適航體系在民用飛機(jī)產(chǎn)品研制中的應(yīng)用

金鐵增

(中電科太力通信科技有限公司，北京 100080)

0 引 言

適航性簡(jiǎn)稱適航(airworthiness),是指民用航空器(包括其部件及子系統(tǒng))整體性能和操縱特性在預(yù)期的運(yùn)行環(huán)境和使用條件限制下的安全性和物理完整性的一種品質(zhì)，這種品質(zhì)要求航空器在全壽命階段內(nèi)應(yīng)始終保持符合其型號(hào)設(shè)計(jì)和始終處于安全運(yùn)行狀態(tài)。因此，一般將適航又分為初始適航(即產(chǎn)品初始適航審定)和持續(xù)適航(即保證航空產(chǎn)品的持續(xù)適航性)。結(jié)合民用飛機(jī)適航的經(jīng)驗(yàn)和方法，國(guó)內(nèi)民用飛機(jī)適航管理需要建立和實(shí)施正確的適航體系，以便對(duì)民用飛機(jī)進(jìn)行完整和有效的國(guó)際適航。

1 建立適航體系的必要性

1.1 適航是民用航空安全的基礎(chǔ)

適航源自航空安全需要，民用飛機(jī)研制要全面考慮安全性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性和環(huán)保性這4個(gè)方面的要求，其中,安全性是第一位的[1～6]。民用飛機(jī)的安全性如果沒有得到保證，則一切都無從談起。各國(guó)政府為了維護(hù)公眾利益，保障航空安全，都制定了相應(yīng)的適航法律法規(guī)，要求制造商提供的民用飛機(jī)產(chǎn)品必須滿足適航標(biāo)準(zhǔn)要求的最低安全水平，要求飛機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營(yíng)、維修等民用飛機(jī)全生命周期均能確保飛機(jī)始終處于適航狀態(tài)。對(duì)于從事民用飛機(jī)產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)來說，必須建立相應(yīng)的適航體系[1～2]，保障產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)滿足適航要求(初始適航)，并支持產(chǎn)品全生命周期內(nèi)的持續(xù)運(yùn)營(yíng)安全(持續(xù)適航)[3]。建立適航體系也是民用航空領(lǐng)域的基本商業(yè)原則[4～6]。

1.2 建立適航體系是民用飛機(jī)推廣使用的前提條件

民用航空發(fā)展的歷史充分證明，建立完善的適航體系是決定民用航空產(chǎn)品成敗的重要條件[7,8]。沒有堅(jiān)實(shí)的適航體系，要取得推廣成功是不可能實(shí)現(xiàn)的[9～13]。由于前蘇聯(lián)沒有成體系的適航標(biāo)準(zhǔn)，仍沿用某型號(hào)定型的認(rèn)證方式，發(fā)生多起災(zāi)難性重大事故。前蘇聯(lián)在民用飛機(jī)研制技術(shù)方面和美國(guó)沒有太大差距，由于沒有完善的適航體系，最終導(dǎo)致民用飛機(jī)產(chǎn)品事故多發(fā)，沒有進(jìn)入國(guó)際主流運(yùn)輸市場(chǎng)。歐洲各國(guó)充分吸取了美國(guó)或前蘇聯(lián)兩國(guó)民用飛機(jī)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在研發(fā)的同時(shí)，積極開展適航體系建設(shè)。目前，歐洲在適航能力方面已經(jīng)與美國(guó)相當(dāng)，牢牢占據(jù)了國(guó)際適航話語(yǔ)權(quán)；同時(shí)空客公司也取得了巨大的推廣成功。通過圖154和波音737、A320飛機(jī)的發(fā)展歷史對(duì)比，可以看出，對(duì)于民用飛機(jī)發(fā)展，先進(jìn)的航空工業(yè)基礎(chǔ)固然重要，但并不能保證其最終的推廣成功。一個(gè)民用飛機(jī)型號(hào)獲得成功的標(biāo)準(zhǔn)是其安全性得到公眾的認(rèn)可和商業(yè)上的承認(rèn)。要向公眾表明安全性，在需要建立全面系統(tǒng)的適航體系，建立強(qiáng)有力的適航能力，為實(shí)現(xiàn)民用航空產(chǎn)品推廣成功奠定基礎(chǔ)。

