民用運(yùn)輸類固定翼飛機(jī)適航取證管理數(shù)字化建設(shè)研究

□ 楊定定

中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司上海航空工業(yè)(集團(tuán))有限公司 上海 201210

1 研究背景

民用航空器是現(xiàn)代化高科技高度集成的產(chǎn)物,是衡量一個國家科技水平、工業(yè)水平和綜合國力的重要標(biāo)志之一。

適航管理是民用航空器研制過程中的重要環(huán)節(jié),通過適航管理進(jìn)行適航取證工作是制約民用航空器取得研制和商業(yè)成功的最關(guān)鍵因素之一[1]。民機(jī)發(fā)展,適航先行。適航管理系統(tǒng)工程具有嚴(yán)肅性、權(quán)威性,航空器全生命周期的適航管理需要使用先進(jìn)的信息化手段,形成從設(shè)計、制造、客戶服務(wù)到運(yùn)營的全過程審查和監(jiān)督管理可視化手段,進(jìn)而減少人員多地跟飛、異地試驗、多方審查協(xié)同等地域問題帶來的不便,同時解決大量紙質(zhì)文件無法存放、無法及時更新、查找困難的問題,通過實時在線、數(shù)據(jù)靈活交互的可靠性平臺保證適航信息、數(shù)據(jù)的完整與可追溯。

2 國內(nèi)外現(xiàn)狀

國外民用飛機(jī)研制單位已普遍將業(yè)務(wù)模式與信息系統(tǒng)深度融合,基于自身特點構(gòu)建完備的數(shù)據(jù)庫,并基于民用飛機(jī)研制流程構(gòu)建適航性數(shù)字化平臺,對民用飛機(jī)型號適航性工作起有效指導(dǎo)和支撐作用。綜合國外適航管理的信息化特點,有四方面。一是一般將適航與設(shè)計捆綁管理,如空客的適航與設(shè)計管理系統(tǒng)。二是全方位、全過程管理,如空客的NECTAR工具軟件。三是完備的適航組織與管理體系,如空客的適航操作規(guī)程、適航法規(guī)與研制現(xiàn)場串聯(lián)。四是完善審定流程控制體系,如加拿大、巴西制定了一整套適航流程控制體系進(jìn)行實時適航監(jiān)管[2]。

在國內(nèi),C919、MA700、AG600等型號航空器的適航性工作進(jìn)入關(guān)鍵階段,適航司對適航的宏觀法規(guī)體系進(jìn)行了信息化手段管理,上海航空器審定中心研發(fā)了管理適航審定過程文件的管理系統(tǒng),并正在加緊建設(shè)局方審定協(xié)同平臺,期望形成在線審定取證,實現(xiàn)與申請方申請取證無縫銜接。中國商飛公司研發(fā)了綜合性適航管理系統(tǒng)、適航審定管理系統(tǒng)、適航規(guī)章數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),基本實現(xiàn)了對適航的全過程管理。中國民航大學(xué)、中航一飛院等開發(fā)了可服務(wù)于不同業(yè)務(wù)類型的適航管理信息系統(tǒng),但是這些系統(tǒng)僅提供適航信息的跟蹤、整理、查詢等功能,無法充分利用已有民用航空器研制系統(tǒng)提供的適航符合性信息,容易形成信息孤島。

各家單位對適航的信息化程度、定制要求不同,需要滿足民用飛機(jī)適航各類型號全生命周期的信息化跟蹤,并通用化適航管理數(shù)字化平臺,提供獲取航空器研制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的能力,實現(xiàn)適航工作和審查全業(yè)務(wù)的電子化與信息化,這樣可以提升行業(yè)整體適航性管理和取證工作的效率與水平。

