基于關(guān)聯(lián)屬性的民機(jī)IMA系統(tǒng)構(gòu)型管理方法研究

戴璧彥

摘? 要：構(gòu)型管理在民機(jī)研制的全生命周期一直是一項(xiàng)必不可少的工作，它確保了飛機(jī)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的完整性、一致性和可追溯性?；谠趪?guó)內(nèi)某型號(hào)民機(jī)研制階段的IMA系統(tǒng)的構(gòu)型管理工作，結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)外民機(jī)構(gòu)型管理現(xiàn)狀，闡述了構(gòu)型管理在民機(jī)研制過程中的必要性，分析了當(dāng)前構(gòu)型管理方法的不足之處，提出了一種基于關(guān)聯(lián)屬性的IMA系統(tǒng)構(gòu)型管理方法，該方法定義了全新的以IMA為主體的構(gòu)型視圖，能夠快速便捷地識(shí)別與IMA系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的其他系統(tǒng)和相應(yīng)的軟件屬性，大量減輕了構(gòu)型管理人員軟件裝機(jī)前的確認(rèn)和管理工作，也為適航提供了統(tǒng)一管理的方法，因此具有重要意義。

關(guān)鍵詞：構(gòu)型管理? IMA系統(tǒng)? 關(guān)聯(lián)屬性? 構(gòu)型視圖

中圖分類號(hào)：V219? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2021）05（c）-0082-05

Research on Configuration Management Method of IMA System Based on Associated Attribute

DAI Biyan*

（Shanghai Aircraft Design and Research Institute， Shanghai， 200000? China）

Abstract： Configuration management has always been an essential work in the whole life cycle of civil aircraft development. Based on the configuration management of IMA system in the development stage of a domestic civil aircraft， combined with the current situation of civil organization management at home and abroad， this paper expounds the necessity of configuration management in the development process of civil aircraft， analyzes the shortcomings of current configuration management methods， and puts forward an IMA system configuration management method based on correlation attributes， This method defines a new configuration view with IMA as the main body， which can quickly and easily identify other systems associated with IMA system and corresponding software attributes， greatly reduces the confirmation and management work of configuration managers before software installation， and also provides a unified management method for airworthiness， so it is of great significance.

Key Words： Configuration management; IMA system; Associated attribute; Configuration view

飛機(jī)的設(shè)計(jì)研制是一項(xiàng)極其復(fù)雜和龐大的工程，隨著科研技術(shù)不斷發(fā)展以及客戶對(duì)飛機(jī)功能需求的提高，單一的基礎(chǔ)型號(hào)飛機(jī)已經(jīng)不能滿足客戶的需求和市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，只有根據(jù)客戶的具體要求不斷地更改和改進(jìn)構(gòu)型，生成系列化或者模塊化的產(chǎn)品才是民機(jī)研制企業(yè)長(zhǎng)久發(fā)展之道。但是不斷改型的后果必然是產(chǎn)生大量的產(chǎn)品數(shù)據(jù)和技術(shù)狀態(tài)等，因此飛機(jī)的構(gòu)型管理顯得尤為重要。

構(gòu)型管理（Configuration Management，CM）最早是20世紀(jì)60年代由美國(guó)空軍和航空航天局提出的一套科學(xué)規(guī)范的產(chǎn)品管理方法，其目的是為了通過將產(chǎn)品研制階段所有數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，進(jìn)行管理和控制來解決產(chǎn)品改型過程中混亂的問題。我國(guó)構(gòu)型管理的概念是在民機(jī)轉(zhuǎn)包生產(chǎn)中才引入的，通過借鑒波音、空客等國(guó)外先進(jìn)主制造商的構(gòu)型管理方法，逐漸建立了適合自身型號(hào)的構(gòu)型管理體系和方法，并得到了廣泛的應(yīng)用。但由于起步較晚，體系和方法都還不夠完善和成熟，缺少標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的支撐和先進(jìn)的管理理念，因此將構(gòu)型管理信息化和數(shù)字化，達(dá)到產(chǎn)品數(shù)據(jù)的完整性、前后一致性和可追溯性的目標(biāo)，仍然需要不斷探索和完善。

