航空裝備標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范研制的溯源定義方法研究

何瑞恒 鄭朔昉 王旭峰 劉萌萌

摘 要：本文研究形成一種航空裝備標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范研制的溯源定義方法，分析航空裝備標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)的組成特點(diǎn)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)提取；基于裝備的功能模型，綜合各層級(jí)適用的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)和新研產(chǎn)品特點(diǎn)，建立裝備標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范中各類指標(biāo)要素在“裝備級(jí)-系統(tǒng)級(jí)-設(shè)備級(jí)”等不同層級(jí)間的傳遞關(guān)系，實(shí)現(xiàn)指標(biāo)追溯；針對(duì)關(guān)聯(lián)至同一產(chǎn)品層級(jí)的各類標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范，基于裝備的性能模型，分析標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要素的關(guān)聯(lián)協(xié)調(diào)，確保指標(biāo)定義的準(zhǔn)確性與合理性。該方法能夠建立指標(biāo)要素的傳遞路徑和關(guān)聯(lián)影響，提升裝備標(biāo)準(zhǔn)體系的協(xié)調(diào)性，增強(qiáng)裝備標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范對(duì)基于模型的裝備研制過(guò)程的支撐作用，提高裝備標(biāo)準(zhǔn)化工作的數(shù)字化、模型化水平。

關(guān)鍵詞：指標(biāo)要素，功能模型，性能模型，傳遞關(guān)系，關(guān)聯(lián)影響

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2023.07.005

0 引 言

我國(guó)的航空裝備標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)先后經(jīng)歷了俄標(biāo)翻譯、美標(biāo)引進(jìn)、自主研制等階段，目前多種類型標(biāo)準(zhǔn)并存，一定程度上存在標(biāo)準(zhǔn)交叉重復(fù)、指標(biāo)沖突等現(xiàn)象，導(dǎo)致型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范研制過(guò)程中各類指標(biāo)要素難以準(zhǔn)確地溯源與定義。當(dāng)前航空裝備研制的數(shù)字化水平不斷提升，為開展標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)的協(xié)調(diào)分析提供了模型化的分析基礎(chǔ)，急需探索一套與數(shù)字化研發(fā)環(huán)境相匹配的方法和手段，用于分析型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范中指標(biāo)要素的縱向傳遞路徑和橫向關(guān)聯(lián)關(guān)系，提升航空裝備標(biāo)準(zhǔn)體系的科學(xué)性與協(xié)調(diào)性。

1 溯源定義技術(shù)路徑

基于模型的系統(tǒng)工程方法在航空裝備研制過(guò)程中的深入應(yīng)用，以及標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，為解決航空裝備標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范研制的溯源定義問(wèn)題提供了可行的路徑。不斷完善的航空裝備功能和性能模型為標(biāo)準(zhǔn)中各類功能、性能指標(biāo)的關(guān)聯(lián)影響分析提供了依據(jù)，以此為基礎(chǔ)開展航空裝備標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范研制的溯源定義，技術(shù)路徑如圖1所示。

分析航空裝備標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)的組成特點(diǎn)，構(gòu)建航空裝備標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模型，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)結(jié)構(gòu)化加工；基于裝備的功能模型，綜合各層級(jí)適用的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)和新研產(chǎn)品特點(diǎn)，建立裝備標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范中各類指標(biāo)要素在“裝備級(jí)-系統(tǒng)級(jí)-設(shè)備級(jí)”等不同層級(jí)間的傳遞關(guān)系，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)追溯；針對(duì)關(guān)聯(lián)至同一產(chǎn)品層級(jí)的各類標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范，基于裝備的性能模型，分析標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要素的變動(dòng)影響，分析標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)是否協(xié)調(diào)一致，確保標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)定義的準(zhǔn)確性與合理性。

2 提取標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要素

分析航空裝備標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)的組成特點(diǎn)，建立航空裝備標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模型。以數(shù)據(jù)模型作為指標(biāo)結(jié)構(gòu)化處理的母版文件，應(yīng)定義航空裝備技術(shù)指標(biāo)的信息組成、屬性關(guān)系、約束和取值范圍等，以此為依據(jù)開展標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)結(jié)構(gòu)化加工。以飛機(jī)剎車系統(tǒng)為例進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范研制的溯源定義分析，現(xiàn)有飛機(jī)剎車系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)見表涵蓋系統(tǒng)級(jí)、分系統(tǒng)級(jí)、設(shè)備/組件級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

