民機(jī)機(jī)載設(shè)備鑒定試驗(yàn)更改控制研究

謝春穩(wěn)，周新銘，史新芳

(航空工業(yè)新航集團(tuán)民機(jī)事業(yè)部，河南 新鄉(xiāng) 453019)

1 引 言

民用飛機(jī)研制過程中，機(jī)載設(shè)備鑒定試驗(yàn)用來驗(yàn)證產(chǎn)品對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)目標(biāo)的滿足和對(duì)適航條款的符合性，以確保飛機(jī)正常運(yùn)行和飛行安全[1-3]。在鑒定試驗(yàn)進(jìn)行過程中，由于試驗(yàn)項(xiàng)目多、周期長(zhǎng)、步驟繁瑣，極易出現(xiàn)試驗(yàn)更改的情況，包括試驗(yàn)方法的更改、試驗(yàn)設(shè)備的調(diào)整和試驗(yàn)順序的變化等。當(dāng)試驗(yàn)過程出現(xiàn)更改時(shí)，如何通過有效的更改控制確保更改的唯一性、可追溯性和關(guān)聯(lián)性，提供給顧客和適航局方相關(guān)證據(jù)和證明，成為民機(jī)鑒定試驗(yàn)關(guān)注的重點(diǎn)[4，5]。

目前，國(guó)產(chǎn)民機(jī)機(jī)載設(shè)備按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研制仍處于起步階段，關(guān)于鑒定試驗(yàn)更改控制的研究未見報(bào)道。新航116廠民機(jī)事業(yè)部參與了某大型民用客機(jī)機(jī)載設(shè)備的研制，并首次按照國(guó)際通用的民機(jī)標(biāo)準(zhǔn)和流程進(jìn)行驗(yàn)證。在鑒定試驗(yàn)過程中，多次接受顧客和適航局方的現(xiàn)場(chǎng)目擊檢查。為使試驗(yàn)更改控制更加有效，以某大型客機(jī)燃油系統(tǒng)10項(xiàng)產(chǎn)品為研究對(duì)象，對(duì)鑒定試驗(yàn)更改控制進(jìn)行了研究。

2 研究對(duì)象介紹

新航116廠為某大型客機(jī)燃油系統(tǒng)配套產(chǎn)品共計(jì)10項(xiàng)，產(chǎn)品清單見表1。其中，閥和濾網(wǎng)的主要功能分別為調(diào)節(jié)燃油的流通方向和過濾燃油介質(zhì)中的雜質(zhì)污物。燃油產(chǎn)品首飛試驗(yàn)項(xiàng)目總數(shù)為152項(xiàng)。

表1 新航116廠為某大型客機(jī)燃油系統(tǒng)配套產(chǎn)品

3 鑒定試驗(yàn)更改途徑及流程

民機(jī)機(jī)載設(shè)備在鑒定試驗(yàn)過程中，鑒定試驗(yàn)程序QTP更改一般分為兩種情況：一是試驗(yàn)程序內(nèi)容更改，包括試驗(yàn)方法更改、試驗(yàn)項(xiàng)目更改、試驗(yàn)順序更改等；二是產(chǎn)品在鑒定試驗(yàn)過程中出現(xiàn)故障或隨飛機(jī)、系統(tǒng)聯(lián)試時(shí)發(fā)生故障，導(dǎo)致產(chǎn)品構(gòu)型發(fā)生更改，需要與顧客確認(rèn)已完成試驗(yàn)項(xiàng)目的有效性，明確新構(gòu)型的試驗(yàn)范圍，QTP隨之發(fā)生更改。當(dāng)QTP發(fā)生更改時(shí)，主要通過表2中的方法進(jìn)行更改控制。從表2可以看出，當(dāng)鑒定試驗(yàn)內(nèi)容出現(xiàn)更改時(shí)，可以根據(jù)更改內(nèi)容多少及更改時(shí)機(jī)分為QTP升版、試驗(yàn)偏離TDR和QTP紅線標(biāo)注；而當(dāng)產(chǎn)品構(gòu)型發(fā)生更改時(shí)，需要重新編制QTP。

