型號(hào)合格取證過程適航知識(shí)要素分析與系統(tǒng)建模

西北工業(yè)大學(xué)陜西省數(shù)字化制造工程技術(shù)研究中心 王 斌 蔣建軍 王俊彪 王小波

民機(jī)的型號(hào)合格證是其進(jìn)入市場(chǎng)的準(zhǔn)入證，隨著我國(guó)民用航空的大發(fā)展和通用航空的需求井噴，民機(jī)適航取證的效率和質(zhì)量已成為限制我國(guó)民用航空發(fā)展的重要瓶頸之一。資料表明，空客公司在不到40年的時(shí)間內(nèi)，能以5～6年的時(shí)間推出一個(gè)新型號(hào)的民用飛機(jī)[1]；波音公司，從波音747到波音777，推向市場(chǎng)僅用了不到20年[2]。分析原因，強(qiáng)大的適航管理團(tuán)隊(duì)、完整的適航組織體系、全過程、全方位的數(shù)字化和信息化適航管理功不可沒。反觀我國(guó)，ARJ21、MA系列飛機(jī)適航取證遲遲不能完成，或者取證過程異常艱難的重要原因之一，除去技術(shù)因素，就是適航取證過程的規(guī)范性和效率的問題，我們稱之為“被動(dòng)適航”。

針對(duì)民機(jī)適航審定，國(guó)內(nèi)的中國(guó)商飛[3]、中國(guó)民航大學(xué)和北京飛機(jī)維修工程有限公司[4]都開發(fā)了服務(wù)于不同業(yè)務(wù)類型的適航管理信息系統(tǒng)，但這些信息系統(tǒng)僅提供了適航信息的跟蹤、整理等功能，缺乏適航條款的知識(shí)化分析與應(yīng)用，也無法全面掌握適航取證項(xiàng)目的業(yè)務(wù)細(xì)節(jié)。西北工業(yè)大學(xué)蔣建軍提出了基于本體的適航管理知識(shí)建模方法[5]，初步探索了適航條款的知識(shí)化解析與應(yīng)用機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上提出了建設(shè)適航管理信息化體系的思路[6]，意圖從審定知識(shí)、審定流程和審定對(duì)象3個(gè)方面建立系統(tǒng)化的適航業(yè)務(wù)審定框架。

本文借鑒國(guó)外先進(jìn)航空制造企業(yè)的適航管理經(jīng)驗(yàn)，并在上述相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，通過對(duì)民機(jī)型號(hào)合格取證業(yè)務(wù)作具體分析，按知識(shí)領(lǐng)域?qū)θ∽C業(yè)務(wù)所涉及的知識(shí)進(jìn)行分類，建立了基于適航知識(shí)要素的TC取證業(yè)務(wù)模型，最后以該模型為指導(dǎo)開發(fā)了民機(jī)型號(hào)合格取證管理系統(tǒng)，驗(yàn)證了模型的可行性。

1 型號(hào)合格取證業(yè)務(wù)分析

按照新頒布的航空器型號(hào)合格審定程序AP-21-AA-2011-03-R4規(guī)定，概念設(shè)計(jì)、要求確定、符合性計(jì)劃制定、計(jì)劃實(shí)施和證后控制構(gòu)成了型號(hào)合格審定的5個(gè)關(guān)鍵階段。分析每個(gè)階段的核心業(yè)務(wù)內(nèi)容可知，確定審定基礎(chǔ)、編制審定大綱、規(guī)范審定流程、組織審定業(yè)務(wù)是構(gòu)成型號(hào)合格取證業(yè)務(wù)的關(guān)鍵因素。

（1）審定基礎(chǔ)，明確了審定工作的法律依據(jù)，對(duì)于運(yùn)輸類飛機(jī)，主要采用適航標(biāo)準(zhǔn)，該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)明確了近萬條的審定條款。

（2）審定大綱，依據(jù)待審定對(duì)象的特點(diǎn)和審定標(biāo)準(zhǔn)的具體條款，制定審定工作的具體執(zhí)行方案，其技術(shù)承載體是審定計(jì)劃（CP）或?qū)ｍ?xiàng)合格審定計(jì)劃（PSCP）。

（3）審定流程，在審定結(jié)構(gòu)ATA、審定方法MOC和符合性文件的支持下，建立審核業(yè)務(wù)如內(nèi)部通知、業(yè)務(wù)辦理、內(nèi)部審核和局方審核執(zhí)行的清晰流程，以保證審定工作的順利開展。

