系统设计与验证确保C919大型客机的质量安全

◆徐建强 / 文

系统设计与验证确保C919大型客机的质量安全

◆徐建强 / 文

编者按

质量创新，助力中国制造。在第18届中国国际工业博览会质量创新论坛暨第十一届上海国际质量研讨会上，中国商飞适航安全质量部副部长、C919型号总质量师徐建强一场“系统设计与验证，确保大飞机的质量安全”的演讲，让大家了解了运用互联网进行集成设计和制造的大飞机，是真正的互联网经济下质量管理的实践成果。

大飞机项目大家都很关注，什么时候进行首飞、什么时候坐上自主研制的C919大飞机，但大家更关注的还是我们自主研制的飞机质量到底怎么样，是否和波音空客飞机一样安全。在这里向大家报告一下中国商飞大飞机是如何采用国际上最先进的系统设计与验证理念来完成整个飞机的设计和验证过程的。

大飞机之“大”

大飞机之所以大，关键在系统复杂和庞大。一台汽车大概是七千多个零部件，一架大型商用飞机大则在400万个零部件左右。整个研发投入非常大，C919大型客机的研制经费达到上百亿元。项目规模也非常大，不仅是上海的研发、生产、制造、试飞、客户服务这几个中心，还包括中国中航工业、中电集团等国内供应商，另外还包括GE、霍尼韦尔这些国际著名的航空产品制造商，共同参与大飞机的研制。因为要进行全球设计、试验和生产，大飞机是真正运用互联网来进行集成设计与制造的，与本次会议的主题“互联网经济下的质量与质量影响力”十分贴合。

中国商飞的总部，包括总体和系统集成设计、总装制造在上海，还有很多分系统、结构散布在全世界各地，如北美、欧洲。几万人的团队基于互联网进行系统设计，然后统一把飞机产品数模发到中国，由中国商飞把它统一拼装起来变成一架数字化的飞机，之后再去进行确认和验证。

这么大的系统、这么大的团队、这么大的投入，飞机功能和实现功能系统之间的集成水平不断提高，特别是C919飞机，我们采用全电传的方式。原来我们很多飞机是通过机械方式如链条、钢丝控制舵面运动，而现在都是通过全电子化的方式进行控制。在驾驶舱操控飞机不是传统的像方向盘一样的中央操作杆，而是像游戏机一样的侧杆，最后飞机驾驶操作通过电信号控制液压作动器来控制整个飞机的飞行。这么复杂，系统出现错误的可能性非常大，如果用传统的穷举法很难发现问题，所以对于整个飞机系统来说，实验、验证的要求也越来越高。

系统设计与验证

C919大型客机的系统设计与验证的理念，是国际上最先进的飞机设计标准，某种意义上来说，C919是中国第一架按照ARP4754A标准进行设计和验证的型号。飞机设计是一个大的系统工程，难度非常大，我们要把客户需求进行捕获和识别，并通过文件一层一层表述出来。目前C919我们已经识别了7万8千多条的需求，而且这些需求是通过一定的逻辑按照全机功能、系统功能、子系统功能、单机功能这样一级级识别出来，还要将这些功能之间的逻辑关系表述清楚，这样才能说是满足了需求分解和确认的过程。这个过程通过人工是不可能做到的，所以我们引进了DOS系统进行管理。

如何满足当初提出的设计要求，如何进行设计保证，如何保证设计质量。在与FAA（美国联邦航空局）专家进行沟通交流时他们也提到，审核民用航空的飞机，如果发现问题，第一次可以认为是偶然出现故障，第二次重复发生，可以认为是巧合，但是如果第三次发现同样的问题，专家就不再审查，整个系统就要重新设计，重新提交设计方案和产品，再进行验证。

在整个飞机系统的研制过程中，我们强调“双V”。第一个“V”是Validation，代表：确定对产品的需求是正确和完整的，第二个“V”Verification,代表：对（研制）需求的实施过程进行评估，以确定是否已满足这些需求。通过大量的地面实验和飞行试验来进行验证，最后我们提供一个证据链给航空器审定方（局方），我们已经识别并建立了7万8千多条需求，每个需求都要在证据链里面表述给审定方，我们运用了系统化的设计方法，如分析验证，实物验证、飞行验证，给审定方提供有效的证据来表明符合性。我们还进行正向设计和反向设计，飞机不可能像原来那样用模样产品先把它拼装起来检查，现在都用电脑数字化装配，在计算机里面把数模一个一个拼装起来，建立一个数字化的飞机进行验证，包括客户服务的可维修性，维修开敞性等能不能满足维修要求，不满足就可以在设计阶段进行改进。

同时，整个飞机的设计过程中强调“七个计划、八个过程”。如过程保证计划，要求整个工艺过程完全受控，按照操作一步步得出的结果是产品质量稳定可靠的保证，按照工艺文件操作应该是达到稳定状态的，这样最后才能给PC证，也就可以大批量生产飞机产品。

质量、安全与波音同等

现在我们已经做到了从全机的设计规范到工艺规范，设计和制造过程，能保证整个飞机各层级产品的质量。这里飞机级、系统级、设备级和零件材料级都必须经过“双V”的验证过程，因为飞机是高度人机综合的产品，所以人为因素我们也是我们在系统设计时必须研究考虑的问题，为了充分验证驾驶舱的人为因素，我们有一个飞机驾驶舱仿真实验，按照工程要求做了一个和实物一样的模拟驾驶舱，驾驶舱里的仪器板、操控杆都是1：1的。我们请了国内外不同的飞行员进行评估，评估后形成一个报告，综合评估后进行优化设计，把驾驶舱的设计质量达到最优的程度，特别是避免人为操作的因素。

在地面充分试验验证方面，我们还通过数字样机来模拟维修、包括结构、相容性等等关系，同时为了保证在最后试飞过程当中验证整个系统，首先在地面上进行了验证。我们做了三个“鸟”。一个是“铁鸟”，模拟飞机1：1的模型，飞控系统、液压系统都在上面，而且把飞机件真件或者地面的验证件装在上面，进行模拟实验，测试它是不是有问题。第二个是“电鸟”，是整个飞机的航电系统，相当于大脑中枢神经的网络系统，通过航电系统进行验证。第三个是“铜鸟”，是电源系统，包括发动机、APU，整个电力的分配程度，先在地面进行充分的验证，最后装到试验飞机上进行试验验证。为了保证地面和试飞过程的验证，我们C919大飞机共研制了八架试验飞机，其中两架在地面进行静力和疲劳试验验证，六架通过空中试飞进行试验，来验证是否符合设计和适航规章的要求。

中国的大飞机是按照国际最新的研制过程、研制标准进行设计、试验和验证的飞机。我相信我们研制的飞机，质量、安全性与波音空客的水平是同等的。

（本文根据演讲速记整理）