其中，GJB 2879A-20 08《飛機(jī)機(jī)輪防滑剎車控制系統(tǒng)通用規(guī)范》規(guī)定的剎車系統(tǒng)性能指標(biāo)包括：外觀、接口尺寸及重量，耐壓壓力，爆破壓力，對(duì)飛機(jī)供電特性適應(yīng)性，剎車與防滑，應(yīng)急剎車，差動(dòng)剎車，起飛線剎車，起落架收起自動(dòng)剎車，牽引剎車，地面停放剎車，接地保護(hù)，輪間保護(hù)，工作效率及制動(dòng)距離，工作穩(wěn)定性，耐久性，強(qiáng)度，外部泄漏。

剎車裝置是剎車系統(tǒng)的核心組成部分，常見的盤式剎車裝置主要由剎車汽缸、剎車殼體、靜盤、動(dòng)盤和自動(dòng)調(diào)隙回力機(jī)構(gòu)等組成。GJB 1184A-2010《航空機(jī)輪和剎車裝置通用規(guī)范》規(guī)定的剎車裝置性能指標(biāo)包括：密封性、常溫耐久性、極限溫度耐久性、剎車裝置靜壓力、熱釋放能量、剎車動(dòng)力矩、峰值剎車力矩、靜剎車力矩、剎車裝置粘結(jié)、連續(xù)剎車、防滑剎車系統(tǒng)匹配性、剎車裝置返回壓力、結(jié)構(gòu)力矩。HB 5648-1981《航空機(jī)輪和剎車裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的性能要求包括：剎車裝置吸收能量的計(jì)算方法、機(jī)輪剎車裝置能力計(jì)算、能量的分配、能量狀態(tài)、剎車力矩要求。

分析航空裝備研制相關(guān)各類標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)及指標(biāo)組成特點(diǎn)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)提取，主要包括：標(biāo)準(zhǔn)號(hào)、標(biāo)準(zhǔn)名稱、對(duì)應(yīng)產(chǎn)品、指標(biāo)名稱、指標(biāo)要求、指標(biāo)數(shù)值、指標(biāo)計(jì)量單位等信息（見表2）。

3 分析標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)傳遞

基于裝備、系統(tǒng)、設(shè)備等不同層級(jí)的功能分解，分析各項(xiàng)功能需求對(duì)應(yīng)的裝備標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范中的指標(biāo)要素，包括現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中沿用的指標(biāo)要素，以及新增的指標(biāo)要素。在建立功能需求與裝備標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范中指標(biāo)要素對(duì)應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上，依據(jù)“裝備級(jí)-系統(tǒng)級(jí)-設(shè)備級(jí)”的功能分解結(jié)構(gòu)，建立裝備標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范中指標(biāo)要素的傳遞關(guān)系。

基于指標(biāo)要素的傳遞關(guān)系，并結(jié)合各層級(jí)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)內(nèi)容分析，進(jìn)行裝備標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范的指標(biāo)要素溯源，明確裝備級(jí)研制需求和頂層標(biāo)準(zhǔn)要求在標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范研制過(guò)程中逐級(jí)分解和細(xì)化的過(guò)程。

以飛機(jī)剎車系統(tǒng)為例，為開展標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)的傳遞關(guān)系分析，首先應(yīng)構(gòu)建剎車系統(tǒng)的功能模型。功能模型從應(yīng)用視角描述產(chǎn)品的功能特征及其需求的符合程度，大多屬于產(chǎn)品動(dòng)態(tài)特性描述，主要面向產(chǎn)品的需求分析和功能定義過(guò)程。剎車系統(tǒng)除主要對(duì)飛機(jī)的著陸滑跑剎車控制外，還有在地面滑行的方向控制、轉(zhuǎn)彎以及停放剎車等功能。系統(tǒng)功能分解如圖2所示。

綜合分析相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)手冊(cè)[1]等資料，確定剎車系統(tǒng)的定量參數(shù)主要有快速性、穩(wěn)定性和效率，指標(biāo)體系如圖3所示。