（4）審定業(yè)務(wù)組織，按照管理對(duì)象可將取證工作分為業(yè)務(wù)管理類工作和工程驗(yàn)證類工作。建立清晰的業(yè)務(wù)組織模式，從根本上杜絕“被動(dòng)適航”現(xiàn)象的出現(xiàn)。

深入分析我國(guó)ARJ飛機(jī)、MA系列飛機(jī)和通用飛機(jī)適航取證過程，不難發(fā)現(xiàn)：（1）由于適航審定條款（CCAR25部）數(shù)千條條款很難清晰地規(guī)定明確的審定技術(shù)指標(biāo)，導(dǎo)致申請(qǐng)人和審定單位在進(jìn)行條款驗(yàn)證時(shí)存在操作上的困難；（2）企業(yè)內(nèi)部缺乏詳細(xì)的操作細(xì)則和有效的流程監(jiān)管機(jī)制，在執(zhí)行AP-21-AA-2011-03-R4操作流程規(guī)定時(shí)，很多局方的要求無法及時(shí)準(zhǔn)確落實(shí)；（3）由于聯(lián)絡(luò)管理類業(yè)務(wù)和適航審定類業(yè)務(wù)的互相摻雜，導(dǎo)致審定計(jì)劃多次修改，造成適航數(shù)據(jù)的繁雜、混亂。上述問題可概括為審定基礎(chǔ)的知識(shí)化支撐不足、審定流程缺乏合理化控制和審定業(yè)務(wù)缺乏規(guī)范化組織等。

本課題組對(duì)適航審定的業(yè)務(wù)過程進(jìn)行了深入分析，從適航審定基礎(chǔ)知識(shí)、適航審定流程知識(shí)和適航審定組織知識(shí)3個(gè)層面建立了支撐適航管理業(yè)務(wù)規(guī)范化執(zhí)行的技術(shù)體系和框架。

2 基于知識(shí)要素的TC取證業(yè)務(wù)建模

適航管理的業(yè)務(wù)內(nèi)涵分析。適航當(dāng)局以及部門的聯(lián)絡(luò)工作、制定審定基礎(chǔ)和審定大綱、檢查鑒定、監(jiān)督執(zhí)行、適航過程的指導(dǎo)、適航數(shù)據(jù)的管理、供應(yīng)商的監(jiān)督與管理等構(gòu)成了基本的適航管理業(yè)務(wù)。

適航管理知識(shí)模塊抽取方法設(shè)計(jì)。根據(jù)文獻(xiàn)[5]和文獻(xiàn)[7]的相關(guān)理論，這些基本業(yè)務(wù)可按照其所屬的知識(shí)領(lǐng)域抽象為3類知識(shí)要素：審定支撐類知識(shí)要素，審定流程類知識(shí)要素和審定管理類知識(shí)要素。3類適航知識(shí)要素按照知識(shí)粒度組織方案如圖1所示。

（1）審定支撐類知識(shí)要素，對(duì)應(yīng)了適航審定的各種基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)（CCAR各部），含適航驗(yàn)證技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、適航驗(yàn)證方法以及符合性文件體系等。

（2）審定流程類知識(shí)要素，其支撐適航審定業(yè)務(wù)的正確流轉(zhuǎn)，包括適航審定的聯(lián)絡(luò)管理流程以及工程評(píng)審業(yè)務(wù)流程。

（3）審定管理類知識(shí)要素，對(duì)應(yīng)適航管理的證件體系、適航審核參與人員的資質(zhì)要求及適航審核的業(yè)務(wù)對(duì)象體系。

圖1 適航知識(shí)要素分類Fig.1 Classification of airworthiness knowledge element

2.1 適航條款的知識(shí)化解析

解析對(duì)象：運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)（CCAR25部）[8]。

解析原因：CCAR25部的大部分審定條款并沒有規(guī)定明確的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，且條款本身文字簡(jiǎn)單、信息量少，導(dǎo)致審定時(shí)驗(yàn)證方法不合理、驗(yàn)證工作缺乏針對(duì)性、驗(yàn)證文件不具說服力。

解析方法：針對(duì)CCAR25部各條款，參考民機(jī)的符合性檢查單，抽取條款的知識(shí)因子，并建立適航條款的知識(shí)化解析模型，使條款的驗(yàn)證目的和驗(yàn)證方法更為知識(shí)化、具體化。知識(shí)因子抽取方案如圖2所示。

