基于C-PRO模型的数字化适航审定研究及应用

朱玉屏，顾 新，孙辉鹏

（中国民用航空上海航空器适航审定中心，上海 200232）

适航审定工作担负着保障航空安全、维护公众利益和促进航空事业发展的职责[1]。中国自20 世纪80年代开展适航审定工作，通过ARJ21-700 新支线飞机等一系列航空产品的适航审定实践，已具备一定的适航审定能力[2]。从国内外相关研究[3-5]来看，美国联邦航空管理局（FAA，Federal Aviation Administration）、空中客车工业公司、中国商用飞机有限责任公司等国内外机构均已建立其适航审定系统。国内学者和相关机构[6-9]也开展了适航管理及其系统应用的相关研究，但绝大部分还是从适航取证角度开展研究。蔡喁[10]从适航审定审查方（简称审查方）角度对适航审定智能化若干关键技术进行了研究。对于不断完善的适航审定管理体系而言，尤其在航空器型号合格审定过程中，面对大量适航审定工作带来的具体挑战，审查方需要在管理方式上不断进行创新与实践。

基于中国当前航空器型号合格审定体系及审查实践，分析了当前航空器型号合格审定管理中的痛点及管理需求，提出了以适航审定计划树（certification plan tree）、适航审定规章树（certification regulation tree）和适航审定对象树（certification object tree）为核心的“C-PRO 模型”（certification-plan，regulation and object model），并基于该模型建立数字化适航审定管理方式，通过建设数字化适航协同工作平台进行应用。该平台的应用填补了中国适航审定技术审查领域的空白，能有效解决审查过程中审查方亟需解决的问题，提高了审查效率和能力，保障了审查工作的开展。

适航审定工作贯穿从航空器研制到其退役的全生命周期。目前，航空器型号合格审定过程中主要依据《航空器型号合格审定程序》[11]（简称型号合格审定程序）开展型号合格审定的证前及证后审查工作。近年来，国内民用航空工业蓬勃发展，以C919、AG600等为代表的数十个民机项目正在接受中国民用航空局（简称局方）审查。随着国内民机大型化、复杂化、专业化程度的提升，审查管理难度明显加大，局方审查时面临的管理难题日益凸显，需尽快解决。

1.1 型号合格审定业务痛点分析

1）审定业务不确定性导致审定工作进度不确定

受型号合格审定申请方（简称申请方）研制进度影响，审定进度计划存在不确定性。由于适航标准完善、适航技术发展和适航经验提升均依赖于民用飞机设计和制造能力的长期积累[9]，因此，适航审定审查方与申请方（简称审查双方）在现行规章解读、新技术研发及审定工作等方面都存在经验不足导致的反复摸索过程。审定业务的不确定性可导致型号审查进度的延期。

2）审定业务具有高度离散性

审查活动分散在航空器各研制节点中。当审查资源无法做到为每个主要系统或审定计划独立配置多个审查人员时，审查人员必须在多个不连续的审查场景中反复切换。由于存在大量并行推进的审查工作，这导致审查人员难以掌握整个项目研发和审查工作的全貌。

3）审查资源配置不均衡

国内重大型号合格审定项目均存在审查难度高和审查持续时间长的问题，审查人员往往需要身兼数个型号的审查工作，并且需要同时掌握多个专业的知识，对审查人员的专业能力要求极高。在多个审定项目同时推进的情况下，审查人员人力资源分配难的情况进一步凸显，或将成为审查工作开展的瓶颈。

4）审查经验难以复制与传递

型号合格审定业务主要依靠审查人员的审查经验开展，以往审查资料及审查结论主要由审查人员个人掌握或由审查项目组集中归档，其他审查人员很难查找到相关审查资料，并学习相关经验。同时，审查人员的离职也会对该专业审查的延续性产生影响。这导致以往的审查经验难以得到有效复制与传递。

1.2 型号合格审定管理需求

根据对以上审查方型号合格审定业务的痛点分析，可得出审查方型号合格审定管理中的需求如下。

1）实现审查资源配置优化

在传统审查管理方式下，由于审查业务的不确定性和离散性，审查团队很难精确掌握审查人员的工作能力及工作饱和度，从而难以优化审查人员人力资源配置。因此，有必要借助信息化手段掌握审查工作的进展及对审查人员工作能力进行评估，实现审查人员人力资源的配置优化。

