適航要求下民機航電系統(tǒng)建設條件研究

李莉，孫星，劉路

（中國航空規(guī)劃設計研究總院有限公司，北京 100120）

1 適航規(guī)范

適航(airworthiness)，即適航性的簡稱，它要求航空器應始終處于保持符合其型號設計和始終處于安全運行狀態(tài)。這個環(huán)節(jié)遍布航空器的設計、制造、使用和維修的每一個階段，航空器的適航性隨時隨地都在影響著民用航空的安全。

適航標準是一類特殊的技術(shù)型標準。它是為保證實現(xiàn)民用航空器的適航性而制定的最低安全標準，與其他標準不同，適航標準是國家法規(guī)的一部分，必須嚴格執(zhí)行。

我國從1985 年開始到1992年參照FAR 逐步制定中國民用航空規(guī)章（CCAR）21部、23部、25部、27部、29部、31部、33部、35部、37部等。我國的適航標準以法律規(guī)章的形式予以確認，具有法律的強制性。

其中，航電系統(tǒng)開發(fā)遵循工業(yè)技術(shù)標準：

ARP4754A 是民機合格審定當局和申請人對高度綜合或復雜系統(tǒng)，特別是對其中重要的部件進行審定的指導材料，航電系統(tǒng)的開發(fā)過程必須符合ARP4754A 的要求。

DO-297 對綜合模塊化航空電子系統(tǒng)( IMA) 的開發(fā)者、應用開發(fā)者、綜合者、認證申請者和IMA 系統(tǒng)的批準人員提供的指南，綜合模塊化航空電子系統(tǒng)的開發(fā)和認證必須符合DO-297 的要求。

DO-254 對如何開發(fā)機載電子硬件，以保障其在特定的環(huán)境中安全地執(zhí)行預定的功能提供開發(fā)保證指南，對硬件的研發(fā)必須符合DO- 254 的要求。

DO-178B /C 主要描述適航審定中關于航空器和發(fā)動機機載系統(tǒng)和設備中使用的軟件開發(fā)方面的要求，目的為機載系統(tǒng)和設備中軟件的開發(fā)提供指導方針，使其能執(zhí)行預期的功能、達到安全關鍵等級并滿足適航要求，對軟件的研發(fā)必須符合DO-178B/C 的要求。

2 航空電子系統(tǒng)簡介

航空電子系統(tǒng)是民用飛機的“大腦”與“神經(jīng)”，是飛行任務組織和管理系統(tǒng)。機載航電系統(tǒng)是飛機各單元之間進行及時有效溝通、地面單位進行空中交通控制、及時處理各種突發(fā)問題的基本設施，正是依靠這些設備，才使繁忙擁擠的空中航路變得有條不紊，井然有序，保障了航路的通暢和航空器的安全運行。因此，機載航電系統(tǒng)的適航取證對飛機的安全運行至關重要。

基于適航取證的要求，民機航電系統(tǒng)研制流程采用正向設計的思路，流程主要包括了需求分析、系統(tǒng)功能分析、設計綜合、軟硬件分析及設計、軟硬件實現(xiàn)、模塊、子系統(tǒng)、系統(tǒng)集成和驗證。研制流程重點強調(diào)全流程的系統(tǒng)工程策劃與管理、滿足適航要求的過程數(shù)據(jù)管理，突出從用戶需求到系統(tǒng)各層級需求的分析、追溯和管理。滿足設計與驗證并行的要求，實現(xiàn)基于需求的系統(tǒng)各層級確認和驗證，符合一體化安全性評估（RMS）與性能設計。

3 航電系統(tǒng)適航要求下條件分類

民機研發(fā)過程是自頂向下的分層設計與實現(xiàn)和自底向上的逐級綜合與驗證，采用典型的設計確認驗證流程。根據(jù)不同條件的屬性進一步梳理，可以分為四大類內(nèi)容，包括：滿足適航要求的管理平臺、設計開發(fā)工具、集成驗證環(huán)境和信息化基礎支撐環(huán)境，四個部分缺一不可，互為交叉。

3.1 管理平臺

建立統(tǒng)一的項目管理體系，實現(xiàn)項目的全過程管控。建立必要、共享和協(xié)同的各類應用服務，包括項目管理、供應商管理、門戶管理等、協(xié)同設計開發(fā)平臺、公共資源及數(shù)據(jù)庫管理、適航取證管理、質(zhì)量管理、工藝技術(shù)管理等。