特點(diǎn)：（1）條款的主要知識(shí)因子有ATA（適用位置）、MOC（符合性方法）、符合性文件等；（2）符合性文件根據(jù)審查對(duì)象的特點(diǎn)可進(jìn)一步細(xì)分為若干符合性子文件；（3）條款在經(jīng)歷過一次完整的驗(yàn)證工作后將會(huì)形成一系列驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)和驗(yàn)證細(xì)則。

圖2 適航條款知識(shí)化解析模型Fig.2 Knowledge model of airworthiness regulation

解析案例：隨意抽取CCAR25.803(a)條款（簡(jiǎn)單案例）：每個(gè)有機(jī)組成員和旅客的區(qū)域，必須具有在起落架放下和收上的撞損著陸、并考慮飛機(jī)可能著火時(shí)能迅速撤離的應(yīng)急措施。按照所設(shè)計(jì)條款的知識(shí)化解析模型抽取符合性檢查單信息單元如表1所示。

結(jié)合本項(xiàng)目組提出的適航條款知識(shí)建模理論[5]，按照表1所反映的信息，對(duì)條款25.803(a)作形式化描述，并抽取知識(shí)因子，其中一項(xiàng)知識(shí)因子的內(nèi)容為：

<適用位置：內(nèi)飾和設(shè)備（ATA250）；

符合性方法：MOC1；

符合性文件：旅客撤離符合性說明報(bào)告；

符合性子文件：無；

驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)：暫無>。

以上對(duì)CCAR25.803(a)條款的分析只是一個(gè)簡(jiǎn)單案例，實(shí)際的適航驗(yàn)證工作中還存在著許多更復(fù)雜的條款。然而，無論條款復(fù)雜與否，都可按照上述方法層層解析至底層知識(shí)因子，運(yùn)用此方法，可對(duì)CCAR25部的所有條款進(jìn)行知識(shí)化解析，以保障審定工作的順利進(jìn)行。

2.2 流程的構(gòu)造方法及運(yùn)行模式

審定流程類知識(shí)描述了適航業(yè)務(wù)流程的構(gòu)造方法及運(yùn)行模式，而適航業(yè)務(wù)流程則支撐著審定業(yè)務(wù)的正確流轉(zhuǎn)。顯然，合理地設(shè)計(jì)并構(gòu)造適航業(yè)務(wù)流程，是保障TC取證業(yè)務(wù)順利進(jìn)行的關(guān)鍵。

適航審定流程設(shè)計(jì)原則：按照模塊化組織的思想構(gòu)造流程控制模塊。

流程基元構(gòu)造方案：經(jīng)過對(duì)各類審定業(yè)務(wù)流程分析，構(gòu)造的流程基元包括4類：內(nèi)部通知、業(yè)務(wù)辦理、內(nèi)部審核和局方審核。

流程循環(huán)控制體設(shè)計(jì)：4種流程基元又可根據(jù)一定的規(guī)則組合成5種流程循環(huán)體，利用流程循環(huán)體構(gòu)造的適航業(yè)務(wù)流程具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、任務(wù)層次清晰、執(zhí)行效率高等特點(diǎn)。

依據(jù)上述要素構(gòu)造的適航業(yè)務(wù)流程控制模型如圖3所示。流程基元與流程循環(huán)體僅僅定義了適航業(yè)務(wù)流程的基本節(jié)點(diǎn)，一個(gè)完整的流程除了上述基本節(jié)點(diǎn)，還應(yīng)包括從結(jié)構(gòu)上串聯(lián)各基本節(jié)點(diǎn)的控制元素以及各節(jié)點(diǎn)所承載的業(yè)務(wù)屬性。典型適航業(yè)務(wù)流程的構(gòu)造原理如圖3所示，其中，控制元素主要有“順序”、“并發(fā)”、“判斷”和“循環(huán)”，而基本的業(yè)務(wù)屬性有“工作事項(xiàng)”、“經(jīng)手部門/經(jīng)手人”、“完成時(shí)間/完成情況”以及“反饋意見”和“過程文件”等。

圖3 適航業(yè)務(wù)流程的構(gòu)造模型Fig.3 Model of airworthiness flow structure

2.3 取證項(xiàng)目的層級(jí)化組織

型號(hào)合格取證的基本工作包括企業(yè)適航部門與其他部門以及適航當(dāng)局的聯(lián)絡(luò)工作、制定審定基礎(chǔ)和審定大綱、檢查鑒定、監(jiān)督執(zhí)行、適航過程的指導(dǎo)等。

