民机适航符合性数据体系研究及软件开发

房峰 李小光 张松

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2103-5042-1400

摘  要：该文以构型索引文档为核心建立了适航符合性数据体系，以“设计分配证据链”“需求确认证据链”和“实施验证证据链”形成了一个闭合的数据关系回路，记录和表达适航符合性数据的内在逻辑关系。该数据体系从民机产品研制的正向过程梳理适航符合性数据，提供了从“结果管控”到“过程保证”转变的理论依据和方法建议，避免适航符合性数据遗漏、逻辑缺失和跨层级错误，有助于推进民机及系统的适航审定工作。

关键词：民用飞机  适航符合性数据  构型管理  证据链

中图分类号：F273.2                           文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）03（b）-0050-03

Research on Airworthiness Compliance Data Structure of Civil Aircraft and Its Software Development

FANG Feng  LI Xiaoguang  ZHANG Song

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

Abstract： The airworthiness compliance data system is established with the configuration index document as the core， a closed evidence relation loop is formed by "Design Allocation Link"， "Requirement Confirmation Link" and "Implementation Verification Link" to record and express the inherent logic relationship of airworthiness compliance data. This data system sorts out airworthiness compliance data from the forward process of the development of civil aircraft products， provides theoretical basis and method suggestions for the transformation from "result control" to "process guarantee"， avoids the omission， logic absence and cross-level errors of airworthiness compliance data， and helps promote the airworthiness certification of civil aircraft and systems.

Key Words： Civil aircraft; Airworthiness compliance data; Configuration management; Evidence link

由于民用飛机及系统自身的复杂性和用户需求的多样性，从设计阶段到获得民航局批准后进入市场运营，不可避免地需要进行设计更改和优化设计，其中涉及大量设计与验证数据，传统的研制过程并不能保证适航符合性数据的完整性。

要解决上述问题，需研究构建适航符合性数据体系的关键技术，实现对适航符合性验证过程的有效管控，理清文件之间的输入输出关系。该文基于构型管理过程，结合构型索引文档明确了适航符合性数据体系的架构，构建了表达和记录符合性数据内在逻辑、明确数据形式的符合性证据链，该数据体系从民机产品研制的正向过程梳理适航符合性数据，提供了从“结果管控”到“过程保证”转变的理论依据和方法建议，避免适航符合性数据遗漏、逻辑缺失和跨层级错误，有助于推进民机及系统的适航审定工作。

1  适航符合性数据体系

该文基于系统工程理论，以构型索引文档作为适航符合性数据结构化载体构建符合性数据体系，提出了“民机及系统适航符合性数据体系”（见图1）。以CCAR-25部为代表的民机适航规章主要从“逻辑/物理方案设计”“过程方法与判定”“需求确认与适航验证”3个方面对民机产品的预期设计特征进行约束。以构型索引文档为结构化载体，从“过程管控数据”“构型基线数据”“构型验证与审核数据”3个方面分别从技术管控、技术实施和技术评估角度对应适航规章对民机产品的设计约束，基于技术管理文档、型号设计资料和符合性验证资料提炼研制出适航符合性数据[1]。

型号设计资料位于“双V”左臂，由民机产品各层级“自顶向下”贯彻适航要求的技术需求集的分解和设计实施过程数据构成，即由“需求-功能-逻辑方案-物理方案”过程产出相应的适航符合性设计数据。符合性验证资料位于“双V”右臂，以满足贯彻适航要求的技术需求集为目标，通过民机产品各层级“自底向上”的需求确认过程及设计验证、分析验证、产品验证和系统综合验证过程产出适航符合性验证数据。

2  构型索引文档

构型索引文档伴随着民机及系统产品分解结构（Product Breakdown Structure，PBS）过程产生，记录了构型项目的产品分解结构和产品规范清单。产品分解结构以及输出的该层级的下一层级的规范清单，描述了该层级针对需求的解决方案。构型索引文件需要分别在飞机、系统、设备3个层级进行编制。构型索引文件的规范清单及产品分解结构构成该层级构型基线的主要内容。

以构型管理过程为核心，为了辨识、记录和控制民机及系统产品的设计和验证资料，向适航当局表明适航符合性的数据，民机产品申请人应当在构型管理过程中，编制和管控构型索引文档。其涵盖民机及系统产品研制过程性及结果性数据，明确构型项目及项目间联系。构型索引文档记录整个研制、取证过程及结果，是向适航当局表明民机及系统产品适航符合性的核心文档。以电传飞控（Fly-by-wire，FBW）系统为研究对象，其构型索引文档的架构如表1所示。主要从“过程管控数据”“构型基线数据”“构型验证与审核数据”3个方面对构型索引文档进行具体阐述。

2.1 过程管控数据

过程管控数据为适航符合性数据提供了控制机制和决策数据，是符合性数据的有效性和正确性的重要保障。技术管控数据文档主要包括计划文档和过程保证文档。计划文档包括研制计划、过程保证计划、确认和验证计划、构型管理计划、安全性评估计划和审定计划等;过程保证文档，即符合性数据相关的权衡报告、更改记录、评审记录、构型控制记录等[2]。

