數(shù)據(jù)管理在航空發(fā)動機(jī)適航取證中的應(yīng)用研究

韓 然, 羅婷婷, 王春曉, 陳婧怡, 雷延生

(中國航空發(fā)動機(jī)集團(tuán)有限責(zé)任公司, 中國航發(fā)商用航空發(fā)動機(jī)有限責(zé)任公司, 上海 200241)

航空發(fā)動機(jī)型號合格審定是一個長期過程[1],在中國民用航空局(以下簡稱“局方”)對民用航空產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)批準(zhǔn)期間,申請人需向局方提交型號資料表明符合性,過程中多方交互協(xié)同,申請人需準(zhǔn)備型號合格證數(shù)據(jù)單作為型號合格證的一部分,記錄為滿足審定適航要求所必須的條件和限制[2],申請人取證過程中產(chǎn)生和保存的數(shù)據(jù)量龐大。近年來各企業(yè)逐漸意識到數(shù)據(jù)的重要性,國家也大力推行國有企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型[3-5],旨在借助權(quán)威有效的方法和工具,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和流程的數(shù)字化管理。數(shù)據(jù)管理的內(nèi)涵與航空發(fā)動機(jī)適航業(yè)務(wù)活動對取證資料的要求高度契合,通過數(shù)據(jù)思維規(guī)范化管理適航取證活動,具有極高的應(yīng)用價值。

1 研究現(xiàn)狀

國際上相關(guān)航空企業(yè)已將大數(shù)據(jù)研究融入產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造以及售后等航空產(chǎn)品全生命周期,波音公司基于上萬項(xiàng)適航標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建數(shù)據(jù)管理體系,推動系列飛機(jī)的快速取證;空中客車公司開發(fā)了信息化管理軟件,提供從飛機(jī)概念設(shè)計(jì)到使用維護(hù)階段的全壽命適航管理,實(shí)現(xiàn)對所有適航數(shù)據(jù)和活動的統(tǒng)一管控[6]。

國內(nèi)正逐步探索適航數(shù)字化建設(shè),初步開展了適航應(yīng)用信息系統(tǒng)的開發(fā)研究。高校有關(guān)學(xué)者初步建立了適航符合性數(shù)據(jù)體系,為推動適航審定過程中的知識共享開展適航知識的數(shù)據(jù)建模研究,并從局方審定的角度提出系統(tǒng)化、規(guī)范化的民機(jī)適航管理信息體系建設(shè)方案,保障適航法規(guī)和審定業(yè)務(wù)的規(guī)范化管理[7-9]。在工業(yè)方的航空產(chǎn)品研制過程中,中國商飛圍繞國產(chǎn)大飛機(jī)的適航取證編制推行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,持續(xù)提升數(shù)據(jù)質(zhì)量,同時基于航空器適航性全生命周期內(nèi)各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)和審查活動的分布特點(diǎn),提出適航數(shù)據(jù)集成及信息化管理的必要性,并給出系統(tǒng)建設(shè)架構(gòu)的參考[10]。由于國內(nèi)航空發(fā)動機(jī)的取證經(jīng)驗(yàn)較少,適航管理相關(guān)研究目前處于起步階段,基于適航業(yè)務(wù)場景,近年來初步提出適航信息化建設(shè)方案的構(gòu)想[11]。隨著航空發(fā)動機(jī)研制的逐步深入,如何規(guī)范化管理適航數(shù)據(jù),如何順應(yīng)時代發(fā)展利用數(shù)字化方式提高適航取證效率等需求愈加迫切,需在已有基礎(chǔ)上開展進(jìn)一步研究,從而提高適航管理能力。

通過實(shí)踐探索可知,適航要求的落實(shí)與產(chǎn)品的研發(fā)過程體系密不可分,因此對適航數(shù)據(jù)的管理可結(jié)合參考產(chǎn)品工程數(shù)據(jù)的管理方法。通過近些年的實(shí)踐積累,發(fā)現(xiàn)容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)范圍不統(tǒng)一、管理標(biāo)準(zhǔn)不一致、多頭管理、數(shù)據(jù)質(zhì)量差、生命周期管理不完整等問題[12-13]。本文借鑒工程數(shù)據(jù)的管理思路,采用數(shù)據(jù)管理的方法和工具,形成適航數(shù)據(jù)的管理流程和標(biāo)準(zhǔn),保證數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性和規(guī)范性。

2 研究思路

結(jié)合數(shù)據(jù)管理方法[14-16],制定適航數(shù)據(jù)管理思路如圖1所示。適航工程師基于業(yè)務(wù)領(lǐng)域范圍形成數(shù)據(jù)資產(chǎn)清單,從而統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理范圍,明確完整的業(yè)務(wù)管理對象;對每一項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行業(yè)務(wù)定義,并制定統(tǒng)一的、可行的管理要求;在日常業(yè)務(wù)過程中對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時管控,及時發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行整改,保障數(shù)據(jù)的長效管理準(zhǔn)確性;開發(fā)數(shù)據(jù)管理應(yīng)用工具,為數(shù)據(jù)的集成規(guī)范化管理提供平臺,將管理要求和目標(biāo)進(jìn)行落實(shí),為業(yè)務(wù)工作的有序開展提供支撐。

