数据管理在航空发动机适航取证中的应用研究

韩 然, 罗婷婷, 王春晓, 陈婧怡, 雷延生

(中国航空发动机集团有限责任公司, 中国航发商用航空发动机有限责任公司, 上海 200241)

航空发动机型号合格审定是一个长期过程[1],在中国民用航空局(以下简称“局方”)对民用航空产品进行设计批准期间,申请人需向局方提交型号资料表明符合性,过程中多方交互协同,申请人需准备型号合格证数据单作为型号合格证的一部分,记录为满足审定适航要求所必须的条件和限制[2],申请人取证过程中产生和保存的数据量庞大。近年来各企业逐渐意识到数据的重要性,国家也大力推行国有企业的数字化转型[3-5],旨在借助权威有效的方法和工具,实现数据和流程的数字化管理。数据管理的内涵与航空发动机适航业务活动对取证资料的要求高度契合,通过数据思维规范化管理适航取证活动,具有极高的应用价值。

1 研究现状

国际上相关航空企业已将大数据研究融入产品的设计、制造以及售后等航空产品全生命周期,波音公司基于上万项适航标准构建数据管理体系,推动系列飞机的快速取证;空中客车公司开发了信息化管理软件,提供从飞机概念设计到使用维护阶段的全寿命适航管理,实现对所有适航数据和活动的统一管控[6]。

国内正逐步探索适航数字化建设,初步开展了适航应用信息系统的开发研究。高校有关学者初步建立了适航符合性数据体系,为推动适航审定过程中的知识共享开展适航知识的数据建模研究,并从局方审定的角度提出系统化、规范化的民机适航管理信息体系建设方案,保障适航法规和审定业务的规范化管理[7-9]。在工业方的航空产品研制过程中,中国商飞围绕国产大飞机的适航取证编制推行数据标准规范,持续提升数据质量,同时基于航空器适航性全生命周期内各环节数据和审查活动的分布特点,提出适航数据集成及信息化管理的必要性,并给出系统建设架构的参考[10]。由于国内航空发动机的取证经验较少,适航管理相关研究目前处于起步阶段,基于适航业务场景,近年来初步提出适航信息化建设方案的构想[11]。随着航空发动机研制的逐步深入,如何规范化管理适航数据,如何顺应时代发展利用数字化方式提高适航取证效率等需求愈加迫切,需在已有基础上开展进一步研究,从而提高适航管理能力。

通过实践探索可知,适航要求的落实与产品的研发过程体系密不可分,因此对适航数据的管理可结合参考产品工程数据的管理方法。通过近些年的实践积累,发现容易出现数据范围不统一、管理标准不一致、多头管理、数据质量差、生命周期管理不完整等问题[12-13]。本文借鉴工程数据的管理思路,采用数据管理的方法和工具,形成适航数据的管理流程和标准,保证数据的完整性、准确性和规范性。

2 研究思路

结合数据管理方法[14-16],制定适航数据管理思路如图1所示。适航工程师基于业务领域范围形成数据资产清单,从而统一数据管理范围,明确完整的业务管理对象;对每一项数据进行业务定义,并制定统一的、可行的管理要求;在日常业务过程中对数据进行实时管控,及时发现问题并进行整改,保障数据的长效管理准确性;开发数据管理应用工具,为数据的集成规范化管理提供平台,将管理要求和目标进行落实,为业务工作的有序开展提供支撑。

图1 适航数据管理思路

在上述管理过程中,通常采用主题域模型对数据资产进行梳理,包含数据主题域(L1～L3)、数据实体(L4)、数据项(L5)等信息,如图2所示。基于数据清单确定管理要求时,对于数据资产中具有共享性和稳定性的核心对象,进行主数据的标准统一和规范定义;对于描述数据本身、数据概念及数据管理信息的元数据,以数据资产为基线,对所有的数据信息进行规范,形成确定的管理要求。数据过程管控中,通过开展数据质量问题收集、质量剖析及制定数据质量标准和改进措施,实现数据质量的有效管理。基于数据管理规则和业务流程进行信息化应用的开发,提供数据清单的集成管理平台,实现数据过程的规范统一管理。

