民機(jī)適航符合性數(shù)據(jù)體系研究及軟件開發(fā)

房峰 李小光 張松

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2103-5042-1400

摘? 要：該文以構(gòu)型索引文檔為核心建立了適航符合性數(shù)據(jù)體系，以“設(shè)計(jì)分配證據(jù)鏈”“需求確認(rèn)證據(jù)鏈”和“實(shí)施驗(yàn)證證據(jù)鏈”形成了一個(gè)閉合的數(shù)據(jù)關(guān)系回路，記錄和表達(dá)適航符合性數(shù)據(jù)的內(nèi)在邏輯關(guān)系。該數(shù)據(jù)體系從民機(jī)產(chǎn)品研制的正向過程梳理適航符合性數(shù)據(jù)，提供了從“結(jié)果管控”到“過程保證”轉(zhuǎn)變的理論依據(jù)和方法建議，避免適航符合性數(shù)據(jù)遺漏、邏輯缺失和跨層級(jí)錯(cuò)誤，有助于推進(jìn)民機(jī)及系統(tǒng)的適航審定工作。

關(guān)鍵詞：民用飛機(jī)? 適航符合性數(shù)據(jù)? 構(gòu)型管理? 證據(jù)鏈

中圖分類號(hào)：F273.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）03（b）-0050-03

Research on Airworthiness Compliance Data Structure of Civil Aircraft and Its Software Development

FANG Feng? LI Xiaoguang? ZHANG Song

（College of Astronautics， Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， Nanjing， Jiangsu Province， 210016? China）

Abstract： The airworthiness compliance data system is established with the configuration index document as the core， a closed evidence relation loop is formed by "Design Allocation Link"， "Requirement Confirmation Link" and "Implementation Verification Link" to record and express the inherent logic relationship of airworthiness compliance data. This data system sorts out airworthiness compliance data from the forward process of the development of civil aircraft products， provides theoretical basis and method suggestions for the transformation from "result control" to "process guarantee"， avoids the omission， logic absence and cross-level errors of airworthiness compliance data， and helps promote the airworthiness certification of civil aircraft and systems.

Key Words： Civil aircraft; Airworthiness compliance data; Configuration management; Evidence link

由于民用飛機(jī)及系統(tǒng)自身的復(fù)雜性和用戶需求的多樣性，從設(shè)計(jì)階段到獲得民航局批準(zhǔn)后進(jìn)入市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)，不可避免地需要進(jìn)行設(shè)計(jì)更改和優(yōu)化設(shè)計(jì)，其中涉及大量設(shè)計(jì)與驗(yàn)證數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的研制過程并不能保證適航符合性數(shù)據(jù)的完整性。

要解決上述問題，需研究構(gòu)建適航符合性數(shù)據(jù)體系的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)適航符合性驗(yàn)證過程的有效管控，理清文件之間的輸入輸出關(guān)系。該文基于構(gòu)型管理過程，結(jié)合構(gòu)型索引文檔明確了適航符合性數(shù)據(jù)體系的架構(gòu)，構(gòu)建了表達(dá)和記錄符合性數(shù)據(jù)內(nèi)在邏輯、明確數(shù)據(jù)形式的符合性證據(jù)鏈，該數(shù)據(jù)體系從民機(jī)產(chǎn)品研制的正向過程梳理適航符合性數(shù)據(jù)，提供了從“結(jié)果管控”到“過程保證”轉(zhuǎn)變的理論依據(jù)和方法建議，避免適航符合性數(shù)據(jù)遺漏、邏輯缺失和跨層級(jí)錯(cuò)誤，有助于推進(jìn)民機(jī)及系統(tǒng)的適航審定工作。

1? 適航符合性數(shù)據(jù)體系

該文基于系統(tǒng)工程理論，以構(gòu)型索引文檔作為適航符合性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化載體構(gòu)建符合性數(shù)據(jù)體系，提出了“民機(jī)及系統(tǒng)適航符合性數(shù)據(jù)體系”（見圖1）。以CCAR-25部為代表的民機(jī)適航規(guī)章主要從“邏輯/物理方案設(shè)計(jì)”“過程方法與判定”“需求確認(rèn)與適航驗(yàn)證”3個(gè)方面對(duì)民機(jī)產(chǎn)品的預(yù)期設(shè)計(jì)特征進(jìn)行約束。以構(gòu)型索引文檔為結(jié)構(gòu)化載體，從“過程管控?cái)?shù)據(jù)”“構(gòu)型基線數(shù)據(jù)”“構(gòu)型驗(yàn)證與審核數(shù)據(jù)”3個(gè)方面分別從技術(shù)管控、技術(shù)實(shí)施和技術(shù)評(píng)估角度對(duì)應(yīng)適航規(guī)章對(duì)民機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)約束，基于技術(shù)管理文檔、型號(hào)設(shè)計(jì)資料和符合性驗(yàn)證資料提煉研制出適航符合性數(shù)據(jù)[1]。