表2 民機(jī)機(jī)載設(shè)備鑒定試驗(yàn)更改內(nèi)容及途徑

3.1 QTP內(nèi)容更改

QTP升版、辦理試驗(yàn)偏離TDR或進(jìn)行QTP紅線標(biāo)注的流程基本一致，如圖1所示。QTP升版由于涉及的內(nèi)容較多，評(píng)審周期相對(duì)較長(zhǎng)。試驗(yàn)偏離TDR和QTP紅線標(biāo)注批準(zhǔn)周期相對(duì)較短，特別是紅線標(biāo)注，是顧客、局方均在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的情況下實(shí)現(xiàn)文件的評(píng)審和批準(zhǔn)。

圖1 QTP內(nèi)容更改的審批流程

QTP升版時(shí)需要提交工程更改申請(qǐng)ECP、新版QTP、舊版QTP的更改標(biāo)記以及對(duì)顧客意見表的回復(fù)等4份文件。例如，通氣浮子閥的振動(dòng)試驗(yàn)更改時(shí)采用QTP升版。圖2是通氣浮子閥按DO-160G[6]進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)的初始安裝原理圖，產(chǎn)品模擬飛機(jī)安裝放置在油箱內(nèi)，在浸沒燃油的狀態(tài)下進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)。雖然在飛機(jī)飛行過程中存在該工作狀態(tài)，但隨著飛行過程中燃油不斷消耗，產(chǎn)品會(huì)逐漸暴露在燃油液面以上。失去燃油的緩沖作用后，產(chǎn)品的振動(dòng)會(huì)更加嚴(yán)酷。因此，初始試驗(yàn)方案未考核到產(chǎn)品最嚴(yán)酷的工作狀態(tài)。

圖2 通氣浮子閥初始振動(dòng)試驗(yàn)原理圖

改進(jìn)后的試驗(yàn)方案如圖3所示，去除油箱及燃油，模擬在飛行過程中產(chǎn)品最嚴(yán)酷的工作狀態(tài)，對(duì)需求進(jìn)行充分的驗(yàn)證。該更改過程通過QTP升版完成，顧客和局方批準(zhǔn)新版QTP后，按照新版QTP進(jìn)行試驗(yàn)。

圖3 通氣浮子閥優(yōu)化后振動(dòng)試驗(yàn)原理圖

鑒定試驗(yàn)程序是指導(dǎo)實(shí)施鑒定試驗(yàn)一系列要求的文件，試驗(yàn)程序的清晰、正確和完整是順利完成試驗(yàn)的前提。圖4是加油電磁閥雷電試驗(yàn)中電感應(yīng)測(cè)試原理圖，適航審定人員在進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)繐魰r(shí)發(fā)現(xiàn)，在試驗(yàn)程序中規(guī)定了電壓，但在原理圖中未標(biāo)出接電位置。試驗(yàn)程序不夠清晰、完整，不利于試驗(yàn)操作。按照適航審定人員要求辦理了試驗(yàn)偏離TDR，在偏離單中明確了接電位置及電壓大小，如圖5所示。顧客和局方批準(zhǔn)偏離單后，按照偏離單完成試驗(yàn)。

圖4 原始的線纜感應(yīng)測(cè)試原理圖

圖5 改進(jìn)的線纜感應(yīng)測(cè)試原理圖

3.2 產(chǎn)品構(gòu)型發(fā)生更改

在產(chǎn)品鑒定試驗(yàn)過程中或隨飛機(jī)、系統(tǒng)聯(lián)試時(shí)，產(chǎn)品可能會(huì)出現(xiàn)故障，改進(jìn)優(yōu)化結(jié)構(gòu)的過程會(huì)發(fā)生構(gòu)型更改。當(dāng)構(gòu)型發(fā)生更改時(shí)，需要與顧客共同確認(rèn)新構(gòu)型的試驗(yàn)范圍。試驗(yàn)范圍確定方法按照?qǐng)D6中的流程進(jìn)行。

