民用飞机构型定义应用分析

蔡 安

（西飞国际西安飞机分公司 技术中心，陕西 西安 710089）

1 引言

技术状态管理（Configuration Management）是美国二十世纪五十年代初期军备竞赛中为发展宇航运载工具和武器而发展起来的一门工程管理和质量控制技术。随着时间的推移，不仅在宇航工业和其他国防工业中得到广泛应用与发展，而且也应用到民用工程项目的研制和生产中，美国空间和航空技术在世界保持领先地位，其重要原因之一是他们在管理上发展推行了技术状态管理技术。

国内航空的技术状态管理要求最早在GJB／Z9001－96《质量体系—设计、开发、生产、安装和服务的质量保证模式》4.2.4技术状态管理（如合同要求对产品实施技术状态管理时，承制方应按有关标准制定并执行技术状态管理的形成文件的程序）规定。

GJB3206《技术状态管理》和HB7807《航空产品技术状态（构型）管理要求》明确了技术状态管理的内容。从标准的名称不难看出，Configuration Management在国内沿袭了军机的叫法——技术状态管理，在HB7807附录B出现了民用飞机构型管理影子。

Configuration Management的译法应根据使用的方面不同而不同，在军用飞机管理中应成为“技术状态管理”，在民用飞机管理中应成为“构型管理”，在IT或其他行业则翻译为“配置管理”。

然而，面对竞争激烈的民用飞机市场，以及用户对飞机越来越高的要求和多样变化的个性需求，致使主制造商必须不断地推出新的型号来满足市场需求。为了占有更大的市场份额，就必须不断地降低成本，减少消耗、缩短研制周期。

对于庞大的飞机产品数据结构，如何组织产品结构、定义产品构型形式；如何对数以十万、百万的零部件形成简化、准确的有效性定义方法，完成每架飞机的完整定义，成为复杂、难以解决的一个问题。随着信息技术的发展，以及人们对系统工程研究的深入，利用先进的信息技术手段可以解决民用飞机多变化、多构型的需求，一些新的构型管理措施不断应用，飞机构型定义有了新的办法。

2 相关词语解释

在没有引进构型之前，或者在国内的早期产品及改进构型上，我们大家非常清楚“技术状态”这个词汇。当一个订单来的时候，工厂计划部门要下任务，总师系统开个会，布置：总体几号发出状态技术单，各专业室几号出相关的文件和图样……然而，当民用飞机新的构型要求到来之后，我们对很多术语迷茫了，在看到的解释中又包含糊技术状态的内容。

下面的术语，是收集了大量的资料获得的，尽可能地表达清晰；同时，如果希望能灵活地应用构型的相关知识，应该对飞机研制和系统工程理论进行学习。

（1）构型指事物的结构样式，是产品的表征特性和主宰特性的总和。它可以用功能性术语表示（即产品可以执行何种功能），也可以用物理术语表示（即产品建造完成后外观如何，由那些部分组成）。对飞机而言，是指构成飞机的零部件类型。

通常，构型就是在工程上采用技术文件进行规定，并在产品上体现设计特征和物理性能。按照产品所处的状态分为：工程构型、制造构型、试验构型、试飞构型、取证构型、服务构型等；民用飞机又将构型分为：基本构型、变化构型（也称为客户构型：指为适应不同客户对飞机的特殊要求而选用的零部件配置）。

（2）构型管理是一套持续的、程序化的、经济的方法，即在产品立项、定义、生产到支援的整个生命周期内，通过对产品定义、更改、审核等过程的控制，集成和协调各阶段产品数据，保证能够连续地定义和控制产品构型，使得制造出来的产品符合定义文件所要求的构型的一种方法。

（3）飞机构型定义指飞机描述文档，通过在安装层次上选择组成整机的各个构型的不同选项并构成选项方案来完成。为简化定义和实现重用，对各个构型的选项应进行合理的分类，并以模块化的思想进行构建，在飞机型号构型库中反映选项与模块的关系。当一架飞机的选项方案确定之后，以构型表的方式列出各个选项对应的模块，表达全机构型定义的结果。

（4）构型文件指规定构型项的功能特性、物理特性和接口特性，或从这些内容发展而来的关于构型项验证、使用、保障和报废要求的技术文件。

（5）管理文件指工程更改、超差、偏离、构型基线、构型状态报告、构型管理的执行文件等。

（6）构型定义文件特指零部件3D、2D、飞机生产图样、技术文件和明细表、目录等清单报表。

（7）构型项目（CI—Configuration Item）指概括地讲，构成某一项目内的协调且受控要素的一个确定的硬件、软件或工作包。即硬件和软件或其它任何部分的组合，它满足最终的使用功能。

