基于ARP 4754A的民用飛機研制過程符合性應用實施研究

宮綦 張東輝

摘要：基于ARP 4754A對于民用飛機研制過程的要求，結合我國目前民用飛機研制工作現狀，針對研制規劃、安全性、需求工程、構型管理、過程保證、審定過程的符合性要求以及滿足符合性要求的應用實施進行分析和研究，提出了在民用飛機研制過程中對于ARP 4754A標準的實施和部署建議，以確保所有的研制過程和工具集與整個適航程序和審定要求相適應。

關鍵詞：民用飛機；ARP 4754A；研制過程；符合性應用

中圖分類號：V37文獻標識碼：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2021.11.007

ARP 4754A標準（簡稱ARP 4754A）是在考慮整個飛機的運行環境和功能的情況下，闡述了民用飛機與系統的研制過程要求，涵蓋了對設計要求的確認和對設計實現的驗證，提供了證明適航符合性的最佳實踐方法，目前已被各國適航當局和航空工業部門視為能夠同時滿足適航規章21部和適航性標準25部中第25.1309條款最有效的系統性流程和符合性方法，已經成為國內外局方在審定民用飛機與系統時推薦和認可的技術標準文件。

因此，本文主要在基于先期對ARP 4754A的民用飛機研制過程符合性研究的基礎上，對ARP 4754A標準的研制規劃和完整性過程在國內民機研制過程的應用以及符合性實施過程開展研究，提出ARP 4754A在民機研制過程中的過程目標和實施建議等，旨在為國內民機研制過程的符合性提供指導。

1 ARP 4754A概述

ARP4754為開發民用飛機和系統的過程提供了更新和擴大的指導方針，并考慮了飛機的運行環境和功能[1]。ARP 4754A提供了符合審定要求的全球通用性方法，其主要內涵是：確認需求是正確的和完整的；將需求分配給硬件和軟件。

ARP 4754A解決飛機和實現飛機功能系統研制生命周期中的問題。詳細的軟件開發過程可以參閱RTCA DO-178B“在機載系統和設備審定中的軟件要素”；詳細的硬件開發過程參閱RTCA DO-254/EUROCAE ED-80“機載電子硬件設計保證指南”；安全性評估過程參閱ARP 4761“在民用機載系統和設備上進行安全評估過程的指導方針和方法”。另外，電子設備研制過程主要依據DO-297/ ED-124“集成模塊化航空電子學的指導方針”和DO-160C“針對機載設備的環境條件和測試程序”。

2研制過程符合性實施

2.1研制規劃

2.1.1規劃流程

研制規劃流程的目標是：（1）定義開發生命周期的開發過程和集成過程的活動，以滿足飛機/系統需求、功能開發保證級（FDAL）和項目開發保證級（IDAL）的要求；（2）定義開發生命周期，包括流程之間的關系、順序、反饋機制和轉換標準；（3）選擇生命周期環境，包括用于每個生命周期過程活動的方法和工具；（4）定義與飛機/系統安全目標一致的研制標準；（5）制定符合每個集成過程目標的計劃。

事實上，不同規劃要素開發的不是并行發生的，確保其之間的一致性是非常重要的，它們共同構成了整個研制生命周期的完整計劃。

圖1展示了主要的研制規劃要素及其分類，包括：（1）安全性評估與研制保證等級規劃要素：與飛機或系統開發有關的安全活動的內容；（2）需求捕獲規劃要素：識別并描述需求是如何被捕獲和管理的；（3）需求驗證規劃要素：描述了需求和假設如何被證明是完整和正確的；（4）實施驗證規劃要素：定義了在表明實現滿足需求時要應用的流程和標準；（5）構型管理規劃要素：描述了關鍵的開發相關構型項以及它們將如何被管理；（6）過程保證規劃要素：描述了確保在系統開發過程中應用的實踐和程序的方法；（7）取證規劃要素：描述了用于獲得審定的過程和方法。

2.1.2轉段標準

規劃的一個關鍵組成部分是建立生命周期過程檢查點和審查，這與項目階段和節點相一致。該計劃應該明確定義成熟度期望，以提供關于設計、實現和審定的主要元素的進度和集成狀態的可見性。這可以通過明確識別技術、流程入口和退出標準來實現。當從一個開發階段過渡到另一個階段時，問題應該被跟蹤和管理。

