譚雪花

基于需求的民機研制適航管理研究

譚雪花

譚雪花

中航通飛研究院有限公司適航研究室

根據(jù)民機研制特點，結(jié)合系統(tǒng)工程需求管理方法，討論民機研制過程中適航管理過程和內(nèi)容，并提出開發(fā)基于需求的適航管理工具。

民用飛機研制是一項龐大的系統(tǒng)工程，飛機項目從總體方案論證、預(yù)發(fā)展、詳細設(shè)計、全面試制、試飛驗證到交付用戶運營，適航取證工作貫穿于整個型號研制周期，因此適航管理也需遵循一些系統(tǒng)工程方法。隨著民機研制單位需求管理能力的不斷提升，適航管理需要采取合理的流程、科學(xué)的方法，建立與整個型號研制需求管理相一致的適航管理平臺。

概述

適航管理

根據(jù)飛機的預(yù)期用途和設(shè)計特點，確定型號研制適航取證工作目標(biāo)，民用飛機必須符合申請之日有效適用的適航規(guī)章和環(huán)境保護要求。在飛機設(shè)計過程中，適航審定要求是適航規(guī)章可能要求的附加功能、功能特性及執(zhí)行過程，或者可能要求表明對規(guī)章的符合性，以及申請人在表明符合性過程中應(yīng)遵循的程序。在飛機交付用戶使用之前，適航管理是對飛機設(shè)計、制造滿足適航審定要求的控制，民機適航取證流程如圖1。

圖1 適航取證流程

隨著民用飛機研制和型號合格審定水平不斷提高，大部分民機研制單位面臨適航取證項目多、任務(wù)重、經(jīng)驗少，但適航信息化建設(shè)相對滯后的問題。為了飛行安全，局方和申請人在適航審定過程中全面合作；雙方使用PSCP、CP對符合性驗證和審查活動進行全面規(guī)劃，局方更加注重過程控制，關(guān)注申請人在研制過程中的構(gòu)型管理、需求管理；局方注重對機構(gòu)的授權(quán)，關(guān)注申請人的設(shè)計保證體系；局方全面加強對復(fù)雜系統(tǒng)、復(fù)合材料、軟件、安全性評估的審定。部分企業(yè)正在逐步建立適航管理信息化平臺以滿足適航取證目標(biāo)，但與國外大型飛機制造企業(yè)相比，其適航管理水平仍相差甚遠。

需求管理

需求管理是一種重要的系統(tǒng)工程方法，采用需求管理流程可以確保需求自上而下逐層分解，每一層的需求滿足上層次的需求并得到確認，每一層設(shè)計解決方案滿足需求并得到驗證，每一層交付的產(chǎn)品滿足該層的需求并驗證，最后的交付產(chǎn)品滿足用戶需求，確保從客戶需求、飛機頂層、系統(tǒng)、子系統(tǒng)直至軟硬件，每個層次被逐步實現(xiàn)。需求是研制計劃制定、設(shè)計過程、設(shè)計更改控制、適航驗證、風(fēng)險管理等的基礎(chǔ)。V系統(tǒng)模型需求管理如圖2。

圖2 V系統(tǒng)模型需求管理

在國外，需求管理方法已在復(fù)雜產(chǎn)品研制過程中大量應(yīng)用，以縮短研制周期、減少研制成本、降低研制風(fēng)險，需求管理軟件工具有Doors、Reqtify、Requisitepro等。在國內(nèi)，尤其是在航空領(lǐng)域，對需求管理方法及工具的研究和應(yīng)用仍相對滯后。