（1）項目管理。項目管理系統(tǒng)功能主要覆蓋整合管理、范圍管理、成本管理、進度管理、資源管理、溝通管理、風險管理以及相關方管理。

（2）門戶管理。為提升項目各專業(yè)協(xié)同工作能力，更高效地組成聯(lián)合團隊，進行協(xié)同研發(fā)，打破各專業(yè)溝通壁壘，建立統(tǒng)一的項目信息門戶。建設內(nèi)容包括：企業(yè)門戶基礎框架、內(nèi)容管理、統(tǒng)一身份認證及用戶管理、門戶基礎功能模塊、系統(tǒng)集成等。

（3）質(zhì)量管理。質(zhì)量管理是對質(zhì)量的信息進行跟蹤展示等，包括質(zhì)量策劃、質(zhì)量控制、質(zhì)量統(tǒng)計分析等。

（4）數(shù)據(jù)(知識)管理。支持系統(tǒng)工程過程需要的知識庫、基礎數(shù)據(jù)庫。

（5）全生命周期模型管理。全生命周期模型管理聚焦于項目實施過程中的團隊協(xié)作，模型及數(shù)據(jù)的管理，跨工具跨平臺的追溯、模型傳遞等問題。

（6）軟件資源管理。實現(xiàn)設計軟件的統(tǒng)一管理和平衡應用。

（7）協(xié)同設計平臺。協(xié)同設計平臺提供各類活動和專業(yè)領域的工具以形成完整的工具體系。

（8）工藝技術(shù)管理。建立工藝相關規(guī)范體系，提升數(shù)字化工藝設計與管理能力。

（9）供應商管理。供應商管理是管理供應商的基本信息、資質(zhì)能力信息、歷史供應信息和風險信息。

（10）適航取證管理。建立統(tǒng)一的適航取證管理平臺，提高產(chǎn)品研制過程中的適航管理效能，實現(xiàn)與局方和主機商的適航要求的無縫對接。主要包括：產(chǎn)品符合性管理、體系符合性管理、協(xié)同工作、適航支持庫。

3.2 設計開發(fā)工具

設計開發(fā)類工具包括專業(yè)設計工具和通用基礎軟件，通常需要以下幾類：

（1）需求開發(fā)工具?；谛枨篁?qū)動的研發(fā)過程，自頂向下進行需求的分析、分解和傳遞，并基于需求進行架構(gòu)設計和開發(fā)是機載產(chǎn)品系統(tǒng)工程應用的關鍵。

（2）結(jié)構(gòu)專業(yè)設計分析工具。結(jié)構(gòu)專業(yè)主要包括結(jié)構(gòu)專業(yè)設計軟件、結(jié)構(gòu)優(yōu)化軟件、結(jié)構(gòu)強度仿真軟件、疲勞耐久性仿真軟件、振動噪聲仿真軟件、熱力專業(yè)軟件、多學科綜合分析軟件。

（3）光學設計分析工具。光學設計分析工具在項目論證之初對產(chǎn)品光學性能開展初步仿真、優(yōu)化。

（4）電子硬件設計分析工具。電子硬件設計分析工具面向民用飛機航電系統(tǒng)產(chǎn)品研發(fā)單位，支撐電子硬件技術(shù)研發(fā)。通過硬件研發(fā)管理平臺將各類典型硬件設計仿真分析等開發(fā)工具整合管理、形成統(tǒng)一協(xié)同的硬件的研發(fā)能力。

（5）軟件設計分析工具。民機機載軟件的研制必須滿足適航標準對研制過程提出的目標，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)必須符合適航標準的要求。主要包括：軟件開發(fā)工具、軟件驗證工具及與之配套的軟件工程管理平臺。

（6）通用基礎軟件。除了以上的各專業(yè)軟件，還需要建設通用類的辦公、研發(fā)基礎軟件，主要包括數(shù)據(jù)庫(Oracle)、數(shù)學計算、office軟件包、PDF文件編輯器、桌面捕捉工具、同行評審工具、文檔開發(fā)工具等。

3.3 集成驗證環(huán)境

按照ARP4754指南要求，民用飛機系統(tǒng)驗證過程自底向上開展，產(chǎn)品的集成與驗證需要在每一層級實施，對該層級的需求進行驗證。只有低層級產(chǎn)品集成完且得到功能及性能驗證后，才能進一步集成為更高一層級產(chǎn)品或系統(tǒng)。航電系統(tǒng)集成驗證包括設備集成驗證、分系統(tǒng)集成驗證、航電系統(tǒng)集成驗證三個層次。

3.4 信息化基礎支撐平臺

信息化基礎支撐平臺是業(yè)務應用的必備支撐環(huán)境，主要建設內(nèi)容包括服務中心、數(shù)據(jù)中心（含異地災備中心）、網(wǎng)絡平臺、安全中心。