綜合模塊化航電的MSG-3分析原理研究

■ 鄒萍萍 羅鋒 徐志鋒 /上海飛機(jī)客戶(hù)服務(wù)有限公司

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，現(xiàn)代民用飛機(jī)引入了綜合模塊化航空電子（IMA)這一先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念。相比傳統(tǒng)的一對(duì)一數(shù)據(jù)傳輸處理方式，高速的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)處理方式不僅提高了數(shù)據(jù)傳輸處理效率，還能大幅度減少全機(jī)電纜，有利于飛機(jī)減重。由于現(xiàn)有的系統(tǒng)MSG-3分析原理暫未考慮綜合模塊化航電，作為飛機(jī)主制造商為了制定新型飛機(jī)的維修大綱，需要完成對(duì)系統(tǒng)功能軟件使用飛機(jī)共享的計(jì)算處理設(shè)備時(shí)的MSG-3分析。本文基于現(xiàn)有MSG-3分析原理，提出綜合模塊化航電的MSG-3分析原理，以適應(yīng)新型客機(jī)的MSG-3分析工作。

1 綜合模塊化航電原理

不同于傳統(tǒng)航電系統(tǒng)中飛機(jī)功能由多個(gè)不同的航線可更換件實(shí)現(xiàn)，綜合模塊化航電將飛機(jī)功能以軟件應(yīng)用的形式分區(qū)駐留在通用處理模塊中。通用處理模塊可以為分區(qū)軟件分配一定的數(shù)據(jù)處理時(shí)間、存儲(chǔ)空間和輸入輸出控制。多個(gè)通用處理模塊采用相同的硬件和輸入輸出接口。兩套或多套相同功能軟件分別駐留在不同的通用處理硬件模塊中，以實(shí)現(xiàn)功能的冗余。

通用處理模塊之間的雙通道高速通信均采用航電系統(tǒng)全雙工以太網(wǎng)協(xié)議（AFDX)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)通道中的節(jié)點(diǎn)由交換機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收發(fā)和監(jiān)控[1]。

如圖1所示，IMA的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在飛機(jī)所有不同類(lèi)型信號(hào)（模擬、離散、數(shù)字、A429總線數(shù)據(jù)、CAN)與A664 p7數(shù)據(jù)類(lèi)型之間的轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器同樣通過(guò)AFDX協(xié)議接入飛機(jī)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（ADN)?？紤]系統(tǒng)的冗余性設(shè)計(jì)，采用一對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器完成信號(hào)數(shù)據(jù)類(lèi)型的轉(zhuǎn)換。圖2所示為A429總線數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至AFDX設(shè)備，圖3所示為A429設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從AFDX設(shè)備接收數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)MSG-3分析基本步驟

圖1 傳統(tǒng)航電系統(tǒng)與新型IMA的區(qū)別

圖2 A429設(shè)備向AFDX設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)

國(guó)際規(guī)范MSG-3 2015.1給出了系統(tǒng)MSG-3分析的通用流程[2]。在實(shí)際的工程應(yīng)用中，系統(tǒng)MSG-3分析的主要步驟分為九步。

第一步，按照ATA 2200對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行劃分，依次劃分到系統(tǒng)、子系統(tǒng)和部件，一直進(jìn)行到確定所有機(jī)上可更換件為止。

第二步，確定MSI（重要維修項(xiàng)目)。

第三步、第四步，提供系統(tǒng)功能和設(shè)計(jì)特征描述，提供部件的供應(yīng)商、裝機(jī)數(shù)量以及可靠性數(shù)據(jù)。

第五步，確定MSI的功能、功能失效、失效影響和失效原因。

第六步、第七步，失效影響分類(lèi)（上層分析)和維修任務(wù)選擇（下層分析)。分析邏輯如圖4所示[3]。

第八步，確定初始的維修任務(wù)間隔。

第九步，維修任務(wù)合并、匯總。

圖3 A429設(shè)備從AFDX設(shè)備接收數(shù)據(jù)