圖1 適航數(shù)據(jù)管理思路

在上述管理過程中,通常采用主題域模型對數(shù)據(jù)資產(chǎn)進(jìn)行梳理,包含數(shù)據(jù)主題域(L1～L3)、數(shù)據(jù)實(shí)體(L4)、數(shù)據(jù)項(xiàng)(L5)等信息,如圖2所示?；跀?shù)據(jù)清單確定管理要求時,對于數(shù)據(jù)資產(chǎn)中具有共享性和穩(wěn)定性的核心對象,進(jìn)行主數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一和規(guī)范定義;對于描述數(shù)據(jù)本身、數(shù)據(jù)概念及數(shù)據(jù)管理信息的元數(shù)據(jù),以數(shù)據(jù)資產(chǎn)為基線,對所有的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行規(guī)范,形成確定的管理要求。數(shù)據(jù)過程管控中,通過開展數(shù)據(jù)質(zhì)量問題收集、質(zhì)量剖析及制定數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和改進(jìn)措施,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量的有效管理?；跀?shù)據(jù)管理規(guī)則和業(yè)務(wù)流程進(jìn)行信息化應(yīng)用的開發(fā),提供數(shù)據(jù)清單的集成管理平臺,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)過程的規(guī)范統(tǒng)一管理。

圖2 基于主題域模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

3 應(yīng)用實(shí)踐

3.1 適航數(shù)據(jù)資產(chǎn)清單

基于上文的數(shù)據(jù)管理研究思路,針對某型號民用航空發(fā)動機(jī)開展適航的數(shù)據(jù)管理應(yīng)用。首先對航空發(fā)動機(jī)適航的數(shù)據(jù)資產(chǎn)進(jìn)行明確,適航數(shù)據(jù)資產(chǎn)的確定主要依據(jù)AP-21-11程序的要求,該程序規(guī)定了型號合格審定過程包括項(xiàng)目受理和啟動、要求確定、符合性計(jì)劃制定、符合性確認(rèn)和頒證等階段,明確了各階段活動中的審查要求,申請人需嚴(yán)格遵循,配合局方表明產(chǎn)品的符合性。通過研究AP-21-11程序的取證要求,確定符合性表明活動產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。結(jié)合主題域模型與型號的日常適航工作開展,總結(jié)形成數(shù)據(jù)資產(chǎn)清單如表1所示。該數(shù)據(jù)資產(chǎn)清單將型號合格審定過程中產(chǎn)生的適航數(shù)據(jù)分為設(shè)計(jì)保證、符合性核查、符合性驗(yàn)證規(guī)劃、符合性驗(yàn)證和制造檢查五個三級主題,覆蓋了取證過程中申請人在各階段的業(yè)務(wù)活動,邏輯數(shù)據(jù)實(shí)體為型號工作中各類適航數(shù)據(jù)的載體,申請人通過向局方提交這些文件資料,表明發(fā)動機(jī)產(chǎn)品的適航符合性。數(shù)據(jù)項(xiàng)規(guī)定對應(yīng)數(shù)據(jù)實(shí)體中必須包含的基本屬性,通過這些基本屬性,標(biāo)注每一項(xiàng)數(shù)據(jù)實(shí)體中的關(guān)鍵要素并實(shí)現(xiàn)同一種數(shù)據(jù)實(shí)體下“身份”的區(qū)分。同時,本文所形成的適航數(shù)據(jù)資產(chǎn)清單能夠滿足適航管理體系中設(shè)計(jì)保證系統(tǒng)的要求,可適用于不同的發(fā)動機(jī)型號,為通用數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)的制定奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

表1 適航域數(shù)據(jù)資產(chǎn)清單

3.2 適航數(shù)據(jù)管理要求

基于上文梳理出的數(shù)據(jù)清單,進(jìn)行主數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)類別的劃分,結(jié)合型號應(yīng)用實(shí)踐建立各類數(shù)據(jù)的管理模型,從而確定每一項(xiàng)適航數(shù)據(jù)的管理要求。

主數(shù)據(jù)是用于描述組織生產(chǎn)經(jīng)營管理的核心對象,所有業(yè)務(wù)活動都圍繞主數(shù)據(jù)開展。根據(jù)主數(shù)據(jù)的定義,判斷清單中的“審定計(jì)劃”具備主數(shù)據(jù)的共用性和穩(wěn)定性的特征,會不斷地被引用,因此被確定為適航領(lǐng)域的主數(shù)據(jù)。

