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民用飛機構型差異管理分析

0引言

按照民用飛機的研制過程，通常是提出型號的市場目標和設計要求，建立型號的初步總體設計方案，初步設計方案、詳細設計方案，然后再展開全面的試制，主要分為總體方案、初步設計、詳細設計、全面試制、試驗試飛取證及批生產(chǎn)等幾個階段。

在正式發(fā)布生產(chǎn)圖樣/數(shù)模之前，為了尋求滿足設計要求和市場目標的最佳設計方案，每個系統(tǒng)或部件都會設計多種解決方案，即產(chǎn)生多個構型，在全機集成層面會出現(xiàn)多種布置布局方案，進行比較和權衡，分析各種方案(構型)之間的優(yōu)劣，選擇對全機整體最優(yōu)的設計方案(構型)進行全面試制及后續(xù)的試驗驗證階段。這種多方案之間的構型差異存在時間短，且仍停留在“構想”階段并未付諸物理實施，影響范圍相對較小，故本文暫不做討論。

全面試制展開以后，構型差異物理化、顯性化。本文將重點針對自全面試制展開之后，用于試驗試飛的各架次飛機與型號設計之間的差異，以及每一架試驗試飛自身的設計要求與制造實物狀態(tài)之間的差異進行分析和討論。

1構型差異產(chǎn)生的過程

如前文所述，研制階段的各架試驗試飛機與型號設計構型之間，以及各架試驗試飛機之間存在明顯的構型區(qū)別，而這種差異主要是由于工程設計團隊為了在有限的時間和經(jīng)費限制下，合理分配驗證任務而主動規(guī)劃的，本文稱之為“設計構型差異”。

1.1設計構型差異

自發(fā)布正式生產(chǎn)用圖樣、展開全面試制后，“設計構型差異”隨著物理實物生產(chǎn)制造和安裝裝配，而變得直觀且凸顯，如圖1所示。

圖1　設計構型差異

除掉管理或人工出錯等原因，產(chǎn)生“設計構型差異”的主要原因包括：

(1)研制批的每一架試驗試飛機/試驗件都承擔著特定的驗證任務，因此對構型狀態(tài)的要求不盡相同(在理想情況下，可以選擇用同樣的構型狀態(tài)開展試驗試飛)。

(2)由于認識有限以及相關技術的不成熟，在生產(chǎn)制造過程中存在大量的設計更改。而設計更改貫徹和落實的情況會受到已經(jīng)投產(chǎn)/已經(jīng)生產(chǎn)出來的零組件的限制，當已經(jīng)生產(chǎn)出來的零組件無法貫徹而設計更改從后續(xù)的某個架次開始落實時，設計構型差異就隨之出現(xiàn)了。

(3)受研制進度和經(jīng)費的限制，通常不會要求每一架飛行試驗機/試驗件全部用真實的取證構型，而往往重點關注需要驗證考核的部分,其他的部分可能使用假件、在(2)條中提到的已經(jīng)生產(chǎn)出來的與最終構型有些差異的零組件。

1.2制造構型差異

本文將由于制造過程中的原因，使生產(chǎn)制造出的實物狀態(tài)與設計要求的構型狀態(tài)不完全一致的現(xiàn)象，稱之為“制造構型差異”，如圖2所示。

“制造構型差異”的產(chǎn)生主要包括以下兩個方面：

(1)在制造之前，制造狀態(tài)需要偏離已批準的構型文件中規(guī)定的設計構型要求，如材料代用或標準件更換等；

(2)在制造過程期間或制造完成的檢驗驗收過程中，不合格品返修或原樣使用的情況，如尺寸超差或重量超差等。

圖2　制造構型差異

2構型差異的管理

無論是“設計構型差異”，或是“制造構型差異”，都需要進行清晰地定義和記錄，并開展相關的評估和分析。尤其是在完成某些符合性驗證試驗時，用于進行試驗的構型狀態(tài)，與目標構型狀態(tài)之間的區(qū)別和不同，是申請人和局方尤為關注的，這決定了試驗結論的有效與否。如圖3所示。

因此，在對構型差異進行管理的過程中，需要開展的活動有以下幾個方面：

1)明確表述和定義差異

(1)Δ1=Y-X

(2)Δ2=Z-Y

當然，準確定義Δ1和Δ2的前提是：清晰地確定X(型號設計目標構型)、Y(單機設計構型要求)和Z(單機實際構型狀態(tài))，這是在構型定義過程中需要完成的。

2)對構型差異進行分析和評估

想要通過Z狀態(tài)滿足條款N，推導出X構型符合條款N的結論，則必須先用足夠的證據(jù)來說明X與Z之間的差異(Δ1+Δ2)對于該項符合性驗證來說，是可以忽略不計的。因此需要對構型差異進行分析和評估，為了保證試驗工作的價值，該分析工作通常應該在試驗開始進行。