圖6 構(gòu)型更改時(shí)QTP審批流程

構(gòu)型更改產(chǎn)品已完成部分鑒定試驗(yàn)，經(jīng)評(píng)估確認(rèn)有效試驗(yàn)項(xiàng)目后，在舊構(gòu)型QTP文件中刪除需要重新進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目，僅保留有效、不需要新構(gòu)型再次驗(yàn)證的試驗(yàn)項(xiàng)目，舊構(gòu)型的QTP升版后仍須得到顧客的批準(zhǔn)，批準(zhǔn)后存檔備查，不再指導(dǎo)試驗(yàn)。在新構(gòu)型QTP中，僅編制需要重新驗(yàn)證或還未進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目。例如，如表3所示，構(gòu)型更改前產(chǎn)品共有6項(xiàng)試驗(yàn)，經(jīng)評(píng)估后序號(hào)2、3、4試驗(yàn)項(xiàng)目有效，則舊構(gòu)型產(chǎn)品的QTP升版后僅包含這3項(xiàng)試驗(yàn)，如表4所示。其余試驗(yàn)項(xiàng)目需要用新構(gòu)型產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)證，如表5所示。

表3 原構(gòu)型產(chǎn)品QTP

表4 原構(gòu)型產(chǎn)品QTP升版

表5 編制新構(gòu)型產(chǎn)品QTP升版

4 鑒定試驗(yàn)更改原因分析

對(duì)為某大型客機(jī)配套的10項(xiàng)燃油產(chǎn)品鑒定試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的26項(xiàng)鑒定試驗(yàn)更改原因進(jìn)行歸納分類，分為需求分析不全面、試驗(yàn)臺(tái)故障或選用不合理、試驗(yàn)進(jìn)度需要調(diào)整試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)程序不清晰或不正確、試驗(yàn)操作不規(guī)范或不正確、試驗(yàn)記錄不清晰或不全面等6個(gè)類別。對(duì)以上6個(gè)類別出現(xiàn)的概率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖7所示。

圖7 鑒定試驗(yàn)更改分析

從圖7可以看出，需求分析不全面導(dǎo)致試驗(yàn)發(fā)生更改的概率最高，為25.71%，暴露了在研制前期需求確認(rèn)階段工作的不足。試驗(yàn)臺(tái)故障或選用不合理導(dǎo)致試驗(yàn)更改的概率為20%，位于第二位。雖然在鑒定試驗(yàn)前對(duì)試驗(yàn)設(shè)備做了大量調(diào)研，但由于問題識(shí)別和設(shè)備維護(hù)能力不足，因試驗(yàn)設(shè)備導(dǎo)致試驗(yàn)出現(xiàn)問題的概率較高。因試驗(yàn)進(jìn)度要求需要調(diào)整試驗(yàn)順序等，更新QTP的概率為17.14%，后續(xù)在編制試驗(yàn)程序時(shí)需要考慮首飛階段的需要，對(duì)試驗(yàn)順序進(jìn)行合理優(yōu)化。試驗(yàn)程序不清晰或不正確導(dǎo)致試驗(yàn)出現(xiàn)更改的概率為14.29%，在后續(xù)試驗(yàn)過程中，應(yīng)優(yōu)化試驗(yàn)程序，便于試驗(yàn)人員操作。試驗(yàn)記錄及試驗(yàn)操作不規(guī)范或不正確導(dǎo)致試驗(yàn)出現(xiàn)更改的問題均為11.43%，對(duì)鑒定試驗(yàn)信息的用途認(rèn)識(shí)不足，忽視信息記錄，這些都會(huì)影響鑒定試驗(yàn)的質(zhì)量。