2）实现型号合格审定项目的过程控制

由于复杂航空器的符合性审查活动多[7]，审查历时长，人工统计方式无法实时高效地进行统计分析，因此，有必要借助信息化手段实现对审定计划的合理分解，对审查任务关键点进行管控，满足型号合格审定委员会[8]（TCB，type certification board）、审查组、专业专题组等多层次的过程管理控制要求。

3）实现适航审定有效数据管理与协作共享

异地协同工作是当前审查工作的常态，传统纸质文件提交或邮件传递的审查方式已无法满足异地协同和数据共享的发展需求。因此，需要通过信息化手段搭建适航协同工作平台，对审查数据进行统一管理，保证审查数据唯一性，并通过审查数据间建立的数据关联关系，解决审查结论追溯及共享的问题。

4）实现审查经验的复制和传递

当前，中国已完成多个航空器型号合格审定项目及大量国外型号认可审定项目，累积了大量的审查经验。这些经验可为后续开展的审查工作提供帮助，提升审查工作效率与质量。因此，需要借助信息化手段实现审查经验的复制和传递。

本研究将构建基于结构化的适航审定计划树、适航审定规章树和适航审定对象树[9]的C-PRO 模型，及基于C-PRO 模型的适航审定管理方式，使用信息化手段实现审查资源优化配置、审查进度实时监控、审查数据有效管理及审查经验的复制与传递等目标。

2.1 基于“CP-CPI-CAI”分解的适航审定计划树

在审查实践中，审定计划具有可逐层分解性，例如MC4[11]的表明符合性试验可被分解为试验大纲审查、构型评估审查、试验件制造符合性检查、试验前制造符合性检查、试验目击、试验报告审查等，而一个审定计划又可以由多个符合性验证方法组成，因此，审定计划最终能以可分解层次的树状结构展开。基于此，本研究提出基于能逐层分解到最小审查单元的审定计划管理方式，并以此构建结构化的适航审定计划树。在此方法中，一个适航审定计划树可逐级拆解为审定计划级（CP，certification plan）、审定计划项级（CPI，certification plan item）及审查活动项级（CAI，certification activity item）。审查活动项级即为最小审查单元，最小审查单元对应一个标准审查流程。

1）标准审查活动流程

基于型号合格审定程序，在标准审查活动流程梳理过程中提出了“标准审查流程”概念，即申请方每次提交的证据都能及时获得审查方相应的审查结论。在标准审查活动流程中，符合性验证活动分为标准资料评审类、标准现场审查类及会议管理类。标准现场审查类又可分为制造审查类、试验目击审查类、审定试飞类及过程介入类；
会议管理类符合性验证活动[10]又细分为审查熟悉会、技术讨论会、审查会和项目管理会，可满足不同审查阶段的需要。以“某型飞机航电核心处理系统审定计划”部分符合性验证活动为例，其“CP-CPI-CAI”适航审定计划树如图1 所示。

图1 “CP-CPI-CAI”适航审定计划树Fig.1 "CP-CPI-CAI"certification plan tree

2）结构化的审查结论管理

每一项符合性验证活动都会有明确的审查结论。例如资料送审类的符合性验证活动对应输出型号资料批准表、型号资料评审表等。但由于型号合格审定程序中并未规范审查表达语言，很难直观表达审查结果，因此，有必要对审查结论进行形式化规范，通过与CAI 项相结合，达到实时监控项目的目的。审查结论分类如表1 所示。

表1 审查结论分类Tab.1 The classification of review conclusion

同时，本研究对审查过程中的建议和问题进行分类，并与审查结论进行相互约束。审查意见分类如表2所示。

表2 审查意见分类Tab.2 The classification of review opinion

对审查结论和审查意见进行结构化表述有利于识别审查活动进度和审查项目管理人员通过分析获得当前审查项目的状态标识。同时，审查双方均能了解到审查项目的后续审查进展。

2.2 结构化的适航审定规章树及适航审定对象树

1）结构化的适航审定规章树

型号合格审定基础由适用的适航规章、环境保护要求及专用条件、豁免和等效安全结论等组成[10]。审查人员会根据不同型号合格审定项目的特性对适用的适航规章进行裁剪，也会采用行业标准（如飞机软件审查中采用RTCA DO-178 系列标准）作为审定基础。通过对适航规章的分析及比较，很多适航规章可按照“条、款、项、目、属”进行层次化拆解，从而形成结构化的适航审定规章树。

适航审定规章树上的每一条目可用于描述单项适航条款及其相关属性，从而达到适航规章解读显性化的目的，能帮助审查人员更好、更快地熟悉适航审定规章及程序。单个适航条款可通过与适航审定计划树中CPI 项、CAI 项的属性关联，实现适航条款与审查活动的关联。通过这种标识方式可在现有适航规章上裁剪出满足不同审查项目要求的审定基础结构。

