基于數(shù)字化平臺的民機試飛改裝電氣設計

左向梅，張海英

（中國飛行試驗研究院，陜西 西安 710089）

試飛改裝是飛行試驗中不可缺少的環(huán)節(jié)，而電氣設計又是試飛改裝的核心部分，它構成了整個試飛測試系統(tǒng)的中樞神經(jīng)。民機試飛改裝不同于軍機的重要之處在于，需進行嚴格的適航檢查，故傳統(tǒng)的試飛改裝電氣設計模式已不能滿足要求。文章提出了一套基于數(shù)字化平臺的試飛改裝電氣設計方法，解決了傳統(tǒng)試飛改裝電氣設計模式的諸多弊端，使得電氣設計更加自動化、精細化和高效化。

1 傳統(tǒng)試飛改裝電氣設計現(xiàn)狀

目前試飛改裝電氣設計工作中，廣泛應用的是基于AutoCAD 軟件，依據(jù)原理圖來手工繪制圖形化的二維電氣接線圖，并通過人工統(tǒng)計物料清單，編制工作指令單來完成電氣設計工作。傳統(tǒng)模式主要存在以下問題：（1）AutoCAD 軟件缺少數(shù)據(jù)庫，不同飛機相同設計需大量重復工作，且圖形化的接線圖缺少必要的電氣屬性及自動檢查功能，容易導致線路連接錯誤或者缺失信息。（2）大型改裝項目工作量大，改裝難度高、風險高，二維工程圖的設計結果抽象、不直觀，無法準確描述復雜環(huán)境下線纜敷設路徑、設備連接器安裝位置，且不能直接用于指導機上安裝，需設計人員全程配合機上改裝實施。（3）傳統(tǒng)電氣設計沒有引入線束設計理念，對于一個改裝項目只是籠統(tǒng)的將所有線纜按原理圖繪制到二維接線圖中，沒有進行分區(qū)、分類管理，需施工人員現(xiàn)場根據(jù)圖紙進行分類整理，缺少對線纜狀態(tài)的管控，導致設計更改后狀態(tài)不明確。

2 基于數(shù)字化平臺的試飛改裝電氣設計

2.1 數(shù)字化平臺建設

文章提出的數(shù)字化平臺是由Mentor Graphics 公司的CHS（Capital Harness System）專業(yè)線束設計軟件與CATIA 三維設計軟件相結合構建。

2.2 試飛改裝電氣設計流程

依據(jù)測試方案和改裝技術要求完成試飛改裝電氣設計，主要包括供配電設計，線束規(guī)劃及主通道設計、接線圖設計、安裝圖設計、線束圖設計、工作指令單等報表生成、構型管理?；跀?shù)字化平臺的試飛改裝電氣設計流程圖如圖1 所示。

圖1 數(shù)字化平臺的試飛改裝電氣設計流程

（1）供配電設計。測試系統(tǒng)用電需協(xié)調從飛機上引取相應規(guī)格、容量的交流或直流電，并根據(jù)需要將其轉換為測試設備所需電源。對引取的飛機電源通過增加斷路器、接觸器、繼電器等進行保護、控制電路設計，并在控制機柜或駕駛艙等部位設置遠程控制開關，用于試飛工程師對測試系統(tǒng)按需要進行啟動或關閉控制。利用CHS 軟件進行供配電電路設計并進行仿真實驗。

（2）線束規(guī)劃及主通道設計。與傳統(tǒng)設計模式不同，文章設計流程引入了線束理念，使線束作為改裝電氣系統(tǒng)管理基礎單元。所謂線束就是將整個改裝電氣包含的線纜、連接器，支撐件等物理器件按需劃分成一個個組成部分，每個組成部分就是一個線束。通過將測試系統(tǒng)按功能與改裝部段物理區(qū)域相結合的方式，每個線束以改裝電氣設計工藝文件、圖紙等管理，并配合三維線束完成測試改裝電纜的敷設，完成電氣系統(tǒng)改裝。根據(jù)線束劃分可確定電氣系統(tǒng)主通道路徑及通道尺寸，按需與飛機設計單位完成測試線纜通道協(xié)調。

（3）接線圖設計。依據(jù)改裝方案及改裝技術要求，在Capital Logic 模塊下設計電氣接線圖。使用CHS 繪制接線圖，先創(chuàng)建項目并進行參數(shù)設置，構建項目結構樹（創(chuàng)建原理圖、接線圖、線束圖等子節(jié)點）。具體設計中應注意設備、連接器、導線等物料的信息完整性及匹配性，并從庫里匹配相應型號。對于測試設備，應填寫設備名稱、編號、位置等信息，傳感器類還應填寫參數(shù)名稱；連接器應填寫編號、位置等信息，連接器標識是否地面制作，是否為改裝專用（工藝對接連接器），用于后續(xù)物料清單、工卡等報表的自動生成。導線也從庫里選取相應型號。對屬于同一線束的設備、連接器、導線等應正確填寫線束號，確保沒有遺漏錯誤。接線圖信息的完整性是確保后續(xù)報表生成的關鍵，繪制過程中應嚴格仔細，因為設備及連接器的線束號是隱性的，所以如有錯誤很難排查。