2.1.3偏離計劃

在研制過程中，原定計劃可能出現偏離。因此，在規劃階段，確定一個過程來處理計劃偏離的偏差是非常重要工作。

2.2安全性

2.2.1安全性評估

安全性評估過程被用來證明民用飛機與系統是符合審定要求并符合制造商內部安全標準的。這個過程包括在飛機/系統研制過程中進行和更新的具體評估，以及與其他系統研制過程的交互。初步安全性評估流程包括以下內容。

（1）功能危害評估（FHA）。檢查飛機和系統的功能，以識別和分類與系統相關的故障模式。飛機和系統級的功能危害評估結果是產生安全性需求的出發點。功能危害評估是貫穿整個研制生命周期的活動。

（2）初步的飛機安全評估/初步系統安全評估（PASA/ PSSA）。PASA/PSSA是對擬采用系統架構的系統性檢查，以檢查故障如何導致功能危害評估識別的功能性危險，以及如何滿足安全要求。

（3）飛機安全評估/系統安全評估（ASA/SSA）。通過收集數據，分析和證明飛機和系統的安全性水平，能夠滿足PASA和PSSA形成的安全性需求。

（4）共因分析（CCA）。對系統、部件之間的物理和功能分離、隔離，以及對獨立性需求進行分析，并驗證這些需求已經得到滿足。

安全性評估流程對于確定飛機和系統的安全性目標至關重要，并且還能夠確定飛機/系統的設計是否滿足這些目標。

2.2.2研制保證等級（DAL）分配

研制保證等級（DAL）是規定采取措施的方法，以避免在機載產品功能開發、系統研制時出現錯誤。研制保證等級是在安全性評估過程中確定的。與產品研制相適應的質量管理過程取決于分配到產品的DAL等級。與DAL等級相關的質量程序文件主要包括：DO 178B/ED 78B用于軟件設計；DO 254/ED 80用于電子硬件設計；飛機制造商/設備供應商提供的用于飛機和系統功能研制的內部文件。

2.3需求工程

2.3.1需求捕獲

飛機研制生命周期的頂層過程包括飛機功能的識別和與這些功能相關的需求。飛機功能是建立系統架構的基礎。飛機研制體系結構的選擇對實現該體系結構提出了新的需求。在需求識別和分配流程的每個階段，都會產生額外的需求或衍生需求。此外，在實現過程中或任何設計活動中遇到的每個選擇或問題都會引入新的需求或者修改現有的需求，如圖2所示。

如果需求發生變更，則需按照一個特定的管理流程對需求變更進行管理。這一管理流程應該適用所有需求的變更。需求變更管理流程的主要活動如圖3所示，具體為：（1）問題分析：討論需求問題并提出變更；（2）變更分析和成本估算：評估變更對其他需求的影響；（3）更改實現：修改需求文檔和其他文檔，以反映變更。

2.3.2需求類型

在飛機研制生命周期中捕獲的不同類型需求。

（1）安全性需求。安全評估過程中確定（如FHA、PSSA等）的安全性設計需求，通過識別和分析相關的功能失效模式來確定，包括所有功能相關的失效模式和相關的飛機影響，即使危險等級是“沒有安全影響”。

（2）功能需求。功能需求是在指定條件下獲得系統期望性能的必要條件，包括客戶需求、操作需求、性能需求、物理和安裝需求、可維護性需求以及接口需求等。

（3）額外的審定需求。它包括對適航規定符合性表明的附加功能產生的需求等，這些需求應與對應的審定機構達成一致。

（4）派生需求。在研制過程的每個階段，引入的新設計或體系架構的選擇都會成為研制過程下一個階段的新需求，并被稱為派生需求。

（5）用于服役使用的維護需求。確保在飛機的生命期內通過適當的維護需求來維持審定的安全水平等級。維護需求主要明確應該執行哪些任務，何時應該執行，目的是在設計的基礎上保持資產的可靠性。維護需求應被歸檔并記錄。所有對維護需求的變更都應進行批準。