图2 基于主题域模型的数据结构

3 应用实践

3.1 适航数据资产清单

基于上文的数据管理研究思路,针对某型号民用航空发动机开展适航的数据管理应用。首先对航空发动机适航的数据资产进行明确,适航数据资产的确定主要依据AP-21-11程序的要求,该程序规定了型号合格审定过程包括项目受理和启动、要求确定、符合性计划制定、符合性确认和颁证等阶段,明确了各阶段活动中的审查要求,申请人需严格遵循,配合局方表明产品的符合性。通过研究AP-21-11程序的取证要求,确定符合性表明活动产生的数据。结合主题域模型与型号的日常适航工作开展,总结形成数据资产清单如表1所示。该数据资产清单将型号合格审定过程中产生的适航数据分为设计保证、符合性核查、符合性验证规划、符合性验证和制造检查五个三级主题,覆盖了取证过程中申请人在各阶段的业务活动,逻辑数据实体为型号工作中各类适航数据的载体,申请人通过向局方提交这些文件资料,表明发动机产品的适航符合性。数据项规定对应数据实体中必须包含的基本属性,通过这些基本属性,标注每一项数据实体中的关键要素并实现同一种数据实体下“身份”的区分。同时,本文所形成的适航数据资产清单能够满足适航管理体系中设计保证系统的要求,可适用于不同的发动机型号,为通用数据管理标准的制定奠定数据基础。

表1 适航域数据资产清单

3.2 适航数据管理要求

基于上文梳理出的数据清单,进行主数据和元数据类别的划分,结合型号应用实践建立各类数据的管理模型,从而确定每一项适航数据的管理要求。

主数据是用于描述组织生产经营管理的核心对象,所有业务活动都围绕主数据开展。根据主数据的定义,判断清单中的“审定计划”具备主数据的共用性和稳定性的特征,会不断地被引用,因此被确定为适航领域的主数据。

为保障主数据在流通过程中的规范性,在型号适航中进行统一管理,建立审定计划的主数据管理模型如表2所示。该模型的字段根据某型航空发动机在适航取证过程中,面向所有申请人,在各单位各型号的适航管理中保持一致。该模型给出审定计划的数据实体需包含的所有信息,对其中每一字段的属性提出明确要求,并进行详细的备注说明。该模型可有效支撑审定计划主数据在不同角色下的规范使用,各单位可建立适航主数据的管理标准,标准内容可根据自身流程体系架构而定,其中需注意标准中应说明主数据的管理权责,如数据的创建方和管理方,数据的审批级次、审批流程、审批的规范要求等内容。

表2 适航审定计划主数据管理模型

元数据用于描述数据本身(如数据元素)、数据表示的概念(如数据类)和数据的管理信息(如数据协调人)。适航领域除了“审定计划”具备主数据特征,清单中其他数据均可按元数据进行管理。以上文确定的适航数据资产清单为基线,数据项作为最小颗粒度,构建元数据管理模型。表3以适航三级主题域(L3)“制造检查”中的数据实体(L4)“推荐选项清单”给出了模型示例,对适航领域中的其他所有元数据均可按照此形式进行建模管理。模型中包含数据管理的关键要素,其中数据onwer指数据的产生方,数据协调员即数据的责任人员,数据使用方是指下游使用数据的角色,系统源头为数据初次创建的系统,业务管理程序是指数据在该单位管理要求的载体。各单位可根据自身运营管理现状将元数据模型的管理标准进一步具象化,明确数据管理的具体流程和人员,为过程管理中质量管控和应用工具的建设提供支撑。

