構(gòu)建民用飛機(jī)參數(shù)量值溯源體系的探討

張學(xué)濤，邢向楠，周世鋒，李少壯

(中航工業(yè)北京長城計量測試技術(shù)研究所，北京100095)

0 引言

計量測試是民機(jī)工業(yè)重要的基礎(chǔ)技術(shù)之一，在保證民用飛機(jī)產(chǎn)品參數(shù)的測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確和量值統(tǒng)一方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。民用飛機(jī)產(chǎn)品區(qū)別于一般工業(yè)產(chǎn)品最顯著特征是適航審定，適航審定特別注重對產(chǎn)品研制過程的參數(shù)量值控制，要求產(chǎn)品測量參數(shù)必須通過可靠的量值溯源渠道統(tǒng)一到國家計量基準(zhǔn)。

大型民用飛機(jī)具有全球化采購、國際化協(xié)作的技術(shù)特點，是眾多研究機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)共同參與的高難度大會戰(zhàn)。為確保不同承制單位提供的零部件或系統(tǒng)產(chǎn)品參數(shù)測得到、測得準(zhǔn)、測得可靠、量值統(tǒng)一，同時又能滿足適航符合性驗證對數(shù)據(jù)的有效性、可溯性要求，有必要以民機(jī)產(chǎn)品參數(shù)為切入點，系統(tǒng)梳理相關(guān)測試試驗設(shè)備的量值溯源渠道和方法，研究構(gòu)建面向產(chǎn)品測量需求的參數(shù)量值溯源體系。

1 國內(nèi)外民用飛機(jī)量值溯源工作現(xiàn)狀

1.1 國外現(xiàn)狀

當(dāng)今，民用航空制造業(yè)的兩大巨頭波音、空客在各自國家政府的支持下，不僅建立了完備的研發(fā)制造技術(shù)體系，還建立了包括產(chǎn)品參數(shù)性能驗證與評價的量值溯源體系。民用飛機(jī)發(fā)展得到了完整的工業(yè)技術(shù)體系支撐。

由于各類通用/專用測試設(shè)備和綜合試驗系統(tǒng)是產(chǎn)品適航符合性驗證的關(guān)鍵技術(shù)支持，出于對企業(yè)核心利益保護(hù)的考慮，波音、空客公司始終對測試試驗手段及其量值溯源能力嚴(yán)格管控，具體細(xì)節(jié)很少對外公開。在量值溯源工作方面，目前只能從民機(jī)轉(zhuǎn)包生產(chǎn)、對外合作引進(jìn)等渠道了解到一些信息。

例如，波音集中大批優(yōu)秀工程技術(shù)人員，根據(jù)飛機(jī)或產(chǎn)品設(shè)計時提出的要求，設(shè)計出符合飛機(jī)各個系統(tǒng)或產(chǎn)品性能要求的專用測試試驗設(shè)備，這些設(shè)備大多在本公司生產(chǎn)，也有一些在美國或其他國家的專門廠家生產(chǎn)，但最后的校準(zhǔn)工作都在波音公司進(jìn)行，并由專門人員統(tǒng)一校準(zhǔn)程序，以確保量值可控。

又如，在國內(nèi)企業(yè)承接波音公司的民機(jī)轉(zhuǎn)包生產(chǎn)過程中，美方始終堅持部分關(guān)鍵測試設(shè)備和計量標(biāo)準(zhǔn)需向波音計量中心量值溯源。在天津的空客總裝基地也存在類似的狀況，部分關(guān)鍵測試設(shè)備和計量標(biāo)準(zhǔn)目前還是要向法方溯源。這一切充分說明波音和空客公司已將民機(jī)研制的全過程納入到量值溯源體系中，以確保在產(chǎn)品質(zhì)量控制的各個環(huán)節(jié)都獲得可靠的數(shù)據(jù)支撐。

1.2 國內(nèi)現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)航空工業(yè)部門尚未系統(tǒng)研究構(gòu)建民用飛機(jī)的參數(shù)量值溯源體系，但國家和民航計量檢定系統(tǒng)已經(jīng)開展的量值傳遞工作，以及軍民機(jī)型號研制和民用飛機(jī)轉(zhuǎn)包生產(chǎn)中積累的量值傳遞工作經(jīng)驗，可以為民用飛機(jī)參數(shù)量值溯源體系研究構(gòu)建提供借鑒。

按照計量學(xué)的十大專業(yè)，國家已建立起包含計量基準(zhǔn)以及一系列計量標(biāo)準(zhǔn)、工作計量器具在內(nèi)的量值傳遞體系，此體系覆蓋了計量檢定的各個領(lǐng)域，概括了量值傳遞技術(shù)全貌，反映了當(dāng)代中國科學(xué)和法制計量水平。