2.3.3需求確認

ARP 4754A中規定“對需求的確認是確保指定需求足夠正確和完整的過程，從而使產品能夠滿足客戶、用戶、供應商、維護人員和審定機構以及飛機、系統和項目開發人員的需求”。需求語句的正確性意味著在其需求屬性中沒有歧義或錯誤。正確性檢查對需求確認的內容包括：明確的；符合上一級需求；可實現的、可驗證的；與安全分析相一致；從分析中得出、糾正并提供支持。

需求語句的完整性意味著一組需求沒有刪除任何屬性。完整性檢查對需求的確認內容包括：所有預期的功能和接口均被覆蓋；所有高層級需求及使用規范均已涵蓋；所有標準規格書的要求均已涵蓋；所有系統架構被定義，所有的需求分配給硬件或軟件；所有的假設都被確定；所有安全需求均已處理（FHA、PSSA）；所有的環境限制被規定；所有被禁止的行為特征都明確規定；所有的可測試性要求都得到解決。

需求的確認方法主要包括：（1）追溯：可追溯性；（2）分析：采用不同的分析方法和技術來確定需求的可接受性；（3）仿真：功能行為的動態表現；（4）建模：數據之間關系的靜態表示；（5）原型：原型設計；（6）測試：物理測試；（7）相似性和經驗：與審定系統的需求進行比較；（8）工程判斷；（9）評審，如圖4所示，一般包括：概念設計評審（CoDR）；系統需求評審（SRR）；初步設計評審（PDR）；關鍵設計評審（CDR）。

ARP 4754A提出了這些方法，但并沒有說明如何應用。因此，在實際工程應用中需要對這些方法進行研究，以了解如何將這些方法有效地應用于高等級安全性需求的確認過程中。

2.3.4需求驗證

需求驗證的目的是確定每個級別設計實現滿足其指定的需求。需求驗證過程則是確保系統實現滿足驗證的需求。

需求驗證方法主要有：（1）檢查或審查：目視檢查；（2）分析；（3）測試；（4）相似性和服務經驗；（5）評審，一般包括：測試準備評審（TRR）；首飛評審（FFR）；系統審定評審（SCR），如圖5所示。

2.4構型管理

2.4.1構型管理目標

構型管理（CM）目標包括：（1）確立構型管理計劃；（2）控制符合系統要求構型的技術、構成系統的部件，以及適用的審定數據、測試設施、系統開發計劃以及審查報告等；（3）控制對系統構型或審定數據的更改；（4）建立系統/設備及文件的識別規則；（5）保證在整個產品生命周期內，對系統和設備數據進行存檔和恢復；（6）系統的演示或組件符合其要求。

構型管理過程（CMP）將在系統構型管理計劃（SCMP）中定義。根據SCMP覆蓋的項目階段，深度和細節的級別可能會有所不同。SCMP可能在整個系統生命周期中逐步迭代更新。

2.4.2構型管理活動

ARP 4754A定義的構型管理過程主要包括：構型管理計劃；構型標識；基線編制、變更控制及問題報告；變更控制和問題報告；存檔和檢索活動。

（1）構型管理計劃（CMP）。構型管理計劃建立了用于在整個系統開發生命周期中實現構型管理過程目標的方法。構型管理可以定義為對產品的硬件、軟件和/或文檔進行的更改的控制。該計劃應該包括對構型管理環境的描述，包括過程、工具、方法、標準、組織響應能力和接口等。

（2）構型識別。構型識別活動的目標是對每個構型項進行明確的標記，以便為控制和引用建立一個基礎。識別規則應該在系統構型管理計劃中定義。構型項的集合應該作為歸檔和檢索活動的一部分記錄下來。

（3）構型基線建立。基線在時間點上確定了系統的約定定義，并提供了一個已知的可供更改的構型。基線是對后續更改控制的出發點。基線應在整個系統生命周期中建立，允許創建和維護構型項的控制和可跟蹤性。

（4）更改控制（CC）和問題報告（PR）。變更控制和問題報告的目標是記錄在評審、測試或服務及其評審過程中發現的變更或問題。

在處理變更控制時，應符合以下要求：變更和問題的解決應該被記錄下來；任何對系統/項目的變更都應該通過更改其構型來適當地識別；變更控制應該保護系統/項目的完整性，以防止未經授權的更改。