2.2 构型基线管控数据

构型标识、构型更改管理与构型状态纪实围绕构型基线管控数据的建立过程。其中构型标识主要是确定产品的构型信息，具有唯一性，可以准确反馈产品属性与构型信息;民机产品设计和制造过程中不可避免地因优化或客户需求等原因进行构型更改，构型控制与更改管理主要是针对该情况进行有效控制，确保更改不影响构型基线的完整性;构型纪实主要是对构型标识和构型更改过程的相关信息进行记录，保证项目过程中的构型管理活动可追溯[3]。

构型基线管控数据主要围绕民机产品的型号设计资料证据链构建过程，涵盖了民机产品“需求—功能”辨识和“逻辑—物理方案”设计实施过程数据。参照EIA-632标准对技术研发过程的分解描述，构建型号设计资料是“自顶向下”的“需求—功能—逻辑方案—物理解决方案”过程，过程结果的构型项目提炼了研制资料，是“构型基线”中的主要受控对象。

型号设计资料数据包括：系统研发数据文档、系统安装文档、规范标准文档和安全性评估文档。

2.3 构型验证与审核管控数据

构型验证与审核主要通过检验产品基线的完整性、产品是否满足构型基线要求、产品是否满足性能要求等方面展开，围绕符合性验证资料证据链的建立过程。构建型号设计资料的是“自底向上”的验证过程。涵盖了设计验证、分析驗证、产品验证和系统综合验证过程。

符合性验证数据包括：设计验证文档、分析验证文档、产品验证文档和系统综合验证文档。

2.4 构型索引文档的意义及文件关系

构型索引文档是整个适航符合性数据体系的核心组成部分，明确了各层级分解结构（包括物理分解结构和功能分解结构），保证层级间文档的逻辑完备性，同时对界定各层级间的技术责任边界有重要意义。构型基线管控的型号设计资料是构型验证与审核管控的符合性验证资料形成的基础，符合性验证资料是对型号设计资料的确认与验证。过程管控数据提供了计划与过程保证方法及程序，对型号资料的构建过程实施管控[4]。

3  适航符合性证据链

该文在第2节中提出将面向适航合格审定/符合性验证的民机及系统产品研制过程分为“技术管理”“技术实施”和“技术评估”3个过程，以“构型索引文档”作为结构化载体构建适航符合性数据体系，具备了体系逻辑的完备性。现在此基础上提出了表达和记录“技术实施过程”和“技术评估过程”中数据间内在逻辑关系的符合性证据链，并明确数据形式，增强该体系的数据严密性[5]。

设计分配证据链（Design Allocation Link，DAL）：提炼型号设计资料在飞机、系统、设备层级的“自顶向下”的需求分解与功能对需求捕获的分配过程、功能和系统/产品物理架构形成过程中的输入/输出关系的提炼。

需求确认证据链（Requirement Confirmation Link，RVL）：随该研制证据链的形成，上述各层级中的飞机及系统主制造商、系统/产品供应商在研发过程中的需求覆盖度和需求的正确性、完整性开展“自底向上”的需求确认。

实施验证证据链（implementation verification Link，IVL）：基于DDL/RVL链形成的可供综合、试验的物理实物和支持数据，在相应层级中采用适用的验证方法，对已经确认的各层级需求的实施进行“自底向上”的设计、产品/综合验证。

DAL/RVL/IVL证据链形成了一个闭合的数据关系回路，明确了在飞机、系统和设备各层级内部和跨层级间形成的输入/输出关系，支持对适航符合性论证的内在逻辑的解释，为形成符合性声明结论提供数据基础[6]。使用“设计分配证据链”“需求确认证据链”和“实施验证证据链”描述“型号设计资料”和“符合性验证资料”两条支路上的内在逻辑，是形成符合性数据的可执行方法，其中DAL链提炼适航要求分解、分配到相应层级的技术需求集并据此开展设计实施形成型号设计资料的过程数据，RVL链和IVL链提炼面向上述需求集的确认和验证过程数据形成符合性验证资料。

4  结语

民机及系统适航符合性数据体系的建立，明确了型号设计资料、符合性验证资料等文件之间的逻辑层次关系，有效地保证了适航符合性数据的完整性通过构型索引文档保证各层级间文档的逻辑完备性，通过DAL/RVL/IVL证据链形成了一个闭合的数据关系回路，记录和表达适航符合性数据的内在逻辑关系。

参考文献

[1] 刘丹.基于PLM的飞机构型管理系统研究与实现[D].上海交通大学，2016.

[2] 张发玉.民机项目不同阶段构型管理主要功能分析[J].项目管理技术，2017，15（7）：103-106.

[3] 卢艺，郝莲，李承立，等.基于构型项目分类的民机系统适航符合性数据体系结构研究[J].民用飞机设计与研究，2017（3）：26-30.

[4] 李卫民，徐楠，陶志.基于特征属性挖掘民机适航研究前沿的探索[J].情报理论与实践，2019，42（12）：128-133.

[5] 陈智恒.有限元数值分析方法在适航符合性验证中的应用研究[D].南京航空航天大学，2018.

[6] 洪鑫，龚文秀.民用飞机的构型管理与X管理[J].科技和产业，2021，21（1）：153-157.