為適應(yīng)國際民航運輸業(yè)發(fā)展的需要，民用航空管理局針對引進(jìn)機(jī)型運營維護(hù)階段專用測試設(shè)備的量值溯源需求，建立了包含飛機(jī)維修、空中交通管制、機(jī)場、航空油料等在內(nèi)的民用航空專用計量器具檢定規(guī)程體系，用于指導(dǎo)民航系統(tǒng)的量值溯源工作。

航空工業(yè)部門經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)針對部分軍機(jī)型號建立了計量師系統(tǒng)，開展了大量型號專用測試設(shè)備的計量保證技術(shù)研究，形成了產(chǎn)品相應(yīng)的量值溯源能力。在國外民機(jī)轉(zhuǎn)包生產(chǎn)過程中，特別建立了英制量值傳遞系統(tǒng)和公英制轉(zhuǎn)換量值傳遞體系，積累了豐富的民機(jī)生產(chǎn)量值溯源工作經(jīng)驗。

通過分析可以看出，目前國內(nèi)尚未建立起從“飛機(jī)產(chǎn)品→測試設(shè)備→校準(zhǔn)設(shè)備 (工作計量器具)→計量標(biāo)準(zhǔn)→計量基準(zhǔn)”的完整參數(shù)溯源鏈，大部分量值溯源工作對象仍停留在工作計量器具上，缺乏面向飛機(jī)產(chǎn)品的測量需求所開展的參數(shù)量值溯源體系研究。

2 民用飛機(jī)參數(shù)梳理劃分方案

民用飛機(jī)參數(shù)梳理劃分方案是研究構(gòu)建參數(shù)量值溯源體系的基礎(chǔ)?？紤]到飛機(jī)定義的參數(shù)種類繁多、數(shù)量龐大，為實現(xiàn)本文的有限研究目標(biāo)，需要確定參數(shù)梳理的范圍與對象，便于以后參數(shù)量值溯源體系研究的任務(wù)分工。

2.1 范圍定義

本文所指的民用飛機(jī)主要為《中國民用航空規(guī)章》第25部適航標(biāo)準(zhǔn) (CCAR－25)定義的運輸類飛機(jī)，且以大型民用支干線飛機(jī)為主要研究對象，暫不包括第23部、第27部和第29部適航標(biāo)準(zhǔn) (CCAR－23，CCAR－27，CCAR－29)定義的正常類、實用類、特技類、通勤類和旋翼類飛機(jī)。

本文所指的參數(shù)主要為表征民機(jī)整機(jī)級、系統(tǒng)級、分系統(tǒng)級或零部件級產(chǎn)品性能測試試驗或工藝檢測中定義的需量值控制的測量參數(shù)。

2.2 構(gòu)建原則

參數(shù)梳理劃分方案應(yīng)遵循民用飛機(jī)研制程序和適航審定的特點，突出試驗、檢測這一條梳理參數(shù)量值溯源信息的重要渠道，具體構(gòu)建原則如下:

1)對研究對象的考慮

考慮到國內(nèi)重點發(fā)展的民用支線/干線飛機(jī)的現(xiàn)狀，在參數(shù)梳理劃分方案研究對象的選擇上，本文應(yīng)主要瞄準(zhǔn)代表當(dāng)前技術(shù)發(fā)展方向的在研機(jī)型，緊跟型號的量值溯源需求，配套型號的計量測試保障體系建設(shè)。為此，擬參照大型民用干線飛機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計和任務(wù)分工確定劃分方案。

2)對研究范圍的考慮

考慮到民用飛機(jī)全壽命周期的量值溯源要求，在參數(shù)梳理劃分方案研究范圍的框定上，本文應(yīng)重點關(guān)注研制階段民機(jī)產(chǎn)品符合性驗證的量值溯源，突出測試、試驗這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為此，擬參照民機(jī)研制程序的測試、試驗類別和項目確定劃分方案。

3)對層次單元的考慮

考慮到此次研究的獨立性及后續(xù)研究的擴(kuò)展性，在參數(shù)梳理劃分方案層次單元的設(shè)置上，本文應(yīng)完整涵蓋民機(jī)產(chǎn)品的類別和全壽命量值溯源過程，確定統(tǒng)一規(guī)范的表述形式。為此，擬參照大型民用飛機(jī)項目工作分解結(jié)構(gòu) (WBS)的編號形式確定層次單元，便于為日后建立數(shù)據(jù)庫查詢提供條件。

2.3 劃分方案

依據(jù)以上確定的構(gòu)建原則，按照飛機(jī)產(chǎn)品分類及其研制過程對試驗、檢測的分類方式，提出民用飛機(jī)參數(shù)梳理劃分方案，如圖1所示，分為六個層次。

第一層，按照適航規(guī)章對飛機(jī)產(chǎn)品的分類方式，將民用飛機(jī)劃分為23部類飛機(jī)、25部類飛機(jī)和27/29部類飛機(jī)三個結(jié)構(gòu)單元;