3)補充試驗或更改目標構型

若構型差異(Δ1+Δ2)對表明條款的符合性有一定的影響，則需要決策對X或Z進行修改，以消除構型差異，并按需開展補充試驗。

3結論

圖3　構型差異的管理

對構型差異管理來說，最為關鍵和最為困難的是準確地定義和表述差異。通常來說，大的差異是比較容易區(qū)分的，例如由于試飛分工導致的系統(tǒng)級的區(qū)別，或者測試改裝產(chǎn)生的具體硬件的差異，對于軟件功能的偏離則相對較難表述，多處局部差異綜合產(chǎn)生的全機性能上的差異也很難說明。

同時，國內(nèi)民用飛機的研制過程中設計、制造和試驗試飛由不同的組織機構承擔，從而造成X型號設計目標構型和Y單機設計構型要求由設計單位來描述，Z制造實物構型由制造單位來表達，用于試驗試飛的試驗構型狀態(tài)則需要承試單位協(xié)助補充說明，而各家機構在構型定義和表達方式上的習慣和風格自成體系，造成很難清楚地表述構型差異。

此外國內(nèi)民用飛機的設計重物理輕功能，型號的頂層設計要求不夠明確，對于研制階段各架次飛機的目的也相對模糊，因此對Δ1設計構型差異的闡述帶來困難。而在設計成熟度不夠的情況下提早投產(chǎn)進行全面試制，但為了節(jié)約成本和加快進度，后續(xù)的設計更改不在在制品/已制品上貫徹，在制品/已制品原樣使用，導致使Δ2制造構型差異增大。

綜上，在民用飛機研制過程中，構型差異的管理建議從以下幾個方面進行：

(1)準確定義X型號設計目標構型、Y單機設計構型要求、Z制造實物構型，為構型差異的表述奠定基礎，這些工作需要在前期的構型定義和標識過程中完成；

(2)盡量縮小和減少構型差異，包括合理規(guī)劃研制各架機的試驗任務和試飛分工，減少設計構型差異，在設計成熟度相對較高后再投入制造，以減少制造構型差異；

(3)對研制過程中產(chǎn)生的構型差異，做好構型紀實，及時記錄，并按照相關的要求和程序進行審批和決策，以保證構型差異可見可控；

(4)設計團隊在開展構型評估工作時，應從點到面，從局部到整體，每一項具體細節(jié)都必須進行評估，但不能因為細節(jié)的構型差異都評估過，就忽視對整體集成的評估。

(5)考慮借助數(shù)字化管理的系統(tǒng)和相關工具，輔助項目設計和制造人員對構型差異準確完整定義和分析，以保證工作的有效性和證據(jù)的說服力。

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Analysis of Configuration Difference Management for Civil Aircraft

龔文秀 /

Gong Wenxiu

(上海飛機設計研究院，上海201210)

(Shanghai Aircraft Design and Research Institute，Shanghai 201210，China)

摘要：

在民用飛機研制及后續(xù)的交付運營過程中，構型差異是無法規(guī)避的客觀存在，這種構型差異包括單機構型狀態(tài)與型號設計之間的差異、單機設計狀態(tài)與設計要求之間的差異，以及制造狀態(tài)與設計要求之間的差異。準確記錄這些差異，評估差異的影響，提供有效證據(jù)，以明確差異的可接受程度，確定限制和相關對策，是飛機研制過程的關鍵問題和難點問題。以研制階段的試驗試飛機為例，對飛機設計構型差異和制造構型差異產(chǎn)生的過程進行分析，提出了對構型差異管理的改進建議。

關鍵詞：構型差異；偏離；構型管理；構型記實；構型差異評估

[Abstract]In the course of the development of civil aircraft and the subsequent delivery and operation process, it is impossible to avoid the configuration differences existing objectively. The configuration differences include the difference between the single ship and type design, the difference between the single status and single design requirements, and the difference between the manufacture state and the design requirements. It is the key problem and difficulty in the aircraft development process to record the differences exactly, evaluate the effect of differences ,and provide effective evidence in order to make clear the limit relevant countermeasure. Based on the fight test aircraft, this paper analyzed the configuration differences of design and the configuration differences of manufacture. Improvement suggestions for management of the configuration differences were proposed.

[Key words]configuration differences;deviation;configuration management;configuration status accounting;configuration differences evaluation

中圖分類號：F273.2

文獻標識碼：A