民机适航管理体系分析及其发展浅议

2014-09-06王俊彪晏祥斌蒋建军曹友明

机械设计与制造工程 2014年4期

王俊彪，晏祥斌，蒋建军，曹友明

(西北工业大学陕西省数字化制造工程技术研究中心，陕西西安 710072)

现代集成制造系统(CIMS)是一种基于CIM理念构成的数字化、信息化、智能化、集成化的制造系统，是一种新型生产制造模式［1］。CIMS的核心在于集成，集成是企业取得整体效益最优的重要手段［2］。大飞机被誉为“现代工业之巅”，是现代科技高度集成的产物，是衡量一个国家科技、工业水平和综合国力的重要标志之一［3］。实现集成已经成为民机制造系统的一个发展目标。集成化的民机制造系统能够使民机在研制的过程中实现技术、管理上的集成［4］。适航管理体系已经是民机研制体系的重要组成部分，通过它进行的适航取证工作已经成为制约民机取得研制成功和商业成功的最关键因素之一［5］。适航管理通过适航标准对民机及其零部件的设计、制造提出适航性要求，形成了对整个民机研制过程的约束。对适航管理体系作用范围、发展现状和发展目标进行分析和定位，是实现适航管理体系集成于民机制造系统，对民机产品及其零部件的设计、制造完成全面适航性控制的前提。

波音公司在研制B787的过程中，由DCAC/MRM数字化研制环境升级而来的全球协同环境平台(GCE)在继承DCAC/MRM模块化思想的同时，全面融入了MBD技术［6］，为其他民机研制企业树立了数字化制造与集成制造的典范。对于适航管理体系而言，美国联邦航空管理局(FAA)通过80多年的经验积累，建立了成熟的适航管理体系和完善的适航标准体系，具备了强大的适航管理能力［7］。而我国适航管理体制的建设还相对落后。“问渠那得清如许，为有源头活水来!”不断实现适航管理体系的完善及审定过程的协调，是适航管理体系为民机集成制造系统的建设和完善提供“源头活水”的前提。

1 适航管理体系及其独立性分析

1.1 适航管理体系分析

适航性的一种定义见于意大利RAI-ENAC技术规章：对于航空器或航空器零部件，适航性是指达到必要的安全标准，使得在许用限制内的飞行处于安全状态［8］。随着我国民机制造业的发展，适航对民机的重要性也随之凸显。适航符合性验证是为了保障民用航空活动安全，采用不同的验证方法获得所需的证据资料，向审查方表明产品对于适航条款的符合性［9］。而适航管理作为组织适航符合性验证的主体，在进行民机适航性控制的过程中发挥着重要的作用。适航管理是以保障民用航空器的飞行安全为目标的管理，是全方位、全过程的控制管理，最终目的是为公众和社会提供安全、经济、舒适的航空运输工具，其本质为适航性控制［10］。而我国在适航管理体系建设过程中，对适航管理体系进行的理论分析和应用研究尚不成熟。

FAA之所以能够很好地完成国内外航空产品的审定，不仅与其在适航管理上投入大量人力、物力密切相关，而且与其适航管理机构的结构设置和内部职能划分的合理有着密切关系［7］。经过多年的建设，波音、空客公司均建立了健全、高效的适航管理体系，而我国适航管理体系的建设正处于初期的探索阶段。由于个体间的差异，规模性地复制波音、空客等公司的管理模式并不适合我国适航管理体系的发展，但其先进的适航管理模式及经验能够为我国适航体系的建设提供参考。

目前，我国的适航管理体系包括中国民用航空器适航管理法规和文件体系、适航管理组织机构体系以及适航管理证件体系3部分［10］。但在论述适航审定的过程中，出现了适航审定体系［11］;论述适航标准时，出现了适航标准体系［12-13］;在适航技术的论述中，随之产生了适航技术体系［14］;在研究适航流程控制的过程中，出现了适航业务体系及流程管控体系［15］。可见当前对适航管理体系结构的论述并不明确，具有很大的模糊性。因此，本文基于CIMS思想，对适航管理体系进行描述，以达到合理描述其体系组成的目的。如图1描述了适航管理体系的组成。