3 民用飛機(jī)適航取證過程

3.1 適航取證條例

CCAR-21-R4《民用航空產(chǎn)品和零部件合格審定規(guī)定》關(guān)于型號合格證的頒發(fā)有明確規(guī)定。申請人提交的型號設(shè)計、試驗報告和各種計算證明申請型號合格審定的民用航空產(chǎn)品符合適航規(guī)章、環(huán)境保護(hù)要求,以及民用飛機(jī)適航審查方規(guī)定的專用條件。審查方在完成所有試驗和檢查等審定工作后,認(rèn)為型號設(shè)計和民用航空產(chǎn)品符合適航規(guī)章、專用條件及環(huán)境保護(hù)的要求,或任何未符合這些要求的部分具有審查方認(rèn)可的等效安全水平。對于航空器,要求在型號合格證或型號設(shè)計批準(zhǔn)書頒發(fā)前,申請人必須向?qū)彶榉秸f明申請的型號合格審定類別沒有不安全特征,表明適用要求的符合性。

CCAR-21-R4關(guān)于生產(chǎn)許可證的頒發(fā)也有明確規(guī)定。申請人的質(zhì)量控制資料、組織機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)設(shè)施得到審查方的審定。申請人建立并能夠保持有效的質(zhì)量控制系統(tǒng),使生產(chǎn)的每一個民用航空產(chǎn)品均符合相應(yīng)型號合格證或型號設(shè)計批準(zhǔn)書、補(bǔ)充型號合格證、改裝設(shè)計批準(zhǔn)書的設(shè)計要求。申請人建立保證每一個生產(chǎn)的民用航空產(chǎn)品都能符合型號設(shè)計,并有處于安全可用狀態(tài)所必需的檢驗和試驗程序。申請人建立有效的對供應(yīng)商的控制程序。

AP-21-AA-2011-03-R4《航空器型號合格審定程序》規(guī)定了頒發(fā)民用航空器型號合格證時審查方需完成的工作內(nèi)容、工作程序和方法,并將審定過程劃分為概念設(shè)計、要求確定、符合性計劃制訂、計劃實施、證后五個階段,詳細(xì)列出了各階段事項和步驟。

AP-21-AA-2010-04R4《生產(chǎn)批準(zhǔn)和監(jiān)督程序》規(guī)定了頒發(fā)民用航空器生產(chǎn)許可證時審查方需完成的工作內(nèi)容、程序和方法。

AP-21-AA-2008-05R2《民用航空器及其相關(guān)產(chǎn)品適航審定程序》規(guī)定了單機(jī)標(biāo)準(zhǔn)適航證、特許飛行中取證的工作內(nèi)容及方法。

目前,國內(nèi)已有的民用飛機(jī)研制項目,申請人未自行定義適航取證過程的階段,而是沿用審查方在適航規(guī)章中明確的審定過程階段定義[3],所以,筆者研究運(yùn)輸類固定翼飛機(jī)適航取證管理數(shù)字化建設(shè)同樣基于適航規(guī)章、審查方明確的審定過程,結(jié)合某公司體系文件開展。

3.2 適航取證要求

(1)航空器型號合格取證。根據(jù)中國民用航空局規(guī)章標(biāo)準(zhǔn)確定航空器型號合格審定基礎(chǔ)、符合性驗證方法、符合性驗證任務(wù),組織實施符合性驗證工作,并取得可表明適航符合性的證據(jù)資料,實現(xiàn)對民用運(yùn)輸類飛機(jī)型號合格審定基礎(chǔ)、符合性方法、驗證任務(wù)定義、條款關(guān)閉的管理。實現(xiàn)對每個條款的關(guān)閉是保證航空器型號合格取證的前提。

(2)生產(chǎn)許可取證任務(wù)。生產(chǎn)許可審定與監(jiān)督程序執(zhí)行過程中的申請過程,適用于民用航空產(chǎn)品的生產(chǎn)許可證申請、預(yù)評審、受理、審查、頒發(fā),以及生產(chǎn)批準(zhǔn)書持有人的證件管理與監(jiān)督。審查方受理生產(chǎn)許可申請后,下發(fā)評審計劃到對應(yīng)單位,對應(yīng)單位進(jìn)行任務(wù)定義,相關(guān)適航管理部門進(jìn)行任務(wù)分解,下發(fā)到各責(zé)任部門執(zhí)行。