第二層，按照飛機(jī)產(chǎn)品全壽命周期的定義，將本文研究的25部類飛機(jī)劃分為設(shè)計、制造、試驗驗證和使用維修四個結(jié)構(gòu)單元;

第三層，參照大型民用飛機(jī)項目工作任務(wù)分解(WBS)對試驗/檢測類別的定義方式，劃分為風(fēng)洞試驗、制造檢測、系統(tǒng)試驗、結(jié)構(gòu)試驗、飛行試驗、總體試驗和維修檢測七個結(jié)構(gòu)單元，并按所屬的產(chǎn)品壽命階段歸類;

第四層，根據(jù)各個試驗/檢測類別的專業(yè)細(xì)分，劃分試驗/檢測子類，如對制造檢測的專業(yè)細(xì)分，可形成機(jī)加工藝檢測、熱表工藝檢測、裝配工藝檢測、無損檢測等子類。

圖1 民用飛機(jī)參數(shù)梳理劃分方案

第五層，進(jìn)一步對第四層試驗/檢測子類進(jìn)行項目細(xì)分，如對機(jī)加工藝檢測的項目細(xì)分，可形成零件檢測、工裝檢測等結(jié)構(gòu)單元。

第六層，即為各個試驗/檢測項目定義的關(guān)鍵被測參數(shù)。

3 民用飛機(jī)參數(shù)量值溯源體系構(gòu)建思路

考慮到被測產(chǎn)品參數(shù)的特殊性和復(fù)雜性，民機(jī)研制過程中需要應(yīng)用到大量的測試試驗設(shè)備，因此梳理分析這些測試試驗設(shè)備的量值溯源性，是研究構(gòu)建民用飛機(jī)參數(shù)量值溯源體系的核心內(nèi)容。

鑒于測試試驗設(shè)備量大面廣，覆蓋民機(jī)研制過程諸多專業(yè)領(lǐng)域，本文擬依托民機(jī)產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、試驗等單位，按照參數(shù)梳理劃分方案確定的研究對象，開展參數(shù)量值溯源信息采集與分析工作。為保證民用飛機(jī)參數(shù)量值溯源體系研究構(gòu)建的形式統(tǒng)一、內(nèi)容完整，提出的總體思路如下:

3.1 確定研究對象及參數(shù)體系

依托相關(guān)專業(yè)單位，確定參數(shù)量值溯源研究的具體對象，形成本文圖1所示的第四層至第五層結(jié)構(gòu)單元名稱，并繪制研究對象的參數(shù)體系圖，如圖2所示。

圖2 民機(jī)機(jī)加工藝檢測參數(shù)體系

3.2 采集參數(shù)量值溯源信息

根據(jù)研究對象的參數(shù)體系圖，采集相關(guān)參數(shù)的測試試驗設(shè)備及其校準(zhǔn)信息，填報參數(shù)量值溯源信息統(tǒng)計表，如表1所示。

表1 民機(jī)機(jī)加工藝檢測參數(shù)量值溯源信息統(tǒng)計

3.3 構(gòu)建參數(shù)量值溯源體系

對照參數(shù)量值溯源信息表，分析評價測試試驗設(shè)備的量值溯源性，給出量值溯源對應(yīng)關(guān)系，構(gòu)建參數(shù)量值溯源體系圖，如圖3所示。圖3中，試驗/檢測系統(tǒng)或設(shè)備量值溯源不完善的用虛線框表示，并在虛框內(nèi)說明原因。

圖3 民機(jī)機(jī)加工藝 (零件檢測)參數(shù)量值溯源體系

4 結(jié)束語

以民用飛機(jī)產(chǎn)品定義的測量參數(shù)為切入點，研究相關(guān)測試設(shè)備的量值溯源渠道和方法，進(jìn)而形成參數(shù)量值溯源體系，是國內(nèi)航空工業(yè)第一次針對飛機(jī)參數(shù)量值溯源開展的系統(tǒng)性研究，也是將傳統(tǒng)的計量保證工作延伸至飛機(jī)產(chǎn)品測試活動的一次重要突破。通過探討參數(shù)量值溯源體系的構(gòu)建思路，可為相關(guān)部門規(guī)劃民機(jī)計量測試技術(shù)體系、制定專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略、明確技術(shù)攻關(guān)方向提供可靠的決策參考。

［1］中國民用航空局航空器適航審定司.CCAR-25-R3運輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國民用航空總局，2007.

［2］Air Transport Association.ATA2200 Specification For Manufacture’s Technical Data ［S］.2001.

［3］中國質(zhì)檢出版社.國家計量檢定系統(tǒng)表框圖匯編［S］.北京:中國質(zhì)檢出版社，2013.

［4］陳迎春，宋文濱，劉洪.民用飛機(jī)總體設(shè)計［M］.上海:上海交通大學(xué)出版社，2010.