图1 适航管理体系组成

宏观而言，适航技术和适航管理组成了民机适航领域研究的两个主题。适航技术作为适航审定中的关键方法群，在剥离适航管理的情况下，它们只是诸多的“技术孤岛”。只有将适航技术的一粒粒“明珠”嵌入适航管理的过程中，其才能在适航审定时发挥作用。如图1所示，通过对适航技术的解析形成了适航技术体系，其可与法规文件体系、证件体系及组织机构体系构成静态上对适航管理体系结构的描述;适航管理要完成民机适航符合性的验证，则应当进行动态的业务控制。为了进行适航管理业务的控制，则需建立适航管理的业务体系;而为了进行适航管理业务的办理和控制，则需有流程管控体系的参与，进而在业务体系及流程控制体系的协同下实现适航审定体系的运行。基于集成制造的理念，支撑动态业务执行、审定流程控制的知识和信息，则来源于对静态条件下的适航技术、法规文件等知识的解析和转换。

1.2 适航管理体系的独立性

适航管理对民机的研制过程而言是一种约束的机制，在民机研制的过程中，这种约束机制通过适航标准对民机及零部件的设计、制造与维修进行约束和控制，使民机产品得以满足适航性的要求。简单而言，适航管理是一个立法、执法和监督法规贯彻的过程［7］。但由于审定、验证工作的复杂性及审定、验证工作与民机设计、制造活动之间较强的交互性，若将适航验证体系进行拆解，使其分散于研制活动的各个环节中，对民机研制流程来说，会造成各体系在权限上的模糊性，导致研制活动流程的混乱，并使适航审定信息离散化。对适航管理本身而言，则会因缺少统一的管理，而使适航审定、验证处于无组织、无管控的状态。因此，适航管理在体系结构上的独立，有利于适航体系有序地组织适航审定业务，且独立的适航管理体系将具有对自身进行优化的能力，不但能够使适航体系实现组织、信息、过程等方面的优化与标准化，而且能促进适航业务与民机研制流程的协同与集成。

2 适航管理体系作用范围

适航管理与质量管理目的相似，但本质上有区别。适航管理主要针对民用飞机，关注的是民机的飞行安全。质量则指产品满足规定要求和顾客需要的程度。质量关注产品及服务的品质，一般在产品出厂时就已确定形成。而适航则是通过法规确定的、带有强制性的一种量化要求，可以通过维修、检查等来维持。两者在管理体系建设及对产品的要求上均有区别［16］。

目前，相关研究中对适航管理体系作用范围的分析与研究相对较少。如果适航管理的作用范围及作用边界没有得到界定，容易导致适航管理业务的不明确，也使得研制人员在研制过程中考虑适航性要求时有一定的困难，导致适航管理过程与民机研制过程相互剥离。对适航管理体系的作用范围进行界定，有利于实现适航管理体系对自身职能的描述，并能为适航审定与研制过程的融合奠定基础，为“主动适航”的实现创造条件。

适航管理分为初始适航管理和持续适航管理。初始适航管理主要是指对民用飞机产品的设计、制造所进行的适航审定、批准和监督。持续适航管理则指对民用飞机投入运营后，依据各种维修规则和标准，使其适航性得以保持和改进［17］。适航管理的职责有：拟定适航条例和适航标准，并制定相关的审定程序(AP)、咨询通告(AC)、技术标准(TSO)及其他文件;依据实际情况修订适航条例，完善适航标准;对民用航空产品和制造单位分别进行型号合格审定和生产批准，对审定合格的单机颁发“适航证(AC)”;监督航空产品的设计与生产，确保适航标准的贯彻等［7］。

以管理范围的广度而言，适航管理干预了民机研制的整个周期。从干预深度而言，则是比较复杂的协调机制。我国传统的军机设计、制造过程中较少考虑适航的问题。而在民机的研制过程中，适航问题是必须考虑的重要因素。目前，适航管理在民机研制中的重要性已经被研制人员所认知，然而对于在研制过程中如何贯彻适航要求，如何将适航管控流程融入民机设计、制造过程，以保证适航管理在民机研制过程中全面介入的问题，尚未进行深入的研究。图2描述了适航管理在研制活动中的作用机制。

图2 适航管理在研制活动中的作用机制

由图2可以看出，适航管理体系通过适航要求的形式，在研制活动进行的某个时机介入设计、制造活动，对研制过程形成约束，在约束完成的合适时机向适航管理体系输出结果，以达到“适航性”控制的目的;通过分析“适航性”要求，基于研制活动的流程，可以获得适航管控流程与验证活动的流程。而独立的适航管控流程无法完成适航的审定工作，其需要与研制流程和验证活动流程进行协同和交互，以对民机的设计、制造实施同步的、节点性的适航性控制和监督。对适航管理约束民机研制活动机制进行明确，能够使研制人员明确适航管理介入研制活动的时机及其对研制活动所发挥的导向作用，亦可使适航人员明确各自的职责，为适航审定过程与民机的研制过程实现协同创造有利的条件。

