面向适航符合性的民机产品研制和取证过程分析

张松 李小光 房峰

摘  要：该文分析了民机产品研制的特点，以及构建适航符合性证据体系的理论基础，其中“双V”过程分析重点。基于民机系统产品生命周期阶段建立时间轴，该文通过分析“民机产品研制过程”与“型号合格审定/符合性验证过程”中，各阶段下的适航当局和申请人的关键工作内容和项目评审节点之间关系，进而分析审定基础、审定计划和符合性证据形成过程。

关键词：民机产品  “双V过程” 适航符合性  研制过程

中图分类号：F273.2                            文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）03（a）-0075-03

analysis civil aircraft product Development and forensics process for airworthiness compliance

ZHANG song  LI Xiaoguang  FANG Feng

（Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， Nanjing， Jiangsu Province， 210016  China）

Abstract： the paper analyses the characteristics of commercial products development， and it analyses the theoretical basis of constructing airworthiness compliance evidence system， focus on the paper analysis of "Double V" process. Timeline based on the commercial system of product life cycle phase， the paper analysis of "the course of the development of commercial products" and "model to the examination and approval of qualified/compliance verification process" in each stage of the airworthiness authorities and the key work of the applicant， the relation between content and project review node， further analysis of the examination and approval， approval of plans and evidence of conformity formation process.

Key words： Civil aircraft product; "Double V" process; Airworthiness conformity; Development process

適航符合性证据的产出，应基于民机产品研制的系统工程“双V过程”。以民机产品研制适航要求（审定基础）为出发点和符合性验证目标，协同达成下述预期：最终产品实现既定功能和性能，满足客户需要和市场需求;最终和中间产品满足设计规范;产品设计过程及最终产品符合适航要求。构建适航符合性证据体系，解决的是面向复杂的民机及系统产品研制过程在所有活动均产生数据的状态下，基于何种原则，规划、执行及管控相关数据间的类别和层次关系，明确输入输出关系，如何面向规章和程序要求规范化定义和处理这些数据，最终形成逻辑严密的证据链。

1  民机产品研制特点

1.1 长周期、高投资

一个商用飞机产品的研制过程，整个时长超过10年，需经历市场分析、需求捕获、详细设计、试制验证、适航取证、交付运营等多个阶段，期间还需要经历项目立项、方案确定、初步设计完成、首架机下线、首飞、取证等多个里程碑，每达到一个里程碑均涉及到几百个专业的大量协同工作，过程非常复杂。因此，飞机研制是典型的资金密集型产业，投资金额大，投资回报时间长[1]。

1.2 参与范围广

研制大型飞机必须大量人员的参与，这些人员由不同专业的专家组成，一大批掌握先进设计技术和有一定实践经验的人才队伍，是研制大型商用飞机的基础条件。由于商用飞机产品属于复杂高端产品，复杂产品的特点涉及多专业综合和大规模团队协同。以飞控系统为例，涉及机械工程、气动工程、液压工程、电子电气、安全性、维修性等多专业学科的综合[2]。

1.3 高风险

鉴于商用飞机的复杂、高投入和长周期，市场和外部环境变化多端，因此，商用飞机研制属于高风险的项目，从来都是成功者少、失败者多。纵观世界商用飞机产业发展史，成长期往往持续时间较长、风险挑战多，是主制造商发展的高危期[3]。

2  民机产品研制过程分析（双V过程）

根据上述民机产品的研制特点，可以看出民用飞机研制过程越发复杂。民用飞机研制过程是一个多学科、多专业的协同设计过程，其复杂性可以用三句话简单概括：民用飞机研制是一个从粗到细的过程;民用飞机研制是一个从耦合到解耦的过程;民用飞机研制是一个需要进行大量设计循环和迭代的过程。而为了更好地满足适航和市场需求，民机产品主制造商需要向适航局方提供更加严谨详实的适航符合性证据，那么构建适航符合性证据体系就显得非常重要和必要，而构建适航符合性证据体系的基础是应用民机研发领域的系统工程理论和方法。

