基于數(shù)據(jù)的飛機供電系統(tǒng)設(shè)計現(xiàn)狀及發(fā)展策略

齊 鋒，顧煥濤，杜含杰，齊 睿

(1. 天津航空機電有限公司 天津300308；2. 93658部隊 北京100075)

0 引 言

繼 F-35戰(zhàn)斗機、空客 A380及波音 787等多電飛機誕生后，多電飛機及全電飛機的研發(fā)已成為各國航空工業(yè)競爭的重要領(lǐng)域。多電飛機的一個重要特征是使用電力能源替代部分次級功率系統(tǒng)，以達到提高飛機可靠性、可維修性及減少自重的目的[1-3]。

多電飛機中機載電氣設(shè)備種類及數(shù)量均有很大程度增加，與之相匹配的供電系統(tǒng)復(fù)雜度也高于傳統(tǒng)飛機。這導(dǎo)致了多電飛機供電系統(tǒng)具有設(shè)計數(shù)據(jù)量大、設(shè)計專業(yè)多和流程操作復(fù)雜的特點。近年來，傳統(tǒng)飛機供電系統(tǒng)研制流程中由設(shè)計數(shù)據(jù)傳遞不一致及設(shè)計不充分引發(fā)的問題時有發(fā)生。因此在新環(huán)境、新要求下將傳統(tǒng)設(shè)計流程與現(xiàn)代數(shù)據(jù)理念相結(jié)合具有重要的意義。

1 飛機供電系統(tǒng)設(shè)計流程現(xiàn)狀及問題

1.1 飛機供電系統(tǒng)簡介

飛機供電系統(tǒng)指飛機上電能產(chǎn)生、分配與傳輸至用電設(shè)備端的部分，包括電源系統(tǒng)和配電系統(tǒng)。電源系統(tǒng)將發(fā)電機或蓄電池產(chǎn)生的電能直接轉(zhuǎn)化并通過配電系統(tǒng)傳輸至用電設(shè)備，配電系統(tǒng)是從電源匯流條至用電設(shè)備端之間電能的分配、傳輸、控制、保護及管理系統(tǒng)。

1.2 飛機供電系統(tǒng)設(shè)計流程現(xiàn)狀

目前，飛機供電系統(tǒng)的設(shè)計流程如圖 1所示。主機單位負責(zé)飛機整體設(shè)計，將供電系統(tǒng)需求及原理通過技術(shù)協(xié)議的方式輸出至下級配套廠商，配套廠商據(jù)此進行電源系統(tǒng)及配電系統(tǒng)的設(shè)計及制造。

圖1 現(xiàn)飛機供電系統(tǒng)設(shè)計流程Fig.1 Design process of current aircraft power supply system

配套廠商的設(shè)計部門在進行系統(tǒng)設(shè)計時，根據(jù)主機單位的設(shè)計輸入通過手工操作方式進行數(shù)據(jù)遷移及需求轉(zhuǎn)換，并完成原理圖設(shè)計。原理圖主要涉及供電系統(tǒng)功能實現(xiàn)，以及飛機上發(fā)電機、用電設(shè)備與供電系統(tǒng)的輸入輸出接口等數(shù)據(jù)。

原理設(shè)計完成后，設(shè)計部門會據(jù)此進行系統(tǒng) 3D方案設(shè)計，輸出結(jié)構(gòu)件圖紙，人工輸出產(chǎn)品級和系統(tǒng)級接線圖。接線圖包含系統(tǒng)中產(chǎn)品內(nèi)部元器件電氣連接關(guān)系、系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)品間接口對應(yīng)關(guān)系以及系統(tǒng)與外部的電氣對接數(shù)據(jù)。

制造部門依據(jù)產(chǎn)品及系統(tǒng)原理圖、接線圖進行結(jié)構(gòu)件、元器件裝配和接線，之后由質(zhì)檢部門對產(chǎn)品及系統(tǒng)進行一系列測試和試驗，測試及試驗結(jié)果達到主機要求后交付主機單位進行系統(tǒng)聯(lián)試。

1.3 飛機供電系統(tǒng)設(shè)計流程中的問題

1.3.1 設(shè)計需求數(shù)據(jù)的傳遞易發(fā)生人為錯誤

技術(shù)協(xié)議是供電系統(tǒng)設(shè)計的主要依據(jù)，它規(guī)定了供電系統(tǒng)的詳細功能和性能指標、系統(tǒng)內(nèi)部及外部的接口等，其中包含的數(shù)據(jù)量是巨大的。僅配電系統(tǒng)中單獨一個配電產(chǎn)品便可包含數(shù)百個接口信息，而供電系統(tǒng)中又包含了眾多電氣產(chǎn)品，整個供電系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)量可想而知。

配套廠商在進行供電系統(tǒng)原理設(shè)計過程中，對主機需求數(shù)據(jù)的輸入，均為設(shè)計人員手動進行轉(zhuǎn)化，面對如此巨大的數(shù)據(jù)量，設(shè)計人員極易發(fā)生錯誤。當(dāng)供電系統(tǒng)拆分為多個廠商共同進行研制配套時，需求數(shù)據(jù)的接收及轉(zhuǎn)化錯誤率會因增加不同廠商之間的信息傳遞環(huán)節(jié)而變得更高。