型號(hào)設(shè)計(jì)資料位于“雙V”左臂，由民機(jī)產(chǎn)品各層級(jí)“自頂向下”貫徹適航要求的技術(shù)需求集的分解和設(shè)計(jì)實(shí)施過程數(shù)據(jù)構(gòu)成，即由“需求-功能-邏輯方案-物理方案”過程產(chǎn)出相應(yīng)的適航符合性設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。符合性驗(yàn)證資料位于“雙V”右臂，以滿足貫徹適航要求的技術(shù)需求集為目標(biāo)，通過民機(jī)產(chǎn)品各層級(jí)“自底向上”的需求確認(rèn)過程及設(shè)計(jì)驗(yàn)證、分析驗(yàn)證、產(chǎn)品驗(yàn)證和系統(tǒng)綜合驗(yàn)證過程產(chǎn)出適航符合性驗(yàn)證數(shù)據(jù)。

2? 構(gòu)型索引文檔

構(gòu)型索引文檔伴隨著民機(jī)及系統(tǒng)產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)（Product Breakdown Structure，PBS）過程產(chǎn)生，記錄了構(gòu)型項(xiàng)目的產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品規(guī)范清單。產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)以及輸出的該層級(jí)的下一層級(jí)的規(guī)范清單，描述了該層級(jí)針對(duì)需求的解決方案。構(gòu)型索引文件需要分別在飛機(jī)、系統(tǒng)、設(shè)備3個(gè)層級(jí)進(jìn)行編制。構(gòu)型索引文件的規(guī)范清單及產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)構(gòu)成該層級(jí)構(gòu)型基線的主要內(nèi)容。

以構(gòu)型管理過程為核心，為了辨識(shí)、記錄和控制民機(jī)及系統(tǒng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證資料，向適航當(dāng)局表明適航符合性的數(shù)據(jù)，民機(jī)產(chǎn)品申請(qǐng)人應(yīng)當(dāng)在構(gòu)型管理過程中，編制和管控構(gòu)型索引文檔。其涵蓋民機(jī)及系統(tǒng)產(chǎn)品研制過程性及結(jié)果性數(shù)據(jù)，明確構(gòu)型項(xiàng)目及項(xiàng)目間聯(lián)系。構(gòu)型索引文檔記錄整個(gè)研制、取證過程及結(jié)果，是向適航當(dāng)局表明民機(jī)及系統(tǒng)產(chǎn)品適航符合性的核心文檔。以電傳飛控（Fly-by-wire，F(xiàn)BW）系統(tǒng)為研究對(duì)象，其構(gòu)型索引文檔的架構(gòu)如表1所示。主要從“過程管控?cái)?shù)據(jù)”“構(gòu)型基線數(shù)據(jù)”“構(gòu)型驗(yàn)證與審核數(shù)據(jù)”3個(gè)方面對(duì)構(gòu)型索引文檔進(jìn)行具體闡述。

2.1 過程管控?cái)?shù)據(jù)

過程管控?cái)?shù)據(jù)為適航符合性數(shù)據(jù)提供了控制機(jī)制和決策數(shù)據(jù)，是符合性數(shù)據(jù)的有效性和正確性的重要保障。技術(shù)管控?cái)?shù)據(jù)文檔主要包括計(jì)劃文檔和過程保證文檔。計(jì)劃文檔包括研制計(jì)劃、過程保證計(jì)劃、確認(rèn)和驗(yàn)證計(jì)劃、構(gòu)型管理計(jì)劃、安全性評(píng)估計(jì)劃和審定計(jì)劃等;過程保證文檔，即符合性數(shù)據(jù)相關(guān)的權(quán)衡報(bào)告、更改記錄、評(píng)審記錄、構(gòu)型控制記錄等[2]。

2.2 構(gòu)型基線管控?cái)?shù)據(jù)

