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审查飞行控制系统审定计划的几项关注要素
shxf 2014-5-29 16:52
审查飞行控制系统审定计划的几项关注要素 朱亮 中国民用航空上海航空器适航审定中心 《航空器型号合格审定程序》(编号: AP-21-AA-2011-03-R4 ,简称:03R4程序)中定义:审定计划 (Certification Plan ,简称 CP) 是申请人制定的关于采用何种符合性验证方法来表明产品符合审定基础的计划。一份典型的审定计划中包括审查对象设计方案或设计更改方案的说明、预期运行环境的规章要求、建议的合格审定基础、符合性验证思路和符合性方法表、用于表明对适用审定基础符合性的文件清单等等有关型号合格审定工作规划及预期审定数据的重要信息,因此审定计划对于审查方和申请方都具有极其重要的意义,审查方对于审定计划的审查、认可和批准是审查方重要的审查工作任务之一。 与其它系统相比较,研发与审定飞行控制系统的难度和特殊性在于:(1)飞行控制系统与确保飞机持续安全飞行关系更为密切,飞行控制系统是确保民用飞机飞行安全的关键系统。(2)飞行控制系统涉及的专业领域更广。包括:强电、弱电、结构强度、系统安全性、自动控制原理、液压、操稳与品质、驾驶舱与人为因素、机载软件与硬件、机械加工、布置安装等十几个专业领域;(3)飞行控制系统涉及的专业跨度更大。例如:上述专业领域之间不具有彼此之间的互通性;(4)飞行控制系统涉及的功能更多。这将直接导致系统实现更加复杂;(5)飞行控制系统的集成度更高。尤其电传飞行控制系统出现后,自动飞行、高升力、大气数据等以往独立的系统或功能被越来越多的集成进一起飞行控制系统之中;(6)飞行控制系统的接口系统更多。当前电传飞行控制系统的接口系统可达数十个,且随着飞行控制系统的功能增多、集成度增加,飞行控制系统的接口系统将越来越多;(7)辅助开展飞行控制系统研发和审定的试验设施更多、更加复杂。除去一般的试验设施以外,典型的大型试验设施包括铁鸟和工程模拟器,这些试验设施是其它系统所不具有的。 飞控系统的上述特点使得飞控系统的研制和审查成为极具挑战性的工作,而飞控系统审定计划作为飞控系统研制和审查工作的关键一环,需要综合考虑一般性的工作原则(例如:03R4管理程序中的相关规定),也需要兼顾飞控系统的专业特点。本文从审查飞控系统审定计划的角度出发,结合实际审查经验,提出并分析一些值得关注问题和关注要素。 第一. 关注飞控系统审定基础的正确性和完整性 03R4 程序中对于型号合格审定基础 (TypeCertification Basis) 的定义 是:经型号合格审定委员会( TypeCertification Board ,简称 TCB )确定的、对某一民用航空产品进行型号合格审定所依据的标准。型号合格审定基础包括适用的适航规章、环境保护要求、专用条件、豁免和等效安全结论。 然而,03R4程序并未针对特定的专业、专题、系统等指明具体的审定基础,也未指明确保各专业、各专题、各系统审定基础正确性和完整性的方法。为确保飞控系统审定基础的正确性和完整性,审查方应关注如下问题: (1) 申请方是否已经完成并冻结飞控系统的功能架构设计 美国汽车工程师协会(Society ofAutomotive Engineers,简称:SAE)颁布的《民用飞机及系统研发指南》(编号:SAE ARP 4754,当前版本:A)作为一份可接受的指导材料,其中显示民用飞机及系统的研发总是从功能开发开始的。实践经验也表明,对于系统功能的审查应当成为系统审查的第一步,这是因为飞控系统很多新颖独特的设计特征是通过功能定义反映出来的,例如:飞行包线保护功能、设计俯冲速度等。根据《民用航空产品和零部件合格审定规定》(简称CCAR21部)和03R4程序可知,对于当前规章未能覆盖的新颖独特的设计特征,需要制定专项的适航要求,即“专用条件”来覆盖这些特征。另一方面,飞控系统功能定义的更改或变化,一定会引起物理实现方面的更改或变化,只是更改或变化的程度不同而已。