民用飞机协同研制模式下的适航管理体系建设研究

何静，耿延升，何永为，武宁

(第一飞机设计研究院 质量适航安全部，西安 710089)

0 引 言

近几十年，全球经济一体化的不断加快和信息技术的飞速发展使得市场竞争日益激烈，作为高端装备的典型代表，飞机研制具有集成与综合化程度高，多元化广域协同等显著特征，迫切需要航空企业从研制过程集成的全局和整体化的角度，充分利用先进的数字化协同技术，构建多层次、多方位的全价值链协同业务体系和应用体系[1]。

传统的适航管理手段由于数据分散、关联性差等原因无法对高度协同与集成的民机研制过程形成有效的适航管控，与现代飞机数字化集成协同发展需求不适应的矛盾越来越突出[2]，因此，迫切的需要一个与协同研制模式相匹配的、完善的、协调的适航管理体系，实现对协同研制各个环节的适航管控，保证航空产品满足适航规章和环境保护要求。对此，空客和波音公司等国外飞机公司采用了数字化的适航管控平台，空客公司在2007年实施了PHENIX项目[3]，以推进产品全生命周期管理(Product Lifecycle Management，简称PLM)等信息化平台在三大子公司和扩展企业(Extend Enterprise，简称EE)范围内的应用、工具及流程统一。基于该项目，空客公司面向产品全生命周期构建了市场营销、研发、生产、客户服务，适航的一体化应用体系。该应用体系通过xBOM实现了单一数据源管理和全生命周期构型管理，通过构建面向全球的协同环境实现了EE的广域协同，以支撑空客内部以及17 000多名供应商之间的协同开发，基于协同研制的适航管理与监控平台NECTAR，管控了所有的适航活动和适航数据。加速适航审查进程，缩短了研制周期，保证了A380/A350/A400M等型号的研制成功和商业成功。面对市场与研制的全球一体化趋势，我国在飞机研制中逐步实施并行协同研制，经过几十年的努力取得了显著成效，航空企业从原来的一厂一所的独立研制模式向多场所联合研制甚至国际合作研制模式转变，借助ARJ21-700飞机、C919大型客机以及大型运输机，中国商用飞机有限责任公司和航空工业第一飞机设计研究院开展布置数字化协同研制平台的建设[4]，型号研制中的多家单位可以基于该协同虚拟工作环境开展协同工作、数据共享、构型管理和控制等，以消除多家单位的地域障碍，提高协同效率，确保型号研制成功。但是，与空客波音的数字化协同能力建设相比，国内航空企业虽然构建了相应的数字化协同应用体系，但是传统的业务模式仍然没有发生大的改变，工程协同的建设内容主要局限于数据的发送和接收、现场单据协调等，缺少与业务的紧密融合和相互促进，数字化协同技术的效能和价值未完全发挥。随着ARJ21-700飞机、C919大型客机、新舟700等一批国家重点民机项目的不断起步和发展，适航管理作为协同研制平台建设中的一个重要的业务模块也在逐步的建立和完善。随着型号研制的不断推进，适航业务会越来越细化和分解在研制的各个环节，从而达到对研制环节的适航管控，变“被动适航”为“主动适航”，缩短型号合格审定取证周期，提高管理效率，规范审查活动和进度。

本文系统地分析协同研制模式下适航管理的特点和作用范围，提出该模式下适航管理的建设目标。结合新机研制的实践经验，给出型号合格审定过程中适航工程协同管理的构建方案。

1 民用飞机协同研制的模式和特点

计算机支持的协同工作(Computer Supported Cooperative Work，简称CSCW)的思想是1984年由Iren Grief和Paul Cashman提出的[5]，其目的是构建一个计算机支撑下的虚拟共享环境，使分布在异地的人员能够基于该环境进行快速、高效的协同工作。民用飞机的协同研制模式，就是把设计研发部门、主制造商、供应商、局方、客户等不同个体通过统一的规范化流程，对接各自的具体工作，以项目目标为核心，各企业共同、同时、同步地按计划完成工作任务，并实现全过程工作的相互协调、协助和协作。这种协同贯穿于飞机设计、制造，保障整个产品全生命周期的各个阶段，以初步设计评审(Preliminary Design Review，简称PDR)为例，其协同工作内容包括：①设计内部协同，完成总体技术方案；②设计与主制造商协同，完成制造总方案、工艺总方案、工艺构型定义；③完成材料供应商选择和规范确认；④主制造商与机体结构供应商协同，完成资源规划；⑤设计与局方协同，完成审定基础和初始审定计划；⑥设计与供应商协同，完成工作包确认；⑦设计与客户协同，完成客户服务总方案。