（5）歸檔和檢索活動。歸檔和檢索活動的目標是確保可以檢索構型項，構型項數據保留程序滿足適航性要求。

2.5過程保證

過程保證活動貫穿整個生命周期，包括產品概念、設計、生產、運行和維護階段。過程保證將檢測、記錄、評估、批準、跟蹤和解決與批準的計劃和程序的偏差。對于每個生命周期階段，過程保證確保執行計劃，以及每個階段的產品都是正確和完整的，如圖6所示。

過程保證活動的目的包括：（1）確保制訂必要的計劃，涵蓋飛機、系統和部件研制的所有方面；（2）在系統過程保證計劃中明確過程保障策略；（3）確保研制活動和過程按照計劃進行；（4）建立證據，表明所有活動和過程都遵循計劃進行。

為了提供過程保證，需建立一個過程保證計劃來描述在系統開發過程中應用的實施和程序方法，對項目計劃的評審進行規劃。評審的目的是確保系統開發與項目計劃的一致性，應提供過程保證的證據。這些一致性證據可以包括日期和批準的項目計劃、評審的摘要、過程評審的確認等。

2.6審定

審定過程的目標是證實飛機及其系統符合適用的適航規章。

2.6.1審定計劃

審定計劃能夠系統地控制和管理適航取證過程，以達到及時完成符合性證明的目的。審定計劃主要包含以下要素。

（1）審定基礎包含所有相關的適航規章，這些規章從申請適航批準的日期到預計取得型號合格證（TC）的期間內都是有效的。

（2）符合申請人期望的符合性方法（工程評估、測試、檢查、設備取證等）。符合性的方法定義了飛機、系統或部件的研制如何滿足適用的審定基礎。

（3）為項目提供時間表。在型號審定過程中，計劃和協調是至關重要的。能夠建立申請人與局方之間的有效溝通，就預期飛機及其系統、部件表明對特定的監管要求和行業標準的符合性方法達成一致。

2.6.2審定文件

審定過程中應提供審定數據，如審定計劃、設計描述、構型管理計劃等。向審定局方提交的審定數據主要包括以下幾個方面：（1）審定計劃應該同時解決系統和飛機環境的使用。可參考ARP 4754A文件中提出的審定計劃修訂的指導方針；（2）系統構型索引標識所有的構型項，這些構型項的組合形成了整個系統。此外，還包括了系統安全性不可或缺的程序和限制等。可參考ARP 4754A文檔中詳述的一個典型的系統構型索引；（3）研制計劃應該確定計劃使用的頂層流程，標記研制周期的關鍵事件，以及支持研制的組織結構和關鍵的領導職責；（4）設計描述提供，以促進局方和工業方對飛機功能以及系統、系統操作環境以及系統功能等技術內容的共同理解。

3結束語

本文旨在對基于ARP 4754A的民用飛機研制生命周期的符合性應用實踐開展研究。民用飛機研制過程應按照ARP 4754A的要求進行。本文基于ARP 4754A各個研制過程的研究，提出了在民用飛機研制過程中對于ARP 4754A標準的實施和部署建議，以確保所有的研制過程和工具集與整個適航程序和審定要求相適應，能夠符合21/25部的要求，確保進入運營服務（EIS）的飛機、系統和設備成熟度等級，確保按系統工程進行的項目研制進度與取證要求一致。

參考文獻

[1]SAE International. ARP 4754A Guidelines for development of civil aircraft and systems[S]. USA：SAE International，2010.

Research on Compliance Application Implementation of Civil Aircraft Development Process Based on ARP 4754A

Gong Qi，Zhang Donghui

AVIC China Aero-Polytechnology Establishment，Beijing 100028，China

Abstract： Based on the requirements of ARP 4754A for the civil aircraft development process， combined with the current status of civil aircraft development in China， this paper mainly analyzes and studies the compliance of development planning， safety， requirement engineering， configuration management， process assurance and certification process， and the application and implementation of these process to meet the compliance. Recommendations for the implementation and deployment of the ARP 4754A standard during the development of civil aircraft are presented. It ensures that all development processes and toolsets are consistent with the overall airworthiness procedures and certification requirements.

Key Words： civil aircraft； ARP 4754A； development process； conformance application