基于在國(guó)內(nèi)某型號(hào)民機(jī)研制階段的IMA系統(tǒng)的構(gòu)型管理工作，在IMA軟件裝機(jī)前評(píng)估工作中發(fā)現(xiàn)，由于IMA系統(tǒng)的特殊性，涉及關(guān)聯(lián)了很多使用IMA資源的其他系統(tǒng)，需要在構(gòu)型視圖中確認(rèn)與IMA系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的其他系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的軟件版本，防止軟件與平臺(tái)配置不兼容，導(dǎo)致軟件加載失敗或者不正確執(zhí)行功能的情況發(fā)生。目前采用的方法是人為判斷與IMA系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的其他系統(tǒng)并與其相關(guān)負(fù)責(zé)人進(jìn)行軟件版本的確認(rèn)工作，這要求負(fù)責(zé)構(gòu)型管理的研發(fā)人員對(duì)飛機(jī)系統(tǒng)和架構(gòu)有較全面的了解，并且因?yàn)樯婕暗南到y(tǒng)較多，該項(xiàng)確認(rèn)工作需要大量時(shí)間。因此本文提出了一種基于關(guān)聯(lián)屬性的IMA系統(tǒng)軟件裝機(jī)構(gòu)型視圖的方法，不僅能夠識(shí)別出與IMA相關(guān)聯(lián)的其他系統(tǒng)，還能對(duì)其軟件版本進(jìn)行記錄和管理，大量減輕了構(gòu)型管理人員繁瑣的確認(rèn)和管理工作。

1? IMA系統(tǒng)

IMA（Integrated Modular Avionics，綜合模塊化航電）最早是B777采用的架構(gòu)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)今飛機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜程度成倍增加，原先的飛機(jī)架構(gòu)已不能滿足集成化的需求，以IMA為架構(gòu)的飛機(jī)航電系統(tǒng)是當(dāng)前飛機(jī)市場(chǎng)的主流選擇。

IMA是一個(gè)公共的處理平臺(tái)，即飛機(jī)的大腦，為全機(jī)多個(gè)不同的系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等共享資源。它的硬件主要由核心處理資源、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接口單元等組成，分別負(fù)責(zé)上述的3個(gè)功能。涉及的系統(tǒng)包括各個(gè)航電系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)，如艙門控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、飛管系統(tǒng)、水廢水系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等。

IMA系統(tǒng)具體框架[1]如圖1所示。IMA系統(tǒng)具體架構(gòu)其中，GPM（General Processing Module，通用處理模塊）內(nèi)駐留了AOT（Aircraft Options Table，飛機(jī)選項(xiàng)表），AOT 駐留應(yīng)用實(shí)現(xiàn)構(gòu)型數(shù)據(jù)的發(fā)布功能，從AOT數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取數(shù)據(jù)，按照預(yù)先定義好的接口，通過 ADN 將這些數(shù)據(jù)發(fā)布給其他飛機(jī)系統(tǒng)使用。

由此可見，IMA由于涉及全機(jī)多個(gè)系統(tǒng)，其在構(gòu)型的更新和更改過程中，尤其是軟件換版時(shí)，需要捕獲到其他系統(tǒng)的軟件版本是否已經(jīng)更替的信息，來達(dá)到軟件版本與平臺(tái)配置兼容的目的，否則將會(huì)導(dǎo)致軟件加載失敗，構(gòu)型的不一致，造成構(gòu)型混亂，也會(huì)影響到系統(tǒng)功能的正常運(yùn)行。

2? 構(gòu)型管理

2.1 構(gòu)型管理定義

飛機(jī)的構(gòu)型管理[2-4]指在飛機(jī)的全生命周期中，將飛機(jī)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、技術(shù)說明等能體現(xiàn)產(chǎn)品的物理和功能特性的信息以某種形式進(jìn)行統(tǒng)一管理和記錄，確保與設(shè)計(jì)和需求的一致性。