民用飞机协同研制框架如图1所示，描述民用飞机协同研制的总体架构和特点，该架构包括三个层次：业界先进的管理思想，四个维度的数字化协同技术和标准化工程中间件技术。

①业界先进的管理思想包括：系统工程、并行协同工程、精益化管理、全球产业链分散管理四个方面。

②协同技术包括：以模块化为核心(Module Centric)的产品全寿命周期价值链一体化协同技术；以模型为核心(Model Centric)的多专业/多学科协同技术；以规划和计划为核心(Plan Centric)的工程管理协同技术；以合同协议为核心(Contract Centric)的全球产业链协同技术。四个维度的协同技术体系涵盖产品全寿命期、多层次、多要素的协同业务。其中，全寿命周期包括专业内、多专业、企业间的协同；多层次包括管理、工程、多级供应商、用户方等协同；多要素包括进度、质量、适航、构型等管理的协同。

③标准化工程中间件技术主要为不同层次、不同维度的协同提供通用技术支持，从而实现信息集成、流程协同和数据共享[6]。

图1 民用飞机协同研制框架

2 协同研制模式下适航管理体系分析

2.1 适航管理体系组成

民用航空器或航空器零部件的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。适航符合性验证是为了保障航空器的安全，采用不同的验证方法获得所需的证据资料，向审查方表明航空产品对于适航条款的符合性[7-8]。适航管理作为组织适航符合性验证的主体，在民机适航管控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[9]。

宏观而言，适航管理体系由动态和静态两部分组成，如图2所示。静态主要包括局方的适航体系(包括证件体系、组织机构体系、法规文件体系)和申请人通过对适航、法规、标准的解读，及经验积累等形成的适航技术体系(设计技术、验证技术、审定技术)。动态主要是指对民机在研制过程中进行动态的适航业务和流程的管控。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，才能在适航审定时发挥作用。适航管理要完成民机适航符合性的验证，应当进行动态的业务控制，因此需建立适航管理的业务体系；而适航管理业务的办理和控制体系的建立，则需有流程管控体系的参与，进而在业务体系和流程管控体系的协同下实现适航审定体系的运行。动态的适航审定体系的运行必须与飞机协同研制过程、组织、信息和资源之间进行不断地交互，才能真正实现对研制活动的适航管控。支撑动态适航业务执行、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，而静态法规知识技术的不断更新和完善，则来源于动态验证过程业务流程及审定过程的实践和经验。动静态之间的不断循环使得民用飞机的适航性和安全性标准朝着越来越高的方向发展。

图2 适航管理体系的组成

2.2 适航管理体系的特性分析

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条款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条款的要求。简而言之，适航管理是一个立法、执法和监督法规贯彻的过程。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，若将适航管理进行拆解，使其分散于研制活动的各个环节中，对民机研制流程而言，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是独立的，这种独立性有利于适航管理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，不但能够使适航管理体系实现组织、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[10]。

2.3 适航管理体系在协同研制中的作用范围

我国的数字化协同研制技术处在发展初期，目前国内对适航管理体系在协同研制中的作用范围进行的分析与研究的资料和文献相对较少。如果适航管理的作用范围及作用边界没有得到清晰地界定，那么特别容易导致适航管理业务不清楚，研制人员在研制过程中考虑适航条款要求时困难较大，从而造成适航管理过程与民机研制过程相互剥离。因此，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，同时也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。对管理范围的广度而言，适航管理干预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。适航管理在民机研制活动中的作用机制如图3所示，适航管理体系通过适航性要求的形式，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(虚线部分)，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，申请人通过对“适航性”要求的分析，基于研制流程，可以获得适航管控流程与验证活动的流程。但独立的适航管控流程无法完成适航的审定工作，需要与研制活动进行协同和交互，以实现对民机设计、制造实施同步的、节点性的适航性控制和监督，从而达到可以输出一个满足适航要求的产品的目的。对适航管理约束民机研制活动机制进行说明，能够使设计人员清楚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，亦可使适航管理和适航技术人员清楚各自的职责，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[11-12]。

图3 适航管理在民机研制活动中的作用机制

2.4 协同研制模式下适航管理体系的建设目标

由国际主流航空企业适航管理的模式和我国民机研制体系的发展方向可知，适航管理体系正在朝着标准化、信息化、集成化、柔性化的方向发展，以此来适应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。如果能够对适航管理体系建设目标进行准确的定位，那么必能为适航管理体系的建设提供方向性的指导。

飞机研制活动是一个复杂的系统工程，适航管理体系作为飞机研制体系这个整体系统工程中的一个个体，其自身完成发展的同时，也必须实现与研制体系之间的协调和融合，而适航管理体系在自身发展的时候，它也不是静止的一成不变的，随着适航规章和适航理念地不断革新和变化，适航管理体系自己也是不断完善和发展。因此，以静态、动态、个体、整体的四维度来描述适航管理体系的建设目标，如图4所示。