TC取證工作的業(yè)務(wù)分類：根據(jù)TC取證所涉及業(yè)務(wù)特點(diǎn)可將取證工作分為業(yè)務(wù)管理類工作和工程驗(yàn)證類工作。

業(yè)務(wù)管理類工作貫穿型號(hào)合格取證的整個(gè)周期，并側(cè)重于“業(yè)務(wù)”，如企業(yè)與局方的溝通協(xié)調(diào)等工作。

工程驗(yàn)證類工作側(cè)重于“工程”，即“為證明產(chǎn)品滿足某項(xiàng)適航標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，應(yīng)進(jìn)行哪些方面的評(píng)審，評(píng)審時(shí)所需資料有哪些，評(píng)審時(shí)間怎樣安排等”。工程驗(yàn)證類工作是以審定計(jì)劃的形式來組織的，主要出現(xiàn)在計(jì)劃實(shí)施階段。

例如：TC申請(qǐng)書提交、首次TCB會(huì)議就屬于業(yè)務(wù)管理類工作，而全機(jī)靜力試驗(yàn)和某關(guān)鍵零件的安全性評(píng)估則屬于工程驗(yàn)證類工作。

取證項(xiàng)目的層級(jí)化組織思想：按照取證工作的業(yè)務(wù)對(duì)象特征（業(yè)務(wù)管理類和工程驗(yàn)證類）進(jìn)行層級(jí)化組織。取證業(yè)務(wù)按項(xiàng)目階段、時(shí)間節(jié)點(diǎn)和所屬專業(yè)等因素逐步分解為一項(xiàng)項(xiàng)底層任務(wù)，各底層任務(wù)再配置相應(yīng)的負(fù)責(zé)人并在流程的規(guī)范和指導(dǎo)下實(shí)施，如圖4所示。

圖4 TC取證項(xiàng)目的層級(jí)化組織模型Fig.4 Muti-levels structure of TC process

模型特點(diǎn)：（1）業(yè)務(wù)管理類工作可分解為各取證階段下的具體任務(wù)，例如，取證項(xiàng)目可根據(jù)AP-21-AA-2011-03-R4的指導(dǎo)劃分為5個(gè)階段，其中，要求確定階段包含的底層任務(wù)有“提交TC申請(qǐng)書”、“召開首次TCB會(huì)議”、“編制合格審定項(xiàng)目計(jì)劃”等，這些任務(wù)均可以通過流程的運(yùn)轉(zhuǎn)得以實(shí)施。（2）工程驗(yàn)證類工作則是通過審定計(jì)劃（CP）來組織實(shí)施。取證項(xiàng)目往往根據(jù)產(chǎn)品構(gòu)型編制多份審定計(jì)劃，審定計(jì)劃一般包含的信息有：系統(tǒng)描述、構(gòu)型控制、供應(yīng)商評(píng)審、審定基礎(chǔ)、符合性方法、試驗(yàn)件和試驗(yàn)設(shè)備清單、試驗(yàn)項(xiàng)目清單和符合性檢查單等。其中，審定基礎(chǔ)、符合性方法和符合性檢查單是組織審定業(yè)務(wù)的主線，這三者也存在一定的內(nèi)在聯(lián)系：一項(xiàng)審定基礎(chǔ)條款可能對(duì)應(yīng)一項(xiàng)或多項(xiàng)符合性方法信息，而一項(xiàng)符合性方法信息中可定義MOC0～9這10種驗(yàn)證方法，所以一項(xiàng)符合性方法信息可對(duì)應(yīng)一到10項(xiàng)符合性檢查單信息。符合性檢查單中的各條目可整合為工程驗(yàn)證類任務(wù)，并在相應(yīng)流程的指導(dǎo)下進(jìn)行具體審定業(yè)務(wù)的實(shí)施。

3 取證過程的系統(tǒng)建模與應(yīng)用案例

3.1 取證過程系統(tǒng)建模

審定支撐類知識(shí)要素、審定流程類知識(shí)要素和審定管理類知識(shí)要素可分別從知識(shí)支撐、審定流程和取證對(duì)象這3個(gè)方面描述民機(jī)型號(hào)合格取證的全過程，與之相對(duì)應(yīng)，取證項(xiàng)目也可被劃分為審定支撐層、審定流程層以及審定管理層。按照本文所提出的知識(shí)組織模型，設(shè)計(jì)TC取證的業(yè)務(wù)要素模型及其運(yùn)行機(jī)制如圖5所示。