簡(jiǎn)而言之，飛機(jī)構(gòu)型管理就是對(duì)飛機(jī)屬性的配置和控制的過程。其主要目的有以下幾點(diǎn)。

（1）在研制階段基于復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)建立飛機(jī)的整體結(jié)構(gòu)。

（2）建立某種構(gòu)型管理規(guī)則，使得經(jīng)過改型后以最少的零件數(shù)產(chǎn)生多種產(chǎn)品類型。

（3）記錄和建立飛機(jī)完整的產(chǎn)品數(shù)據(jù)和技術(shù)文檔等，使得版本和數(shù)據(jù)具有一致性、可追溯性和完整性。

（4）便于控制、檢查和調(diào)整預(yù)先構(gòu)型要求與交付產(chǎn)品間的構(gòu)型偏差。

飛機(jī)的構(gòu)型管理是存在于飛機(jī)的全生命周期[5-6]的，它以飛機(jī)結(jié)構(gòu)為組織方式，通過對(duì)更改、狀態(tài)以及審核等過程進(jìn)行控制，集成和協(xié)調(diào)研制階段的所有飛機(jī)數(shù)據(jù)，保證飛機(jī)在設(shè)計(jì)、制造、維修和改型等階段的所有文檔數(shù)據(jù)及狀態(tài)的一致性，并且整個(gè)過程都必須保證可視化。

構(gòu)型管理的最重要的是做好基線版本的管理和更改管理[7]。飛機(jī)在全生命周期中的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)已經(jīng)成功獲得局方批準(zhǔn)時(shí)，所有帶層級(jí)、關(guān)聯(lián)關(guān)系和邏輯關(guān)系的構(gòu)型資料就能被集合成一個(gè)基線版本，該版本是不能被隨意改動(dòng)的，并且納入構(gòu)型管控，以后的所有改型都應(yīng)該在基線版本的基礎(chǔ)上進(jìn)行更改。其中構(gòu)型文件指能夠描述和記錄飛機(jī)各種功能和物理特性的技術(shù)文檔，包括客戶的需求、飛機(jī)功能定義、設(shè)計(jì)方案、結(jié)構(gòu)圖紙及維修手冊(cè)等，并且他們都必須指向和關(guān)聯(lián)到飛機(jī)的構(gòu)型項(xiàng)[8]（Configuration Item，CI），即構(gòu)型管理是通過對(duì)構(gòu)型文件的管理來實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)實(shí)體的管理。

2.2 構(gòu)型管理方法和流程

早期階段構(gòu)型管理的方法[9]是基于圖紙化的管理，通過在圖紙上標(biāo)明某零部件對(duì)飛機(jī)某架次有效，該方法的缺點(diǎn)是當(dāng)圖紙修改時(shí)，需要追溯已發(fā)布的圖紙?，F(xiàn)在主要采用基于模塊的構(gòu)型管理方法。

模塊的概念是從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的角度引入的，模塊是指由若干零部件組成的某個(gè)子系統(tǒng)。將飛機(jī)復(fù)雜系統(tǒng)劃分成若干個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)都是一個(gè)模塊，基于模塊形成構(gòu)型管理的基本單元，特定機(jī)型的某架飛機(jī)的構(gòu)型通過對(duì)模塊的選擇和配置形成。

飛機(jī)的構(gòu)型管理一般包括標(biāo)識(shí)、控制、紀(jì)實(shí)和審核4個(gè)活動(dòng)[10]。

構(gòu)型標(biāo)識(shí)是用來反映飛機(jī)的功能和物理特性，包含了飛機(jī)的代號(hào)、軟硬件版本號(hào)和批次信息等。需要保證圖號(hào)/件號(hào)/文件號(hào)的正確分配，確定項(xiàng)目的名稱命名慣例，并建立正式基線。

構(gòu)型控制主要是指飛機(jī)某個(gè)構(gòu)型項(xiàng)進(jìn)行更改控制的流程，飛機(jī)設(shè)計(jì)和制造商對(duì)其進(jìn)行分析和評(píng)估，并監(jiān)控工程變更建議。