(3)單機(jī)標(biāo)準(zhǔn)適航證。適航當(dāng)局確認(rèn)單架飛機(jī)是按照批準(zhǔn)的設(shè)計和經(jīng)批準(zhǔn)的質(zhì)量體系制造的,表示這一架飛機(jī)可以安全運(yùn)營,需要提交一系列符合性文件表明可以達(dá)到取證條件。

(4)特許飛行證申請。對尚未取得有效適航證或目前可能不符合有關(guān)適航要求,但在一定限制條件下能夠安全飛行的航空器,可以申請?zhí)卦S飛行證,如研發(fā)試飛申請的第一類特許飛行證,需要提供一系列符合性文件表明達(dá)到準(zhǔn)飛要求。

3.3 適航數(shù)據(jù)特征

航空器型號取證過程涉及的數(shù)據(jù)類型包括各型號適用的結(jié)構(gòu)化條款、符合性方法、符合性任務(wù),以及各類文件、計劃、結(jié)構(gòu)化表單、機(jī)型等,數(shù)據(jù)量大,并且要求屬性靈活。科學(xué)化地管理數(shù)據(jù)和建立好關(guān)聯(lián)關(guān)系尤為重要。

(1)業(yè)務(wù)層面存在數(shù)據(jù)間的網(wǎng)狀關(guān)系。為了便于業(yè)務(wù)基于不同維度的統(tǒng)計需要,正確梳理數(shù)據(jù)的前置關(guān)系、審定計劃對應(yīng)的任務(wù)、條款與任務(wù)關(guān)系、任務(wù)與各項簽審文件關(guān)系、各項簽審文件與審批文件關(guān)系等,進(jìn)而靈活生成審定計劃清單、條款檢查單等。

(2)數(shù)據(jù)類型的科學(xué)管理。適航數(shù)據(jù)包括內(nèi)部研制單位數(shù)據(jù)和外部民用飛機(jī)適航審查方審定數(shù)據(jù),研制單位數(shù)據(jù)與審查方審定數(shù)據(jù)存在特定的上下游關(guān)系,貫穿在執(zhí)行過程中。需要按型號分類管理,便于流程的調(diào)用,有利于分類歸檔和檢查。

(3)結(jié)構(gòu)化表單及數(shù)據(jù)的引入。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)水平是數(shù)據(jù)可利用的檢驗標(biāo)準(zhǔn),結(jié)構(gòu)化屬性間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系、復(fù)用、引用作用,對流程的自動化觸發(fā)具有價值。符合性驗證任務(wù)、檢查項目、檢查工序、審查方審查各類表單等,都屬于需要全局結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。各類表單結(jié)構(gòu)化對適航業(yè)務(wù)的管理和指引有非常重要的作用,能夠清晰地體現(xiàn)現(xiàn)狀,更科學(xué)地展示全機(jī)情況。

(4)流程的靈活定制。業(yè)務(wù)流程必須遵循適航標(biāo)準(zhǔn)、體系、公司程序等要求,需要能夠靈活隨著體系或程序的調(diào)整而調(diào)整,這對業(yè)務(wù)流程的初始設(shè)計要求很高。符合性檢查過程的并串聯(lián)交替關(guān)系、持續(xù)適航過程中計劃管控流程的制約作用、適航審定取證過程的多類型流程切換、申請方資料類型與審查方資料類型間的匹配關(guān)系等,都需要在各類分段流程中設(shè)置合適的啟動時機(jī)。