為保障主數(shù)據(jù)在流通過程中的規(guī)范性,在型號適航中進(jìn)行統(tǒng)一管理,建立審定計(jì)劃的主數(shù)據(jù)管理模型如表2所示。該模型的字段根據(jù)某型航空發(fā)動機(jī)在適航取證過程中,面向所有申請人,在各單位各型號的適航管理中保持一致。該模型給出審定計(jì)劃的數(shù)據(jù)實(shí)體需包含的所有信息,對其中每一字段的屬性提出明確要求,并進(jìn)行詳細(xì)的備注說明。該模型可有效支撐審定計(jì)劃主數(shù)據(jù)在不同角色下的規(guī)范使用,各單位可建立適航主數(shù)據(jù)的管理標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容可根據(jù)自身流程體系架構(gòu)而定,其中需注意標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)說明主數(shù)據(jù)的管理權(quán)責(zé),如數(shù)據(jù)的創(chuàng)建方和管理方,數(shù)據(jù)的審批級次、審批流程、審批的規(guī)范要求等內(nèi)容。

表2 適航審定計(jì)劃主數(shù)據(jù)管理模型

元數(shù)據(jù)用于描述數(shù)據(jù)本身(如數(shù)據(jù)元素)、數(shù)據(jù)表示的概念(如數(shù)據(jù)類)和數(shù)據(jù)的管理信息(如數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)人)。適航領(lǐng)域除了“審定計(jì)劃”具備主數(shù)據(jù)特征,清單中其他數(shù)據(jù)均可按元數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。以上文確定的適航數(shù)據(jù)資產(chǎn)清單為基線,數(shù)據(jù)項(xiàng)作為最小顆粒度,構(gòu)建元數(shù)據(jù)管理模型。表3以適航三級主題域(L3)“制造檢查”中的數(shù)據(jù)實(shí)體(L4)“推薦選項(xiàng)清單”給出了模型示例,對適航領(lǐng)域中的其他所有元數(shù)據(jù)均可按照此形式進(jìn)行建模管理。模型中包含數(shù)據(jù)管理的關(guān)鍵要素,其中數(shù)據(jù)onwer指數(shù)據(jù)的產(chǎn)生方,數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)員即數(shù)據(jù)的責(zé)任人員,數(shù)據(jù)使用方是指下游使用數(shù)據(jù)的角色,系統(tǒng)源頭為數(shù)據(jù)初次創(chuàng)建的系統(tǒng),業(yè)務(wù)管理程序是指數(shù)據(jù)在該單位管理要求的載體。各單位可根據(jù)自身運(yùn)營管理現(xiàn)狀將元數(shù)據(jù)模型的管理標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步具象化,明確數(shù)據(jù)管理的具體流程和人員,為過程管理中質(zhì)量管控和應(yīng)用工具的建設(shè)提供支撐。

表3 適航制造符合性檢查元數(shù)據(jù)管理模型

3.3 適航數(shù)據(jù)過程管控

數(shù)據(jù)的過程管控主要通過控制數(shù)據(jù)質(zhì)量,以保障數(shù)據(jù)在業(yè)務(wù)活動過程中的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。數(shù)據(jù)的質(zhì)量管理通常包括數(shù)據(jù)質(zhì)量問題收集、原因分析、改進(jìn)措施制定、形成質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等。問題收集過程中應(yīng)遵循明確性、普遍性和嚴(yán)重性的原則,數(shù)據(jù)質(zhì)量問題剖析從業(yè)務(wù)需求的角度出發(fā),按照數(shù)據(jù)維度進(jìn)行質(zhì)量問題剖析,針對剖析出的具體原因,制定相應(yīng)的整改措施,在形成的數(shù)據(jù)質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)中加以落實(shí)。

在適航應(yīng)用實(shí)踐過程中,某型號在開展審定計(jì)劃的數(shù)據(jù)質(zhì)量問題收集中發(fā)現(xiàn),模型諸多字段中各級編號極易出現(xiàn)錯誤、部分?jǐn)?shù)據(jù)項(xiàng)出現(xiàn)缺失。進(jìn)行問題分析,發(fā)現(xiàn)上述問題與數(shù)據(jù)的錄入方式以及數(shù)據(jù)的來源相關(guān)。整改過程中從業(yè)務(wù)邏輯入手,針對審定計(jì)劃數(shù)據(jù)模型中的字段,在線上系統(tǒng)設(shè)定為必填,并對數(shù)據(jù)長度做出明確限制要求,同時這些要求應(yīng)在質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)中得以體現(xiàn)。對于出現(xiàn)的數(shù)據(jù)項(xiàng)丟失問題,由業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人聯(lián)系上游,排查原因,建立線上或線下的長效檢查機(jī)制。從上述適航的業(yè)務(wù)實(shí)踐中可知,優(yōu)先從系統(tǒng)或者軟件的層面制定改進(jìn)措施,避免人為干預(yù);對于無法避免人工干預(yù)的,建立數(shù)據(jù)的創(chuàng)建和審核機(jī)制;同時增強(qiáng)對業(yè)務(wù)人員的培訓(xùn),使其對常見的數(shù)據(jù)質(zhì)量問題做到心中有數(shù)。

