構建民用飛機參數(shù)量值溯源體系的探討

張學濤，邢向楠，周世鋒，李少壯

(中航工業(yè)北京長城計量測試技術研究所，北京100095)

0 引言

計量測試是民機工業(yè)重要的基礎技術之一，在保證民用飛機產(chǎn)品參數(shù)的測試數(shù)據(jù)準確和量值統(tǒng)一方面發(fā)揮著關鍵作用。民用飛機產(chǎn)品區(qū)別于一般工業(yè)產(chǎn)品最顯著特征是適航審定，適航審定特別注重對產(chǎn)品研制過程的參數(shù)量值控制，要求產(chǎn)品測量參數(shù)必須通過可靠的量值溯源渠道統(tǒng)一到國家計量基準。

大型民用飛機具有全球化采購、國際化協(xié)作的技術特點，是眾多研究機構和生產(chǎn)企業(yè)共同參與的高難度大會戰(zhàn)。為確保不同承制單位提供的零部件或系統(tǒng)產(chǎn)品參數(shù)測得到、測得準、測得可靠、量值統(tǒng)一，同時又能滿足適航符合性驗證對數(shù)據(jù)的有效性、可溯性要求，有必要以民機產(chǎn)品參數(shù)為切入點，系統(tǒng)梳理相關測試試驗設備的量值溯源渠道和方法，研究構建面向產(chǎn)品測量需求的參數(shù)量值溯源體系。

1 國內外民用飛機量值溯源工作現(xiàn)狀

1.1 國外現(xiàn)狀

當今，民用航空制造業(yè)的兩大巨頭波音、空客在各自國家政府的支持下，不僅建立了完備的研發(fā)制造技術體系，還建立了包括產(chǎn)品參數(shù)性能驗證與評價的量值溯源體系。民用飛機發(fā)展得到了完整的工業(yè)技術體系支撐。

由于各類通用/專用測試設備和綜合試驗系統(tǒng)是產(chǎn)品適航符合性驗證的關鍵技術支持，出于對企業(yè)核心利益保護的考慮，波音、空客公司始終對測試試驗手段及其量值溯源能力嚴格管控，具體細節(jié)很少對外公開。在量值溯源工作方面，目前只能從民機轉包生產(chǎn)、對外合作引進等渠道了解到一些信息。

例如，波音集中大批優(yōu)秀工程技術人員，根據(jù)飛機或產(chǎn)品設計時提出的要求，設計出符合飛機各個系統(tǒng)或產(chǎn)品性能要求的專用測試試驗設備，這些設備大多在本公司生產(chǎn)，也有一些在美國或其他國家的專門廠家生產(chǎn)，但最后的校準工作都在波音公司進行，并由專門人員統(tǒng)一校準程序，以確保量值可控。

又如，在國內企業(yè)承接波音公司的民機轉包生產(chǎn)過程中，美方始終堅持部分關鍵測試設備和計量標準需向波音計量中心量值溯源。在天津的空客總裝基地也存在類似的狀況，部分關鍵測試設備和計量標準目前還是要向法方溯源。這一切充分說明波音和空客公司已將民機研制的全過程納入到量值溯源體系中，以確保在產(chǎn)品質量控制的各個環(huán)節(jié)都獲得可靠的數(shù)據(jù)支撐。

1.2 國內現(xiàn)狀

目前，國內航空工業(yè)部門尚未系統(tǒng)研究構建民用飛機的參數(shù)量值溯源體系，但國家和民航計量檢定系統(tǒng)已經(jīng)開展的量值傳遞工作，以及軍民機型號研制和民用飛機轉包生產(chǎn)中積累的量值傳遞工作經(jīng)驗，可以為民用飛機參數(shù)量值溯源體系研究構建提供借鑒。

按照計量學的十大專業(yè)，國家已建立起包含計量基準以及一系列計量標準、工作計量器具在內的量值傳遞體系，此體系覆蓋了計量檢定的各個領域，概括了量值傳遞技術全貌，反映了當代中國科學和法制計量水平。