2）结构化的适航审定对象树

根据当前大部分航空器的研发情况，航空产品在专业、系统、子系统层次内的划分相对较为固定，绝大部分满足CCAR23 部、CCAR25 部、CCAR33 部等的适航审定对象均可采用或借鉴美国航空运输协会（ATA，Air Transport Association of American）的规范进行结构化拆解。基于此，本研究提出一种通用的适航审定对象树构建方式。适航审定对象树分为上下两部分，上部分由ATA 规范的章节进行描述；
下部分则构建通用的3 层零部件结构，即为构型层、模块层、零组件层，零组件层也即为制造符合性检查项目[11]，会采用数据集合进行详细表述，包括件号、名称、版本、承制单位、供应商件号等，同时也包括关联属性，如对应CPI。

2.3 适航审定管理方式

C-PRO 模型由基于“CP-CPI-CAI”分解的适航审定计划树、结构化的适航审定规章树、结构化的适航审定对象树组成，通过关键属性进行关联。以“某型飞机航电核心处理系统审定计划”部分符合性验证活动为例，展示基于C-PRO 模型的实例，如图2 所示。

图2 C-PRO 模型关联图Fig.2 The association graph of C-PRO model

C-PRO 模型满足了审查方的管理需求。

（1）通过基于“CP-CPI-CAI”的审定计划树实现审查任务分解、审查资源配置及审查进度管控。

适航审定计划树是所有审查任务的集合，且是审查双方共同确定的。通过逐一关闭CAI 项，即可统计以符合性方法验证为核心的CPI 完成度，进而展现整个项目内所有CP 的完成度，实现实时监控审查进度。同时通过审查次数及审查意见分类情况，可实时了解审查难点情况。

（2）基于适航审定计划树和适航审定对象树实现适航审定数据的有效管理。通过在适航审定计划树的CPI 项上标识审定条款和符合性验证方法的属性，并结合该CPI 下的标准审查流程执行过程、申请方通过标准审查流程提交的验证交付物和由标准审查流程产生的各类审查结论及相关CAI 项关联的会议，即可形成一个以符合性验证方法为单位的完整证据链，同时为条款关闭提供证据。

（3）通过C-PRO 模型实现适航审查知识传递及复制。通过在适航审定规章树上构建规章条款属性，支持条目化的版本管理，能够快速比较不同时期不同国家的审定基础差异，为审查人员提供经验支持。审定对象特征属性能够建立完整的虚拟航空器系统结构。在此基础上，每个机型可以按实际情况继承各自所需内容。该属性有助于系统积累相关的审查经验，快速识别风险和困难。

基于上述研究，以当前在审的型号合格审定项目为背景，以C-PRO 模型构建审查数据核心，从而建立数字化适航审定协同工作平台（简称适航协同平台）。

3.1 平台框架及功能

适航协同平台的架构及功能如图3 所示，该架构分为基础设施环境层、平台基础服务层、业务组件APP 层和应用环境层。

图3 数字化适航协同平台应用框架Fig.3 Application framework of digital airworthiness collaborative platform

1）基础设施环境层

本层主要包括各类服务器、数据存储、网络安全设备、数据库系统、电子签名硬件环境，可为平台基础服务层应用提供基础环境支撑。

2）平台基础服务层

本层提供平台的基础服务，包括用户管理、权限管理、基础信息维护、流程管理、电子签名应用、适航数据传输协议集成接口等，可为上层的业务组件APP层提供基础服务。

3）业务组件APP 层

本层由两大类组件组成，一类是适航审定方应用组件，该类业务组件面向适航审定的主要业务域、全生命周期各个环节，借助统一的数据管理模型构建审查双方统一的“CP-CPI-CAI”审查计划管理机制，为各个不同的审定业务工作提供支撑，包括：型号合格审定协同管理、现场审查管理、过程介入审查管理、审定试飞管理、制造检查管理应用等。另一类是面向申请方的应用组件，该类业务组件面向申请方实现在各类标准审查流程下提交审查数据、查询审查进展及接收审查结论等。两类组件通过下层的适航审定数据传输协议集成接口进行数据互联。

适航数据传输协议提供了一系列面向标准审定业务的统一数据传递规范格式，同时提供数据规范性预校验机制和数据规范化解析及导入机制，帮助上层审查双方应用环境实现数据无缝对接。业务组件APP层可为应用环境层提供审查场景的实现。