模型特征：審定管理層定義并組織了型號(hào)合格取證工作的業(yè)務(wù)主線，審定支撐層和審定流程層則分別從知識(shí)支撐和業(yè)務(wù)實(shí)施這2個(gè)方面服務(wù)于取證工作。顯然，這3類知識(shí)層既相對(duì)獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)：取證項(xiàng)目的業(yè)務(wù)組織由審定管理層定義，其明確了審定對(duì)象，同時(shí)生成并指導(dǎo)審定項(xiàng)目的底層業(yè)務(wù)；而底層業(yè)務(wù)則通過審定流程層組織并執(zhí)行，在底層業(yè)務(wù)的執(zhí)行過程中，審定流程類知識(shí)規(guī)范了審定流程，并將業(yè)務(wù)進(jìn)度信息不斷反饋至審定管理層；審定支撐層則在整個(gè)取證周期內(nèi)發(fā)揮技術(shù)查詢與業(yè)務(wù)支撐的作用，隨著取證項(xiàng)目的持續(xù)進(jìn)行，審定支撐類知識(shí)也將得到不斷補(bǔ)充和完善。

圖5 TC取證的業(yè)務(wù)要素模型及其運(yùn)行機(jī)制Fig.5 General model of TC process and its mechanism

3.2 應(yīng)用案例

在上述模型的指導(dǎo)下，應(yīng)用JSP與FLEX技術(shù)開發(fā)了B/S模式下的民機(jī)型號(hào)合格取證管理系統(tǒng)。在應(yīng)用層，系統(tǒng)提供了項(xiàng)目管理、TC全生命周期管理、業(yè)務(wù)辦理和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能模塊，用戶可在相應(yīng)權(quán)限的控制下進(jìn)入這些模塊處理適航取證業(yè)務(wù)。在數(shù)據(jù)層，為了數(shù)據(jù)維護(hù)的方便性，設(shè)計(jì)了相對(duì)獨(dú)立的審定動(dòng)態(tài)信息數(shù)據(jù)表和適航基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)據(jù)表，實(shí)現(xiàn)了適航知識(shí)與審定動(dòng)態(tài)信息的分離。

如圖6～8所示，該系統(tǒng)分別從審定支撐層、審定流程層和審定管理層3個(gè)方面構(gòu)建了應(yīng)用模塊。

圖6 適航條款知識(shí)庫(kù)Fig.6 Knowledge base of airworthiness regulation

圖7 適航審定流程管理Fig.7 Airworthiness flow management module

（1）適航條款知識(shí)庫(kù)：知識(shí)庫(kù)將條款與其知識(shí)因子結(jié)合起來，描述了CCAR25部所有條款的知識(shí)內(nèi)涵和驗(yàn)證思路。

圖8 審定計(jì)劃管理Fig.8 Certification plan management module

（2）適航審定流程管理：利用5種流程循環(huán)體和各類控制元素描述了“型號(hào)合格審定基礎(chǔ)及驗(yàn)證方法的確定”流程。

（3）審定計(jì)劃管理：是工作人員對(duì)所有工程驗(yàn)證類業(yè)務(wù)進(jìn)行組織的窗口。

4 結(jié)束語

型號(hào)合格取證是當(dāng)前困擾我國(guó)民機(jī)研制事業(yè)發(fā)展的難點(diǎn)。本文分析了型號(hào)合格取證工作中的諸多問題，將型號(hào)合格取證業(yè)務(wù)分解為適航知識(shí)要素，并對(duì)其分類詳細(xì)研究，建立了基于適航知識(shí)要素的TC取證業(yè)務(wù)模型。在該模型的指導(dǎo)下，本文進(jìn)一步構(gòu)建民機(jī)型號(hào)合格取證管理系統(tǒng)，在信息化的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了理論模型的初步應(yīng)用并取得了良好效果?；谶m航知識(shí)要素的TC取證業(yè)務(wù)模型在一定程度上改變了適航取證的傳統(tǒng)工作模式，使得適航驗(yàn)證工作更具針對(duì)性，從而顯著提高適航取證的工作效率，并推動(dòng)適航管理工作向著標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和數(shù)字化的方向發(fā)展。

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