我国商用飞机产业的计量测试体系

大型商用飞机是一个国家科技水平和综合实力的集中体现。由于牵涉面广、技术难度高,只有整条产业链量值一致、测量过程受控、数据与结果准确可靠时,才能确保国产商用飞机的质量和安全。因此,我国商用飞机产业的计量测试工作不仅限于建立标准器、实验室能力认证、台账管理、周期检定/校准,更需要站在产业系统工程的角度,从需要定义出发,有序地开展集成验证。本文将介绍我国商用飞机产业计量测试业务线的工作思路,探讨计量保证工程和测量系统分析的基本要求,并总结本产业全寿命过程计量测试工作的经验。

根据国家民机三大型号的实践经验,站在产业主承担单位的角度,如图1所示,我国商用飞机产业的计量测试体系分为职能管理、基础能力、技术体系和项目应用四条业务线。

集团公司质量适航安全部作为计量测试业务归口管理部门,从顶层策划整个集团的计量测试业务。除负责国际航空航天质量组织(IAQG)颁布的AS9100:2016中规定的监视与测量资源的管理外,还负责制定公司计量测试管理的顶层策划,组织编制公司中长期计量测试发展规划和年度工作计划,并组织对公司所属单位进行计量监督检查。

集团公司计量测试中心是集团公司计量测试工作的职能延伸机构,主要负责数万件计量器具的周期检定与校准,建立公司计量标准装置。此外,还承担公司测量设备选购和研制的技术审核,工艺规范、测量大纲、试验大纲的会签审核等职能。

计量测试技术体系包括公司计量测试技术总师,计量测试保证主任设计师、测试技术主任研发工程师和计量技术主任工程师系列。计量测试技术总师作为公司系统集成总师领导下的II级技术总师,具体负责公司计量测试技术体系建设,总师办公室设在公司计量测试中心。计量测试保证主任设计师岗位设置在设计研发中心,负责组织开展机载成品件、关键结构件和大型专用测试设备“可检测性、可计量性”设计等工作。测试技术主任研发工程师和计量技术主任工程师岗位则设置在生产、试验单位,主要负责本单位专用测试设备研发和系统/在线校准规范的编制,并负责组织测量系统分析工作。

项目试验验证副总经理是项目计量测试工作的负责人,负责项目全寿命周期的计量测试工作策划。其领导下的项目经理系统,在飞机全寿命周期各个阶段实施计量测试的相关工作。项目经理系统负责确定根据项目总体、分系统的验证和测试技术指标,提出项目计量技术指标;提出项目总体或分系统研制过程中需要研制的专用测试设备和计量标准器具、校准装置的研究课题,并组织落实承担单位及有关保障条件;组织协调项目总体或分系统研制过程中的计量保障工作,组织建立项目计量测试工作集成团队。原则上由设计研发中心计量保证工程主任设计师负责协助项目试验验证副总经理,联系各单位组建项目计量测试团队,协调设置项目计量测试经理和经理助理等岗位。

组织开展“可检测、可计量性”设计工作的目标是提高和改进商用飞机的产品质量水平,改善产品系统内部各子系统间的协调性,缩短飞机研制周期;确保机载设备始终处于良好的技术状态,具备随时可准确执行预定任务的能力。如图2所示,机载系统的计量测试工作分为系统设计、详细设计、基础测试、生产制造、维修维护和寿命延展等6个阶段。

在这6个阶段,计量保证工程主任设计师团队按照《高度复杂产品研制流程》(ARP4754A)、《美国国防部校准和测量要求》(MIL-STD-1839D)和《机载软件的审定考虑》(DO-178C)的要求,在立项论证中确认的产品型号技术指标、性能参数,同时明确安全和可靠等要求的量化指标,并且针对所有这些技术性能指标做出计量评价设计,在规定的条件下,以通用性为主体(包括外部计量工具和嵌入式计量设备),确保在产品的研制、生产、使用及维护过程中所涉及的关键性量值能够进行有效检测和溯源。主管成品件测试等工作的测试技术主任研发工程师根据测试依据,以《部件测试开发与管理的产业指导》(AR-INC625C)和《用于模块测试的标准ATLAS语言》(ARINC626)等协议为抓手,协调供应商提供技术支持数据包(TSDP),编制成品件测试标准规范,开展各系统关键测试技术研究,组织机载系统供应商和测试设备研制企业共同开发自动测试台。

商用飞机产业的产品非常依赖测量来保证零部件、组件和系统达到图纸和设计要求,需要使用测量系统分析方法保证测量系统的可靠性、重复性和有效性。参考ISO10012测量管理系统的标准,商用飞机产业要求各制造和试验验证环节(包括供应商)的质量文件体系中设立《测量系统分析程序》,并要求供应商执行该程序,从而保证飞机各零件和系统间的一致性。该程序由主管测量系统分析的计量技术主任工程师负责评审,涵盖测量系统分析要素确定、策划和实施、结果分析和决策等内容,从计量测试角度推进测量系统分析的设计和实施。在项目实施过程中,按照《项目工作分解》(WBS),由其担任该工作包的项目经理,组织监督实施。

对任何测量系统分析建立的前提条件和一般要求是:(1)测量设备(含供应商提供的设备)必须经过校准并量值溯源到中国计量科学研究院、国际互认的国家计量标准(CIPM-MRA)或国际基准。(2)其使用测量设备必须维持良好的测量能力。除非获得甲方的批准,供应商必须使用合同规定的零件,在典型的产品操作环境下进行测量分析,并验证设备的测量能力。零件必需能够包含所有公差。(3)从事测量系统分析的人员应受过严格的培训并有能力完成任务。(4)选派一名有资质和经验的人员作为实施所项目的测量系统的代表。(5)任何被使用研究分析方法必须能够在相同的测量过程中复现。(6)在进行测试时,从事测量系统分析的人员不可以看到本人或其他人员之前的数据结果。

在满足上述前提要求下,本产业的测量系统分析的最低要求还须满足表1所示条件,其中,除非另有规定,所有的统计计算假设为±3个标准差。在项目实施过程中,项目试验验证副总经理拥有对测试系统分析要求在任务书或合同签字前的最终批准权。通过实施测量系统分析,识别出测量系统中存在的所有变量,采取有效的行动来控制它们,从而确保测量系统的重复性和准确性。

本文介绍我国商用飞机产业计量测试业务线的工作思路,阐述了计量保证工程和测量系统分析等工作的经验。本文对我国各相关产业计量工作也有着积极的借鉴作用。