民用航空发动机构型环境管理研究

张宝岭，郝朝杰

（中国航发商用航空发动机有限责任公司，上海 200241）

研制性能优越的民用大型飞机发动机是我国航空发动机行业面临的重大战略任务。航空发动机研制的过程是不断对需求分解、确认和验证的过程，构型管理是确保研制过程中航空发动机的功能特性和物理特性始终符合客户和适航需求的重要保证手段。目前，随着国产飞机ARJ21完成了适航取证工作，构型管理的重要性已经得到了国内航空单位的重视，并在项目中逐步开展了相关工作。但是在构型环境方面开展的管理工作并不充分，因比，本文将重点介绍构型环境管理的概念和工作要点。

1 构型环境和构型环境项定义

根据D0-178和D0-254中对电子软件和电子硬件开发环境的要求，对构型环境给出以下定义：构型环境管理即针对产生产品构型数据或信息的环境进行管理，主要管理对象包括研制过程中可以直接或间接影响构型数据的产生、归档与检索、交互、备份和作废的各种设备、软件、媒介和工具等；构型环境项是指能满足构型数据管理的使用功能，被指定作为单个实体进行管理的设备、软件、工具或其集合体，是管理的基本单元。

2 开展构型环境管理的必要性分析

对构型环境项进行管理的目的是确保产品在全生命周期过程中构型数据的产生、归档与检索、交互、备份和作废等环节过程受控，使构型数据具备可信性、一致性和可复现性。在民用航空发动机研制过程中进行构型环境管理的需求主要来源于以下2方面。

2.1 项目自身的需求

研制航空发动机是一项长周期复杂的系统工程，需经过多专业、多轮次的长周期迭代。某一环节的设计纰漏，往往要经过几轮迭代后甚至到试验和服役以后才会呈现出来。在发现问题后，对问题进行定位时就要对各环节的构型数据进行分析，甚至需要对这些构型数据进行复现。需要对这些可能影响构型数据的设备、软件、媒介和工具进行管理，防止出现数据不可信、不可重复的现象。

2.2 适航取证的需求

适航条款是民用航空发动机研制过程中必须遵守的法律法规，不得进行任何违背或妥协。ARP 4754A、DO-178和DO-254都是局方推荐的航空发动机研制过程中的最佳实践，工业方参照上述标准进行研制活动更容易获得局方认可，减少取证的难度。以ARP 4754A为例，文中明确要求对构型环境进行型管理，如果资料和记录被用来支持合格审定工作，则要满足以下准则：资料的产生源和所使用的方法，比如分析或试验应该被充分控制。

3 数据环境的分类

参考民用航空发动机研制的V字模型，如图1所示。航空发动机构型数据类型可分为设计数据、生产数据、验证数据、维护数据和客服数据。

按照数据生命周期可将环境分为5种类型：数据产生环境、数据归档与检索环境、数据交互环境、数据备份环境和数据作废环境。数据生命周同期示意图如图2所示。

不同类型的构型数据在不同环境中有不同的构型环境项需要进行管理。以数据归档与检索的环境为例，在这个环节的构型环境项主要是用于数据归档和检索的数据承载媒介和管理平台，比如Microsoft Word是承载数据的媒介，PDM为数据管理的平台等。

4 构型环境项的标识和索引

标识是构型管理工作开展的基础，在识别出构型环境项的基础上，应对构型环境项进行唯一、可追溯的标识，并建立构型环境项索引。

构型管理组织应在产品研制初期完成构型环境管理的策划工作，组织参研单位完成构型环境项的识别和标识，形成构型环境项索引，以便所有的项目研制人员在相同的“环境”下工作，从而保证构型数据在产生、归档与检索、交互、备份和作废等过程中的一致性、追溯性和可复现性。以设计数据为例，构型环境项索引表可参考表1。

构型环境项索引的首次发布需要经过一定层级的批准，一旦发布之后由构型管理人员进行实时维护。未经批准的构型环境项不得在项目中采用。

5 构型环境项控制

5.1 构型环境项分类

为了区分构型环境项的控制程度，可将构型环境项分为2大类：主要构型环境项和次要构型环境项。

主要构型环境项判别通过下列因素来判断，具备以下因素之一的即可视为主要构型环境项：①影响设计数据的构型环境项。指产生设计数据的设备、软件、媒介和工具，比如三维建模软件、强度分析软件、气动分析软件和可靠性分析软件等，也包括产生或存储设计数据的各种平台。②影响生产数据的构型环境项。指产生生产数据的设备、软件、媒介和工具，比如生产用的工装、设备等，包括产生或存储生产数据的各种平台。③影响试验数据的构型环境项。指产生试验数据的设备、软件、媒介和工具，比如试验用的试验器、数据采集设备等，也包括产生或存储试验数据的各种平台。④影响提交给局方进行适航审定数据的构型环境项。不属于主要构型环境项的都是次要构型环境项。

5.2 构型环境项控制要求

构型环境项分散在研制的各环节中，存在于不同的部门之间或不同公司之间，这样给管理带来了挑战。因此，需要统一控制原则作为各环节控制的参考。参考构型控制的顶层模型，可将主要构型环境项的变更分为变更申请、变更评估、变更验证和变更实施四个步骤，其中，变更申请主要描述构型环境项变更的原因以及要解决的问题；变更评估主要描述构型环境项变更对构型数据产生的影响，是否影响构型数据的可信性、一致性和可复现性；变更验证主要描述构型环境项变更的验证结果；变更实施主要描述构型环境项变更的实施计划和范围等。

次要构型环境项的变更控制只需要有变更申请和变更实施两个环节，不需要经过变更评估和变更验证环节。变更后的主/次要构型环境项都有在构型环境项索引中体现。

6 总结

开展构型环境管理工作的主要目的是保证构型数据在产生、归档与检索、交互、备份和作废等过程中的可信性、一致性和可复现性，是确保民用航空发动机顺利研制的重要环节。本文依据数据产生的环境以及航空发动机研制过程，对构型数据的环境进行了划分，提出了构型环境项分级控制的原则以及控制要点，为民用航空发动机在研制过程中开展构型环境项的管理工作提供了参考。

［1］ 刘大响，金捷，彭友梅，等.大型飞机发动机的发展现状和关键技术分析［J］.航空动力学报，2008，23（06）：976-980.

［2］ 王庆林.构型管理［M］.上海：上海科学技术出版社，2009.