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航空器持续适航文件(ICA)的编制和评审要点

2020-04-08孙滨张磊谈云峰

航空维修与工程 2020年9期
关键词:制造厂航空器手册

孙滨 张磊 谈云峰

摘要:国内投入运行的国产航空器型号种类和数量不多,航空器制造厂家对持续适航文件(ICA)的重要性认识不足,在制定ICA方面的经验不多。本文对ICA的民航规章条款内涵进行分析,讨论了ICA的定义及内容要求,结合国内外多个民机型号ICA的审查实践经验,提出对ICA的评审要点及目前编制ICA的薄弱环节。本研究成果可为航空器制造厂家制定ICA提供参考,对于局方评审ICA也具有实际的参考价值。

关键词:持续适航文件;维修大纲;MSG-3

Keywords:ICA;maintenance program;MSG-3

0 引言

航空器在使用过程中受到各种载荷、环境和偶然因素等综合影响,其组成部分不可避免地会出现退化、故障或失效,为了恢复航空器及其组成部分的功能,保持其固有设计水平和可靠性,航空器制造厂家必须制定一套持续适航文件(ICA),确保航空器投入运行后持续的安全、可靠和适航 [1] 。无论航空器的初始设计水平和可靠性有多高,一旦投入使用,正确地使用和维修是保持其固有设计水平和可靠性的基础,而正确地使用和维修则需要通过航空器制造厂家制定准确详尽、便于使用的持续适航文件来保证 [2] 。

长期以来,国产民机投入运行的型号种类和数量较少,与航空器配套的持续适航文件没有得到厂家的充分重视。国内航空器制造厂家普遍的做法是将手册的编写职责归于设计部门,由各专业的设计人员负责手册内容的编制,然而设计人员并不熟悉维修工作,而且设计人员的主要精力集中于型号的研发设计,无法投入更多精力去编写高质量的手册。对于维修类手册,因涉及维修人员的使用需求,编制手册时应当站在维修人员使用的角度,手册编写需要维修人员的经验和实践,否则无法满足后续运行和使用的需求。因此,局方一直推行由客服部门专职的维修任务工程分析人员牵头编制持续适航文件,设计部门负责提供源头设计资料支持,在手册编制和审查中保证维修人员和用户的充分参与,确保手册的准确性和可操作性。

本文就ICA编制要求展开讨论,重点介绍ICA的规章要求及局方评审要点。

1 持续适航文件(ICA)的定義

FAA AC 8110.54中关于ICA的定义描述为“Documentation that gives instructions and requirements for the maintenance that is essential to the continued airworthiness of an aircraft,engine,or propeller” [3] ,根据此定义,持续适航文件指的是维修说明和维修要求的相关文件。同时,根据FAA适航规章修正案,1970~1979年之间23部、25部、27部和29部关于1529条款的名称叫做“Maintenance Manual”即维修手册,在1980年的修正案才改为“Instructions for Continued Airworthiness”即持续适航文件。此外,通过对规章持续适航文件附录编制要求的具体描述,结合AC-91-11《航空器的持续适航文件》,可以很明显地了解到,持续适航文件强调的是“维修”,实质上是与维修相关的文件,以维修大纲和维修手册为主的维修类手册是持续适航文件的本质属性。需要说明的是,目前行业内部分人员对持续适航文件的内涵和范围了解不深,还存在误认为飞行手册等运行文件也属于持续适航文件的范畴。因此这里特别强调:持续适航文件是与航空器维修相关的文件或手册。

2 ICA的规章要求

CCAR-21部21.50条明确提出“型号合格证、型号设计批准书、型号认可证、补充型号认可证持有人向用户提交取得适航证的第一架航空器时,应当同时提供至少一套按适航规章要求制订的完整的持续适航文件,并陆续向用户提供这些持续适航文件的修改部分” [4] ,CCAR23.1529、25.1529、27.1529、29.1529条也都有明确规定。对航空器持续适航文件的批准和认可是适航审定部门和飞行标准部门的共同职责。适航审定部门批准的文件主要作为支持型号合格证颁发的条件,一般必须在颁发型号合格证之前完成。飞行标准部门负责批准和认可的文件主要作为支持航空器投入运行的条件,如果在颁发型号合格证时没有全部完成,则必须在首架航空器交付或者颁发标准适航证前完成。