因此,在开展审定计划讨论以及执行后续的审查工作之前,需要申请方提供清晰、明确、完整的功能描述,完成并冻结飞控系统功能架构设计,形成功能基线并纳入构型管理。 (2) 申请方是否已经基本完成物理架构设计 飞控系统物理架构即是主要的审查对象,也是整个飞控系统审查活动的重点。一方面,飞控系统的物理架构设计中也可能包含许多新颖独特的设计特征,例如:对于实现飞行员控制指令输入这一功能,可以采用传统的驾驶盘杆,也可以采用侧杆控制器,那么对于前者,当前适航标准已有明确规定;对于后者,则当前适航标准未完全覆盖,因此,侧杆控制器的使用属于CCAR21部规定的新颖独特的设计特征;另一方面,物理架构设计和选择具有复杂性、迭代性,实践经验表明,在申请方制定和提交审定计划草稿之前,很难全部完成并冻结物理架构设计,同时为提高审查活动的效率,审查方也应尽量尽早的熟悉飞控系统的设计状态。因此,在开展审定计划讨论以及后续的审查工作之前,需要申请方基本完成飞控系统物理架构设计,形成并逐步完善分配基线,实施构型管理。 (3) 申请方是否已经向审查方阐明飞控系统设计特征 审查方开展的审查工作的基础是对被审对象有着清晰、正确和完整的理解及认识。如前文所述,审查方对于飞控系统审定基础中是否需要制定相应的专用条件的判定,完全基于对飞控系统设计特征的熟悉和理解。同时,对于飞控系统,也不应排除存在豁免与等效安全结论的可能,而这些也都需要通过了解飞控系统设计特征之后,才能做出正确的判定。因此,为确保审定基础的正确性和完整性,申请方应以各种可行的方式向审查方阐明飞控系统设计特征,使得审查方深入了解飞控系统的设计理念、设计原则和设计状态。 (4) 审查方应建立足够的技术储备 型号审查工作具有一定的确定性,也具有非常大的不确定性,这是因为每一型号的设计特征既有相似之处,但却不尽相同,因此审查工作强烈的依赖审查代表的个人经验以及整个审查团队的技术储备。对于飞控系统来说,尤其电传飞控控制系统来说,这种确定性和不确定性的表现尤为突出,其原因也在于飞控系统跨专业领域、高度复杂性、高度集成性等特点所致。显然,为判定飞控系统审定基础的正确性和完整性,需要建立和不断提升审定代表的个人能力及审查团队的综合能力。 第二. 关注审定基础确定的各项适航要求在各专业/专题审定计划中的落实情况 经验表明,飞控系统的跨专业领域、高度复杂性、高度集成性特点,使得在一个审定计划中定义和实施审定基础确定的各项适航要求的全部符合性验证工作,不可能也无必要。例如:运输类飞机适航标准中,B分部有关操纵稳定性的适航要求,其中显然存在飞控系统适用的适航要求,但一般来说,相关的符合性验证工作会纳入专门的操纵稳定性审定计划。类似的情况还包括C分部有关结构的部分适航要求、H分部有关电气线路互联系统(EWIS)的部分适航要求等等。因此,飞控系统审定计划讨论的过程中要特别注意结合各相关审定计划的职责分工,以申请方内部明确的工作界面定义为基础,综合考虑审查方的实际情况,确保针对审定基础确定的各项适航要求,相关符合性验证思路表述清晰、符合性验证活动定义正确、符合性验证数据定义充分,同时需要关注所有在审定计划中规划的工作是否已正确的在各专业/专题审定计划中得到落实。 第三. 关注申请方的研制工作计划对确定审定计划的影响 显然,审查方的审定工作不能等同于申请方的研制工作,审定计划也不能等同于研制工作计划。根据SAE ARP 4754A,研制工作计划应包括多项计划元素,审定计划只是其中之一。具体如表1所示。 表1 研制工作计划中的组成元素 所计划的元素 元素描述 4754A 章节 研制计划 确定所使用的研制过程和方法,为飞机/系统架构的建立、综合和实施提供框架 3.0 和4.0 安全性大纲 确定与飞机或系统研制相关的安全性活动的范围和内容 5.1.5 需求管理计划 确定和描述需求是如何捕获和管理的,有时该部分会与确认元素相结合 5.3 确认计划 描述如何表明要求和假设是完整和正确的 5.4 实施验证计划 定义所使用的过程和准则,以用来表明实施是如何满足其要求的 5.5 构型管理计划 描述与构型项目相关的主要研制活动,以及如何管理他们 5.6 过程保证计划 描述所遵循的方法,这些方法用来保证系统研制过程中所使用的实施方法和程序 5.7 审定计划 描述用来获得合格审定的过程和方法 5.8 审查方的审定工作不是独立于申请方的研发工作开展和进行的,而恰恰是建立于申请方研发工作的基础之上开展和进行的。