1.3 建立適航體系是民用航空事業(yè)發(fā)展的支撐

適航體系建設(shè)是民用航空工業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要組成部分，加強(qiáng)適航體系建設(shè)有助于促進(jìn)民用航空工業(yè)發(fā)展[9～11]。中國(guó)民用航空工業(yè)發(fā)展較之發(fā)達(dá)國(guó)家起步比較晚，基礎(chǔ)薄弱，自20世紀(jì)80年代末民用航空工業(yè)發(fā)展初期才逐步接觸到國(guó)際適航標(biāo)準(zhǔn)，才逐步認(rèn)識(shí)到，為保障民用航空安全，適航是最基本的安全性要求。然而，中國(guó)適航體系真正開始深入建設(shè)和經(jīng)受真正考驗(yàn)是2014年，自此，暴露了適航能力的嚴(yán)重不足，適航體系建設(shè)空乏、落后，不僅適航法規(guī)文件不完善，組織機(jī)構(gòu)不健全，人力資源極度匱乏，且適航工程研究能力欠缺。在成功投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)后，國(guó)內(nèi)的適航體系建設(shè)真正開始逐漸步入正軌。在中國(guó)商飛為首的飛機(jī)制造商的牽引下，國(guó)內(nèi)民用飛機(jī)工業(yè)建立了滿足適航要求的設(shè)計(jì)保證體系、質(zhì)量控制體系、供應(yīng)商體系和客戶支持體系，為大飛機(jī)事業(yè)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。推動(dòng)C919歷時(shí)5年多完成了取證工作，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)的適航體系建設(shè)更加成熟、更加定型。

2 國(guó)內(nèi)外建立和推廣適航體系分析

民用飛機(jī)適航現(xiàn)已經(jīng)過百年的工業(yè)實(shí)踐，形成較為完善的適航體系、合格認(rèn)證體系、適航文件系統(tǒng)。在適航技術(shù)研究上，無論是從新技術(shù)、新材料和新工藝應(yīng)用的牽引，還是源于公眾對(duì)安全性日益提高的需求，通過不斷引領(lǐng)行業(yè)開展相關(guān)研究，極大地促進(jìn)了航空器安全水平的提升。在適航標(biāo)準(zhǔn)制定上，幾乎凝聚了半個(gè)多世紀(jì)航空技術(shù)和適航技術(shù)發(fā)展帶來的成果，適航技術(shù)發(fā)展和適航標(biāo)準(zhǔn)水平的提升，已經(jīng)形成相互促進(jìn)的良性發(fā)展態(tài)勢(shì)，并建立了非常完善的適航標(biāo)準(zhǔn)體系。

從國(guó)際上看，以美國(guó)Collins，GE，Honeywell，法國(guó)泰雷茲、Cobham為代表的航電廠商已經(jīng)建立有完備的適航體系，涵蓋了設(shè)計(jì)保證、生產(chǎn)制造、運(yùn)營(yíng)支持等全生命周期過程，在適航體系建設(shè)和適航設(shè)備驗(yàn)證等方面，處于壟斷地位；此外，還主導(dǎo)了航空業(yè)適航標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定，如運(yùn)輸類飛機(jī)25部要求，ARP4754系統(tǒng)研制保證要求、ARP4761系統(tǒng)安全性分析要求、DO—178C軟件研制保證要求、DO—254復(fù)雜電子硬件研制保證要求等，在事實(shí)上成為了行業(yè)規(guī)則制定者。國(guó)外民用飛機(jī)電子通過多年的發(fā)展，從主制造商到系統(tǒng)供應(yīng)商、設(shè)備供應(yīng)商、模塊供應(yīng)商、元器件/原材料供應(yīng)商，都已建立起完善的適航體系，在民用飛機(jī)電子系統(tǒng)與設(shè)備、共性基礎(chǔ)以及能力體系方面形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈能力，構(gòu)筑起了民用飛機(jī)產(chǎn)業(yè)能力體系的高壁壘。

