基于需求的民機研制適航管理研究

譚雪花

基于需求的民機研制適航管理研究

譚雪花

譚雪花

中航通飛研究院有限公司適航研究室

根據民機研制特點，結合系統工程需求管理方法，討論民機研制過程中適航管理過程和內容，并提出開發基于需求的適航管理工具。

民用飛機研制是一項龐大的系統工程，飛機項目從總體方案論證、預發展、詳細設計、全面試制、試飛驗證到交付用戶運營，適航取證工作貫穿于整個型號研制周期，因此適航管理也需遵循一些系統工程方法。隨著民機研制單位需求管理能力的不斷提升，適航管理需要采取合理的流程、科學的方法，建立與整個型號研制需求管理相一致的適航管理平臺。

概述

適航管理

根據飛機的預期用途和設計特點，確定型號研制適航取證工作目標，民用飛機必須符合申請之日有效適用的適航規章和環境保護要求。在飛機設計過程中，適航審定要求是適航規章可能要求的附加功能、功能特性及執行過程，或者可能要求表明對規章的符合性，以及申請人在表明符合性過程中應遵循的程序。在飛機交付用戶使用之前，適航管理是對飛機設計、制造滿足適航審定要求的控制，民機適航取證流程如圖1。

圖1 適航取證流程

隨著民用飛機研制和型號合格審定水平不斷提高，大部分民機研制單位面臨適航取證項目多、任務重、經驗少，但適航信息化建設相對滯后的問題。為了飛行安全，局方和申請人在適航審定過程中全面合作；雙方使用PSCP、CP對符合性驗證和審查活動進行全面規劃，局方更加注重過程控制，關注申請人在研制過程中的構型管理、需求管理；局方注重對機構的授權，關注申請人的設計保證體系；局方全面加強對復雜系統、復合材料、軟件、安全性評估的審定。部分企業正在逐步建立適航管理信息化平臺以滿足適航取證目標，但與國外大型飛機制造企業相比，其適航管理水平仍相差甚遠。

需求管理

需求管理是一種重要的系統工程方法，采用需求管理流程可以確保需求自上而下逐層分解，每一層的需求滿足上層次的需求并得到確認，每一層設計解決方案滿足需求并得到驗證，每一層交付的產品滿足該層的需求并驗證，最后的交付產品滿足用戶需求，確保從客戶需求、飛機頂層、系統、子系統直至軟硬件，每個層次被逐步實現。需求是研制計劃制定、設計過程、設計更改控制、適航驗證、風險管理等的基礎。V系統模型需求管理如圖2。

圖2 V系統模型需求管理

在國外，需求管理方法已在復雜產品研制過程中大量應用，以縮短研制周期、減少研制成本、降低研制風險，需求管理軟件工具有Doors、Reqtify、Requisitepro等。在國內，尤其是在航空領域，對需求管理方法及工具的研究和應用仍相對滯后。

基于需求的適航管理過程

適航工程是一項綜合性的系統工程，不僅貫穿于整個型號研制過程，同時還涉及民用飛機投入使用和維修直至退役。在初始適航階段，該些活動是為了保證民用飛機的設計和制造滿足適航部門制定的最低安全標準，表明并證實對適航標準和規范的符合性，同時向適航部門演示這種符合性，最終取得型號合格證或型號設計批準書。從飛機設計制造單位角度出發，在新型號研制過程中開展民用飛機型號適航取證管理，主要活動包括：型號合格證申請；符合性要求確認；符合性驗證；制造符合性檢查；工程模擬器、工程試驗及試飛；設計保證體系建設；與局方的審定協調。

需求工程為民用飛機研制提供了一種系統工程方法，能夠使飛機設計制造商識別和定義產品需求，保證研制要求與用戶需求保持一致。同時，該過程保證需求能夠被驗證，在構型管理控制之下保持設計更改的一致性。需求工程過程包括：需求捕獲，需求分析，需求確認，需求驗證，需求更改，需求跟蹤。

圖3 基于需求的適航管理

飛機設計按照不同階段和層級開展，一般分為可行性論證階段、預發展階段（概念設計、初步設計）、工程發展階段（詳細設計、全面試制、試飛）和產業化階段，這些階段由于引入“并行工程”方法往往發生重疊。在不同階段，頂層需求分解并轉化為系統功能/性能要求、系統構架、組件功能/性能要求、軟/硬件要求和架構。