除审定计划以外,表1中提及的其它七项计划元素覆盖了民机及系统研发过程的七项核心工作,那么,申请方的研发工作是否为一系列有计划的、系统性的工作,能否确保研发工作的结果正确有效,都将深刻影响审定计划中确定的工作能否顺利执行、工作结果能否有效,进而最终影响申请方是否能够有效表明型号设计对于审定基础的符合性,也影响审查方对于符合性的判定。因此,审查方在与申请方讨论和确认审定计划的过程中,需要关注审定计划中是否引用或包含其它相关计划的信息,同时需要申请方表明,审定计划中确定的各项符合性验证工作是否纳入以及如何纳入申请方的研制工作之中的。 此外,关于审定基础的符合性验证思路、符合性验证方法和符合性验证数据的讨论是整个审定计划讨论工作的重点,对于飞控系统审定计划同样如此,但同时,也需要综合考虑飞控系统的独特性。例如:飞控系统具有明显独立的三个轴向,即俯仰轴、偏航轴和滚转轴。那么对于审定基础中确定的绝大多数适用要求(例如:25.671), 任何规划的符合性方法都需要在三个轴向完成符合性验证工作,产生的符合性验证数据也必须包含三个轴向的工作结果。显然,如此定义审查计划,则将在未来的执行过程中产生巨大的审定工作量,这对审查方和申请方都非常不利,至少无法提高审查工作效率。如前文所述,审查工作是基于研发工作开展的,审定计划也应基于研发工作计划。因此,需要关注相关研发工作计划的工作输出对确定审定计划的影响。例如:基于申请方充分表明的、在确认计划和实施验证计划中明确定义的申请人内部研制工作任务,可以在确定审定工作计划时,合理定义和分配相关符合性验证工作。以某型号为例,审查方通过了解申请方的研发工作,审定计划中针对25.671(a),双方最终确定的符合性验证方法为:副翼系统采用的是MOC5(机上地面试验)、升降舵系统采用的MOC5和MOC6(飞行试验)、水平安定面系统采用的是MOC5、方向舵系统采用的是MOC5和MOC6。该实例充分表明,基于申请方的内部研制工作计划,在不违背审查工作职责和工作特点的基础上,审查方不仅定义了更明确的关注重点,最重要的是可以提高整个审查工作的效率。 第四. 关注申请方的前期研制工作结果对确定审定计划的影响 如前文所述,无论审定基础的确定,还是符合性验证思路和验证方法的确定,都需要基于申请方的前期研制工作结果,因此,审查方在最终确认和批准审定计划之前,需要确认用于支持审定计划的各项研发工作结果是否也已得到阶段性的认可。例如:用于记录和表明飞控系统功能架构设计结果的功能定义与描述性文件,其内容信息是否已经完整、设计结果是否已经冻结等。那么此时,无论申请方试图更改功能定义,还是审查方不认可功能定义,都有可能对审定基础产生影响,显然相应的审定计划也不能得到认可或批准。类似的情况,也包括飞控系统架构设计、安全性分析结果等等。因此,审查方在讨论和评审审定计划的同时,需要不断关注申请方相关研制工作结果对审定计划的影响。 飞控系统是与飞行安全密切相关的关键系统,飞控系统也是具有鲜明特点的复杂系统,因此,飞控系统的审定工作是一项极具挑战性的工作。本文对飞控系统审定计划审查过程中的一些关键关注要素进行了分析和总结,所得结果将有助于飞控系统的审定工作和相关设计工作。 【说明】本文已正式发表于《中国民用航空》2014年第04期,如引用,请指明出处
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“豁免”、“专用条件”和“等效安全”在适航管理中的差异研究
shxf 2013-1-7 14:16