（4）安裝圖設計。依據(jù)電氣接線圖，利用CATIA三維軟件設計電氣線束安裝圖，用來反映測試改裝線纜機上敷設通道及安裝位置。試飛改裝線纜線束應合理、充分地利用機上的空間，沿原機線纜通道進行敷設。線束組件一般包括線束段、連接器、接線端子等，部分區(qū)域也可以包含穿墻密封件。線束布置路徑的起點和終點為電連接器或接線端子。三維元器件、設備數(shù)模應建模完成并在元器件庫內存放，使用時直接調用即可。設計時應合理設置三維線束分叉點，一般分布不應過于密集，接線相對較為集中的區(qū)域，其分叉點的選取應考慮線束制造綁扎和安裝固定過程中的方便合理，并不影響其他線束的安裝或維護，分叉末端應留有適當?shù)募庸らL度。C919 飛機試飛測試系統(tǒng)三維線束如圖2 所示。

圖2 C919 飛機試飛測試系統(tǒng)CATIA 三維線束

（5）線束圖設計。三維線束完成后，在Capital HarnessXC 模塊下，可利用CapitalPlugins 插件將三維線束拓展到二維線束圖中，得到線束拓撲結構、長度等信息。將Logic 中接線圖的連接關系映射到HarnessXC二維線束圖中，得到線束所包含的導線、連接器接口信息。在此需確保接線圖中插頭編號與三維線束中插頭編號一致。利用HarnessXC 中計算工具可得到線束所包含的物料信息及線纜重量。 從HarnessXC 中導出線纜長度信息，導入到Logic 接線圖中，則可在接線圖中顯示導線長度信息。二維線束圖根據(jù)線束劃分，可在一張圖紙上相對集中的描述一個部段的所有測試傳感器及設備，可用于在施工中指導線纜敷設，相比與多張接線圖更加方便清晰。

（6）工作指令單等報表生成。在Logic 模塊下，根據(jù)接線圖可生成預先設置好標準模板的工卡、物料明細表、線束導通表、通電表、單機線束明細表等，也可根據(jù)需要定制其他表格。C919 電氣工作指令單與以往不同，不再是全機測試改裝線纜統(tǒng)一編制，而是以線束為管理單元編制，分為一般線束制造、共享插頭制作、線纜整理、密封座安裝、互感器安裝、導通、通電等幾類，并且都有明確的編號規(guī)則。一般線束制造工卡又分為地面制作和機上敷設兩部分，這樣可以及時關閉已完成的工作，便于對改裝實施進度的掌握，對改裝狀態(tài)的控制。

2.3 設計構型管理

對于民機型號，局方對項目構型管理提出了更高的要求，因此需對試飛改裝開展全壽命周期的構型管理。電氣改裝設計構型管理以線束為單元，以數(shù)據(jù)文檔的方式編制設計構型清單，并根據(jù)設計更改及時更新設計構型文件，使得設計狀態(tài)可查、可控。C919 三維線束受數(shù)字化平臺管理，走審簽流程的線束組件圖包含三維數(shù)模、二維線束圖、物料統(tǒng)計表等內容。通過創(chuàng)建單機線束構型清單并定期更新，確保設計構型狀態(tài)始終處于可控狀態(tài)。

3 結束語

文章提出的基于數(shù)字化平臺的民機試飛改裝電氣設計主要使用CHS 和CATIA 軟件完成設計工作，與傳統(tǒng)改裝電氣設計CAD 二維制圖不同，基于數(shù)據(jù)庫的CHS軟件，能有效地管理電氣元器件庫、電氣標準件庫、圖形符號庫等，將大量零部件以庫的形式保存，可以減少后續(xù)電氣設計中重復工作，有效提高設計效率。通過CHS 與CATIA 三維軟件的結合進行數(shù)據(jù)傳輸，優(yōu)勢互補，使設計更加準確，從而提高電氣設計的數(shù)字化水平。該技術大幅提高了電氣設計的自動化程度，實現(xiàn)物料清單、工作指令單等報告的自動生成，摒棄大工作量、繁瑣、易出錯的手工報表統(tǒng)計輸入，提高設計質量和效率。另外，還可以通過軟件設計規(guī)則管理，將設計規(guī)范輸入到設計環(huán)境中，由軟件自動規(guī)范設計，進行電氣規(guī)則、屬性等檢查，避免人為造成的失誤。