图4 协同研制模式下适航管理体系的建设目标

(1) 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，建立与协同研制模式相适应的适航组织体系，实现权限与职责的划分，实现体系各领域的建设与国际接轨。

(2) 动态目标：梳理适航审定的各类业务流程，实现适航审定验证流程的标准化、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，使工程设计人员、适航技术人员、符合性核查人员、适航管理人员均熟悉适航流程的运行及各自在审定过程中的角色和作用，实现全过程、全方位的控制管理。

(3) 个体目标：基于信息化手段，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，使适航管理体系具备独立运行的能力，并且还应具备与其他体系协调完成适航审定、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，实现适航管理的数字化、信息化。

(4) 整体目标：基于民机协同研制模式，充分利用协同理论、标准化工程技术等，实现适航管理体系与民机集成协同研制系统之间在信息、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，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，实现其与民机集成协同研制系统的深度融合[13-14]。

3 适航工程协同管理方案的构建

适航管理体系建设必须采用信息化、标准化手段，来适应民用飞机研制体系的数字化、集成化和智能化模式。适航工程协同管理的总体核心目标为：①适航管理全生命周期业务流程程序化；②适航工作与工程研制过程的集成化；③内部适航与外部适航的协同顺畅化；④适航法规管理及知识推送。

按照阶段划分，适航管理可以分为：型号合格审定过程适航管理、生产许可审定过程适航管理和持续适航管理。本文以型号合格审定过程适航管理为目标，重点介绍型号合格审定过程适航工程协同管理构建方案。

型号合格审定过程主要分为五个阶段：概念设计阶段、要求确定阶段、符合性计划制定阶段、计划实施阶段和证后阶段。适航工程协同管理工作在型号合格审定阶段的业务流程如图5所示。

图5 型号合格审定阶段的总体业务流程图

适航当局和申请人根据飞机的设计特点和预期使用条件梳理适用的适航条款，并结合对有类似设计特征的飞机审定经验以及与领域专家的研讨建议，协商确定该飞机是否存在潜在的专用条件、豁免和等效安全以及其他需求，确定该型号的合格审定基础；申请人根据专业分工对适航条款进行分配；各个专业根据分配到的条款选择合适的符合性验证方法(Method of Compliance，简称MOC)；编制全机合格审定计划(Certification Plan，简称CP)和专业合格审定计划；进而按照审定计划进行符合性验证任务的执行和跟踪管理，局方参与这个流程的各个环节，审阅和批准申请人提交的型号设计资料和符合性验证资料，召开适航审查会议，进行制造符合性检查，目击验证试验等活动实现对每个条款验证过程中局方的监控。在这期间，申请人要接受局方对设计保证系统的定期评审和航空器评审组(Aircraft Evaluation Group，简称AEG)对航空器运行符合性的评审，确保设计保证系统的有效运行，最后使得列入审定基础的每个条款在充分验证后得到关闭，设计保证系统得到局方的认可，召开最终型号合格审定委员会 (Type Certification Board，简称TCB)会议，获得局方颁发型号合格证书(Type Certificate，简称TC)。

通过对型号合格审定过程管理业务总流程进行分析，建立业务管理模型如图6所示。审定基础管理和审定计划管理通过符合性验证方法相关联，从审定条款的分配、符合性方法的选择、验证计划的制定及验证任务的执行、验证任务交付物的管理、供应商文件的管理到局方送审及局方反馈单的管理、会议管理，形成一个完整的数据链，方便各级人员对型号合格审定业务中相关数据的管理、查询和追踪。

图6 型号合格审定总体业务管理模型

通过对型号合格审定总体业务流程的梳理和管理模型的建立，基于民机协同研制平台，将适航管理业务集成于民机协同研制的环境中，并通过构建适航规划环境、适航与工程协同管理环境、适航外部协同环境，全面实现型号合格审定过程适航管理方案，如图7所示，对于适航法规和知识、审定基础管理和审定计划管理，符合性方法的管理放入适航规划环境，实现条目化的适航规章数据，供不同的型号调用，形成该型号的审定基础，完成条款分配，创建符合性方法，完成审定计划；对于适航符合性验证过程管理、制造符合性检查管理、适航会议管理，设计保证系统管理、AEG专项管理等动态的业务流程放入适航工程协同管理环境，并对每一个模块开展详细的子业务流程分析，将适航管控要求和任务分解到工程研制的各个环节，实现与项目管理系统、文件管理系统，关联设计系统等相关系统的交互与对接，保证型号合格审定中提交局方的所有型号设计资料和符合性验证资料、数据单等证据资料的一致性、有效性、安全性和可追溯性；对于与局方、供应商、试验、试飞单位和航空公司的协同等放入适航外部协同环境，实现送审资料、供应商文件，试飞数据等与工程研制活动的协同开展。

