民用运输类固定翼飞机适航取证管理数字化建设研究

□ 杨定定

中国商用飞机有限责任公司上海航空工业(集团)有限公司 上海 201210

1 研究背景

民用航空器是现代化高科技高度集成的产物,是衡量一个国家科技水平、工业水平和综合国力的重要标志之一。

适航管理是民用航空器研制过程中的重要环节,通过适航管理进行适航取证工作是制约民用航空器取得研制和商业成功的最关键因素之一[1]。民机发展,适航先行。适航管理系统工程具有严肃性、权威性,航空器全生命周期的适航管理需要使用先进的信息化手段,形成从设计、制造、客户服务到运营的全过程审查和监督管理可视化手段,进而减少人员多地跟飞、异地试验、多方审查协同等地域问题带来的不便,同时解决大量纸质文件无法存放、无法及时更新、查找困难的问题,通过实时在线、数据灵活交互的可靠性平台保证适航信息、数据的完整与可追溯。

2 国内外现状

国外民用飞机研制单位已普遍将业务模式与信息系统深度融合,基于自身特点构建完备的数据库,并基于民用飞机研制流程构建适航性数字化平台,对民用飞机型号适航性工作起有效指导和支撑作用。综合国外适航管理的信息化特点,有四方面。一是一般将适航与设计捆绑管理,如空客的适航与设计管理系统。二是全方位、全过程管理,如空客的NECTAR工具软件。三是完备的适航组织与管理体系,如空客的适航操作规程、适航法规与研制现场串联。四是完善审定流程控制体系,如加拿大、巴西制定了一整套适航流程控制体系进行实时适航监管[2]。

在国内,C919、MA700、AG600等型号航空器的适航性工作进入关键阶段,适航司对适航的宏观法规体系进行了信息化手段管理,上海航空器审定中心研发了管理适航审定过程文件的管理系统,并正在加紧建设局方审定协同平台,期望形成在线审定取证,实现与申请方申请取证无缝衔接。中国商飞公司研发了综合性适航管理系统、适航审定管理系统、适航规章数据库管理系统,基本实现了对适航的全过程管理。中国民航大学、中航一飞院等开发了可服务于不同业务类型的适航管理信息系统,但是这些系统仅提供适航信息的跟踪、整理、查询等功能,无法充分利用已有民用航空器研制系统提供的适航符合性信息,容易形成信息孤岛。

各家单位对适航的信息化程度、定制要求不同,需要满足民用飞机适航各类型号全生命周期的信息化跟踪,并通用化适航管理数字化平台,提供获取航空器研制系统数据的能力,实现适航工作和审查全业务的电子化与信息化,这样可以提升行业整体适航性管理和取证工作的效率与水平。

3 民用飞机适航取证过程

3.1 适航取证条例

CCAR-21-R4《民用航空产品和零部件合格审定规定》关于型号合格证的颁发有明确规定。申请人提交的型号设计、试验报告和各种计算证明申请型号合格审定的民用航空产品符合适航规章、环境保护要求,以及民用飞机适航审查方规定的专用条件。审查方在完成所有试验和检查等审定工作后,认为型号设计和民用航空产品符合适航规章、专用条件及环境保护的要求,或任何未符合这些要求的部分具有审查方认可的等效安全水平。对于航空器,要求在型号合格证或型号设计批准书颁发前,申请人必须向审查方说明申请的型号合格审定类别没有不安全特征,表明适用要求的符合性。

CCAR-21-R4关于生产许可证的颁发也有明确规定。申请人的质量控制资料、组织机构和生产设施得到审查方的审定。申请人建立并能够保持有效的质量控制系统,使生产的每一个民用航空产品均符合相应型号合格证或型号设计批准书、补充型号合格证、改装设计批准书的设计要求。申请人建立保证每一个生产的民用航空产品都能符合型号设计,并有处于安全可用状态所必需的检验和试验程序。申请人建立有效的对供应商的控制程序。