構(gòu)型紀(jì)實(shí)是形成飛機(jī)構(gòu)型信息相關(guān)記錄和報(bào)告的過程。主要是監(jiān)控追蹤基線構(gòu)型以及工程變更建議和所有變化活動(dòng)。

構(gòu)型審核是基于初步設(shè)計(jì)評(píng)審和關(guān)鍵設(shè)計(jì)評(píng)審等驗(yàn)證和證明構(gòu)型項(xiàng)/構(gòu)型文件的功能、性能滿足功能構(gòu)型文件號(hào)分配構(gòu)型文件中規(guī)定的功能特性要求的過程。

2.3 構(gòu)型管理視圖

飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)定義了產(chǎn)品和產(chǎn)品組成，展示了飛機(jī)上下級(jí)關(guān)聯(lián)關(guān)系的方法，是產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)建立的依據(jù)。根據(jù)型號(hào)研制客戶的不同需求，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有多個(gè)視圖構(gòu)成。常見的視圖有定義視圖、設(shè)計(jì)視圖、系統(tǒng)視圖、選配視圖、試驗(yàn)視圖等。

其中系統(tǒng)視圖從系統(tǒng)需求和功能的規(guī)劃和分解的角度描述了飛機(jī)各系統(tǒng)間的功能構(gòu)成關(guān)系，組織和管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的描述系統(tǒng)功能和驗(yàn)證的構(gòu)型信息。在飛機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的構(gòu)型數(shù)據(jù)，這部分?jǐn)?shù)據(jù)是定義飛機(jī)系統(tǒng)功能和組成、驗(yàn)證飛機(jī)系統(tǒng)及設(shè)備、軟件的功能性能的重要構(gòu)型信息。

系統(tǒng)視圖可分為3層：頂層、構(gòu)型層和底層。頂層結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了系統(tǒng)功能的分解，即機(jī)型、系統(tǒng)、分系統(tǒng)、分-分系統(tǒng)。構(gòu)型層是構(gòu)型管理的核心層，它又可分為3層。

（1）構(gòu)型項(xiàng)層：體現(xiàn)系統(tǒng)、設(shè)備、軟件的功能定義和位置信息。

（2）關(guān)聯(lián)對(duì)象層：記錄某構(gòu)型的生效范圍，即架次有效性。

（3）設(shè)計(jì)模塊層：滿足構(gòu)型項(xiàng)所定義抽象功能的具體實(shí)現(xiàn)，即構(gòu)型。

底層管理真實(shí)的裝配件或組件，承載各種構(gòu)型數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)視圖缺失將會(huì)導(dǎo)致構(gòu)型信息缺失、不完整，不準(zhǔn)確;影響設(shè)備軟件裝機(jī)、影響系統(tǒng)功能通過驗(yàn)證;更嚴(yán)重會(huì)影響構(gòu)型失控，導(dǎo)致飛機(jī)不安全。

3? 基于關(guān)聯(lián)屬性的IMA構(gòu)型視圖

在飛機(jī)不同系統(tǒng)的系統(tǒng)視圖中，其子系統(tǒng)、硬件設(shè)備和軟件都作為構(gòu)型層中的某一構(gòu)型項(xiàng)，并且關(guān)聯(lián)對(duì)象層代表其對(duì)應(yīng)的飛機(jī)架次，設(shè)計(jì)模塊層則包含了設(shè)備圖紙、設(shè)備屬性、軟件屬性等相關(guān)文件，即構(gòu)型的具體數(shù)據(jù)。

由上文介紹可知，隨著飛機(jī)集成度和需求的提高，更多系統(tǒng)的應(yīng)用軟件被要求駐留在IMA平臺(tái)中。而由于IMA平臺(tái)的特性，駐留應(yīng)用的軟件需要和IMA平臺(tái)的軟件版本兼容，才能成功加載到平臺(tái)上并正確執(zhí)行相應(yīng)的功能，其中便涉及到了軟件版本的管理問題。