基于需求的適航管理過程

適航工程是一項綜合性的系統(tǒng)工程，不僅貫穿于整個型號研制過程，同時還涉及民用飛機投入使用和維修直至退役。在初始適航階段，該些活動是為了保證民用飛機的設(shè)計和制造滿足適航部門制定的最低安全標(biāo)準，表明并證實對適航標(biāo)準和規(guī)范的符合性，同時向適航部門演示這種符合性，最終取得型號合格證或型號設(shè)計批準書。從飛機設(shè)計制造單位角度出發(fā)，在新型號研制過程中開展民用飛機型號適航取證管理，主要活動包括：型號合格證申請；符合性要求確認；符合性驗證；制造符合性檢查；工程模擬器、工程試驗及試飛；設(shè)計保證體系建設(shè)；與局方的審定協(xié)調(diào)。

需求工程為民用飛機研制提供了一種系統(tǒng)工程方法，能夠使飛機設(shè)計制造商識別和定義產(chǎn)品需求，保證研制要求與用戶需求保持一致。同時，該過程保證需求能夠被驗證，在構(gòu)型管理控制之下保持設(shè)計更改的一致性。需求工程過程包括：需求捕獲，需求分析，需求確認，需求驗證，需求更改，需求跟蹤。

圖3 基于需求的適航管理

飛機設(shè)計按照不同階段和層級開展，一般分為可行性論證階段、預(yù)發(fā)展階段（概念設(shè)計、初步設(shè)計）、工程發(fā)展階段（詳細設(shè)計、全面試制、試飛）和產(chǎn)業(yè)化階段，這些階段由于引入“并行工程”方法往往發(fā)生重疊。在不同階段，頂層需求分解并轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)功能/性能要求、系統(tǒng)構(gòu)架、組件功能/性能要求、軟/硬件要求和架構(gòu)。

基于以需求為導(dǎo)向的系統(tǒng)工程民機研制模式，適航管理與設(shè)計制造商的設(shè)計活動、里程碑節(jié)點、機構(gòu)設(shè)置、供應(yīng)商管理等密切相關(guān)。適航管理過程更注重審定需求的捕獲，審定需求在設(shè)計過程中的貫徹落實，識別申請人需向?qū)彾ú块T表明符合性的那些需求，建立與局方有效溝通協(xié)調(diào)機制，注重體系自身建設(shè)并持續(xù)滿足適航規(guī)章和相應(yīng)程序。

審定需求捕獲

飛機研制需求可劃分為不同層級：飛機級、系統(tǒng)級、子系統(tǒng)及軟硬件設(shè)備，在每一個層級需考慮安全性需求、功能需求（用戶需求、運行要求、性能要求、物理和安裝要求、維修性要求及接口需求）、合格審定需求及衍生需求。其中，合格審定需求為適航規(guī)章可能要求附加功能，功能特性或執(zhí)行過程，或者可能要求表明對規(guī)章的符合性。衍生需求是在開發(fā)過程中由設(shè)計需要產(chǎn)生的，不能直接追溯到更高層要求的需求。

適航性設(shè)計

安全性引導(dǎo)研制的概念將審定符合性的重點從通常消除差錯的工作項目上（僅僅某些錯誤是有關(guān)安全性的）轉(zhuǎn)變?yōu)榧性谟嘘P(guān)潛在的系統(tǒng)安全性錯誤的工作項目上。該理念使用安全性設(shè)計、認可和驗證過程，其中包括需求分析和分配，要求在設(shè)計開始之前考慮適航標(biāo)準、運行要求和維修要求。在SAE ARP4754中給出基于安全性考慮的系統(tǒng)過程研制模型，該過程采用了需求管理過程方法。

審定需求確認和驗證

審定需求為設(shè)計過程中必須滿足的安全性要求，對審定需求的確認和驗證實際上是在產(chǎn)品生命周期中對設(shè)計的確認和驗證。

在航空器型號合格審定程序AP-21-AA-2011-03-R4中規(guī)定，為了獲得所需的證據(jù)資料以表明適航條款的符合性，申請人需要采用的符合性驗證方法包括：符合性聲明、說明性文件、分析/計算、安全評估、試驗室試驗、地面試驗、飛行試驗、航空器檢查、模擬器試驗、設(shè)備合格性。

