民机机载设备鉴定试验更改控制研究

谢春稳，周新铭，史新芳

(航空工业新航集团民机事业部，河南 新乡 453019)

1 引 言

民用飞机研制过程中，机载设备鉴定试验用来验证产品对飞机设计目标的满足和对适航条款的符合性，以确保飞机正常运行和飞行安全[1-3]。在鉴定试验进行过程中，由于试验项目多、周期长、步骤繁琐，极易出现试验更改的情况，包括试验方法的更改、试验设备的调整和试验顺序的变化等。当试验过程出现更改时，如何通过有效的更改控制确保更改的唯一性、可追溯性和关联性，提供给顾客和适航局方相关证据和证明，成为民机鉴定试验关注的重点[4，5]。

目前，国产民机机载设备按照国际标准进行研制仍处于起步阶段，关于鉴定试验更改控制的研究未见报道。新航116厂民机事业部参与了某大型民用客机机载设备的研制，并首次按照国际通用的民机标准和流程进行验证。在鉴定试验过程中，多次接受顾客和适航局方的现场目击检查。为使试验更改控制更加有效，以某大型客机燃油系统10项产品为研究对象，对鉴定试验更改控制进行了研究。

2 研究对象介绍

新航116厂为某大型客机燃油系统配套产品共计10项，产品清单见表1。其中，阀和滤网的主要功能分别为调节燃油的流通方向和过滤燃油介质中的杂质污物。燃油产品首飞试验项目总数为152项。

表1 新航116厂为某大型客机燃油系统配套产品

3 鉴定试验更改途径及流程

民机机载设备在鉴定试验过程中，鉴定试验程序QTP更改一般分为两种情况：一是试验程序内容更改，包括试验方法更改、试验项目更改、试验顺序更改等；二是产品在鉴定试验过程中出现故障或随飞机、系统联试时发生故障，导致产品构型发生更改，需要与顾客确认已完成试验项目的有效性，明确新构型的试验范围，QTP随之发生更改。当QTP发生更改时，主要通过表2中的方法进行更改控制。从表2可以看出，当鉴定试验内容出现更改时，可以根据更改内容多少及更改时机分为QTP升版、试验偏离TDR和QTP红线标注；而当产品构型发生更改时，需要重新编制QTP。

表2 民机机载设备鉴定试验更改内容及途径

3.1 QTP内容更改

QTP升版、办理试验偏离TDR或进行QTP红线标注的流程基本一致，如图1所示。QTP升版由于涉及的内容较多，评审周期相对较长。试验偏离TDR和QTP红线标注批准周期相对较短，特别是红线标注，是顾客、局方均在试验现场的情况下实现文件的评审和批准。

图1 QTP内容更改的审批流程

QTP升版时需要提交工程更改申请ECP、新版QTP、旧版QTP的更改标记以及对顾客意见表的回复等4份文件。例如，通气浮子阀的振动试验更改时采用QTP升版。图2是通气浮子阀按DO-160G[6]进行振动试验时的初始安装原理图，产品模拟飞机安装放置在油箱内，在浸没燃油的状态下进行振动试验。虽然在飞机飞行过程中存在该工作状态，但随着飞行过程中燃油不断消耗，产品会逐渐暴露在燃油液面以上。失去燃油的缓冲作用后，产品的振动会更加严酷。因此，初始试验方案未考核到产品最严酷的工作状态。

图2 通气浮子阀初始振动试验原理图

改进后的试验方案如图3所示，去除油箱及燃油，模拟在飞行过程中产品最严酷的工作状态，对需求进行充分的验证。该更改过程通过QTP升版完成，顾客和局方批准新版QTP后，按照新版QTP进行试验。

图3 通气浮子阀优化后振动试验原理图

鉴定试验程序是指导实施鉴定试验一系列要求的文件，试验程序的清晰、正确和完整是顺利完成试验的前提。图4是加油电磁阀雷电试验中电感应测试原理图，适航审定人员在进行试验目击时发现，在试验程序中规定了电压，但在原理图中未标出接电位置。试验程序不够清晰、完整，不利于试验操作。按照适航审定人员要求办理了试验偏离TDR，在偏离单中明确了接电位置及电压大小，如图5所示。顾客和局方批准偏离单后，按照偏离单完成试验。

图4 原始的线缆感应测试原理图

图5 改进的线缆感应测试原理图

3.2 产品构型发生更改

在产品鉴定试验过程中或随飞机、系统联试时，产品可能会出现故障，改进优化结构的过程会发生构型更改。当构型发生更改时，需要与顾客共同确认新构型的试验范围。试验范围确定方法按照图6中的流程进行。

图6 构型更改时QTP审批流程

构型更改产品已完成部分鉴定试验，经评估确认有效试验项目后，在旧构型QTP文件中删除需要重新进行的试验项目，仅保留有效、不需要新构型再次验证的试验项目，旧构型的QTP升版后仍须得到顾客的批准，批准后存档备查，不再指导试验。在新构型QTP中，仅编制需要重新验证或还未进行的试验项目。例如，如表3所示，构型更改前产品共有6项试验，经评估后序号2、3、4试验项目有效，则旧构型产品的QTP升版后仅包含这3项试验，如表4所示。其余试验项目需要用新构型产品进行验证，如表5所示。

表3 原构型产品QTP

表4 原构型产品QTP升版

表5 编制新构型产品QTP升版

4 鉴定试验更改原因分析

对为某大型客机配套的10项燃油产品鉴定试验过程中出现的26项鉴定试验更改原因进行归纳分类，分为需求分析不全面、试验台故障或选用不合理、试验进度需要调整试验项目、试验程序不清晰或不正确、试验操作不规范或不正确、试验记录不清晰或不全面等6个类别。对以上6个类别出现的概率进行统计，结果如图7所示。