5 鑒定試驗(yàn)過程優(yōu)化

對(duì)于某大型客機(jī)燃油產(chǎn)品鑒定試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，通過基于系統(tǒng)工程進(jìn)行需求分析、增加試驗(yàn)設(shè)備選用說明、規(guī)范試驗(yàn)過程檢查確認(rèn)和定制試驗(yàn)記錄等措施進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

5.1 加強(qiáng)需求分析

民機(jī)機(jī)載設(shè)備的研制過程就是基于需求的實(shí)現(xiàn)過程，需求的影響貫穿于產(chǎn)品研制的整個(gè)生命周期，無論是設(shè)計(jì)、驗(yàn)證還是集成都離不開需求分析。在已進(jìn)行的鑒定試驗(yàn)中，因需求分析不全而導(dǎo)致試驗(yàn)出現(xiàn)問題所占的比例最高，為25.71%，這暴露了前期需求分析存在一定問題。例如，顧客提供的加油電磁閥的設(shè)計(jì)規(guī)范中要求按照ARP1401[7]進(jìn)行結(jié)冰試驗(yàn)。產(chǎn)品在進(jìn)行ARP1401結(jié)冰試驗(yàn)過程中，出現(xiàn)堵塞和流阻增大的現(xiàn)象，在同相關(guān)專家進(jìn)行交流、借鑒經(jīng)驗(yàn)后得知該產(chǎn)品屬于加油系統(tǒng)，而ARP1401僅適用于供油系統(tǒng)，并不適用于該產(chǎn)品，最終同顧客溝通取消了該項(xiàng)試驗(yàn)。因此，需要采用科學(xué)的方法捕獲和分析需求，才能使驗(yàn)證過程更加合理充分。SAE ARP 4754A[8]和系統(tǒng)工程手冊(cè)[9]均提出了基于系統(tǒng)和集成的思維，在產(chǎn)品研發(fā)過程中不僅關(guān)注系統(tǒng)本身，也要關(guān)注系統(tǒng)與其它系統(tǒng)和環(huán)境的相互作用；不僅關(guān)注系統(tǒng)本身的工程設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，也要關(guān)注那些制約設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的外部因素。

圖8是基于系統(tǒng)的思維開發(fā)的需求分析流程，對(duì)需求捕獲階段得出的需求進(jìn)行正確性和完整性檢查，確認(rèn)需求是清晰的、可驗(yàn)證的、與其他需求是相符合的，以及對(duì)需求集是必要的。同時(shí)在規(guī)定的運(yùn)行環(huán)境中，需求在全生命周期內(nèi)各個(gè)階段的所有運(yùn)行模式下，滿足顧客、用戶、維修人員、審定局方以及飛機(jī)、系統(tǒng)、項(xiàng)目開發(fā)人員等方面的要求[10]。通過對(duì)需求進(jìn)行正確性和完整性檢查，生成符合性矩陣表，符合性矩陣中記錄各項(xiàng)需求的符合狀態(tài)、驗(yàn)證方法等信息，同時(shí)對(duì)識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)進(jìn)行跟蹤。產(chǎn)品符合性矩陣不斷更新完善，在民機(jī)機(jī)載設(shè)備的整個(gè)研制周期中，需求將持續(xù)地被確認(rèn)、實(shí)施、驗(yàn)證，最終在產(chǎn)品研制完成時(shí)，結(jié)束整個(gè)確認(rèn)與驗(yàn)證過程。