(5)分型號管理數(shù)據(jù)量大。民用飛機(jī)為了滿足適航規(guī)章要求,會制定很多詳細(xì)的取證任務(wù),開展各類符合性文件審定,審查方開展全機(jī)項目檢查,或選定各零部件作為檢查項目等。如某型號任務(wù)中,全機(jī)項目約有五千項,適用條款約有四百條,子條款約有四千條,開展資料送審兩萬余次[4]。

(6)取證時間跨度長。根據(jù)適航條款要求,飛機(jī)需要進(jìn)行各類試驗、試飛驗證,滿足適航取證要求。如某型號飛機(jī)取證時間達(dá)10 a。

3.4 適航對研制平臺的要求

面向適航的研制平臺應(yīng)對產(chǎn)品的全壽命、全領(lǐng)域、全過程、全方位進(jìn)行管理[5]。適航管理能力包含十個方面。計劃管理應(yīng)提供計劃制定、分解、反饋監(jiān)控的全過程閉環(huán)管理功能。審定過程管理應(yīng)包括對信息和資料修改提交的完整閉環(huán)管理,并確保可追溯性。適航符合性管理應(yīng)包括技術(shù)資料的管理及檢查功能。適航指令、航空規(guī)則、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的管理應(yīng)能夠保證審查方發(fā)出的適航指令、咨詢通告等得到閉環(huán)處理及跟蹤。適航證件、委任代表證件的管理應(yīng)包括國內(nèi)及國外適航當(dāng)局頒發(fā)的各類證件管理功能;持續(xù)適航管理應(yīng)面向用戶提供持續(xù)適航文件、服務(wù)通告等支持服務(wù)。系統(tǒng)安全性評估應(yīng)滿足各類計劃、系統(tǒng)安全性評估、過程保證證據(jù)等管理功能,滿足SAE-ARP4745《關(guān)于高度綜合或復(fù)雜飛機(jī)系統(tǒng)的合格審定考慮》要求。機(jī)載軟件合格審定及機(jī)載電子硬件合格審定功能應(yīng)滿足RTCA DO-178B《機(jī)載系統(tǒng)和設(shè)備合格審定中的軟件考慮》和RTCA DO-254《機(jī)載電子設(shè)備硬件設(shè)計保證指南》要求。可靠性管理體系應(yīng)具備數(shù)據(jù)收集、分析、糾正、統(tǒng)計,以及顯示報告等功能,滿足運(yùn)營規(guī)章要求。

由以上介紹可以看出,適航管理是多角度、多維度、綜合性極強(qiáng)的管理,數(shù)字化平臺建設(shè)可能涉及跨學(xué)科、跨平臺的貫通,建設(shè)一套完備的適航取證管理數(shù)字化平臺,需要分階段、分重點進(jìn)行實施,這樣才能達(dá)到預(yù)期效果。

4 適航取證管理數(shù)字化平臺建設(shè)目標(biāo)

適航取證管理數(shù)字化平臺是一套覆蓋飛機(jī)全生命周期適航工作的數(shù)字化管理系統(tǒng),通過對適航活動、審查過程、適航數(shù)據(jù)、適航知識等過程的信息化管理,保證民用飛機(jī)適航工作高效推進(jìn),促進(jìn)型號研制順利開展,上接民用飛機(jī)適航審查方審定協(xié)同平臺,支持審查方審查,外接各類型號研制平臺,實現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)同、流程全通路,匹配運(yùn)輸類固定翼飛機(jī)多型號,支撐各型號取證工作。

第一,形成通用、統(tǒng)一的運(yùn)輸類固定翼飛機(jī)適航取證管理數(shù)字化平臺。

適航管理的模塊包括取證任務(wù)管理、制造符合性檢查管理、取證協(xié)同管理、持續(xù)適航、證件管理、適航知識庫、證后管理等,通過流程流轉(zhuǎn),達(dá)到信息實時共享、項目進(jìn)程及時跟蹤,進(jìn)行適航相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)化處理,最終實現(xiàn)適航數(shù)據(jù)的動態(tài)管理和適航業(yè)務(wù)的實時流程監(jiān)控。