AP-21-AA-2011-03-R4《航空器型号合格审定程序》规定了颁发民用航空器型号合格证时审查方需完成的工作内容、工作程序和方法,并将审定过程划分为概念设计、要求确定、符合性计划制订、计划实施、证后五个阶段,详细列出了各阶段事项和步骤。

AP-21-AA-2010-04R4《生产批准和监督程序》规定了颁发民用航空器生产许可证时审查方需完成的工作内容、程序和方法。

AP-21-AA-2008-05R2《民用航空器及其相关产品适航审定程序》规定了单机标准适航证、特许飞行中取证的工作内容及方法。

目前,国内已有的民用飞机研制项目,申请人未自行定义适航取证过程的阶段,而是沿用审查方在适航规章中明确的审定过程阶段定义[3],所以,笔者研究运输类固定翼飞机适航取证管理数字化建设同样基于适航规章、审查方明确的审定过程,结合某公司体系文件开展。

3.2 适航取证要求

(1)航空器型号合格取证。根据中国民用航空局规章标准确定航空器型号合格审定基础、符合性验证方法、符合性验证任务,组织实施符合性验证工作,并取得可表明适航符合性的证据资料,实现对民用运输类飞机型号合格审定基础、符合性方法、验证任务定义、条款关闭的管理。实现对每个条款的关闭是保证航空器型号合格取证的前提。

(2)生产许可取证任务。生产许可审定与监督程序执行过程中的申请过程,适用于民用航空产品的生产许可证申请、预评审、受理、审查、颁发,以及生产批准书持有人的证件管理与监督。审查方受理生产许可申请后,下发评审计划到对应单位,对应单位进行任务定义,相关适航管理部门进行任务分解,下发到各责任部门执行。

(3)单机标准适航证。适航当局确认单架飞机是按照批准的设计和经批准的质量体系制造的,表示这一架飞机可以安全运营,需要提交一系列符合性文件表明可以达到取证条件。

(4)特许飞行证申请。对尚未取得有效适航证或目前可能不符合有关适航要求,但在一定限制条件下能够安全飞行的航空器,可以申请特许飞行证,如研发试飞申请的第一类特许飞行证,需要提供一系列符合性文件表明达到准飞要求。

3.3 适航数据特征

航空器型号取证过程涉及的数据类型包括各型号适用的结构化条款、符合性方法、符合性任务,以及各类文件、计划、结构化表单、机型等,数据量大,并且要求属性灵活。科学化地管理数据和建立好关联关系尤为重要。

(1)业务层面存在数据间的网状关系。为了便于业务基于不同维度的统计需要,正确梳理数据的前置关系、审定计划对应的任务、条款与任务关系、任务与各项签审文件关系、各项签审文件与审批文件关系等,进而灵活生成审定计划清单、条款检查单等。

(2)数据类型的科学管理。适航数据包括内部研制单位数据和外部民用飞机适航审查方审定数据,研制单位数据与审查方审定数据存在特定的上下游关系,贯穿在执行过程中。需要按型号分类管理,便于流程的调用,有利于分类归档和检查。

(3)结构化表单及数据的引入。结构化数据水平是数据可利用的检验标准,结构化属性间存在关联关系、复用、引用作用,对流程的自动化触发具有价值。符合性验证任务、检查项目、检查工序、审查方审查各类表单等,都属于需要全局结构化的数据。各类表单结构化对适航业务的管理和指引有非常重要的作用,能够清晰地体现现状,更科学地展示全机情况。

(4)流程的灵活定制。业务流程必须遵循适航标准、体系、公司程序等要求,需要能够灵活随着体系或程序的调整而调整,这对业务流程的初始设计要求很高。符合性检查过程的并串联交替关系、持续适航过程中计划管控流程的制约作用、适航审定取证过程的多类型流程切换、申请方资料类型与审查方资料类型间的匹配关系等,都需要在各类分段流程中设置合适的启动时机。