近年来国内外相关组织总结了大量复杂系统研制经验，以及系统工程理论在复杂系统尤其是民用飞机领域的应用实践，并对复杂项目研制所采用的瀑布模型、螺旋模型以及V&V模型等进行对比分析，提出了复杂系统研制指南。在民机和系统研制领域最常用的是描述飞机系统研制过程的“V&V模型（Validation & Verification，双V）”，“双V模型”表征的是伴随飞机、系统和设备各层级的需求辨识、分解与分配，系统功能/物理架构的设计、实施、同步开展的各层级对需求正确性和完整性的“确认过程”（双V之一），以及基于系统实施结果（如物理实物）所开展的面向需求符合性的“验证过程”（双V之二），上述设计实施过程表现为双V图中用V的左臂，而确认和验证过程用双V图的右臂来表达，如产品/系统的综合试验。系统工程的双V过程使“研制错误”能在项目初期就得到尽早发现，避免其向综合和验证阶段的累积[4]。

通常民用飞机产品研制过程可分为总体方案定义、初步设计、详细设计、全面试制、试飞取证、批生产6个阶段，各阶段中主要工作如下。

（1）总体方案定义阶段：民机产品主制造商面向用户要求、适航要求、市场要求及其他约束（如研制周期与经费、技术成熟度等）定义飞机、系统及设备的研制方法，确定产品研制目标和主要技术指标，建立型号总体方案，规划所有项目里程碑的评审节点，制定研制规划，完成初步总体方案评审。

（2）初步设计阶段：民机产品主制造商依据研制规划，完成飞机级中的性能、功能、安全性和运行需求定义，辨识飞机级功能架构，形成飞机级功能描述文档（AFDD），捕获飞机级需求，形成飞机级功能需求文档（AFRD），明确适用的飞机级规范（ATS）。在此基础上确立飞机级功能分解并将需求分配到系统，确立系统边界，形成系统/设备级需求文档（SRD/ERD）等。

（3）详细设计阶段：民机产品主制造商完成功能与飞机架构的关联并分解、分配功能，驱动系统级“设计实施”的开展，使系统功能通过系统架构研制至设备层级架构（软硬件）得以实现，完成系统级合格审定计划的编制等[5]。

（4）全面试制阶段：民机产品主制造商基于设计方案开展飞机、系统、设备和软硬件的试件制造，完成试验室设备鉴定试验、系统综合试验和机上地面功能试验等，开展结构设计更改和制造偏离的静强度、疲劳和损伤容限分析和全机静力试验，完成飞机性能校核和全机地面称重，开展全机重量平衡手册编制等。

（5）飞行试验阶段：民机产品主制造商通过飞行试验验证飞机、系统和设备的设计/综合实施，在模拟和实际的运行环境下，是否符合研制中所明确的性能、功能、安全性需求和相关的研制规范要求，完成系统、设备鉴定工作，确认飞机满足用户要求和研制目标，完成适航要求的符合性验证数据或者资料，获得局方批准，取得型号合格证书（TC证）。

（6）批生产阶段：民机产品主制造商依据市场订单确立生产管理模式和商务运行模式，完成批生产能力建设，开展交付飞机生产、交付试飞、客户培训和支持等工作。

3  民机产品型号合格审定/符合性验证过程分析

为指导和规范民机及系统产品的型号合格审定/符合性验证活动，中国民用航空局（CAAC）依据中国民用航空规章《民用航空产品和零部件合格审定规定》（CCAR-21）制定了《航空器型号合格审定程序》（AP-21-AA-2011-03-R4），其管控对象为型号合格证申请、颁发和管理过程，规定了以责任审定单位、审查部门、型号合格审定委员会（TCB）、审定审查组（TCT）、工程审查代表、制造符合性审查代表及委任代表（DER）等构成的型号合格审定体系组织。该程序将型号合格审定过程，按民机型号研制生命周期划分为概念设计、要求确定、符合性计划制订、计划实施和证后管理5个阶段，在各阶段相关工作完成后，召开TCB会议进行过程评审并实施转段。适航当局型号合格审定/符合性验证的基本思路为按专业审查，按条款关闭，通过申请人提供的设计和验证证据论证适航符合性，得出型号符合适航要求的符合性结论，为型号申请人颁发型号合格证，开展证后管理。在型号合格审定过程中，适航当局与申请人一般遵循互相信任的原则，以保证各阶段的审查工作顺利进行。