CI项目在复杂性、尺寸和类型方面差异很大，可以是飞机、电子或舰船系列到试验仪表或一发弹药。在研制和制造最初的（样机）产品技术状态期间，CIS是那些确定（规定）和控制其功能和性能参数以达到全面最终使用功能和性能的规范项目。通常单独采购的所有项目都是CI项目。

（8）零部件包括硬件、软件和固件。它们满足一架飞机的功能要求。零部件总是包括在一个模块里，可以是标准件、零件或装配件。

3 构型定义发展趋势和典型案例

优质、准时、低成本的飞机制造，以及飞机客户化的交付，是建立在先进的构型管理方法基础之上的，先进的民机构型定义方法可以使飞机主制造商能够处理各种变化。

3.1 发展趋势

国外在现代飞机项目的研制过程中，构型管理通过引入信息化技术和数字化手段，不断发展和创新，已形成了具有约束力和指导意义的标准体系。国际上颇具代表性的构型管理标准有ANSI／EIA－649、EIA－836和CMII等。另外，作为最早实施构型管理的美国军用工业也形成了美军标准的构型管理标准体系，如 MIL－HDBK－61、MIL－STD－2549和MIL－PRF－32029等。国外飞机公司均在以上标准体系的基础上，形成了支持其飞机构型管理的大量企业标准和指导性技术文件，在企业内部形成了庞大的构型管理标准体系。

波音公司从1996年开始构建基于构型控制的数字化制造信息管理系统（Define and Control of Airplane Configuration／Manufacturing Resource Management，DCAC／MRM），在波音 DCAC／MRM计划的实施中，简化构型管理是其中的一项重要内容。实施DCAC／MRM计划为波音公司带来了巨大的经济利益和社会效益。

空中客车工业公司（Airbus Industries）是法、德、英和西班牙4个国家为了打破美国飞机公司在世界大型客机市场上的垄断，于1970年12月联合组建，30多年来，在4个国家政府的大力支持下，该公司已先后研制出了12种大型客机，累计销售各型客机2500余架，成为仅次于波音公司的世界第二大民用飞机制造商。为了顺应世界航空市场的瞬息变化，满足客户的不同需求，对抗波音公司的强大竞争，该公司在飞机制造中采用了大量的先进技术，同时也形成了一套先进的构型控制技术。

俄罗斯在型号研制中也引入了构型的概念。在图样编号中加尾号—XXX，表示零部件的不同构型，不同的技术状态。

国内在民机转包生产中将构型管理的概念引入飞机项目，其目的是为了控制复杂飞机产品的开发和维护，使飞机制造商和开发商能够灵活地应对各种需求变化。ARJ21－700飞机工程构型管理与控制采用了ECMS系统，控制ARJ21工程数据的有效性和状态，以确保工程设计数据的象形一致性、有效性、安全性、完整性和可追溯性，完整实现了构型标识，构型控制、构型纪实和构型审核功能。但鉴于其飞机目前并没有在航线上运营，满足用户客户化需求的能力仍需商榷。

新舟60、新舟600飞机是目前符合CCAR25部规章在航线上运营唯一的国产飞机。其传统的产品研发制造管理模式是承袭了苏联体制的管理方式。这种方式适用于批量大，客户需求单一的计划经济体制。多年来，借鉴转包生产的经验，西飞在飞机构型管理上进行了探索和实践，但并没有在型号上进行应用。随着新舟系列飞机市场占有率的提升，客户要求与飞机标准状态差别较大、个性化需求多，飞机交付周期短等等，迫使西飞必须利用现有条件、兼顾现有的管理，形成西飞特色的构型管理模式，这与国外先进飞机公司庞大的构型管理体系相比，还有相当大的差距。

综上所述，在大型复杂的民用飞机研制中，欧美各国的公司实施的构型定义方法代表着先进的管理经验。虽然具体做法不完全相同，但可以看到其趋势是相同的。

3.2 典型案例

构型定义一定是一整套的管理规范体系，该规范体系一定是有其存在的背景的，本文仅介绍典型范例的特色点。

3.2.1 麦道飞机公司的字母方案

麦道公司的字母方案始建于1981年，在MD－80项目中首次采用，是民用飞机构型定义的经典，对于信息技术应用较弱的飞机制造商可参考。该方案的基本思路是将飞机划分为5个单元：