為適應國際民航運輸業(yè)發(fā)展的需要，民用航空管理局針對引進機型運營維護階段專用測試設備的量值溯源需求，建立了包含飛機維修、空中交通管制、機場、航空油料等在內的民用航空專用計量器具檢定規(guī)程體系，用于指導民航系統(tǒng)的量值溯源工作。

航空工業(yè)部門經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)針對部分軍機型號建立了計量師系統(tǒng)，開展了大量型號專用測試設備的計量保證技術研究，形成了產(chǎn)品相應的量值溯源能力。在國外民機轉包生產(chǎn)過程中，特別建立了英制量值傳遞系統(tǒng)和公英制轉換量值傳遞體系，積累了豐富的民機生產(chǎn)量值溯源工作經(jīng)驗。

通過分析可以看出，目前國內尚未建立起從“飛機產(chǎn)品→測試設備→校準設備 (工作計量器具)→計量標準→計量基準”的完整參數(shù)溯源鏈，大部分量值溯源工作對象仍停留在工作計量器具上，缺乏面向飛機產(chǎn)品的測量需求所開展的參數(shù)量值溯源體系研究。

2 民用飛機參數(shù)梳理劃分方案

民用飛機參數(shù)梳理劃分方案是研究構建參數(shù)量值溯源體系的基礎。考慮到飛機定義的參數(shù)種類繁多、數(shù)量龐大，為實現(xiàn)本文的有限研究目標，需要確定參數(shù)梳理的范圍與對象，便于以后參數(shù)量值溯源體系研究的任務分工。

2.1 范圍定義

本文所指的民用飛機主要為《中國民用航空規(guī)章》第25部適航標準 (CCAR－25)定義的運輸類飛機，且以大型民用支干線飛機為主要研究對象，暫不包括第23部、第27部和第29部適航標準 (CCAR－23，CCAR－27，CCAR－29)定義的正常類、實用類、特技類、通勤類和旋翼類飛機。

本文所指的參數(shù)主要為表征民機整機級、系統(tǒng)級、分系統(tǒng)級或零部件級產(chǎn)品性能測試試驗或工藝檢測中定義的需量值控制的測量參數(shù)。

2.2 構建原則

參數(shù)梳理劃分方案應遵循民用飛機研制程序和適航審定的特點，突出試驗、檢測這一條梳理參數(shù)量值溯源信息的重要渠道，具體構建原則如下:

1)對研究對象的考慮

考慮到國內重點發(fā)展的民用支線/干線飛機的現(xiàn)狀，在參數(shù)梳理劃分方案研究對象的選擇上，本文應主要瞄準代表當前技術發(fā)展方向的在研機型，緊跟型號的量值溯源需求，配套型號的計量測試保障體系建設。為此，擬參照大型民用干線飛機的系統(tǒng)設計和任務分工確定劃分方案。

2)對研究范圍的考慮

考慮到民用飛機全壽命周期的量值溯源要求，在參數(shù)梳理劃分方案研究范圍的框定上，本文應重點關注研制階段民機產(chǎn)品符合性驗證的量值溯源，突出測試、試驗這一關鍵環(huán)節(jié)。為此，擬參照民機研制程序的測試、試驗類別和項目確定劃分方案。

3)對層次單元的考慮

考慮到此次研究的獨立性及后續(xù)研究的擴展性，在參數(shù)梳理劃分方案層次單元的設置上，本文應完整涵蓋民機產(chǎn)品的類別和全壽命量值溯源過程，確定統(tǒng)一規(guī)范的表述形式。為此，擬參照大型民用飛機項目工作分解結構 (WBS)的編號形式確定層次單元，便于為日后建立數(shù)據(jù)庫查詢提供條件。

2.3 劃分方案

依據(jù)以上確定的構建原則，按照飛機產(chǎn)品分類及其研制過程對試驗、檢測的分類方式，提出民用飛機參數(shù)梳理劃分方案，如圖1所示，分為六個層次。

第一層，按照適航規(guī)章對飛機產(chǎn)品的分類方式，將民用飛機劃分為23部類飛機、25部類飛機和27/29部類飛機三個結構單元;