根据《航空器型号合格审定程序》,一般来说型号合格审定审查组(TCT)负责审查并批准:适航性限制要求,包括适航限制项目(ALI)和审定维修要求(CMR);结构修理手册(SRM);电气线路互联系统持续适航文件(EWIS ICA);载重平衡手册(WBM)。飞标部门的航空器评审组(AEG)负责审查并批准或认可:计划维修要求(SMR)、维修计划文件(MPD)、维修手册(AMM)、图解零件目录(IPC)、故障隔离手册(FIM)、部件维修手册(CMM)、线路图册(WM)、工具设备手册等持续适航文件。需要特别说明的是,对于非运输类航空器来说,一般没有CMR、EWIS ICA、SRM和WBM,一些典型的结构修理会放在维修手册中,稍微复杂的飞机也会单独编制SRM,如Y12F通勤类飞机。对于一般的四座以下飞机,一般情况下持续适航文件仅包含AMM、IPC以及发动机、螺旋桨和相关机载设备的维修手册。按照《航空器型号合格审定程序》,TCT应在收到AEG关于其负责的持续适航文件的审查结论后,才能提出颁发型号合格证的建议。

3 ICA内容要求

ICA作为技术出版物的主要组成部分,只是局方对航空器制造厂家制定维修类技术出版物的最低要求,航空器制造厂家应当以提供满足用户需求、易于使用的多种技术出版物为目标。技术出版物是持续适航文件的具体呈现形式,在满足局方评审要求的基础上,可以以多种形式呈现。应当按照产品设计的复杂情况,合理地组织信息和数据,编制合适的手册种类和数量,保证用户的使用需求。

航空器持续适航文件的范围包括:航空器使用、维修及其他保持航空器持续适航的限制、要求、方法、程序和信息;航空器所安装的发动机、螺旋桨、机载设备与航空器接口的信息;航空器机载设备和零部件的维修方法、程序和标准(可以直接使用机载设备和零部件制造厂家编制的单独手册)。按照实际的用途,航空器的持续适航文件一般分为维修要求、维修程序和构型控制几类。每一类文件都可以以一本或多本手册的形式编制,但下述手册或内容需要局方批准,并应当按照局方的相应要求单独编制:适航性限制项目(ALI);审定维修要求(CMR);计划维修要求(SMR);结构修理手册(SRM);其他适航审定部门要求批准的文件(如ETOPS运行涉及的构型、维修和程序,CCAR-26涉及的特殊持续适航文件等)。

3.1 维修要求

维修要求的主要目的是向航空器使用人或者运营人提供保持航空器持续适航性和飞行安全的维修任务要求,航空器的维修要求一般包括:航空器系统、结构、区域、闪电和高能辐射场防护部件的计划维修任务和维修间隔,以及审定维修要求(CMR)和适航性限制项目(ALI)。维修要求应当根据航空器型号审定中所明确的系统、设备和结构的预期可靠性水平来确定,涵盖航空器所有的系统、设备和结构,并考虑特定运行环境的影响。除经局方特别批准采纳的其他行业或国际规范外,计划维修任务应当采用MSG-3的逻辑分析流程予以确定。对于运输类航空器和通勤类飞机,计划维修要求(SMR)还需经局方批准。维修要求可以包括在航空器维修手册中(通常第四章为适航性限制章节,第五章为根据MSG-3逻辑分析产生的维修任务),也可以编制单独的文件。