3.4 適航數(shù)據(jù)管理應(yīng)用工具建設(shè)

信息化工具在數(shù)據(jù)管理中發(fā)揮著重要作用,在某型號的適航管理活動中基于數(shù)據(jù)清單和管理模型研究成果,結(jié)合業(yè)務(wù)需求開展適航信息化應(yīng)用工具的建設(shè),圖3為適航管理應(yīng)用平臺的信息技術(shù)架構(gòu)。該架構(gòu)綜合考慮數(shù)據(jù)管理要求及取證業(yè)務(wù)多方協(xié)同要求,明確數(shù)據(jù)層中的適航要素,為型號合格取證過程中所有流程和數(shù)據(jù)提供集中統(tǒng)一的平臺,可推動取證活動規(guī)范、高效的開展。主要包括以下方面:

圖3 適航數(shù)據(jù)管理應(yīng)用工具信息架構(gòu)

1)該架構(gòu)承接適航數(shù)據(jù)研究的相關(guān)成果,基于主題域模型的適航數(shù)據(jù)資產(chǎn),在應(yīng)用層劃分不同業(yè)務(wù)管理模塊,將各模塊適航業(yè)務(wù)管理流程通過信息化方式進(jìn)行固化,對流程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)實(shí)行專項(xiàng)管理。同時每一模塊均提供數(shù)據(jù)分析報(bào)表功能,支持?jǐn)?shù)據(jù)的多維度呈現(xiàn)。

2)在型號適航活動具體操作層面,適航數(shù)據(jù)的傳輸涉及多方協(xié)同,型號取證階段主要涉及申請人、局方和供應(yīng)商。通過數(shù)據(jù)的管理明確傳輸要求,應(yīng)用過程中可為涉及的關(guān)鍵角色門戶配置不同權(quán)限,同時可提供桌面端和移動端的多方使用渠道。

3)適航領(lǐng)域主數(shù)據(jù)較少,元數(shù)據(jù)主要源自其他系統(tǒng),因此在數(shù)據(jù)層明確適航平臺與其他管理平臺的聯(lián)系,在本平臺實(shí)現(xiàn)所有適航數(shù)據(jù)的集成,數(shù)據(jù)及其變更狀態(tài)與其源頭保持一致,確保數(shù)據(jù)源的唯一性。

4 結(jié)論

本文將數(shù)據(jù)管理理念與航空發(fā)動機(jī)適航管理要求相結(jié)合,提出適航領(lǐng)域中對適航數(shù)據(jù)的管理過程。主要包括以下方面:

1)遵循適航規(guī)章AP-21-11程序的要求,將取證各階段的適航數(shù)據(jù),通過主題域模型形成完整的適航數(shù)據(jù)資產(chǎn)清單,保障清單中適航數(shù)據(jù)的完整性。

2)在數(shù)據(jù)清單中識別出審定計(jì)劃具備主數(shù)據(jù)的特征,建立主數(shù)據(jù)管理模型,并以適航業(yè)務(wù)活動制造檢查中的“推薦選項(xiàng)清單”為例,總結(jié)元數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)的通用要求。

3)對取證過程中的適航數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行管控,基于數(shù)據(jù)模型開展問題收集及原因分析,從系統(tǒng)層面制定改進(jìn)措施,避免人員行為產(chǎn)生類似問題,提高后續(xù)取證過程中數(shù)據(jù)的規(guī)范性和準(zhǔn)確性。

4)通過數(shù)據(jù)清單的梳理及管理要求的確立,在某型號上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理應(yīng)用工具的開發(fā),實(shí)現(xiàn)對取證過程業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和流程的支撐,為航空器各型號適航管理應(yīng)用工具的開發(fā)提供信息架構(gòu)的參考。

本文通過將數(shù)據(jù)管理的要求和方法與適航取證管理相結(jié)合,驗(yàn)證了數(shù)據(jù)治理在航空制造領(lǐng)域應(yīng)用的可行性,也體現(xiàn)了運(yùn)用數(shù)據(jù)思維開展適航業(yè)務(wù)活動管理的高度契合,既能保障適航取證過程中各項(xiàng)流程和數(shù)據(jù)的規(guī)范化管理,又能通過數(shù)字化手段促進(jìn)申請人的適航能力提升,從而推動航空發(fā)動機(jī)研發(fā)生產(chǎn)運(yùn)行全生命周期的規(guī)范化管理。