A──Airframe飞机机体及其组成部分。

B──Basic基本选择项目，是飞机制造中必不可少的基本设备，如：无线电、雷达、发动机等。如用户不需要B中所列项目中规定的默写项目，则可以另外选择。

C──Catalog类目选择和有关系列设备，这些项目以类目的形式在《构型指南》中描述，供用户在订货前挑选自己满意的设备。

D──Design和Decoration 零件设计及装饰的选择，在用户订货之前，诸如地毯、外部喷漆、外购机上设备等选择均不在事先考虑。

E──EngineeringChange 要求工程更改的选择，客户可按自己的使用要求提出工程更改项目。如门和厨房等的更改，在《构型指南》中无处查询，需要工程更改，使飞机造价提高。

其中A＋B构成了一架基本型飞机，可飞行，有销路和适应性强；C、D、E均为用户可选项目，C和D可能是对多家用户适用，而D和E可能仅被个别或少数用户选用。此外，根据客户的要求、订货经验或产品更改情况还可将一部分部件从某一字母类目中选出划归到另一类字母中，随着时间和用户的增加，字母类目将不断丰富。

字母方案使确定飞机构型和飞机制造趋于简化；是统一民用飞机销售、设计、构型和经营管理的一种方案，《构型指南》在现今仍然使用。

3.2.2 波音公司的模块化定义

波音公司对麦道公司的并购，构成了国际上民用飞机的强强联手。在汲取麦道的构型经验的基础上，波音公司利用信息技术的手段，先后实施了产品数字化定义、并行工程和PDM技术应用。飞机构型定义与控制／制造资源管理（DCAC／MRM）计划的应用，使飞机研制周期缩短50%、出现的问题减少一半、成本降低25%，较大地提高客户的满意程度。DCAC／MRM模块化的设计和制造的思想，将飞机结构分为三层（飞机、部件和模块）进行管理。在B787飞机研制中，依旧将模块化的思想在全球协同的环境GCE下应用。其构型管理原则如图1所示。

每个用户将出版一份用户特定选项方案（CSOS）报告和BFE报告。其中，对BFE（买方提供设备）或SPE（卖方购置设备）同样进行构型定义，实施管理，不遗漏任何需求。此外，波音公司对模块的划分是基于单一的主制造商对产品构型进行定义的；对原有型号的数据采用增加模块节点号的办法处理，经运行验证可实施，但如果更改则会给整个系统带来较大工作量。

图1 波音公司民机构型管理的原则

3.2.3 空客公司构型管理

空客公司对飞机构型是通过定义文件（Definition Dossier）来描述的。定义文件包括图纸集、技术标准和规范以及取证要求等。其定义文件的制定过程如图2所示。在这个过程中，设计部门、生产部门、质量部门、产品支持部门等所有部门共同制定出一套完整的、系统的定义文件。

图2 构型定义文件定义过程

飞机构型是采用CA、FI和TS进行管理的，其推算原理如图3所示。其中，①CA（Constituent Assembly）是按照实际生产分解的飞机每个大部件，可视为组件模块；②FI（Functional Identifier）是设计部门将飞机上的构件按其功能分解成许多功能不同的模块，可视为功能模块；③TS（Technical So－lution）是飞机上的任一构件，均可能存在着多种安装方案，可视为安装模块。

图3 构型确定的推算原理图

在空客公司的整个构型管理中，同波音相同的是对有效性定义为设计、制造和客户三种。其次，定义的CA是飞机生产的每个大部件；FI体现了民用飞机系统工程中的功能需求，TS则是满足功能的多方案。第三，就是CA是在飞机的设计分工阶段中因构型管理的需要而定义的，其任务是由空客四个成员进行分工完成的，这中间最大的特色是接口管理、构型项定义管理和分散与整合的PDM管理。

4 构型定义的应用建议

4.1 构型定义理解

新飞机的研制是遵循飞机研制程序的，图4简洁的表达了研制各阶段对设计的定义过程。

图4 研制阶段划分

从图4中可看到：通过系统定义、初步设计和详细设计，飞机的设计构型基本完成。同时，在整个过程中贯彻系统工程的过程。事实上，国内没有真正严格按照系统工程走完一个型号，构型管理刚刚起步。从国外民用飞机研制看，SAE ARP4754《关于高度综合或复杂的飞机系统的合格审定考虑》、DO－178B《机载系统和设备合格审定中对软件的要求》、DO－254《机载电子硬件的设计保证指南》分别规定了系统实现过程、软件实现过程、硬件实现过程，可指导我们划分构型项、完成飞机构型定义和实施构型管理。图5是飞机功能实现过程，图6是系统研发过程模型。