“豁免”、“专用条件”和“等效安全”在适航管理中的差异研究 朱亮,张建鹏 (中国民用航空上海航空器适航审定中心, 200335 ) “豁免”、“专用条件”和“等效安全”是我国民用航空适航管理规章及管理程序中常见的三个概念,它们也代表着三项非常重要的适航管理工作,然而实践过程中发现,的确存在一些困惑干扰理解和执行尺度,比如:“豁免”与“等效安全”有什么不同?相应的管理模式和管理程序有什么不同?为什么不同?针对这些问题,本文从辨析相关概念定义出发,剖析“豁免”、“专用条件”和“等效安全”的管理目标和差异,从而为正确和有效的开展适航管理工作提供支持。 对于“豁免”,《民用航空产品和零部件合格审定规定》(简称: CCAR-21-R3 )中第 21.6 条规定: ( 一 ) 受适航规章和环境保护要求中有关条款约束的人,可以因技术原因向民航总局适航部门申请暂时或永久豁免某些条款。 ( 二 ) 申请人应当向民航总局适航部门提交包括下述内容的申请豁免报告: 1. 请求豁免的适航规章和环境保护要求及其具体条款; 2. 豁免的原因以及为保证具有等效安全水平所采取的措施和限制; 3. 豁免涉及的范围,包括航空器及适用期限; 4. 申请人的名称、地址,如果适用,包括法定代表人的姓名、职务 ( 三 ) 民航总局适航部门应当在收到报告后组织评审组进行评审,并在收到评审组提交评审报告后做出是否批准其豁免申请的书面决定 对于“专用条件”, CCAR-21-R3 中第 21.16 条规定: 对提交进行型号合格审定的民用航空产品,由于下述原因之一使得有关的适航规章没有包括适当的或足够的安全要求,由民航总局适航部门制定并颁发专用条件: ( 一 ) 民用航空产品具有新颖或独特的设计特点; ( 二 ) 民用航空产品的预期用途是非常规的; ( 三 ) 从使用中的类似民用航空产品或具有类似设计特点的民用航空产品得到的经验表明,可能产生不安全状况。 专用条件应当具有与适用的适航规章 等效的安全水平 。 对于“等效安全”, CCAR-21-R3 中没有明文规定,相关的定义出现在《航空器型号合格审定程序》(编号: AP-21-AA-2011-03-R4 ,简称: 03 程序),具体如下: 等效安全指虽不能表明符合条款的字面要求,但存在补偿措施并可达到等效的安全水平。 在三个定义中,均提到 “ 等效安全水平 ” 或 “ 等效的安全水平 ” 的说法,两者含义完全相同,但是 “ 等效安全 ” 与 “ 等效安全水平 ” 或 “ 等效的安全水平 ” 在含义方面却存在巨大的差异。 “ 等效安全 ” 的 英文原文为 “ Equivalent Level of Safety (ELOS) Finding ” 或者 “Equivalent Safety Finding(ESF)” , FAA Order 8110.112 和 FAA AC 20-166 均指明 ELOS 和 ESF 具有相同含义。 可见,在英文表达中 “ 等效安全 ” 是一个专用名词,整个表达的一个重点在于 “Finding” , “Finding” 既是一种工作过程,也代表一种明确的结论。而 “ 等效安全水平 ” 或 “ 等效的安全水平 ” 不是一个专用名词,其英文原文 为 “a level of safety equivalent to” 或 “an equivalent level of safety” ,表 达 的重点在于 “ level of safety” ,即 “ 安全水平 ” 。当前这一安全水平即 众所周知的每百万飞行小时出现一次灾难性事故的最低安全标准,民用航空适航管理通过对民用航空产品的设计、制造、和维修实施全方位管理确保民用航空产品达到和保持这一安全水平。 表 1 给出 “ 豁免 ” 、 “ 专用条件 ” 和 “ 等效安全 ” 的中英文出处和对应表达,可见三者的真正作用都是确保最终的安全性管理目标与既定的安全水平等效。 表 1. 