(5)分型号管理数据量大。民用飞机为了满足适航规章要求,会制定很多详细的取证任务,开展各类符合性文件审定,审查方开展全机项目检查,或选定各零部件作为检查项目等。如某型号任务中,全机项目约有五千项,适用条款约有四百条,子条款约有四千条,开展资料送审两万余次[4]。

(6)取证时间跨度长。根据适航条款要求,飞机需要进行各类试验、试飞验证,满足适航取证要求。如某型号飞机取证时间达10 a。

3.4 适航对研制平台的要求

面向适航的研制平台应对产品的全寿命、全领域、全过程、全方位进行管理[5]。适航管理能力包含十个方面。计划管理应提供计划制定、分解、反馈监控的全过程闭环管理功能。审定过程管理应包括对信息和资料修改提交的完整闭环管理,并确保可追溯性。适航符合性管理应包括技术资料的管理及检查功能。适航指令、航空规则、技术标准的管理应能够保证审查方发出的适航指令、咨询通告等得到闭环处理及跟踪。适航证件、委任代表证件的管理应包括国内及国外适航当局颁发的各类证件管理功能;持续适航管理应面向用户提供持续适航文件、服务通告等支持服务。系统安全性评估应满足各类计划、系统安全性评估、过程保证证据等管理功能,满足SAE-ARP4745《关于高度综合或复杂飞机系统的合格审定考虑》要求。机载软件合格审定及机载电子硬件合格审定功能应满足RTCA DO-178B《机载系统和设备合格审定中的软件考虑》和RTCA DO-254《机载电子设备硬件设计保证指南》要求。可靠性管理体系应具备数据收集、分析、纠正、统计,以及显示报告等功能,满足运营规章要求。

由以上介绍可以看出,适航管理是多角度、多维度、综合性极强的管理,数字化平台建设可能涉及跨学科、跨平台的贯通,建设一套完备的适航取证管理数字化平台,需要分阶段、分重点进行实施,这样才能达到预期效果。

4 适航取证管理数字化平台建设目标

适航取证管理数字化平台是一套覆盖飞机全生命周期适航工作的数字化管理系统,通过对适航活动、审查过程、适航数据、适航知识等过程的信息化管理,保证民用飞机适航工作高效推进,促进型号研制顺利开展,上接民用飞机适航审查方审定协同平台,支持审查方审查,外接各类型号研制平台,实现数据协同、流程全通路,匹配运输类固定翼飞机多型号,支撑各型号取证工作。

第一,形成通用、统一的运输类固定翼飞机适航取证管理数字化平台。

适航管理的模块包括取证任务管理、制造符合性检查管理、取证协同管理、持续适航、证件管理、适航知识库、证后管理等,通过流程流转,达到信息实时共享、项目进程及时跟踪,进行适航相关标准的数据化处理,最终实现适航数据的动态管理和适航业务的实时流程监控。

第二,建立取证协同管理,实现与审查方信息化平台的良好衔接。

保障申请方与审查方之间畅通安全的信息沟通交流与高效安全的数据交换共享。采用统一接口协议,与审查方审定工作平台进行可靠对接。通过任务项方式实现与审查方文件的传输,建立申请方与审查方的良好衔接,为双方之间工作流程的流转建立有力的保障。同时构建知识模型,形成统一、规范化、标准化适航管理知识。在适航审定过程中,实现对各类知识、文档、流程等资源的统一共享,为双方的数据交换共享与信息沟通搭建安全高效的通道。

第三,规范与产品数据管理、制造执行系统等内部工作管理平台的数据读写接口。

统一接口方式,通过与组织内部数据管理平台建立标准的数据读写接口,实现更加便捷、快速、安全的数据与功能共享,为适航管理工作效率的提高打下坚实基础。

第四,建成统一、标准的适航知识库。

适航知识库需要对民用运输类固定翼飞机适航取证过程中形成的经验知识进行管理。通过对取证过程中各类验证活动产生的文件进行收集、记录、加工,形成完整的、便于管理和查询的知识库,供新型号研制取证参考,并可以作为专家决策系统的数据库基础。