3 适航管理的现状及发展目标

3.1 适航管理现状分析

美国和欧洲是民用航空工业最发达的国家和地区，基本上垄断了世界大型民机市场［18］。波音777的设计寿命达到了40年，以后还可继续服务20～30年，总寿命可达70年。波音737和波音747客机的服务年限都超过了40年［3］。由于飞机对安全性的特殊要求，没有适航管理的全面参与，很难达到这样的目标。目前，FAA经过集中型的适航管理已经建立了完善的适航管理体系，其主要有以下几个特点：(1)决策层与执行层的明确区分;(2)专业管理与地区管理在业务上的明确分工;(3)专业审定中心与ACO在适航审定上各有侧重;(4)生产监督管理与初始适航审定机构间的高效协作与交流［7］。空客A3XX系列、庞巴迪CRJ系列及巴西ERJ系列等亦建立了完善、高效的适航管理体系，表现为：(1)适航与设计的捆绑管理(TCCS系统［19］);(2)全方位、全过程的管理(NECTAR工具软件［20］);(3)完备的适航组织和管理体系;(4)完善的审定流程控制体系，如加拿大、巴西、法国等为加强适航实时监管，制定了一整套的适航流程控制体系［21］。

我国的适航管理通过借鉴和引入美国适航标准及管理经验，建立了集中型的适航管理体系，并经历了多个型号的实践［17］，其管理模式已经基本与国际接轨，但其管理水平与国际先进适航管理水平之间还有一定的差距，普遍存在研制人员、适航人员对适航管理理解不到位及执行适航标准的自觉性不够的问题［18］。

新舟60作为国产支线飞机的新生代，在安全性、经济性等方面均已达到当代国际先进水平［22］。ARJ21民用飞机将很快取得适航证，同时国内正在研制C919大型民用飞机，适航管理体系运行得高效与否，将对ARJ21、C919及其他型号飞机的适航审定、验证起到关键性的作用。而我国目前在适航标准体系、技术体系及适航信息系统建设等方面，还无法满足审定的需求，与国际先进民机制造业之间亦存在一定的差距。

波音公司在B7X7系列机型的研制过程中，建立了包含上万项标准的标准体系，空客公司在A3XX系列飞机的研制中也建立了包含34 000多项标准的标准体系。两大公司的标准均具有开放性，既包含本公司的标准，又包含国际标准、区域标准、国家标准和行业协会标准［12］。而我国在适航标准体系的建设上对现有的适航标准缺乏整合，且对标准化工作的支持力度不够，导致了民机适航标准数量的严重缺乏。

适航技术关乎航空器从设计到飞行、退役的全过程，若达不到标准，即便我国制造出了大飞机，也无法出口或者降落到国外［23］。欧美国家通过长期的实践，已经形成了完善的适航技术体系。我国为了对适航技术进行完善，在国内相继建立了相关的研究中心，并展开了相应的研究。如对结构稳定性/适航试验新技术的研究、鸟撞设计与分析技术研究、颤振和抖振分析与试验的研究、动力系统安全性与适航性的研究、大涵道比涡扇发动机适航技术的研究［24］、对民用航空发动机数字控制系统适航问题的研究［25］、航空发动机数控系统适航安全性研究［26］及飞机气弹稳定性适航分析［27］的研究等。虽然对适航技术的相关研究已逐步在国内兴起，但要建立完善的适航技术体系尚需时日。

适航审定管理信息系统应能够及时、正确地收集、汇总、处理、分析、传递型号审定过程中的各种适航信息［5］。中国商用飞机有限责任公司、中国民航大学和北京飞机维修工程有限公司［28］都开发了服务于不同业务类型的适航管理信息系统，但其功能并不能与TCCS系统、NECTAR软件等相提并论。

通常而言，适航管理在适航技术没有得到合理完善前，并不会成为阻碍适航审定验证的主要因素。国内对适航管理在体系结构、流程优化及其与民机制造系统之间集成性方面的研究相对薄弱。有预见性地对适航管理体系与民机集成制造系统之间的集成性和其与民机研制过程之间的协调性进行研究，将对适航管理体系的建设起到巨大的促进作用。

3.2 适航管理体系的发展趋势及目标

“欲穷千里目，更上一层楼。”对适航管理体系发展趋势及发展目标进行定位，能够对适航体系的建设提供指导。由国际适航管理的模式，以及我国民机研制体系的发展可知，适航管理体系将向着标准化、信息化、集成化、柔性化及协同性等方向发展，以此来适应大飞机研制体系向数字化、网络化、集成化、敏捷化、智能化等的发展趋势。

