量生產飛機產品。

質量、安全與波音同等

現在我們已經做到了從全機的設計規范到工藝規范，設計和制造過程，能保證整個飛機各層級產品的質量。這里飛機級、系統級、設備級和零件材料級都必須經過“雙V”的驗證過程，因為飛機是高度人機綜合的產品，所以人為因素我們也是我們在系統設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。我們請了國內外不同的飛行員進行評估，評估后形成一個報告，綜合評估后進行優化設計，把駕駛艙的設計質量達到最優的程度，特別是避免人為操作的因素。

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

中國的大飛機是按照國際最新的研制過程、研制標準進行設計、試驗和驗證的飛機。我相信我們研制的飛機，質量、安全性與波音空客的水平是同等的。

（本文根據演講速記整理）