相关概念定义描述对比表 CAAC 出处 内容要求及其译文 FAA 出处 内容要求 CCAR 21.6 (2) 豁免的原因以及为保证具有 等效安全水平 所采取的措施和限制; (2)The reason why the granting is requested and the action to be taken, or the operational limitations to be imposed by the petitioner to provide an equal level of safety FAR 11.81 (e) The reasons why granting the exemption would not adversely affect safety, or how the exemption would provide a level of safety at least equal to that provided by the rule from which you seek the exemption; CCAR 21.16 专用条件应当具有与适用的适航规章 等效的安全水平 。 The special conditions shall have a level of safety equivalent to applicable airworthiness regulations FAR 21.16 The special conditions are issued in accordance with Part 11 of this chapter and contain such safety standards for the aircraft, aircraft engine or propeller as the Administrator finds necessary to establish a level of safety equivalent to that established in the regulations. AP-21-AA-2011-03-R4 等效安全指虽不能表明符合条款的字面要求,但存在补偿措施并可达到 等效的安全水平 。 Equivalent level of safety finding is that although literal compliance with a certification regulation cannot be shown, compensating factors exist which can be shown to provide an equivalent level of safety . Order 8110.4c ELOS findings are made by the accountable directorate when literal compliance with a certification regulation cannot be shown and compensating factors in the design can be shown to provide a level of safety equivalent to that established by the airworthiness standards. An ELOS finding may document a method of compliance that is different from what is stated in the rule, but is judged as acceptable by the FAA 值得注意的是,当前安全水平从确立之初至今没有发生过任何改变,而适航法规却因为技术发展、航空事故调查等原因持续发展和更新。然而,无论适航法规如何变化,都不能回避其存有局限性的事实,这种局限性一方面由于适航法规制定之时的技术现状、人们对于安全性的理解等原因造成;另一方面由于适航法规不可能穷尽、也不可能预见所有可能的情况等原因造成。那么,由局限性所带来的后果是需要人们在实践过程中根据不同的问题采用不同的方式加以解决,这也是导致出台不同管理政策和方法的主要原因。原则上,这些问题来源于三种情况: 第一,因技术原因,申请人提交进行型号合格审定的民用航空产品设计特征无法满足当前适用的适航规章要求; 第二,因技术发展或其他原因,申请人提交进行型号合格审定的民用航空产品设计特征有可能 使得有关的适航规章没有包括适当的或足够的安全要求; 第三,尽管当前适用的适航规章要求明确,但申请人提交进行型号合格审定的民用航空产品设计特征或提供的符合性证据不满足条款的字面要求 ,但却与 法规要求在本质上等效。 