适航取证管理数字化平台业务涵盖型号合格取证、生产许可取证、航空器评审、单机标准适航取证、特许飞行证申请、证后管理、持续适航过程管理等过程,立足于打造适航取证管理综合平台。

5 关键能力分析

采用适航数据关联性,实现飞机适航取证数据、适航审查的全方位跟踪。持续跟踪取证任务的完成情况,与适航取证任务进行关联,实现取证任务条款的关闭跟踪。从计划、实施到关闭,以及设计、制造、试验等进行全面管理,保证数据的可靠性和准确性,实现任务定义、流程上下游的贯通。

打造民用运输类固定翼飞机适航全过程管理平台,建立与审查方统一协同办公机制,实现申请方主发审查方审查、审查方主发申请方反馈的双通道机制,为与审定协同平台对接提供经验积累。

按照我国民航适航法规文件各程序进行型号取证业务流程设计,归类型号资料数据,形成符合适航完整性的取证资料结构,实现合格证取证工作文件全覆盖,并按取证数据的全生命周期与设计、制造等多个外围系统进行集成,接入协同流程。

实现灵活自定义角色权限,实现定制符合国际标准的分组模式,驱动审查流程。

实现取证申请、证后监督等各类适航业务管理,建立跨专业、跨单位的综合性协同平台。

在持续适航模块采用计划驱动流程管理方式,适应持续适航体系变化。通过规划方式,灵活调度流程,一方面适应体系升级、流程变动,另一方面支持持续适航业务的并行开展。

为满足设计保证体系和证后运营要求,除提交审查代表、委任代表流程外,增设授权流程,形成审查流程灵活切换更改,大大提升流程效率和审查时效。

结构化检查项目、检查工序,实现顶层数据的细化,为制造符合性检查项目的开展提供数据源头,有利于全机完整性检查、制造符合性工作的可视化管理。

6 应用成果与展望

适航取证管理数字化平台已在两个型号项目上运行5 a以上,在不断迭代中具备了型号合格取证、生产许可取证、航空器评审、单机标准适航取证、特许飞行证取证、证后设计更改、持续适航等业务功能。两个型号项目的具体数据验证了平台的完整性、可靠性,累积了九万余份审定取证材料,管理各类检查项目一万余项。数据充分说明了平台的可用性、可操作性、通用性,初步实现了运输类固定翼飞机适航取证数字化管理能力,持续为型号取证工作的顺利开展提供保障。

平台具备灵活的型号拓展功能,已在某新型号项目的型号合格取证申请前开展试行,通用性将再次得到验证。对上而言,将在审定取证过程、制造符合性检查过程、试飞试验过程中与民用飞机适航审查方审定协同平台做深度对接,形成标准接口,为其它民用航空器适航取证管理提供信息化参考。对内而言,进一步细化与型号研制平台数据对接规范,形成统一适航数据出口,发挥平台适航信息化管理能力;进一步深化计划任务的落实,助力某型号条款任务的关闭,提供型号取证的数据输入,同时在供应商控制、机载软件管理、安全性评估方面继续做探索和支撑。

7 结束语

适航规章是国家保证民用航空器安全的最低标准,是民用飞机研制过程中必须遵循的法律。民用飞机中必须符合适航规章要求,取得适航当局颁发的型号合格证,才能够投入运营。必须取得生产许可证,才能开展批量生产。民用运输类固定翼飞机的适航取证管理数字化平台立足于适航规章,可以科学有效地管理适航全生命周期的数据和任务。采用这一通用、统一的多型号适航取证管理数字化平台,完成多型号设计、制造等系统的集成,与审查方达成良好的业务沟通机制,实现了数字化审查的目的。同时实现申请方适航管理信息化的最优化,与审查方之间的审查活动更便捷,且更数据化,并实现适航业务流程的规范化和标准化,为各民用运输类固定翼飞机适航取证提供数据管理和业务管理的信息化建设参考。