結(jié)合具體的運(yùn)行場(chǎng)景，能夠明確型號(hào)專用標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范中的技術(shù)指標(biāo)與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以及各層級(jí)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)的傳遞關(guān)系。機(jī)輪剎車的功能活動(dòng)圖如圖4所示，在該場(chǎng)景下，具體型號(hào)的剎車系統(tǒng)研制規(guī)范及相關(guān)產(chǎn)品規(guī)范中的技術(shù)指標(biāo)，應(yīng)遵循GJB 2879A-2008《飛機(jī)機(jī)輪防滑剎車控制系統(tǒng)通用規(guī)范》中的“防滑控制失效速度”、GJB 9914-2021《飛機(jī)自動(dòng)剎車系統(tǒng)通用規(guī)范》中的“啟動(dòng)的自動(dòng)剎車系統(tǒng)飛機(jī)預(yù)定速度”、HB 6761-1993《飛機(jī)機(jī)輪剎車系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求》中的“腳踏板行程”、Q/AVIC 30030-2014《航空機(jī)輪和剎車裝置設(shè)計(jì)要求》中的“飛機(jī)在正常著陸剎車1min內(nèi)，機(jī)輪和剎車裝置應(yīng)以滑行速度至少滑行3000m”等現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)的約束。

4 關(guān)聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)關(guān)系

提取裝備性能模型中的同層級(jí)性能指標(biāo)，并建立與標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范中指標(biāo)要素的關(guān)聯(lián)。基于裝備性能模型中的性能指標(biāo)計(jì)算方法，分析標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范中橫向指標(biāo)要素的變動(dòng)影響關(guān)系。通過(guò)分析標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范中橫向指標(biāo)要素是否關(guān)聯(lián)協(xié)調(diào)，判斷指標(biāo)定義的準(zhǔn)確性與合理性。

其中，性能模型從性能視角描述產(chǎn)品的多學(xué)科性能特征，包含產(chǎn)品靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性的描述，面向產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程分析[2]。通過(guò)建立標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)與剎車系統(tǒng)性能模型的關(guān)聯(lián)，可以分析標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)的橫向關(guān)聯(lián)關(guān)系。而參數(shù)圖是SysML的一種內(nèi)部塊圖，描述了“塊”及其內(nèi)部屬性和零件之間的約束關(guān)系，參數(shù)圖描述了一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化如何影響其他結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化[3]。如圖5所示，采用SysML參數(shù)圖，針對(duì)Q/AVIC 30030-2014《航空機(jī)輪和剎車裝置設(shè)計(jì)要求》中規(guī)定的“飛機(jī)在正常著陸剎車1min內(nèi)，機(jī)輪和剎車裝置應(yīng)以滑行速度至少滑行3000m”，依據(jù)航空裝備專用標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范中給定的停機(jī)載荷、輪胎滾動(dòng)半徑、剎車盤摩擦系數(shù)、活塞推力、剎車壓力、壓力損失、摩擦面數(shù)量、剎車盤摩擦面中徑、剎車速度、剎車能量等各類整機(jī)級(jí)、系統(tǒng)級(jí)、設(shè)備級(jí)設(shè)計(jì)參數(shù)，分別開展地面結(jié)合力矩、設(shè)計(jì)剎車力矩、減速率的計(jì)算，最終得出剎車距離，參數(shù)圖模型如圖5所示，根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷型號(hào)專用標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范中技術(shù)指標(biāo)與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)是否協(xié)調(diào)。

5 結(jié) 論

本文綜合運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化技術(shù)、功能模型和性能模型構(gòu)建技術(shù)，開展了航空裝備標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范研制的溯源定義方法研究，并以剎車系統(tǒng)為例，進(jìn)行了技術(shù)可行性演示。研究形成的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)傳遞和關(guān)聯(lián)影響分析方法能夠用于進(jìn)行航空裝備專用標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范中技術(shù)指標(biāo)與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)間的溯源與定義，有助于提升航空裝備標(biāo)準(zhǔn)體系的科學(xué)性與協(xié)調(diào)性，支撐航空裝備標(biāo)準(zhǔn)化工作的持續(xù)提升。

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