在進行原理設(shè)計時，配套廠商設(shè)計人員已經(jīng)進行一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，但按傳統(tǒng)方式進行系統(tǒng)設(shè)計時，接口數(shù)據(jù)由從原理設(shè)計傳遞到接線圖設(shè)計，依然需要重復(fù)性地人工手動進行數(shù)據(jù)對接。此級的數(shù)據(jù)遷移工作冗余而繁雜，極大地影響了系統(tǒng)的研制效率。設(shè)計人員以及審核人員的經(jīng)驗、嚴謹程度直接影響到接線圖設(shè)計的準確率，一旦出現(xiàn)錯誤，將會影響到系統(tǒng)實物的總裝、試驗及交付。

1.3.2 數(shù)據(jù)管理和控制過程易發(fā)生錯誤

目前我國在研機型眾多，尤其是新型飛機型號眾多。在飛機漫長的研制過程中，飛機設(shè)計人員可能會進行大量的設(shè)計改進，進而對飛機供電系統(tǒng)需求數(shù)據(jù)進行更改。對于這些重要的數(shù)據(jù)，缺少管理機制和管理通道。在飛機設(shè)計的長周期內(nèi)，面對頻繁的更改，需求數(shù)據(jù)在流轉(zhuǎn)過程中極易產(chǎn)生人為錯誤和數(shù)據(jù)管理混亂等問題。

2 基于數(shù)據(jù)的飛機供電系統(tǒng)設(shè)計策略

分析上述飛機供電系統(tǒng)傳統(tǒng)設(shè)計流程中存在的問題，可以看到設(shè)計需求數(shù)據(jù)在供電系統(tǒng)的整個研制過程中的重要性。隨著各行業(yè)對數(shù)據(jù)重視度的增加，以及近年來數(shù)據(jù)管理、分析及信息化工具的快速發(fā)展，提出了一種以數(shù)據(jù)為中心并與飛機供電系統(tǒng)設(shè)計流程相結(jié)合的設(shè)計思路。

2.1 開發(fā)通用數(shù)據(jù)庫及對接接口

數(shù)據(jù)庫可存儲電氣部件信息、需求接口等綜合信息數(shù)據(jù)。飛機整體設(shè)計單位與配套廠商以數(shù)據(jù)庫形式存儲正確數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)一級傳遞的準確性。通過建立數(shù)據(jù)化平臺，系統(tǒng)功能要求、系統(tǒng)接口等關(guān)鍵數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)在主機與配套廠商原理設(shè)計間自動傳遞、配套廠商原理設(shè)計與接線設(shè)計之間自動傳遞，可顯著減少設(shè)計人員的重復(fù)工作量，并避免人為因素導(dǎo)致的錯誤。

2.2 建立數(shù)據(jù)遷移規(guī)則與監(jiān)管機制

對系統(tǒng)設(shè)計中重要的功能邏輯信息、接口信息按標準定義數(shù)據(jù)遷移規(guī)則。數(shù)據(jù)由主機單位優(yōu)先向配套廠商的原理設(shè)計進行傳遞，再進行由原理設(shè)計到接線設(shè)計的數(shù)據(jù)傳遞，逆向傳遞將需要進行相關(guān)審批方可實現(xiàn)。建立完善的數(shù)據(jù)變更策略，在進行數(shù)據(jù)更改時，配合數(shù)據(jù)版本狀態(tài)進行自動化的數(shù)據(jù)交換，提高系統(tǒng)進行變更設(shè)計的準確性及可靠性。

2.3 建立數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

飛機供電系統(tǒng)的設(shè)計具有一定的通用性，在系統(tǒng)設(shè)計過程中會出現(xiàn)典型的設(shè)計參照和故障模式，可應(yīng)用信息化、數(shù)字化的工具對以往設(shè)計參照和故障模式按規(guī)則進行分析和歸類。在進行新的方案設(shè)計時可以對需求數(shù)據(jù)進行分析，并按照規(guī)則進行數(shù)據(jù)庫匹配，以指導(dǎo)新的方案設(shè)計工作，提高設(shè)計效率。

3 結(jié) 語

本文分析了飛機供電系統(tǒng)現(xiàn)有設(shè)計流程，并指出在新形勢下，供電系統(tǒng)復(fù)雜度增高，系統(tǒng)專業(yè)交叉多，系統(tǒng)數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)在現(xiàn)有流程模式下傳遞極易出現(xiàn)錯誤，從而導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計出現(xiàn)問題。

針對供電系統(tǒng)研制流程現(xiàn)狀及問題，本文提出應(yīng)增強設(shè)計流程中的數(shù)據(jù)意識，將現(xiàn)代數(shù)據(jù)概念與供電系統(tǒng)設(shè)計流程相結(jié)合，建立數(shù)據(jù)化、信息化的研制體系，提高設(shè)計流程的數(shù)字化程度，不但提高飛機供電系統(tǒng)研制的效率，而且提高飛機的可靠性。