從國(guó)內(nèi)來看，主制造商(如中國(guó)商飛、中航西飛)通過ARJ—21、C919等飛機(jī)型號(hào)發(fā)展，已建立起較為完備的適航體系，其國(guó)內(nèi)一、二級(jí)供應(yīng)商也已初步建立起適航體系，但拓展到三級(jí)、四級(jí)供應(yīng)商基本采取適航延伸的模式，傳遞適航要求。

3 民用飛機(jī)適航研發(fā)體系

3.1 產(chǎn)品定位

民用飛機(jī)產(chǎn)品定位于公共運(yùn)輸，目的是保障運(yùn)輸安全，獲得推廣使用成功。民用飛機(jī)服務(wù)于公眾，與市場(chǎng)緊密連接，客戶除了航空公司或租賃公司外，也可能是政府，國(guó)企/私企、飛行俱樂部、飛行培訓(xùn)機(jī)構(gòu)、高收入人群。型號(hào)成功有賴于客戶群體的認(rèn)可，存在很大不確定性，必須注重產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

民用航空強(qiáng)調(diào)安全性、舒適性、便捷性、盈利性，其中，安全性是民用航空生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。民用航空是一個(gè)龐大的系統(tǒng)，從航空器的生產(chǎn)制造、運(yùn)行使用到各類保障，每一個(gè)系統(tǒng)和環(huán)節(jié)，均以保證飛機(jī)運(yùn)行安全的第一要素為基礎(chǔ)。建立適航監(jiān)管和審查體系，保證民用飛機(jī)從設(shè)計(jì)、制造到運(yùn)營(yíng)的全生命周期內(nèi)的安全性，是通過適航(初始適航和持續(xù)適航)來保證的[14]。

3.2 研制標(biāo)準(zhǔn)

傳統(tǒng)航空裝備、民用飛機(jī)產(chǎn)品在法規(guī)體系上存在較大差異。民用飛機(jī)研制主要依據(jù)對(duì)應(yīng)飛機(jī)類別的適航規(guī)章，同時(shí)依據(jù)噪聲、燃油排放、相關(guān)運(yùn)營(yíng)規(guī)章及適用程序，其規(guī)章涵蓋整機(jī)及其系統(tǒng)，體系框架更系統(tǒng)化、程序化、標(biāo)準(zhǔn)化。而傳統(tǒng)航空飛機(jī)的研制標(biāo)準(zhǔn)為型號(hào)的《研制總要求》，具體因機(jī)型而異，更多強(qiáng)調(diào)遂行任務(wù)能力、性能、指標(biāo)等，而分系統(tǒng)或細(xì)節(jié)部分往往通過設(shè)計(jì)部門自行確定，缺少相應(yīng)的研制輸入依據(jù)。

此外，各國(guó)都通過建立適航雙邊，推動(dòng)適航規(guī)章的相互認(rèn)可，而傳統(tǒng)航空法規(guī)雖然也存在參考，但基本不具有國(guó)際通用性。

3.3 研制體系

通常民用飛機(jī)產(chǎn)品研制過程可分為總體方案定義、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、全面試制、試飛取證、批生產(chǎn)6個(gè)階段。民用飛機(jī)研制階段的劃分。更加注重以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，重視適航取證、客戶服務(wù)、安全性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性、環(huán)保性，適航貫穿整個(gè)生命周期過程。其研制起點(diǎn)的技術(shù)成熟度相對(duì)較高，才能保證其項(xiàng)目的推廣使用成功。