“静止是相对的，运动是绝对的。”对适航管理体系的发展目标如只从静态上描述，将无法对发展的最终状态进行全面定位。“个体构成整体，整体是个体的群集。”对于个体来说，并非孤立存在，其需与整体产生联系，才能共存。适航管理作为大型民机研制体系的个体，在完成自身发展的同时，也必须实现与研制系统之间的协调与融合。因此，以静态、动态、个体、整体的四维度来描述适航管理发展的目标，以实现对其目标的全面描述，如图3所示。

图3 适航管理体系建设目标的四维描述

静态目标：在知识工程理论基础上，实现适航体系内适航法规体系、文件体系、证件体系、适航标准体系及适航技术体系的完善，为适航管理提供全面知识上的支撑;基于集成制造的理念，建立完善的适航组织体系，实现权限与职责的明确划分，实现体系各领域的建设与国际接轨。

动态目标：基于生产控制、智能控制等理论，实现适航审定验证流程的标准化，并通过优化机制实现流程的优化及流程执行的柔性化，在宏观及实施细节上均建立清晰的流程执行路径，并形成完善的流程控制体系，使适航业务人员全面了解适航流程的运行及各自在审定验证流程中的作用环节，实现全过程、全方位的控制管理。

个体目标：基于集成制造等理念，在适航管理体系内实现资源、组织、过程、信息等的全面协调和集成。适航管理体系具备独立运行，与其他体系协调完成审定、验证活动的能力，具有体系自身在知识、组织、技术、资源及过程控制等理论方面的支撑，并通过计算机技术、信息技术等，实现适航管理的信息化。

整体目标：立足于民机集成制造系统，基于协同理论、信息技术、并行工程等，实现适航管理体系与民机集成制造系统之间在信息、过程、资源等上的交互与共享;实现适航管理与研制过程的协同与交互，由“被动适航”转向“主动适航”。在适航人员及研制人员之间建立协同的业务过程控制，并实现业务控制的协调、智能及柔性，使适航管理在具备自主体系完善的同时，能够与研制流程进行无缝对接，实现其与民机集成制造系统的融合。

4 结束语

通过适航管理进行的适航审定工作已经成为影响民机取得研制成功和商业成功的重要因素。随着我国民机研制进程的不断推进，落后的适航管理体制已经不能满足民机研制的需求。为了保证所研制的民机能够获得市场认可，必须有完善、协调的适航管理体系对研制过程进行支撑。本文对我国适航管理体系构成的论述，使适航管理体系的结构得到了清晰、合理的描述，为适航管理体系能够高效地运用自身资源及信息、顺利完成审定工作奠定了基础。基于CIMS思想，在分析适航管理体系特点及现状的基础上，全面地论述了我国适航管理体系的发展趋势和发展目标，对我国适航管理体系的建设与完善具有一定的导向作用和参考价值。

［1］严隽薇．现代集成制造系统概论［M］．北京：清华大学出版社，2004．

［2］郭秀清，严隽薇．现代集成制造体系结构生命周期研究［J］．同济大学学报，2005，34(1)：120-125．

［3］于勇，陶剑，范玉青．大型飞机数字化设计制造技术应用综述［J］．航空制造技术，2009(11)：56-60．

［4］杨叔子，吴波．先进制造技术及其发展趋势［J］．机械工程学报，2003，39(10)：73-78．

［5］路瑞芳．民用飞机适航审定管理信息系统研究与开发［J］．民用飞机设计与研究，2010(4)：51-54．

［6］冯潼能，王铮阳，孟静晖．MBD技术在数字化协同制造中的应用与展望［J］．南京航空航天大学学报，2012．44(增1)：132-137．

［7］毛可毅，魏书有．FAA适航管理机构浅析［J］．航空标准化与质量，2012(4)：25-27．

［8］ Filippo De Florio．适航性：航空器合格审定引论［M］．张曙光，柯鹏，潘强，等译．北京：北京航空航天大学出版社，2011．

［9］曹继军，张越梅，赵平安．民用飞机适航符合性验证方法探讨［J］．民用飞机设计与研究，2008(4)：37-41．

［10］张越梅，浦传彬，刘晓华．浅谈民用飞机的适航管理［J］．民用飞机的设计与研究，2008(2)：37-42．

［11］花迎春．大型飞机项目对适航审定系统的挑战与措施［J］．中国民航大学学报，2008，26(增 1)：10-11．

［12］白康明，李岩，张越梅．民机适航审定与标准化［J］．航空标准化与质量，2007(6)：25-29．