構(gòu)型標(biāo)識(shí)、構(gòu)型更改管理與構(gòu)型狀態(tài)紀(jì)實(shí)圍繞構(gòu)型基線管控?cái)?shù)據(jù)的建立過程。其中構(gòu)型標(biāo)識(shí)主要是確定產(chǎn)品的構(gòu)型信息，具有唯一性，可以準(zhǔn)確反饋產(chǎn)品屬性與構(gòu)型信息;民機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過程中不可避免地因優(yōu)化或客戶需求等原因進(jìn)行構(gòu)型更改，構(gòu)型控制與更改管理主要是針對(duì)該情況進(jìn)行有效控制，確保更改不影響構(gòu)型基線的完整性;構(gòu)型紀(jì)實(shí)主要是對(duì)構(gòu)型標(biāo)識(shí)和構(gòu)型更改過程的相關(guān)信息進(jìn)行記錄，保證項(xiàng)目過程中的構(gòu)型管理活動(dòng)可追溯[3]。

構(gòu)型基線管控?cái)?shù)據(jù)主要圍繞民機(jī)產(chǎn)品的型號(hào)設(shè)計(jì)資料證據(jù)鏈構(gòu)建過程，涵蓋了民機(jī)產(chǎn)品“需求—功能”辨識(shí)和“邏輯—物理方案”設(shè)計(jì)實(shí)施過程數(shù)據(jù)。參照EIA-632標(biāo)準(zhǔn)對(duì)技術(shù)研發(fā)過程的分解描述，構(gòu)建型號(hào)設(shè)計(jì)資料是“自頂向下”的“需求—功能—邏輯方案—物理解決方案”過程，過程結(jié)果的構(gòu)型項(xiàng)目提煉了研制資料，是“構(gòu)型基線”中的主要受控對(duì)象。

型號(hào)設(shè)計(jì)資料數(shù)據(jù)包括：系統(tǒng)研發(fā)數(shù)據(jù)文檔、系統(tǒng)安裝文檔、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)文檔和安全性評(píng)估文檔。

2.3 構(gòu)型驗(yàn)證與審核管控?cái)?shù)據(jù)

構(gòu)型驗(yàn)證與審核主要通過檢驗(yàn)產(chǎn)品基線的完整性、產(chǎn)品是否滿足構(gòu)型基線要求、產(chǎn)品是否滿足性能要求等方面展開，圍繞符合性驗(yàn)證資料證據(jù)鏈的建立過程。構(gòu)建型號(hào)設(shè)計(jì)資料的是“自底向上”的驗(yàn)證過程。涵蓋了設(shè)計(jì)驗(yàn)證、分析驗(yàn)證、產(chǎn)品驗(yàn)證和系統(tǒng)綜合驗(yàn)證過程。

符合性驗(yàn)證數(shù)據(jù)包括：設(shè)計(jì)驗(yàn)證文檔、分析驗(yàn)證文檔、產(chǎn)品驗(yàn)證文檔和系統(tǒng)綜合驗(yàn)證文檔。

2.4 構(gòu)型索引文檔的意義及文件關(guān)系

構(gòu)型索引文檔是整個(gè)適航符合性數(shù)據(jù)體系的核心組成部分，明確了各層級(jí)分解結(jié)構(gòu)（包括物理分解結(jié)構(gòu)和功能分解結(jié)構(gòu)），保證層級(jí)間文檔的邏輯完備性，同時(shí)對(duì)界定各層級(jí)間的技術(shù)責(zé)任邊界有重要意義。構(gòu)型基線管控的型號(hào)設(shè)計(jì)資料是構(gòu)型驗(yàn)證與審核管控的符合性驗(yàn)證資料形成的基礎(chǔ)，符合性驗(yàn)證資料是對(duì)型號(hào)設(shè)計(jì)資料的確認(rèn)與驗(yàn)證。過程管控?cái)?shù)據(jù)提供了計(jì)劃與過程保證方法及程序，對(duì)型號(hào)資料的構(gòu)建過程實(shí)施管控[4]。

3? 適航符合性證據(jù)鏈

該文在第2節(jié)中提出將面向適航合格審定/符合性驗(yàn)證的民機(jī)及系統(tǒng)產(chǎn)品研制過程分為“技術(shù)管理”“技術(shù)實(shí)施”和“技術(shù)評(píng)估”3個(gè)過程，以“構(gòu)型索引文檔”作為結(jié)構(gòu)化載體構(gòu)建適航符合性數(shù)據(jù)體系，具備了體系邏輯的完備性。現(xiàn)在此基礎(chǔ)上提出了表達(dá)和記錄“技術(shù)實(shí)施過程”和“技術(shù)評(píng)估過程”中數(shù)據(jù)間內(nèi)在邏輯關(guān)系的符合性證據(jù)鏈，并明確數(shù)據(jù)形式，增強(qiáng)該體系的數(shù)據(jù)嚴(yán)密性[5]。