以前,维修大纲作为持续适航文件(ICA)中的纲领性文件,国内航空器制造厂家对其重要性还认识不足,缺乏应用MSG-3进行维修任务分析的工程经验。在航空器制造厂家申请型号合格证(TC)的适航审定和航空器评审过程中,局方将国际上通行的维修任务分析方法MSG-3国际规范引入国内航空器制造厂家,在局方、航空器制造厂家和用户的共同努力下,逐步建立了一套科学的编制维修大纲的方法、标准和流程。在局方的推动下,国际MSG-3维修大纲制定标准在国内得到了广泛应用,以指导航空器制造厂家制定航空器的初始维修大纲。航空器制造厂家依据国际主流的MSG-3预防性維修任务分析方法,参考国内外先进民用飞机制造商的经验,逐步建立了规范的MSG-3维修工程分析流程,按照MSG-3标准和MRB评审要求,建立了用户代表、局方、工业方、供应商等共同参与的维修技术委员会(MTC)以及维修任务分析工作组(WG),用户代表和局方维修专家全程参与维修任务和间隔的分析与制定,三方共同参与维修任务分析各个环节,使初始维修大纲满足运行规章和预期运行环境要求,更加贴近用户的维修需求。

从MSG-3在国内的应用情况来看,除了运输类飞机必须应用MSG-3标准制定初始的维修大纲之外,目前通勤类飞机Y12F以及27部直升机AC311、29部直升机H425和AC313也已采用了MSG-3方法来制定航空器的初始维修大纲。早在上世纪80年代,国内的Y12II型飞机就已经借鉴了部分MSG-3的方法来制定维修大纲。国内的23部三座小飞机AG100也已开始采用简化的MSG-3分析流程制定维修大纲。贝尔直升机公司的Bell 505、Bell 429,莱昂纳多公司的AW169和空客直升机公司的H175B等直升机均采用MSG-3制定直升机的维修大纲。通过这些型号的开展,MSG-3的维修任务分析方法在通用航空器领域逐步得到了航空器制造厂家的接受和应用。图1为运输类航空器计划维修任务的制定流程,非运输类航空器可以在此分析流程的基础上进行一定程度的简化。

3.2 维修程序

维修程序的主要目的是向航空器所有人或者运营人提供一套维护说明书,以保证航空器的正常维护并落实具体的维修要求,航空器维修程序的主要内容应当至少包括概述性资料、系统和安装说明、使用和操作说明、故障处理说明、维修实施程序和维修支持信息。这些内容可分为多本手册的形式,如飞机维修手册(AMM)、发动机安装手册(EBM)、故障隔离手册(FIM),但不同的航空器制造厂家的手册划分可不必相同。

3.3 机载设备和零部件维修程序

机载设备和零部件维修程序的主要目的是向航空器所有人或者运营人提供一套机载设备和零部件的维护说明书,以确保落实具体的维修要求。机载设备和零部件维修程序的编制责任属于航空器制造厂家。航空器机载设备和零部件维修程序一般以部件维修手册(CMM)的形式编制。航空器制造厂家可以选择直接使用机载设备和零部件制造厂家编制的单独手册或结合航空器维修程序一同编制。尽管可以直接使用机载设备和零部件制造厂家编制的单独手册,但机载设备和零部件维修手册的编制责任仍然属于航空器制造厂家。

3.4 构型控制文件

产品构型控制文件用于规定航空器的构型设计标准,以保证在航空器维修过程中符合经批准的设计规范。产品构型控制的主要内容一般包括图解零件目录和线路图册等。

4 评审要点分析

持续适航文件内容的文字量巨大,即使是四座以内的23部小飞机,一本维修手册通常也达到了两三千页,局方评审人员并不是校对员,不可能对手册进行逐页逐句的评审。 ICA的评审主要是过程评审,初稿评审侧重于手册格式和编写框架,确认手册是否按照ATA2200或S1000D等通用的国际规范编写。在确认持续适航文件满足了基本的格式、框架、范围和内容后,还要评估航空器制造厂家是否建立了相应的持续适航文件编制、分发和修订的管理规范。