3 IMA平臺(tái)與關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的關(guān)系

IMA平臺(tái)的主要功能是為飛機(jī)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。飛機(jī)上許多功能系統(tǒng)與IMA存在很強(qiáng)的交聯(lián)關(guān)系，這些關(guān)系體現(xiàn)在關(guān)聯(lián)系統(tǒng)在IMA平臺(tái)的駐留應(yīng)用和駐留功能。

關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的駐留應(yīng)用分區(qū)駐留在IMA的通用處理計(jì)算機(jī)中，使用IMA的數(shù)據(jù)計(jì)算處理資源。冗余設(shè)計(jì)的應(yīng)用軟件駐留在不同的通用處理計(jì)算機(jī)中。

駐留功能有兩個(gè)作用，一是關(guān)聯(lián)系統(tǒng)從航電全雙工以太網(wǎng)獲取所需參數(shù)，或向航電全雙工以太網(wǎng)輸出參數(shù)；二是關(guān)聯(lián)系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備完成非A664 p7數(shù)據(jù)類(lèi)型與A664 p7數(shù)據(jù)類(lèi)型之間的轉(zhuǎn)換。

4 IMA的MSG-3分析方法

由于IMA平臺(tái)與關(guān)聯(lián)系統(tǒng)之間存在很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，在系統(tǒng)MSG-3分析過(guò)程中存在以下問(wèn)題：

1)分析通用處理計(jì)算機(jī)的失效影響，不僅需要考慮單個(gè)計(jì)算機(jī)中多個(gè)駐留應(yīng)用的功能失效，還需考慮駐留應(yīng)用在其他通用處理計(jì)算機(jī)中的備份。因此，對(duì)IMA的通用處理計(jì)算功能失效影響的分析存在一定的難度。

2)從電氣接口的角度看系統(tǒng)的駐留功能，數(shù)量非常龐大。如果系統(tǒng)功能分析中對(duì)眾多的駐留功能一一覆蓋，分析的工作量巨大。

解決好以上兩個(gè)問(wèn)題對(duì)新型航電系統(tǒng)的MSG-3分析尤為關(guān)鍵。下面根據(jù)系統(tǒng)MSG-3分析原理和IMA的設(shè)計(jì)原理，結(jié)合關(guān)聯(lián)系統(tǒng)和IMA平臺(tái)的MSG-3分析步驟，提出關(guān)聯(lián)系統(tǒng)和IMA平臺(tái)對(duì)駐留應(yīng)用和駐留功能分析的合理化方法。

4.1 關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的MSG-3分析

關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的功能分析應(yīng)包括關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的駐留應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的飛機(jī)功能。具體可落實(shí)在以下幾點(diǎn)：

1)在描述系統(tǒng)功能和設(shè)計(jì)特征時(shí)，詳細(xì)寫(xiě)明系統(tǒng)的駐留應(yīng)用在IMA的通用處理計(jì)算機(jī)的分布情況。

2)明確系統(tǒng)功能失效原因分析軟件的名稱(chēng)以及所駐留的通用處理計(jì)算機(jī)的編號(hào)，將失效原因轉(zhuǎn)移至IMA平臺(tái)通用處理計(jì)算機(jī)的失效。

3)為了確保運(yùn)行安全，若失效影響類(lèi)別為涉及明顯安全性或隱蔽安全性影響的功能，關(guān)聯(lián)系統(tǒng)必須做合理的工作任務(wù)或反饋設(shè)計(jì)，進(jìn)行增加冗余的設(shè)計(jì)更改。

對(duì)于關(guān)聯(lián)系統(tǒng)在IMA的駐留功能，其失效原因分析應(yīng)當(dāng)充分考慮到航電全雙工以太網(wǎng)的A網(wǎng)絡(luò)和B網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娜哂喽?，以及?shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換的冗余性設(shè)計(jì)。如果失效原因來(lái)源于交換機(jī)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，需要將后續(xù)上層/下層分析工作轉(zhuǎn)移至IMA平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸功能和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能。