設(shè)計(jì)分配證據(jù)鏈（Design Allocation Link，DAL）：提煉型號(hào)設(shè)計(jì)資料在飛機(jī)、系統(tǒng)、設(shè)備層級(jí)的“自頂向下”的需求分解與功能對(duì)需求捕獲的分配過程、功能和系統(tǒng)/產(chǎn)品物理架構(gòu)形成過程中的輸入/輸出關(guān)系的提煉。

需求確認(rèn)證據(jù)鏈（Requirement Confirmation Link，RVL）：隨該研制證據(jù)鏈的形成，上述各層級(jí)中的飛機(jī)及系統(tǒng)主制造商、系統(tǒng)/產(chǎn)品供應(yīng)商在研發(fā)過程中的需求覆蓋度和需求的正確性、完整性開展“自底向上”的需求確認(rèn)。

實(shí)施驗(yàn)證證據(jù)鏈（implementation verification Link，IVL）：基于DDL/RVL鏈形成的可供綜合、試驗(yàn)的物理實(shí)物和支持?jǐn)?shù)據(jù)，在相應(yīng)層級(jí)中采用適用的驗(yàn)證方法，對(duì)已經(jīng)確認(rèn)的各層級(jí)需求的實(shí)施進(jìn)行“自底向上”的設(shè)計(jì)、產(chǎn)品/綜合驗(yàn)證。

DAL/RVL/IVL證據(jù)鏈形成了一個(gè)閉合的數(shù)據(jù)關(guān)系回路，明確了在飛機(jī)、系統(tǒng)和設(shè)備各層級(jí)內(nèi)部和跨層級(jí)間形成的輸入/輸出關(guān)系，支持對(duì)適航符合性論證的內(nèi)在邏輯的解釋，為形成符合性聲明結(jié)論提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[6]。使用“設(shè)計(jì)分配證據(jù)鏈”“需求確認(rèn)證據(jù)鏈”和“實(shí)施驗(yàn)證證據(jù)鏈”描述“型號(hào)設(shè)計(jì)資料”和“符合性驗(yàn)證資料”兩條支路上的內(nèi)在邏輯，是形成符合性數(shù)據(jù)的可執(zhí)行方法，其中DAL鏈提煉適航要求分解、分配到相應(yīng)層級(jí)的技術(shù)需求集并據(jù)此開展設(shè)計(jì)實(shí)施形成型號(hào)設(shè)計(jì)資料的過程數(shù)據(jù)，RVL鏈和IVL鏈提煉面向上述需求集的確認(rèn)和驗(yàn)證過程數(shù)據(jù)形成符合性驗(yàn)證資料。

4? 結(jié)語

民機(jī)及系統(tǒng)適航符合性數(shù)據(jù)體系的建立，明確了型號(hào)設(shè)計(jì)資料、符合性驗(yàn)證資料等文件之間的邏輯層次關(guān)系，有效地保證了適航符合性數(shù)據(jù)的完整性通過構(gòu)型索引文檔保證各層級(jí)間文檔的邏輯完備性，通過DAL/RVL/IVL證據(jù)鏈形成了一個(gè)閉合的數(shù)據(jù)關(guān)系回路，記錄和表達(dá)適航符合性數(shù)據(jù)的內(nèi)在邏輯關(guān)系。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉丹.基于PLM的飛機(jī)構(gòu)型管理系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D].上海交通大學(xué)，2016.

[2] 張發(fā)玉.民機(jī)項(xiàng)目不同階段構(gòu)型管理主要功能分析[J].項(xiàng)目管理技術(shù)，2017，15（7）：103-106.

[3] 盧藝，郝蓮，李承立，等.基于構(gòu)型項(xiàng)目分類的民機(jī)系統(tǒng)適航符合性數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)研究[J].民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究，2017（3）：26-30.

[4] 李衛(wèi)民，徐楠，陶志.基于特征屬性挖掘民機(jī)適航研究前沿的探索[J].情報(bào)理論與實(shí)踐，2019，42（12）：128-133.

[5] 陳智恒.有限元數(shù)值分析方法在適航符合性驗(yàn)證中的應(yīng)用研究[D].南京航空航天大學(xué)，2018.

[6] 洪鑫，龔文秀.民用飛機(jī)的構(gòu)型管理與X管理[J].科技和產(chǎn)業(yè)，2021，21（1）：153-157.