图7 适航工程协同管理方案

4 结束语

(1) 本文策划的型号合格审定过程适航工程协同管理方案可以实现对适航规章条款验证的闭环管理，形成完整的分配、分解、验证数据链；针对型号合格审定过程中的适航活动、审查活动、适航数据资料等可以进行全过程的动态管理和监督；适航管理人员、适航技术人员、设计研发人员、供应商、局方审查代表等角色人员参与流程的各个环节，使适航管理业务与研制活动建立“捆绑”式闭环管理；消除了地域障碍，实现了适航管理的广域在线协同。

(2) 但在实际应用中，适航工程协同业务流程仍然存在很多细节问题，需要适航管理人员进一步梳理和细化各业务流程及子流程，完善适航工程协同管理平台的功能。从而使型号合格审定工作程序化，业务流程柔性化、标准化，数据管理规范化，提高型号合格审定的效率，为我国民用飞机基于协同研制模式的适航管理体系建设提供实践参考。

[1] 刘雅星. 航空制造业数字化协同技术综述[J]. 航空制造技术, 2015(18): 66-71.

Liu Yaxing. Review of digital cooperative technology in aeronautical manufacturing industry[J]. Aeronautical Manufacturing Technology, 2015(18): 66-71.(in Chinese)

[2] 王俊彪. 民机适航管理体系分析及其发展浅议[J]. 机械设计与制造工程， 2014(4): 1-5.

Wang Junbiao. The summary on the civil aircraft airworthiness management system and its development[J]. Machine Design and Manufacturing Engineering, 2014(4): 1-5.(in Chinese)

[3] Michel Vrinat, PLM BENCHMARK raising the bar for PLM: EADS’PHENIX Program[R]. CPDA Report, 2007: 12-15.

[4] 吴光辉, 刘虎. 大型客机数字化设计支持体系框架[J]. 航空学报, 2008, 29(5): 1386-1394.

Wu Guanghui, Liu Hu. Framework of digital design support system-of-systems for large airliners[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2008, 29(5): 1386-1394.(in Chinese)

[5] Reinhard W, Schweitzer J, Volksen G. CSCW tools: Concepts and architectures[J]. IEEEComputer, 1994, 27(5): 28-36.

[6] 张娟. 民用飞机数字化适航管理平台技术研究[J]. 航空科学技术， 2017， 28(3): 74-78.

Zhang Juan. Digital airworthiness management platform technical reserch of civil aircraft[J]. Aeronautical Science & Technology, 2017, 28(3): 74-78.(in Chinese)

[7] 中国民用航空局. CCAR-21-R4民用航空产品和零部件合格审定规定[S]. 北京： 中国民用航空局， 2017.

Civil Aviation Administration of China. CCAR-21-R4 The regulation for the certification of civil aircraft products and parts[S]. Beijing: Civil Aviation Administration of China, 2017.(in Chinese)

[8] 中国民用航空局. AP-21-AA-2011-03-R4航空器型号合格审定程序[S]. 北京： 中国民用航空局， 2014.

Civil Aviation Administration of China. AP-21-AA-2011-03-R4: Civil aviation certification procedure[S]. Beijing: Civil Aviation Administration of China, 2014.(in Chinese)

[9] 黄雄. 关于民用飞机设计机构适航管理的若干思考[C]. 北京: 中国航空学会, 2013: 1-4.

Huang Xiong. Airworthiness management in civil aircraft design institute[C]. Beijing： Chinese Society of Aeronautics and Astronautics, 2013: 1-4.(in Chinese)

[10] 张陇东. 国内外民机适航管理体系浅析[J]. 民用飞机设计与研究, 2013(4): 6-9.

Zhang Longdong. Research of airworthiness management system at home and aboard[J]. Civil Aircraft Design & Research, 2013(4): 6-9.(in Chinese)

[11] 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.

Lu Ruifang. Airworthiness certification of civil aircraft management information system research and development[J]. Civil Aircraft Design & Research, 2010(4): 51-54.(in Chinese)

[12] 何静. 关于构建民用飞机设计保证系统的若干思考[J]. 航空工程进展, 2015, 6(4): 480-484.

He Jing. Some considerations for establishing civil aircraft design assurance[J]. Advances in Aeronautical Science and Engineering, 2015, 6(4): 480-484.(in Chinese)

[13] 聂常胜. 民航适航管理技术创新性分析[J]. 价值工程, 2014(18): 171-172.

Nie Changsheng. Innovative analysis of civil aviation airworthiness technology[J]. Value Engineering, 2014(18): 171-172.(in Chinese)

[14] 浦传彬, 刘存喜. 思考空客的适航管理[J]. 航空工业经济研究, 2008(6): 7-10.

Pu Chuanbin, Liu Cunxi. Consider Airbus’ airworthiness management[J]. Economic Research of the Aviation Industry, 2008(6): 7-10.(in Chinese)