由上文可知,安全性水平基准是不可动摇的,而现实中却会存在三类不同原因造成的偏离。面对这些情况,适航管理当局需要相应的 措施或策略进行安全性问题的管理,这就是豁免、 专用条件和等效安全的作用所在。 对于第一类问题,起因在于申请人自身,因此,尽管申请人有权利申请豁免,但更有义务向适航管理当局充分陈述申请豁免的理由,同时有义务明确为使最终产品的安全性水平与当前适用法规规定的安全性水平等效而采取的措施和限制。而适航管理当局的职责在于充分评估申请人豁免申请的合理性、补偿措施和限制的正确性与完备性,做出是否批准申请人的豁免申请及相关补偿措施和限制的决定,并最终确认申请人补偿措施和限制的落实情况。需要补充说明的是:由于 “豁免”的发生基于不满足当前适用法规的假设,从法理上讲是较为严重的情况,因此针对豁免申请的管理流程必定十分严格。比如,美国 FAR 11 部中规定,豁免必须执行严格的申请和审批过程,并且在批准之前必须经过公示。 对于第二类问题,需要认识到适航管理当局的主要职责是确保民用航空安全、维护公众利益,同时还需要认识到适航管理当局也存在促进本国民用航空产业和经济发展的职责。这两项职责促使适航管理当局有义务在 有关适航规章没有包括适当的或足够的安全要求的情形下,制定并颁发专用条件 , 从而也使最终产品的安全性水平与当前适用法规规定的安全性水平等效。而申请人的职责在于向适航管理当局充分说明情况、积极配合适航管理当局的工作,并最终将适航管理当局颁布的专用条件要求正确和有效的落实。需要补充说明的是:“专用条件”的实质是针对特殊问题专门制定和颁布的适航法规 ,从法理上讲是非常严肃的事情,因此针对颁布专用条件的管理流程也必定十分严格,与豁免类似。 对于第三类问题,往往容易与“豁免”产生混淆。这是因为无论“豁免”还是“等效安全”外在的表现都是不满足适航法规,同时也都要求申请人采取适当的补偿措施以达到等效的安全水平。区分“豁免”与“等效安全”的关键在于判定申请人提供的设计特征不满足适航法规的实质到底是什么。以 CCAR 25.811 条和 CCAR 25.812 条关于应急出口标示的适航要求为例,假如申请人不打算设立应急出口标示,则肯定不符合适航要求,从理论上可以提交豁免申请,但是必须说明采用的补偿方式是什么。当然这是一个比较极端的实例,目前没有申请人这么做。但假如申请人提供的设计特征是未按照规定的标示位置或字高设计,而采用了其它的实现方法,则可划入等效安全。事实上,这种实现方式存在于多种已取证机型的设计特征之中。可见,“等效安全”的适用前提是申请人提供的设计特征在本质上不是不满足适航法规的要求,只是采用了一种变通的实现方法。当然, 对于这种情况 如果适航管理当局严格要求,也可以上升为与“豁免”“专用条件”相同的管理方式,但 考虑到 等效安全不是发生在申请人提交的设计特征确实无法满足当前适航法规要求的情况下,只是申请人出于某种考虑或本身当前适用规章在制定时因无法列举所有可能的情况而不充分,导致申请提交的设计特征或符合性证据不同于当前适用规章的字面要求,同时申请人也愿意提供 补偿措施及足够的证据表明其设计特征或符合性证据能够达到与当前适航规章等效的安全水平要求,那么若采用类似“豁免”和“专用条件”的严格管理方式,则 会导致适航管理当局和申请人双方在时间、经济、效率等方面的巨大负担,因此,针对颁布等效安全的管理流程可以更加灵活。比如, FAA 采用的管理方式是等效安全不需要走严格的法律流程,只需管理当局和申请人双方达成一致, 以问题纪要、备忘录的形式加以明确即可。 综上所述, “豁免”、“专用条件”及“等效安全”在安全性管理的目标上是清晰的、一致的,即确保与当前适航规章确立的安全水平等效,但在实际操作过程中责任主体和管理流程是不完全相同的,须加以特别注意。 【注】本文已正式发表于《中国民用航空》,2012年第12期,总第144期,pp. 67-69,转载须指明出处。
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