從產(chǎn)品整個生命周期考慮，審定需求確認和驗證是對審定基礎(chǔ)、審定運行和維修要求的確認和驗證。申請人首先對產(chǎn)品設(shè)計是否滿足最低安全性要求進行評估，考慮規(guī)章條款的適用性，必要時制定專用條件、等效安全或提出豁免，評估驗證風(fēng)險和難度并提前制定措施，最終與局方達成一致意見并開展驗證活動。

審定過程協(xié)調(diào)

在大多數(shù)情況下，為了使飛機適航取證工作順利開展和型號合格審定效率按標(biāo)準化程序得到提高，申請人和局方之間通過共同制定和實施一系列審定計劃（PSCP、CP）來開展符合性工作。制訂計劃、建立申請人和局方之間的聯(lián)絡(luò)機制并對表明飛機及其系統(tǒng)符合性要求的方法達成一致是至關(guān)重要的。審定過程協(xié)調(diào)內(nèi)容主要包括：審定基礎(chǔ)，符合性方法、型號合格審定資料、審定計劃，及符合性驗證活動開展等。

支持過程

適航管理是型號研制管理的重要組成部分，支持過程主要涉及構(gòu)型管理、供應(yīng)商管理。

構(gòu)型管理活動包括構(gòu)型標(biāo)識、構(gòu)型控制、構(gòu)型審核、構(gòu)型記實。在型號取證過程中制定構(gòu)型管理計劃為各項活動提供了工具或方法，構(gòu)型管理能夠保證適航取證構(gòu)型與適航驗證構(gòu)型的一致性，使審定過程中的數(shù)據(jù)和記錄具有可追溯性。

目前，由于主制造商采用“主設(shè)計單位-供應(yīng)商”研制模式，供應(yīng)商承擔(dān)機體結(jié)構(gòu)制造、系統(tǒng)/設(shè)備設(shè)計和制造、工程驗證試驗、飛行試驗等任務(wù)，供應(yīng)商是主設(shè)計單位設(shè)計職能、制造職能、適航職能的延伸。供應(yīng)商適航管理包括設(shè)計保證要求、制造要求在供應(yīng)商處的即時傳遞，對供應(yīng)商所提供產(chǎn)品的適航要求分配和管理以及建立與申請人適航工作接口。

需求管理工具

基于需求的民機適航管理需建立一個管理工具，以提高適航取證效率、保證適航工作順利開展。該工具是整個民機研制需求管理中必不可少的一部分，保證審定需求在設(shè)計中的貫徹落實，識別符合性驗證需求，保持需求確認和驗證過程中一致性、協(xié)調(diào)性和完整性，在不同研制階段追蹤和更新需求狀態(tài)，處理需求變化并建立追蹤關(guān)系。

對需求管理工具功能模塊開發(fā)可以借鑒國外經(jīng)驗，該管理工具能幫助整個型號研制實現(xiàn)以下需求管理功能：支持審定需求的捕獲、分類和標(biāo)識，及與產(chǎn)品各層級需求的關(guān)聯(lián)；保持和調(diào)整審定需求狀態(tài)、確認狀態(tài)、驗證狀態(tài)、關(guān)閉狀態(tài)等；支持高層次的審定需求分配至更低級別；使需求、設(shè)計實現(xiàn)和驗證之間實現(xiàn)可追蹤。

結(jié)語

民機需求管理對于民機設(shè)計制造商來說是個新的課題。為了推進信息化工程，民機設(shè)計制造商需要開發(fā)適應(yīng)型號研制模式和滿足適航工作目標(biāo)的需求管理工具。本文從民機研制需求管理角度考慮，對適航管理的過程、內(nèi)容及方法進行說明，從而為開發(fā)基于需求的適航管理工具奠定基礎(chǔ)。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.02.015