4  适航当局型号审定过程工作

民用飞机的适航审定工作是一项反复迭代的工作，贯穿于飞机研制的整个过程中，适航当局通过适航管理程序来规范民用飞机的适航审定工作，民用飞机主制造商也需要按照适航审定的相关程序进行适航符合性验证工作[6]。

适航当局的工作，是按照严格详细的审查程序，对民用飞机设计制造过程和试验、试飞进行逐项审查和监督。适航当局在概念设计阶段，主要为意向申请人提供有关适航规章和审定程序等方面的指导、帮助，与意向申请人建立安全保障合作关系。指导意向申请人建立初步设计保证系统、规划审定计划（CP），签署安全保障合作计划（PSP），并就审定基础的建立提出建议，会同申请人召开首次技术熟悉会，熟悉潜在审定型号的设计特征。在要求确定阶段主要是对意向申请人的申请进行受理，并确定适用的审定基础，向申请人下发TC证申请通知书并成立型号合格委员会（TCB），召开首次TCB会议，成立型号合格审定审查组（TCT）和相关专业组，认可申请人提交的审定基础草案;通过召开中间TCB会议，确立审定基础，签署专项合格审定计划（PSCP）。在符合性计划制订阶段，适航当局基于申对申请人、委任代表的信任程度，考虑适航要求、符合性方法的复杂度和安全性影响，明确适航当局审查介入范围和和程度，确定工程审查代表和制造符合性检查代表，召开多次中间TCB会议最终审批确定审定计划（CP）。在计划实施阶段，适航当局启动对工程验证试验和工程符合性检查的试验目击，依据CP审查和批准申请人提交的型号设计资料（Type Design Data，TDD）和型号符合性验证资料（Type Compliance Data，TCD），在审定飞行试验前召开TCB会议，签发型号检查核准书（TIA），批准进行制造符合性檢查、适航检查和地面及飞行试验;开展审定飞行试验，审批持续适航文件（ICA），协调航空器评审组（AEG）开展航空器运行符合性评估，完成功能和可靠性飞行试验，批准《飞机飞行手册》，召开最终TCB会议，确认所有问题纪要（含专有条件、等效安全及豁免）已关闭，对设计保证手册和设计保证系统给出审查结论，颁发型号合格证（TC）。在证后管理阶段，适航当局编制完成型号合格审定总结报告，协同航空器评审组（AEG）开展持续评审工作。

5  结语

结合民机研制特点和研制过程，该文剖析了研制各阶段适航当局和申请人的关键工作内容和评审节点之间的关系，明确了分析审定基础、审定计划和符合性证据形成过程，对民机研制和适航工作具有积极意义。

参考文献

[1] 张佳明奇.进出口民用航空器适航审定的法律研究[D].中国民航大学，2019.

[2] 张锐，徐伟程，罗秋凤，等.轻小型无人机系统适航规章发展及其启示[J].航空标准化与质量，2019（2）：44-48.

[3] 杜建斌，赵元.浅析WBS在飞机研制项目经营发展中的作用[J].中国战略新兴产业，2018（28）：70.

[4] 杨渊.基于MBSE的民机数据加载系统建模及模型验证[D].电子科技大学，2020.

[5] 袁骁涵.某型民机液压综合管理双CPU冗余控制系统研究[D].南京航空航天大学，2019.

[6] 董大为.大型民机研制项目WBS创建要点研究[J].项目管理技术，2020，18（10）：78-82.