ICA的验证是局方评审的重点。评审过程中,局方会检查航空器制造厂家对手册的验证记录,确定航空器制造厂家按照ICA管理规范中既定的验证流程开展了维护程序和故障隔离程序验证,在确认所有的程序均通过验证并且完成手册的整改之后,局方会进行现场的抽查验证,以最终确认ICA的准确性和可操作性。局方对航空器制造厂家编制的ICA符合性说明进行最终确认,以完成ICA的定稿评审。后续根据用户使用反馈和设计更改情况评估其对持续适航文件的影响,以便及时修订持续适航文件。航空器制造厂家根据相应的管理规范对持续适航文件进行全寿命的持续跟踪和修订,局方将通过持续评审和维修技术委员会会议的方式定期评估持续适航文件的修订情况。

4.1 ICA的编制規范

ICA的编制规范普遍采用ATA和ASD的国际标准,通常是ATA100、ATA2200、S1000D,甚至是通用航空制造商协会的GAMA No.2。需要说明的是,ATA100在1999年的版本后已经不再更新了,2000年ATA100和ATA2100一起合并成为ATA2200航空维修资料标准,ATA2200的状态基本上是一年更新一次。ATA2200是目前航空器制造厂家普遍采用的技术标准,其中的ATA编号系统得到了航空器制造厂家的普遍应用,几乎所有航空器的系统划分都遵循ATA的编号规则。

S1000D标准规范即“International specification for technical publications using a common source database”。对于航空器系统的编号规则,它的编号系统规则与ATA2200是一致的,不同之处在于它的主要思想是基于模块化数据来编制技术出版物。一个数据模块DM(data module)是最小的不可再分割的数据模块单元,不同数据模块组合在一起成为一个公用的数据模块库,其不同的组合可以为不同机型的技术出版物所共用。目前,国内AC313和AC311系列直升机基于S1000D编制的电子化交互式手册已较为成熟。

通用航空制造商协会在1978年发布了GAMA Specification 2–Specification for Manufacturers Maintenance Data,到现在一直没有修订过。相比前面提及的标准规范,这本规范的内容不多,和ATA里的章节划分描述一致,这也说明了它是遵循ATA100或者说是与ATA100兼容的。这本手册的编写目的是为了适用于非复杂航空器,更偏向于通用航空器维护类手册的编写指导,而实际上最核心的仍是ATA章节划分。就通航领域来说,有必要将这类适用于通用航空器的规范再次实时更新,以便更加适应于通航领域技术发展的现状。

4.2 ICA的编制及管理程序

航空器制造厂家需要制定ICA的编制及管理程序,详细说明ICA手册种类和各类手册的编制方法以及ICA的分发和修订流程等管理程序。

技术出版物要经历编写、审核验证、分发、持续修订的过程,因此,在航空器制造厂家的管理体系下必须建立技术出版物的管理规范,包含对上述过程的管理要求和流程定义。持续适航文件的编制流程见图2。

航空器制造厂家需明确持续适航文件(技术出版物)管理的责任部门和人员,并明确相关部门的支持和配合要求。手册的编制主体应当是客户服务部门,客户服务部门应当设置专职专业的机构和人员担负手册编制的职责,并且需要熟悉和了解客户使用手册的习惯和需求。应建立规范的工作流程和标准,管理规范文件应当明确描述和说明手册编写、审核、验证、分发、控制、反馈以及修订的流程步骤、实施标准、记录要求等。同时,为呼应管理规范的职责设定,应当在各相关部门的工作程序中包含相应的职责和工作要求说明。

局方对ICA的评审覆盖航空产品全寿命过程。因此,对于ICA的持续管理,航空器制造厂家应建立信息收集和反馈机制,同时对技术出版物进行的持续修订和改进也应纳入ICA的管理规范文件中。