第二,建立取證協(xié)同管理,實現(xiàn)與審查方信息化平臺的良好銜接。

保障申請方與審查方之間暢通安全的信息溝通交流與高效安全的數(shù)據(jù)交換共享。采用統(tǒng)一接口協(xié)議,與審查方審定工作平臺進(jìn)行可靠對接。通過任務(wù)項方式實現(xiàn)與審查方文件的傳輸,建立申請方與審查方的良好銜接,為雙方之間工作流程的流轉(zhuǎn)建立有力的保障。同時構(gòu)建知識模型,形成統(tǒng)一、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化適航管理知識。在適航審定過程中,實現(xiàn)對各類知識、文檔、流程等資源的統(tǒng)一共享,為雙方的數(shù)據(jù)交換共享與信息溝通搭建安全高效的通道。

第三,規(guī)范與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、制造執(zhí)行系統(tǒng)等內(nèi)部工作管理平臺的數(shù)據(jù)讀寫接口。

統(tǒng)一接口方式,通過與組織內(nèi)部數(shù)據(jù)管理平臺建立標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)讀寫接口,實現(xiàn)更加便捷、快速、安全的數(shù)據(jù)與功能共享,為適航管理工作效率的提高打下堅實基礎(chǔ)。

第四,建成統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的適航知識庫。

適航知識庫需要對民用運(yùn)輸類固定翼飛機(jī)適航取證過程中形成的經(jīng)驗知識進(jìn)行管理。通過對取證過程中各類驗證活動產(chǎn)生的文件進(jìn)行收集、記錄、加工,形成完整的、便于管理和查詢的知識庫,供新型號研制取證參考,并可以作為專家決策系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)。

適航取證管理數(shù)字化平臺業(yè)務(wù)涵蓋型號合格取證、生產(chǎn)許可取證、航空器評審、單機(jī)標(biāo)準(zhǔn)適航取證、特許飛行證申請、證后管理、持續(xù)適航過程管理等過程,立足于打造適航取證管理綜合平臺。

5 關(guān)鍵能力分析

采用適航數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性,實現(xiàn)飛機(jī)適航取證數(shù)據(jù)、適航審查的全方位跟蹤。持續(xù)跟蹤取證任務(wù)的完成情況,與適航取證任務(wù)進(jìn)行關(guān)聯(lián),實現(xiàn)取證任務(wù)條款的關(guān)閉跟蹤。從計劃、實施到關(guān)閉,以及設(shè)計、制造、試驗等進(jìn)行全面管理,保證數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性,實現(xiàn)任務(wù)定義、流程上下游的貫通。

打造民用運(yùn)輸類固定翼飛機(jī)適航全過程管理平臺,建立與審查方統(tǒng)一協(xié)同辦公機(jī)制,實現(xiàn)申請方主發(fā)審查方審查、審查方主發(fā)申請方反饋的雙通道機(jī)制,為與審定協(xié)同平臺對接提供經(jīng)驗積累。

按照我國民航適航法規(guī)文件各程序進(jìn)行型號取證業(yè)務(wù)流程設(shè)計,歸類型號資料數(shù)據(jù),形成符合適航完整性的取證資料結(jié)構(gòu),實現(xiàn)合格證取證工作文件全覆蓋,并按取證數(shù)據(jù)的全生命周期與設(shè)計、制造等多個外圍系統(tǒng)進(jìn)行集成,接入?yún)f(xié)同流程。

實現(xiàn)靈活自定義角色權(quán)限,實現(xiàn)定制符合國際標(biāo)準(zhǔn)的分組模式,驅(qū)動審查流程。

實現(xiàn)取證申請、證后監(jiān)督等各類適航業(yè)務(wù)管理,建立跨專業(yè)、跨單位的綜合性協(xié)同平臺。

在持續(xù)適航模塊采用計劃驅(qū)動流程管理方式,適應(yīng)持續(xù)適航體系變化。通過規(guī)劃方式,靈活調(diào)度流程,一方面適應(yīng)體系升級、流程變動,另一方面支持持續(xù)適航業(yè)務(wù)的并行開展。