4）应用环境层

可以调用下层业务组件的相关接口对适航审查数据及流程进行实例化应用。因此，适航协同平台可针对不同的适航审定申请方提供不同的应用环境。对于已有适航管理系统的申请方可以通过统一的数据规范协议（适航数据传输协议）直接进行无缝数据传递，无需构建专业门户。对于无适航管理系统的申请方，平台提供申请方工作门户，满足基本的适航审查工作需求。

3.2 适航协同平台应用效果

适航协同平台已应用于国内多个重点型号合格审定项目中。该平台填补了中国适航审定技术审查领域的空白，实现了将型号审查中的大量技术难题转化为审定团队的核心能力，最终通过信息化技术弥补中国在传统审定领域内经验不足的短板问题。

（1）适航协同平台处于国际局部技术领先地位。在国外，FAA 的类似系统主要面向规章和规范性文件的发布管理及审查人员日常工作管理、欧洲航空安全局（EASA，European Aviation Safety Agency）并未建立独立的局方审查项目管理系统[12-13]。因此，适航协同平台能明显提升中国民航适航审定能力，实现局部技术领先。该平台通过“适航数据传输标准”已快速实现了国内多家航空制造企业异构适航管理系统的全自动对接。随着更多的航空制造企业陆续加入该标准，该平台已被工业界各单位作为建设国产民机研发适航信息系统的基础。

（2）适航协同平台实现了审查资源配置优化和审查过程管控。基于C-PRO 模型的数字化适航管理为审查组提供了清晰的结构化审查任务清单，能实时统计分析审查活动完成情况，提供实时的项目进度监控，帮助审查组掌握全部审查计划安排及项目进展。审查人员通过监控报表能更清楚地了解每个审查人员的工作进展。同时，通过该平台适航审定计划树的逐层分解及审查资源的优化配置，提高了审查组授权分配的合理性。

（3）适航协同平台线上协同审查优势凸显，有效缩短审查周期。基于该平台的线上审查方式具有流程短、规则性强等特点，较传统线下审查方式更为高效，能有效缩短审查周期和提高审查效率。以国内某大型客机型号合格审查为例，据申请方不完全统计，该平台使用前平均审查周期为7.68 d，使用该平台3 mon后，平均审查周期已降至3.77 d，并有进一步缩短趋势。该平台20 mon 审查周期时长分析如图4 所示，20 mon间，审查数量持续增长但审查周期呈明显缩短趋势。

图4 平台审查周期时长分析图Fig.4 Analysis of the review work cycle

（4）基于该平台的线上审查较传统线下审查，能有效提升审查人员能力。平台运行21 mon 的平均审查问题数分析图如图5 所示。

图5 平台运行分析图Fig.5 Analysis of platform operation

从图5 可看出，平台运行初期，每月平均审查问题数呈上升趋势；
但经过一段时间运行，每月平均审查问题数呈下降趋势。经分析，在平台使用初期，使用审查结论和问题分类能明显提高审查人员发现问题的效率；
但在运行一段时间后，因审查双方对重复性问题的重视，重复性问题大量减少，问题发生率下降。

（5）适航协同平台积累大量审查经验可进一步进行传递与复制。该平台上线运行以来积累了大量结构化的审查数据，有利于审查人员对审查经验的进一步利用和分析，逐步形成可复制和可传递的审查经验，为审查人员培训及智慧化审定提供知识支撑。

基于C-PRO 模型的数字化适航审定管理方式解决了当前审查方适航审定管理中的痛点和主要管理需求，有效提高了适航审查工作效率。未来，基于CPRO 模型的数字化适航审定管理可在如下几方面深化应用。

（1）适航规章知识的组织和运用。可对适航审定规章树进行进一步扩展，增加横向规章比较和审查案例关联等内容，进一步加强规章知识的组织和运用，帮助审查人员更快了解规章研究进展。

（2）审查活动的预测和规划。在累积一定量的审查经验后，可以利用现有适航审定计划树进行审查活动的预测和规划。

（3）审查案例经验的汇总和挖掘，形成适航知识源。建立以适航案例为核心的适航知识源，从而为审查人员提供辅助的符合性评价，降低对审查人员主观经验的依赖，提高审查的效率和质量。

（4）C-PRO 模型从适航向持续适航拓展。将适航指令引入C-PRO 模型中，形成从适航指令到取证过程的追溯，为国产适航指令颁发提供智慧化支持，也可为航空器型号设计提供经验参考。

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