隨著民用飛機(jī)的功能越來越多，系統(tǒng)越來越復(fù)雜，研發(fā)成本、安全性、可靠性、維護(hù)性、壽命與使用經(jīng)濟(jì)性等要求越來越高，采用傳統(tǒng)的航空飛機(jī)設(shè)計(jì)定型的方法和流程無法確保現(xiàn)代民用飛機(jī)研制滿足所有要求，因此，要求民用飛機(jī)必須實(shí)施嚴(yán)格的研制過程保證。國(guó)際民用航空研制所遵循的ARP4754A、DO—178C和DO—254標(biāo)準(zhǔn)都是以研制過程保證為核心理念，通過貫徹研制過程保證，極大提升了民用飛機(jī)的安全性，促進(jìn)了民用航空產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。同時(shí)，民用飛機(jī)作為公共運(yùn)輸工具，在研制過程中更加突出安全性工作。民用飛機(jī)對(duì)安全性要求有明確的適航要求，即發(fā)生災(zāi)難性事故的概率要求為10-9/飛行小時(shí)，在研制過程中需遵循ARP4761標(biāo)準(zhǔn)。

民用飛機(jī)的安全性和可靠性過程，覆蓋了飛機(jī)初步設(shè)計(jì)至適航取證后的運(yùn)行適航監(jiān)控的整個(gè)產(chǎn)品生命周期過程，其中，飛機(jī)設(shè)計(jì)和適航相關(guān)的過程包括：安全性/可靠性計(jì)劃、飛機(jī)級(jí)功能危害評(píng)估(FHA)、系統(tǒng)級(jí)FHA、初步系統(tǒng)安全性分析(PSSA)、系統(tǒng)安全性分析(SSA)、系統(tǒng)安全性需求傳遞、供應(yīng)商活動(dòng)、共因分析(CCA)、特殊風(fēng)險(xiǎn)分析、區(qū)域安全性分析、人為因素分析、首飛活動(dòng)、飛機(jī)安全性綜合、運(yùn)行可靠性等。

此外，雖然民用飛機(jī)適航?jīng)]有直接強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的成本、技術(shù)的先進(jìn)及功能性能超越客戶期望等要求，但嚴(yán)密的研發(fā)流程同樣覆蓋了這些指標(biāo)，因此工作量倍增。因需要展示設(shè)計(jì)過程保證的證據(jù)，按照適航要求開展產(chǎn)品設(shè)計(jì)，與其他設(shè)計(jì)相比，工作量巨大，輸入輸出文檔和過程文檔數(shù)量繁多。民用飛機(jī)航電產(chǎn)品研制更注重需求和過程，以及對(duì)結(jié)果的符合性驗(yàn)證。

3.4 售后服務(wù)保障

傳統(tǒng)航空飛機(jī)使用保障主要由使用部門或單位承擔(dān)，維修按三級(jí)維修體系解決。民用飛機(jī)在投入航線運(yùn)營(yíng)后，在適航角度屬于持續(xù)適航范疇，航空公司和工業(yè)部門按局方相關(guān)持續(xù)適航的法律法規(guī)要求各自承擔(dān)其相應(yīng)的持續(xù)適航責(zé)任，通過持續(xù)適航的體系，保證運(yùn)行飛行的飛機(jī)處于適航狀態(tài)，以保證飛機(jī)的安全性。工業(yè)部門主要在售后保障階段需建立完整的客戶服務(wù)體系，保證航空公司所有航線的飛機(jī)有效飛行。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨大型民用飛機(jī)的研制、生產(chǎn)建立起來的適航體系，是一種無形資產(chǎn)和寶貴財(cái)富，必將為國(guó)內(nèi)民用航空制造業(yè)的持續(xù)良好發(fā)展奠定基礎(chǔ)。另一方面，適航體系給人們帶來的安全、可靠等理念，不僅適用于民用航空飛機(jī)有關(guān)產(chǎn)品，也同樣適用于其他航空器及產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)。