图5 飞机功能实现过程

图6 系统研发过程模型

在研究构型定义理论和典型范例的基础上，通过对系统工程和民用飞机安全审定规范的学习，可以将民用飞机构型定义确定流程进行示意，如图7所示。

图7 构型定义流程示意图

而构型管理四部分要素和总则需要根据各个不同的企业定制，切忌流于形式进行管理；而构型项的划分、构型的标识需要由对飞机的功能、结构和需求等方面有经验的设计员完成，切忌照搬照抄、为了“构型”而构型。此外，必须借助于先进的信息技术作支撑，解决数据关系复杂、数据量大和更改、记实及准确的问题。

4.2 构型定义应用建议

4.2.1 零部件的构型、版本和有效性

（1）当某一零部件在形状、配合和功能（3F）上有任何变化时，构型管理都要求一个新的零部件件号。

（2）新发零部件取消其设计有效性，最新版有效；过版零部件按照单机清册版本执行，完成后归档，供客户服务使用。但当特殊需要时，可指定过版零部件使用。

（3）当更改不影响3F时，采用升版，但更改必须指定设计时效性，同时更改相应的构型定义文件。

（4）有效性应进行详细的划分，设计有效性、制造有效性、客户有效性、发动机有效性等。

4.2.2 构型项（CI）的确定

（1）对于复杂系统、软件、硬件都可以作为构型项；对于改进改型的飞机，可将改进改型部分作为构型项管理。

（2）构型项是被确定为工程项目和合同 WBS中的WBS单元，但并不是所有的WBS单元都是构型项。

（3）在构型项的设计研制和制定构型项规范要求期间，必须完成系统工程和接口控制任务。接口控制任务是为了保证系统和设备的功能和物理特性一致所需要的协调活动。

（4）应优先选用曾经用于飞行的设备、材料、部件和过程，降低构型项的风险。

（5）构型项的标识应尽量涵盖相关信息，容易识别；但不应增加人为的无实际意义的节点，容易造成整机的零部件数量翻倍，给管理带来不必要的麻烦。

4.2.3 重点关注要素

（1）民用飞机构型的发展趋势是建立在无基线飞机的理念上的，即形成大于一架飞机零部件的数据库，并随着需求的变化不断的增加。

（2）利用信息技术作支持，可将方案阶段的数据与详细阶段的数据进行隔离，最大限度的进行多方案优化、迭代，使最终的设计更改降到最低。

（3）构型文件的种类、编制和管理与以往的文件有差异，应该转化思路，采用系统工程的方法和民用飞机适航审定的要求进行理顺，不可全盘否定推倒重来。

（4）与构型管理密切关联的任务是接口管理和资料管理，资料管理是通过企业的质量体系能够保证的，但接口管理需要加强，否则会影响飞机的构型定义和安全性分析工作。

（5）关注用户的需求，将用户指定的设备纳入构型管理。健全完善构型管理的机构，加强供应商的构型管理，将构型管理延伸至产品的全生命周期内，保证每架飞机构型定义完整、准确、可追溯。

5 结语

民用飞机的市场是一个有巨大商机的市场，同时又是一个竞争激烈的市场。研制具有安全性、经济性、可靠性和舒适性的民用飞机，取得符合国际适航标准要求的适航证，需要我们提升研制能力、管理手段。民用飞机的构型定义是基础而重要的工作，充分地学习和研究典型的构型管理范例，形成主制造商的管理体系规范，才能更好地满足用户的需求，提升管理能力。

［1］上海飞机制造厂.MD－82工程管理的启迪［M］.北京：经济管理出版社，1989.

［2］MIL－STD－881A美国军用标准 国防装备项目的工作分解结构［S］.

［3］SAE ARP 4754Certification Considerations For Highly－integrated Or Complex Aircraft Systems［S］.

［4］DO－178BSoftware Considerations In Airborne Systems And Equipment［S］.

［5］DO－254Design Assurance Guidance For Airborne E－lectronic Hardware［S］.

［6］邹冀华，范玉青，蒋建军.欧洲空客飞机构型控制与更改技术研究［J／OL］.中国科技论文在线［2004－11－17］.http：∥www.paper.edu.cn releasepaper content 200411－64.