4.3 ICA的验证

持续适航文件的准确性和可操作性必须经过实际的验证来保证。验证可以保证文件与手册的内容与设计部门的源头数据信息一致,保证手册的准确性和可操作性。编制手册和文件的最终目的是提供给客户使用,因此,手册和文件的实用性尤其是其中程序的可操作性非常重要。验证目的即是在手册和文件交付客户使用之前,由航空器制造厂家内部的手册使用部门通过在实际工作中应用手册文件,有目的地对各种工作程序进行实际操作来保证手册文件的内容切实可用。

验证的过程中需要以记录表格的形式来记录验证的过程和验证的内容。这些记录也是局方对手册和文件进行认可的前提和必要条件。验证的内容应当包括:手册文件的内容能够满足实际实施所需的信息,如提供的工具设备信息是否足够,提供的图示是否能够保证工作者正确完整地理解工作内容等;手册文件列出的程序步骤具备实施工作的合理性,即工作者按照手册文件列出的程序步骤能否正确实施工作。航空器制造厂家应当充分利用各种时机开展手册的机会验证,尤其是在试飞期间结合航空器的维护工作开展手册验证工作。

局方通常会对航空器制造厂家开展验证的记录进行检查,同时通过抽查的方式开展局方的抽查验证,最终确定手册的准确性和可操作性。在实际的验证过程中,通常还能够发现设计缺陷,如果设计没有充分考虑可维修性要求,通过验证通常能够产生设计更改。例如,在开展AC311A直升机尾航行灯拆卸程序的审查过程中,发现尾航行灯的拆卸线路没有设计便于拆卸的插头,后续航空器制造厂家对线路进行了改进,重新设计了快速插拔式接头以改进尾航行灯的拆卸方式,此项设计更改提高了尾航行灯的可维护性,取得了很好的效果。

4.4 编制节点与项目阶段的匹配

考虑到航空器研制过程与上述流程的配合,航空器制造厂家应在初步设计阶段制定编制方案和规范;在详细设计阶段开展MSG-3分析并编制持续适航文件草稿;在首架机总装前初步完成持续适航文件草稿,并制定持续适航文件验证计划;在研发试飞阶段,持续适航文件草稿应用于试飞验证中的维修工作,并在这期间完成持续适航文件初稿;在符合性验证试飞阶段,持续适航文件初稿应用于符合性验证试飞阶段的维修工作,在此阶段完成持续适航文件验证工作。局方MRB通过对ICA抽查验证,最终对ICA进行认可,航空器交付使用后按照持续适航文件相关管理程序更新和完善持续适航文件。一般来说,在首次试飞前应完成ICA草稿的编制,在试飞期间利用各种时机对手册进行充分验证,在功能和可靠性试飞前完成初稿的编制,在首架交付或获得标准适航证前完成定稿的编制。

5 目前ICA制定中的薄弱环节

5.1 CMM手册的管理

在维修任务和维修间隔制定的过程中,设备级的维修任务和维修间隔通常来自于供应商提供的设备维修基础数据,因此供应商提供产品的维修性和可靠性指标对于整机的维修性和可靠性指标有着关键作用。但目前国内主机厂在供应商管理方面没有充分考虑对设备维修数据的要求,导致在制定航空器维修大纲的过程中出现维修间隔过短、维修频繁等不利因素,国内航空器制造厂家需要强化供应商管理,以制定合理、满足用户预期的维修大纲。

5.2 手册语言使用规范

持续适航文件的编写还需要考虑便于使用者阅读和操作,存在的问题是一些专业术语往往存在不统一现象。维修操作程序的编写应尽量简洁并便于使用者阅读理解和操作。目前,国际上英文手册的编写规范有ASD(国际航协)简化技术英文规范(STE),规定了維修手册对语言的要求,手册的编写应遵循其中的编写规则和受控的语言词典,以便于阅读和理解。国内应该借鉴国际通行做法,对用中文编写的手册提供统一的文字标准规范。