為滿足設(shè)計保證體系和證后運(yùn)營要求,除提交審查代表、委任代表流程外,增設(shè)授權(quán)流程,形成審查流程靈活切換更改,大大提升流程效率和審查時效。

結(jié)構(gòu)化檢查項目、檢查工序,實現(xiàn)頂層數(shù)據(jù)的細(xì)化,為制造符合性檢查項目的開展提供數(shù)據(jù)源頭,有利于全機(jī)完整性檢查、制造符合性工作的可視化管理。

6 應(yīng)用成果與展望

適航取證管理數(shù)字化平臺已在兩個型號項目上運(yùn)行5 a以上,在不斷迭代中具備了型號合格取證、生產(chǎn)許可取證、航空器評審、單機(jī)標(biāo)準(zhǔn)適航取證、特許飛行證取證、證后設(shè)計更改、持續(xù)適航等業(yè)務(wù)功能。兩個型號項目的具體數(shù)據(jù)驗證了平臺的完整性、可靠性,累積了九萬余份審定取證材料,管理各類檢查項目一萬余項。數(shù)據(jù)充分說明了平臺的可用性、可操作性、通用性,初步實現(xiàn)了運(yùn)輸類固定翼飛機(jī)適航取證數(shù)字化管理能力,持續(xù)為型號取證工作的順利開展提供保障。

平臺具備靈活的型號拓展功能,已在某新型號項目的型號合格取證申請前開展試行,通用性將再次得到驗證。對上而言,將在審定取證過程、制造符合性檢查過程、試飛試驗過程中與民用飛機(jī)適航審查方審定協(xié)同平臺做深度對接,形成標(biāo)準(zhǔn)接口,為其它民用航空器適航取證管理提供信息化參考。對內(nèi)而言,進(jìn)一步細(xì)化與型號研制平臺數(shù)據(jù)對接規(guī)范,形成統(tǒng)一適航數(shù)據(jù)出口,發(fā)揮平臺適航信息化管理能力;進(jìn)一步深化計劃任務(wù)的落實,助力某型號條款任務(wù)的關(guān)閉,提供型號取證的數(shù)據(jù)輸入,同時在供應(yīng)商控制、機(jī)載軟件管理、安全性評估方面繼續(xù)做探索和支撐。

7 結(jié)束語

適航規(guī)章是國家保證民用航空器安全的最低標(biāo)準(zhǔn),是民用飛機(jī)研制過程中必須遵循的法律。民用飛機(jī)中必須符合適航規(guī)章要求,取得適航當(dāng)局頒發(fā)的型號合格證,才能夠投入運(yùn)營。必須取得生產(chǎn)許可證,才能開展批量生產(chǎn)。民用運(yùn)輸類固定翼飛機(jī)的適航取證管理數(shù)字化平臺立足于適航規(guī)章,可以科學(xué)有效地管理適航全生命周期的數(shù)據(jù)和任務(wù)。采用這一通用、統(tǒng)一的多型號適航取證管理數(shù)字化平臺,完成多型號設(shè)計、制造等系統(tǒng)的集成,與審查方達(dá)成良好的業(yè)務(wù)溝通機(jī)制,實現(xiàn)了數(shù)字化審查的目的。同時實現(xiàn)申請方適航管理信息化的最優(yōu)化,與審查方之間的審查活動更便捷,且更數(shù)據(jù)化,并實現(xiàn)適航業(yè)務(wù)流程的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化,為各民用運(yùn)輸類固定翼飛機(jī)適航取證提供數(shù)據(jù)管理和業(yè)務(wù)管理的信息化建設(shè)參考。