4.2 IMA平臺(tái)的MSG-3分析

通用處理計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用軟件可實(shí)現(xiàn)不同飛機(jī)系統(tǒng)的功能。然而，IMA平臺(tái)的通用處理計(jì)算機(jī)若失效，在飛機(jī)飛行階段不會(huì)觸發(fā)通用處理計(jì)算機(jī)的失效告警信息，飛機(jī)只報(bào)告關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的相關(guān)警告，以免增加對(duì)飛行機(jī)組不必要的干擾信息。

通用處理計(jì)算機(jī)各自駐留不同的應(yīng)用軟件，因此各通用處理計(jì)算機(jī)的失效影響也可能不同，需要逐一分析才能確定因IMA的處理功能故障造成的影響，進(jìn)而選擇合理的工作任務(wù)。分析每臺(tái)通用處理計(jì)算機(jī)的失效影響可按照以下步驟進(jìn)行：

第一步，匯總關(guān)聯(lián)系統(tǒng)中失效原因與通用處理計(jì)算機(jī)功能有關(guān)的數(shù)據(jù)，以及失效影響及失效影響類(lèi)別等數(shù)據(jù)。

第二步，將駐留應(yīng)用所實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能上層/下層分析作為源數(shù)據(jù)，結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)，進(jìn)行每臺(tái)通用處理計(jì)算機(jī)計(jì)算處理功能失效的上層分析和下層分析。

以某機(jī)型IMA平臺(tái)的通用處理計(jì)算機(jī)L3為例，該計(jì)算機(jī)中除了加載有平臺(tái)核心軟件，還駐留有：

1)發(fā)動(dòng)機(jī)指示和機(jī)組告警系統(tǒng)的機(jī)組告警軟件FDAS；

2)下視顯示及控制系統(tǒng)的電子檢查單軟件ECL；

3)機(jī)載維護(hù)系統(tǒng)的參數(shù)獲取軟件PAA。

根據(jù)這三個(gè)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)作MSG-3分析，將失效原因可能與通用處理計(jì)算機(jī)L3的功能有關(guān)的失效影響結(jié)論以及上層/下層分析結(jié)論匯總至表1。

通用處理計(jì)算機(jī)L3失效將降低機(jī)組告警功能和電子檢查單功能的冗余度，影響飛機(jī)的簽派，同時(shí)也無(wú)法對(duì)傳送到通用處理計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)實(shí)施監(jiān)控。綜合而言，通用處理計(jì)算機(jī)L3計(jì)算處理功能的失效影響類(lèi)別是第6類(lèi)“明顯運(yùn)行性影響”。由于計(jì)算機(jī)沒(méi)有需要補(bǔ)充的消耗品，計(jì)算機(jī)不會(huì)顯示出明顯的退化特征，潤(rùn)滑/勤務(wù)、檢查/功能檢查、恢復(fù)和報(bào)廢工作任務(wù)對(duì)其不適用且無(wú)效，因此應(yīng)對(duì)所有駐留不同軟件的通用處理計(jì)算機(jī)計(jì)算處理功能都進(jìn)行上層/下層分析。

對(duì)于IMA平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，考慮到航電全雙工以太網(wǎng)的A網(wǎng)絡(luò)和B網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娜哂喽?，以及?shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換的冗余性設(shè)計(jì)，無(wú)需在電氣接口層級(jí)對(duì)眾多的駐留功能逐一分析。另外，在飛機(jī)飛行階段，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)故障不會(huì)觸發(fā)告警信息，對(duì)正在履行正常職責(zé)的空勤人員來(lái)說(shuō)是隱蔽的，并且有冗余保障系統(tǒng)安全，因此判斷數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ苁в绊戭?lèi)別是“隱蔽非安全性影響”。IMA平臺(tái)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能分析與此類(lèi)似。

表1 通用處理計(jì)算機(jī)L3的失效影響表

5 結(jié)論

依據(jù)國(guó)際規(guī)范和IMA的設(shè)計(jì)原理，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)新型客機(jī)的IMA MSG-3分析提出關(guān)聯(lián)系統(tǒng)和IMA平臺(tái)對(duì)駐留應(yīng)用和駐留功能分析的合理化方法，對(duì)新一代民機(jī)維修大綱的制定有一定的參考價(jià)值。