第二層，按照飛機產(chǎn)品全壽命周期的定義，將本文研究的25部類飛機劃分為設計、制造、試驗驗證和使用維修四個結構單元;

第三層，參照大型民用飛機項目工作任務分解(WBS)對試驗/檢測類別的定義方式，劃分為風洞試驗、制造檢測、系統(tǒng)試驗、結構試驗、飛行試驗、總體試驗和維修檢測七個結構單元，并按所屬的產(chǎn)品壽命階段歸類;

第四層，根據(jù)各個試驗/檢測類別的專業(yè)細分，劃分試驗/檢測子類，如對制造檢測的專業(yè)細分，可形成機加工藝檢測、熱表工藝檢測、裝配工藝檢測、無損檢測等子類。

圖1 民用飛機參數(shù)梳理劃分方案

第五層，進一步對第四層試驗/檢測子類進行項目細分，如對機加工藝檢測的項目細分，可形成零件檢測、工裝檢測等結構單元。

第六層，即為各個試驗/檢測項目定義的關鍵被測參數(shù)。

3 民用飛機參數(shù)量值溯源體系構建思路

考慮到被測產(chǎn)品參數(shù)的特殊性和復雜性，民機研制過程中需要應用到大量的測試試驗設備，因此梳理分析這些測試試驗設備的量值溯源性，是研究構建民用飛機參數(shù)量值溯源體系的核心內容。

鑒于測試試驗設備量大面廣，覆蓋民機研制過程諸多專業(yè)領域，本文擬依托民機產(chǎn)品設計、生產(chǎn)、試驗等單位，按照參數(shù)梳理劃分方案確定的研究對象，開展參數(shù)量值溯源信息采集與分析工作。為保證民用飛機參數(shù)量值溯源體系研究構建的形式統(tǒng)一、內容完整，提出的總體思路如下:

3.1 確定研究對象及參數(shù)體系

依托相關專業(yè)單位，確定參數(shù)量值溯源研究的具體對象，形成本文圖1所示的第四層至第五層結構單元名稱，并繪制研究對象的參數(shù)體系圖，如圖2所示。

圖2 民機機加工藝檢測參數(shù)體系

3.2 采集參數(shù)量值溯源信息

根據(jù)研究對象的參數(shù)體系圖，采集相關參數(shù)的測試試驗設備及其校準信息，填報參數(shù)量值溯源信息統(tǒng)計表，如表1所示。

表1 民機機加工藝檢測參數(shù)量值溯源信息統(tǒng)計

3.3 構建參數(shù)量值溯源體系

對照參數(shù)量值溯源信息表，分析評價測試試驗設備的量值溯源性，給出量值溯源對應關系，構建參數(shù)量值溯源體系圖，如圖3所示。圖3中，試驗/檢測系統(tǒng)或設備量值溯源不完善的用虛線框表示，并在虛框內說明原因。

圖3 民機機加工藝 (零件檢測)參數(shù)量值溯源體系

4 結束語

以民用飛機產(chǎn)品定義的測量參數(shù)為切入點，研究相關測試設備的量值溯源渠道和方法，進而形成參數(shù)量值溯源體系，是國內航空工業(yè)第一次針對飛機參數(shù)量值溯源開展的系統(tǒng)性研究，也是將傳統(tǒng)的計量保證工作延伸至飛機產(chǎn)品測試活動的一次重要突破。通過探討參數(shù)量值溯源體系的構建思路，可為相關部門規(guī)劃民機計量測試技術體系、制定專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略、明確技術攻關方向提供可靠的決策參考。

［1］中國民用航空局航空器適航審定司.CCAR-25-R3運輸類飛機適航標準［S］.北京:中國民用航空總局，2007.

［2］Air Transport Association.ATA2200 Specification For Manufacture’s Technical Data ［S］.2001.

［3］中國質檢出版社.國家計量檢定系統(tǒng)表框圖匯編［S］.北京:中國質檢出版社，2013.

［4］陳迎春，宋文濱，劉洪.民用飛機總體設計［M］.上海:上海交通大學出版社，2010.