而當(dāng)前現(xiàn)狀，國(guó)內(nèi)飛機(jī)型號(hào)研制過程中沒有系統(tǒng)性和完善的構(gòu)型管理方法來約束和管理軟件換版的問題。以飛控系統(tǒng)為例，其飛機(jī)控制模塊（Flight Control Module，F(xiàn)CM）軟件需要駐留在IMA平臺(tái)的GPM中。當(dāng)其軟件進(jìn)行更改升版后，只會(huì)在飛控系統(tǒng)的系統(tǒng)視圖中進(jìn)行軟件版本的更新，在軟件裝機(jī)前，需要IMA專業(yè)的構(gòu)型管理人員去檢查其軟件版本號(hào)是否更新，否則將可能會(huì)導(dǎo)致軟件加載失敗;當(dāng)IMA自身平臺(tái)軟件更改升版后，IMA專業(yè)構(gòu)型管理人員會(huì)發(fā)布軟件變更分析文件，各個(gè)需要駐留在IMA平臺(tái)的系統(tǒng)必須按照變更后的平臺(tái)環(huán)境進(jìn)行軟件的開發(fā)或者更改，否則即使能夠加載成功，在進(jìn)行機(jī)上測(cè)試試驗(yàn)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)無法正確執(zhí)行飛機(jī)功能的情況。某型號(hào)飛機(jī)上駐留在IMA平臺(tái)的系統(tǒng)可能多達(dá)幾十個(gè)，如果沒有合適的構(gòu)型管理方法，將會(huì)造成多余繁瑣的工作量，并且不能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，對(duì)后續(xù)適航帶來不必要的麻煩。

本文提出一種基于關(guān)聯(lián)屬性的IMA構(gòu)型視圖的構(gòu)型管理方法。還是以飛控系統(tǒng)為例，在其飛行控制模塊軟件構(gòu)型層下的FCM軟件屬性中，增加一個(gè)是否與IMA相關(guān)的屬性（標(biāo)紅行），如圖2中所示。

根據(jù)該屬性，即可篩選建立一個(gè)以IMA為主體的構(gòu)型視圖，該視圖包含了所有與IMA相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，同時(shí)每個(gè)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)下的設(shè)備和駐留應(yīng)用軟件信息（紅框內(nèi)）也能顯示在視圖中，如圖3所示。

與IMA相關(guān)聯(lián)的各個(gè)系統(tǒng)在進(jìn)行軟件版本更改過程中，在自己的系統(tǒng)視圖內(nèi)修改軟件版本信息時(shí)，該IMA構(gòu)型視圖中的軟件屬性也會(huì)同步進(jìn)行修改，從而使IMA構(gòu)型管理人員能夠直觀便捷的對(duì)駐留應(yīng)用軟件版本進(jìn)行管理，也對(duì)IMA自身平臺(tái)軟件和各個(gè)需要駐留在IMA平臺(tái)的系統(tǒng)軟件進(jìn)行了統(tǒng)一的管理和記錄，大大減輕了軟件裝機(jī)前的評(píng)估工作，也減少了軟件加載失敗和功能異常的故障發(fā)生。

4? 結(jié)語(yǔ)

隨著科技水平不斷發(fā)展，并且在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力下，先進(jìn)高效的構(gòu)型管理方法對(duì)飛機(jī)型號(hào)的研制工作具有重大的意義。

本文基于在國(guó)內(nèi)某型號(hào)民機(jī)研制工作積累的經(jīng)驗(yàn)，分析了當(dāng)前國(guó)內(nèi)飛機(jī)IMA系統(tǒng)與駐留在IMA平臺(tái)的其他系統(tǒng)間軟件構(gòu)型管理存在的問題和缺陷，提出了一種基于關(guān)聯(lián)屬性的IMA構(gòu)型視圖，對(duì)軟件更改進(jìn)行了有效的控制，不僅簡(jiǎn)化了軟件裝機(jī)前評(píng)估的工作流程，也為后續(xù)適航工作提供了有力的保障。

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