基于以需求為導向的系統工程民機研制模式，適航管理與設計制造商的設計活動、里程碑節點、機構設置、供應商管理等密切相關。適航管理過程更注重審定需求的捕獲，審定需求在設計過程中的貫徹落實，識別申請人需向審定部門表明符合性的那些需求，建立與局方有效溝通協調機制，注重體系自身建設并持續滿足適航規章和相應程序。

審定需求捕獲

飛機研制需求可劃分為不同層級：飛機級、系統級、子系統及軟硬件設備，在每一個層級需考慮安全性需求、功能需求（用戶需求、運行要求、性能要求、物理和安裝要求、維修性要求及接口需求）、合格審定需求及衍生需求。其中，合格審定需求為適航規章可能要求附加功能，功能特性或執行過程，或者可能要求表明對規章的符合性。衍生需求是在開發過程中由設計需要產生的，不能直接追溯到更高層要求的需求。

適航性設計

安全性引導研制的概念將審定符合性的重點從通常消除差錯的工作項目上（僅僅某些錯誤是有關安全性的）轉變為集中在有關潛在的系統安全性錯誤的工作項目上。該理念使用安全性設計、認可和驗證過程，其中包括需求分析和分配，要求在設計開始之前考慮適航標準、運行要求和維修要求。在SAE ARP4754中給出基于安全性考慮的系統過程研制模型，該過程采用了需求管理過程方法。

審定需求確認和驗證

審定需求為設計過程中必須滿足的安全性要求，對審定需求的確認和驗證實際上是在產品生命周期中對設計的確認和驗證。

在航空器型號合格審定程序AP-21-AA-2011-03-R4中規定，為了獲得所需的證據資料以表明適航條款的符合性，申請人需要采用的符合性驗證方法包括：符合性聲明、說明性文件、分析/計算、安全評估、試驗室試驗、地面試驗、飛行試驗、航空器檢查、模擬器試驗、設備合格性。

從產品整個生命周期考慮，審定需求確認和驗證是對審定基礎、審定運行和維修要求的確認和驗證。申請人首先對產品設計是否滿足最低安全性要求進行評估，考慮規章條款的適用性，必要時制定專用條件、等效安全或提出豁免，評估驗證風險和難度并提前制定措施，最終與局方達成一致意見并開展驗證活動。

審定過程協調

在大多數情況下，為了使飛機適航取證工作順利開展和型號合格審定效率按標準化程序得到提高，申請人和局方之間通過共同制定和實施一系列審定計劃（PSCP、CP）來開展符合性工作。制訂計劃、建立申請人和局方之間的聯絡機制并對表明飛機及其系統符合性要求的方法達成一致是至關重要的。審定過程協調內容主要包括：審定基礎，符合性方法、型號合格審定資料、審定計劃，及符合性驗證活動開展等。

支持過程

適航管理是型號研制管理的重要組成部分，支持過程主要涉及構型管理、供應商管理。

構型管理活動包括構型標識、構型控制、構型審核、構型記實。在型號取證過程中制定構型管理計劃為各項活動提供了工具或方法，構型管理能夠保證適航取證構型與適航驗證構型的一致性，使審定過程中的數據和記錄具有可追溯性。

目前，由于主制造商采用“主設計單位-供應商”研制模式，供應商承擔機體結構制造、系統/設備設計和制造、工程驗證試驗、飛行試驗等任務，供應商是主設計單位設計職能、制造職能、適航職能的延伸。供應商適航管理包括設計保證要求、制造要求在供應商處的即時傳遞，對供應商所提供產品的適航要求分配和管理以及建立與申請人適航工作接口。

需求管理工具

基于需求的民機適航管理需建立一個管理工具，以提高適航取證效率、保證適航工作順利開展。該工具是整個民機研制需求管理中必不可少的一部分，保證審定需求在設計中的貫徹落實，識別符合性驗證需求，保持需求確認和驗證過程中一致性、協調性和完整性，在不同研制階段追蹤和更新需求狀態，處理需求變化并建立追蹤關系。

對需求管理工具功能模塊開發可以借鑒國外經驗，該管理工具能幫助整個型號研制實現以下需求管理功能：支持審定需求的捕獲、分類和標識，及與產品各層級需求的關聯；保持和調整審定需求狀態、確認狀態、驗證狀態、關閉狀態等；支持高層次的審定需求分配至更低級別；使需求、設計實現和驗證之間實現可追蹤。

結語

民機需求管理對于民機設計制造商來說是個新的課題。為了推進信息化工程，民機設計制造商需要開發適應型號研制模式和滿足適航工作目標的需求管理工具。本文從民機研制需求管理角度考慮，對適航管理的過程、內容及方法進行說明，從而為開發基于需求的適航管理工具奠定基礎。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.02.015