图7 鉴定试验更改分析

从图7可以看出，需求分析不全面导致试验发生更改的概率最高，为25.71%，暴露了在研制前期需求确认阶段工作的不足。试验台故障或选用不合理导致试验更改的概率为20%，位于第二位。虽然在鉴定试验前对试验设备做了大量调研，但由于问题识别和设备维护能力不足，因试验设备导致试验出现问题的概率较高。因试验进度要求需要调整试验顺序等，更新QTP的概率为17.14%，后续在编制试验程序时需要考虑首飞阶段的需要，对试验顺序进行合理优化。试验程序不清晰或不正确导致试验出现更改的概率为14.29%，在后续试验过程中，应优化试验程序，便于试验人员操作。试验记录及试验操作不规范或不正确导致试验出现更改的问题均为11.43%，对鉴定试验信息的用途认识不足，忽视信息记录，这些都会影响鉴定试验的质量。

5 鉴定试验过程优化

对于某大型客机燃油产品鉴定试验中出现的问题，通过基于系统工程进行需求分析、增加试验设备选用说明、规范试验过程检查确认和定制试验记录等措施进行优化改进。

5.1 加强需求分析

民机机载设备的研制过程就是基于需求的实现过程，需求的影响贯穿于产品研制的整个生命周期，无论是设计、验证还是集成都离不开需求分析。在已进行的鉴定试验中，因需求分析不全而导致试验出现问题所占的比例最高，为25.71%，这暴露了前期需求分析存在一定问题。例如，顾客提供的加油电磁阀的设计规范中要求按照ARP1401[7]进行结冰试验。产品在进行ARP1401结冰试验过程中，出现堵塞和流阻增大的现象，在同相关专家进行交流、借鉴经验后得知该产品属于加油系统，而ARP1401仅适用于供油系统，并不适用于该产品，最终同顾客沟通取消了该项试验。因此，需要采用科学的方法捕获和分析需求，才能使验证过程更加合理充分。SAE ARP 4754A[8]和系统工程手册[9]均提出了基于系统和集成的思维，在产品研发过程中不仅关注系统本身，也要关注系统与其它系统和环境的相互作用；不仅关注系统本身的工程设计和实现，也要关注那些制约设计和实现的外部因素。

图8是基于系统的思维开发的需求分析流程，对需求捕获阶段得出的需求进行正确性和完整性检查，确认需求是清晰的、可验证的、与其他需求是相符合的，以及对需求集是必要的。同时在规定的运行环境中，需求在全生命周期内各个阶段的所有运行模式下，满足顾客、用户、维修人员、审定局方以及飞机、系统、项目开发人员等方面的要求[10]。通过对需求进行正确性和完整性检查，生成符合性矩阵表，符合性矩阵中记录各项需求的符合状态、验证方法等信息，同时对识别的风险项进行跟踪。产品符合性矩阵不断更新完善，在民机机载设备的整个研制周期中，需求将持续地被确认、实施、验证，最终在产品研制完成时，结束整个确认与验证过程。

图8 需求分析流程

5.2 增加设备更换的补充规定

参照国外供应商在鉴定试验程序中对试验台和仪器仪表的补充规定，对试验台增加了“注：当列出的设备不可用时，可用同等功能和精度的设备替代”。增加了补充规定后，当所选试验台被占用或出现故障时，可以更换到其他适用的试验台继续进行试验，这样就大大缓解了试验资源冲突，同时也避免了因试验台故障或维修而造成的试验延期。

5.3 规范试验台检查挂签

在鉴定试验过程中出现了没有严格按照试验程序操作的情况。为了加强对试验程序实施过程的监督和控制，在试验前、试验中及试验后进行检查和确认。表6是某大型客机燃油产品在鉴定试验过程中使用的检查单，检查内容包含试验方法、试验环境、仪器仪表、工装、试验设备、安装连接及试验资料等内容，通过试验检查确保试验程序中的相关要求落实到位。

表6 鉴定试验检查单

5.4 定制试验记录

在鉴定试验过程中，有些试验实际上是有效的，但由于不重视试验过程中各种信息的记录，缺少完整、有效的记录数据，从而无法证明试验的有效性，导致试验重新进行。为了加强试验过程监控和信息记录，对试验记录进行模板定制化，在定制的试验记录表中，只预留出需要填写试验数据的空格，限制试验人员主观发挥，避免试验记录因人而异。定制试验模板后，试验记录清晰、准确、完整，为审查试验实施过程的有效性和判断试验结果的准确性提供了依据，得到顾客和适航审定人员的认可。

6 结 论

本文对民机机载设备的鉴定试验更改控制方法进行了论述，并通过相关示例证实了QTP升版、试验偏离TDR及红线标注等更改控制方法的有效性。对某大型客机燃油产品鉴定试验中出现的更改归纳总结为需求分析不全面、试验台故障或选用不合理、试验进度需要、试验程序不清晰或不正确、试验操作不规范或不正确、试验记录不清晰或不全面等6个类别，所占比例分别为25.71%、20%、17.14%、14.29%、11.43%和11.43%，暴露出在需求分析、设备维护、试验排序及试验操作等方面的不足。根据鉴定试验问题分析得出的结果，对应提出了基于系统工程进行需求分析、合理选用及更换设备、规范试验操作和定制试验记录的改进优化措施，从而达到降低试验成本和缩短试验周期的目的。