圖8 需求分析流程

5.2 增加設(shè)備更換的補(bǔ)充規(guī)定

參照國(guó)外供應(yīng)商在鑒定試驗(yàn)程序中對(duì)試驗(yàn)臺(tái)和儀器儀表的補(bǔ)充規(guī)定，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)增加了“注：當(dāng)列出的設(shè)備不可用時(shí)，可用同等功能和精度的設(shè)備替代”。增加了補(bǔ)充規(guī)定后，當(dāng)所選試驗(yàn)臺(tái)被占用或出現(xiàn)故障時(shí)，可以更換到其他適用的試驗(yàn)臺(tái)繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，這樣就大大緩解了試驗(yàn)資源沖突，同時(shí)也避免了因試驗(yàn)臺(tái)故障或維修而造成的試驗(yàn)延期。

5.3 規(guī)范試驗(yàn)臺(tái)檢查掛簽

在鑒定試驗(yàn)過程中出現(xiàn)了沒有嚴(yán)格按照試驗(yàn)程序操作的情況。為了加強(qiáng)對(duì)試驗(yàn)程序?qū)嵤┻^程的監(jiān)督和控制，在試驗(yàn)前、試驗(yàn)中及試驗(yàn)后進(jìn)行檢查和確認(rèn)。表6是某大型客機(jī)燃油產(chǎn)品在鑒定試驗(yàn)過程中使用的檢查單，檢查內(nèi)容包含試驗(yàn)方法、試驗(yàn)環(huán)境、儀器儀表、工裝、試驗(yàn)設(shè)備、安裝連接及試驗(yàn)資料等內(nèi)容，通過試驗(yàn)檢查確保試驗(yàn)程序中的相關(guān)要求落實(shí)到位。

表6 鑒定試驗(yàn)檢查單

5.4 定制試驗(yàn)記錄

在鑒定試驗(yàn)過程中，有些試驗(yàn)實(shí)際上是有效的，但由于不重視試驗(yàn)過程中各種信息的記錄，缺少完整、有效的記錄數(shù)據(jù)，從而無法證明試驗(yàn)的有效性，導(dǎo)致試驗(yàn)重新進(jìn)行。為了加強(qiáng)試驗(yàn)過程監(jiān)控和信息記錄，對(duì)試驗(yàn)記錄進(jìn)行模板定制化，在定制的試驗(yàn)記錄表中，只預(yù)留出需要填寫試驗(yàn)數(shù)據(jù)的空格，限制試驗(yàn)人員主觀發(fā)揮，避免試驗(yàn)記錄因人而異。定制試驗(yàn)?zāi)０搴螅囼?yàn)記錄清晰、準(zhǔn)確、完整，為審查試驗(yàn)實(shí)施過程的有效性和判斷試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性提供了依據(jù)，得到顧客和適航審定人員的認(rèn)可。

6 結(jié) 論

本文對(duì)民機(jī)機(jī)載設(shè)備的鑒定試驗(yàn)更改控制方法進(jìn)行了論述，并通過相關(guān)示例證實(shí)了QTP升版、試驗(yàn)偏離TDR及紅線標(biāo)注等更改控制方法的有效性。對(duì)某大型客機(jī)燃油產(chǎn)品鑒定試驗(yàn)中出現(xiàn)的更改歸納總結(jié)為需求分析不全面、試驗(yàn)臺(tái)故障或選用不合理、試驗(yàn)進(jìn)度需要、試驗(yàn)程序不清晰或不正確、試驗(yàn)操作不規(guī)范或不正確、試驗(yàn)記錄不清晰或不全面等6個(gè)類別，所占比例分別為25.71%、20%、17.14%、14.29%、11.43%和11.43%，暴露出在需求分析、設(shè)備維護(hù)、試驗(yàn)排序及試驗(yàn)操作等方面的不足。根據(jù)鑒定試驗(yàn)問題分析得出的結(jié)果，對(duì)應(yīng)提出了基于系統(tǒng)工程進(jìn)行需求分析、合理選用及更換設(shè)備、規(guī)范試驗(yàn)操作和定制試驗(yàn)記錄的改進(jìn)優(yōu)化措施，從而達(dá)到降低試驗(yàn)成本和縮短試驗(yàn)周期的目的。