5.3 维修任务和间隔的可靠性及优化

维修任务制定水平除了应用MSG-3分析及MRB评审流程确定之外,还需要搞清楚航空器系统、设备及零部件的可靠性信息,才能制定出相对准确的维修任务和间隔。美国宇航局(NASA)统计数据表明,航空设备故障概率大致可以分为6种类型,具有经典浴盆曲线的仅占4%,有明显损耗期的占5%。89%的设备没有损耗期,不需要定时维修。例如,对于浴盆曲线的维修策略,在早期故障率高的情况下,如果企图以新品更换在用品,相当于是以故障率高的机件更换故障率低的机件,不仅不能降低总的故障率,反而会产生相反的效果。

维修大纲中的维修任务和维修间隔直接关系着航空器的运行效率和维修成本。在航空器交付投入运行后,为保证维修任务的有效性,航空器制造厂家应当在航空器交付运行后建立机队使用数据的收集、处理、分析的完整的可靠性管理体系,收集使用可靠性数据,依据对机队使用数据的分析,结合MSG-3维修任务分析,对维修大纲进行持续优化,满足航空器的持续适航性和经济性要求。

5.4 通用航空器维修任务和间隔的制定

维修任务和间隔的制定还与维修性的设计目标和基本假设相关联,对于民航运输飞机,由于其运行的时间利用率相对稳定,维修性设计目标和基本假设相对准确。而通用飞机可能没有相对稳定的时间利用率,其基本假设很难趋近实际情况,因此,通用航空器维修任务和间隔的设定可基于相似机型,对运行大数据建立航空器的维修任务和间隔数据库,充分利用实际的机群运行大数据,基于运行经验来指导制定通用航空器维修任务和间隔。这是后续制定通用航空器维修任务和间隔需要研究的方向。

5.5 交互式电子化手册

国外航空器制造厂家目前普遍采用交互式电子化手册。交互式电子化技术出版物(IETP)针对航空产品数据的众多管理难点,解决了用户对航空产品技术信息管理的单机化需求,满足了航空器制造厂家对技术出版物多种源数据的统一管理和应用,是当前主流的发展趋势。由于长期没有国产航空产品在市场使用,国内航空器制造厂家对于技术出版物的重要性认识还不足。运输类飞机由于其复杂程度较高,实现手册电子化是航空器制造厂家对于数据管理手段的必然选择。随着计算机技术的进步,相信将有越来越多的国内航空制造厂家投入开展手册的电子化工作,为客户提供好用易用的技术出版物。

6 结束语

航空器制造厂家取得航空器的型号合格证仅是满足适航规章的最低安全标准。民航法第四条明确提出“国家扶持民用航空器制造业的发展,为民用航空活动提供安全、先进、经济、适用的民用航空器”,但目前国产民用航空器的设计制造水平同民航法中提及的“经济、适用”的要求还有一定距离。国内航空器制造厂家应努力提高航空器运行经济性和可用性,适航审定局方也需切实做到适航管理条例第一条所说“保障民用航空安全,维护公众利益,促进民用航空事业的发展”。

本文回顾了持续适航文件(ICA)的民航规章要求,对ICA的适航条款内涵及编制要求进行了分析,结合国内外多个民机型号ICA评审实践经验,总结了ICA的评审要点,分析了ICA编制中的薄弱环节,可为航空器制造厂家制定ICA提供参考,对于局方开展ICA评审亦具有实际的参考价值。

参考文献

[1] 孙滨,梁刚,谈云峰. MSG-3在民用航空器维修大纲制定中的应用[J]. 航空工程进展,2016,7(2):259-264.

[2] AC-91-11 R2航空器的持续适航文件 [S]. 北京:中国民用航空局,2018.

[3] Oder 8110. 54A Instructions for Continued Airworthiness Responsibili- ties,Requirements,and Contents [S]. America:FAA,2010.

[4] 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.

[5] AC-91-26 R1航空器计划维修要求的编制 [S]. 北京:中国民用航空局,2018.

作者简介

孙滨,工程师,主要从事航空器评审(AEG)、航空器维修工程分析、适航管理等工作。

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