表3 适航制造符合性检查元数据管理模型

3.3 适航数据过程管控

数据的过程管控主要通过控制数据质量,以保障数据在业务活动过程中的标准化和规范化。数据的质量管理通常包括数据质量问题收集、原因分析、改进措施制定、形成质量标准等。问题收集过程中应遵循明确性、普遍性和严重性的原则,数据质量问题剖析从业务需求的角度出发,按照数据维度进行质量问题剖析,针对剖析出的具体原因,制定相应的整改措施,在形成的数据质量管理标准中加以落实。

在适航应用实践过程中,某型号在开展审定计划的数据质量问题收集中发现,模型诸多字段中各级编号极易出现错误、部分数据项出现缺失。进行问题分析,发现上述问题与数据的录入方式以及数据的来源相关。整改过程中从业务逻辑入手,针对审定计划数据模型中的字段,在线上系统设定为必填,并对数据长度做出明确限制要求,同时这些要求应在质量管理标准中得以体现。对于出现的数据项丢失问题,由业务负责人联系上游,排查原因,建立线上或线下的长效检查机制。从上述适航的业务实践中可知,优先从系统或者软件的层面制定改进措施,避免人为干预;对于无法避免人工干预的,建立数据的创建和审核机制;同时增强对业务人员的培训,使其对常见的数据质量问题做到心中有数。

3.4 适航数据管理应用工具建设

信息化工具在数据管理中发挥着重要作用,在某型号的适航管理活动中基于数据清单和管理模型研究成果,结合业务需求开展适航信息化应用工具的建设,图3为适航管理应用平台的信息技术架构。该架构综合考虑数据管理要求及取证业务多方协同要求,明确数据层中的适航要素,为型号合格取证过程中所有流程和数据提供集中统一的平台,可推动取证活动规范、高效的开展。主要包括以下方面:

图3 适航数据管理应用工具信息架构

1)该架构承接适航数据研究的相关成果,基于主题域模型的适航数据资产,在应用层划分不同业务管理模块,将各模块适航业务管理流程通过信息化方式进行固化,对流程产生的数据实行专项管理。同时每一模块均提供数据分析报表功能,支持数据的多维度呈现。

2)在型号适航活动具体操作层面,适航数据的传输涉及多方协同,型号取证阶段主要涉及申请人、局方和供应商。通过数据的管理明确传输要求,应用过程中可为涉及的关键角色门户配置不同权限,同时可提供桌面端和移动端的多方使用渠道。

3)适航领域主数据较少,元数据主要源自其他系统,因此在数据层明确适航平台与其他管理平台的联系,在本平台实现所有适航数据的集成,数据及其变更状态与其源头保持一致,确保数据源的唯一性。

4 结论

本文将数据管理理念与航空发动机适航管理要求相结合,提出适航领域中对适航数据的管理过程。主要包括以下方面:

1)遵循适航规章AP-21-11程序的要求,将取证各阶段的适航数据,通过主题域模型形成完整的适航数据资产清单,保障清单中适航数据的完整性。

2)在数据清单中识别出审定计划具备主数据的特征,建立主数据管理模型,并以适航业务活动制造检查中的“推荐选项清单”为例,总结元数据管理标准的通用要求。

3)对取证过程中的适航数据质量进行管控,基于数据模型开展问题收集及原因分析,从系统层面制定改进措施,避免人员行为产生类似问题,提高后续取证过程中数据的规范性和准确性。

4)通过数据清单的梳理及管理要求的确立,在某型号上实现数据管理应用工具的开发,实现对取证过程业务数据和流程的支撑,为航空器各型号适航管理应用工具的开发提供信息架构的参考。

本文通过将数据管理的要求和方法与适航取证管理相结合,验证了数据治理在航空制造领域应用的可行性,也体现了运用数据思维开展适航业务活动管理的高度契合,既能保障适航取证过程中各项流程和数据的规范化管理,又能通过数字化手段促进申请人的适航能力提升,从而推动航空发动机研发生产运行全生命周期的规范化管理。