民用運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)AMSTAR功能及其驗(yàn)證方法

薛戰(zhàn)東等

【摘 要】隨著民用運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)的發(fā)展，中央維護(hù)系統(tǒng)（CMS）功能越來(lái)越受到關(guān)注。測(cè)試和調(diào)整功能（TAR功能）作為現(xiàn)代民機(jī)中央維護(hù)系統(tǒng)的一個(gè)子功能，它不同于CMS其他功能，另外須要TAR XML機(jī)載數(shù)據(jù)庫(kù)支持。本文闡述了民用運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)空氣管理系統(tǒng)TAR功能、通訊架構(gòu)、XML開(kāi)發(fā)集成以及驗(yàn)證方法。

【關(guān)鍵詞】CMS；空氣管理系統(tǒng)；TAR；XML；驗(yàn)證方法

Civil Transport Aircraft Air Management System TAR Function and Verification Means

XUE Zhan-dong ZUO Ze-xuan

（Shanghai Aircraft Design and Research Institute， Shanghai 201210， China）

【Abstract】Central Maintenance System（CMS） is concerned about more during civil transport aircraft development. Test And Rigging is a sub-function of CMS， which differs with other functions of CMS and needs airborne TAR XML database. This paper details civil transport aircraft Air Management System（AMS） TAR function， its communication protocol and architecture， XML development and integration， verification means.

【Key words】CMS；AMS；TAR；XML；Verification means

0 引言

隨著民用飛機(jī)的復(fù)雜性、綜合和集成化的不斷提高，同時(shí)伴隨民機(jī)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，飛機(jī)的安全性、測(cè)試性、故障診斷、故障隔離、故障預(yù)測(cè)和維護(hù)性等問(wèn)題越來(lái)越受到飛機(jī)系統(tǒng)或設(shè)備供應(yīng)商、飛機(jī)制造商（OEM）、特別是飛機(jī)客戶(hù)關(guān)注。現(xiàn)代民機(jī)上主要采用中央維護(hù)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)為CMS）來(lái)分析、監(jiān)控、診斷或預(yù)測(cè)飛機(jī)故障，以幫助維護(hù)人員工作，保證飛機(jī)持續(xù)適航性和運(yùn)行安全，提高飛機(jī)的測(cè)試性、維護(hù)性和經(jīng)濟(jì)性等。通過(guò)該功能可以降低對(duì)維護(hù)專(zhuān)業(yè)人員要求、減小/縮短飛機(jī)維護(hù)時(shí)間、提升飛機(jī)簽派率，最終降低飛機(jī)維護(hù)和運(yùn)行成本以及提高飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)通過(guò)識(shí)別反復(fù)出現(xiàn)的故障和趨勢(shì)支持提高可靠性，防患于未然。

測(cè)試和調(diào)整功能（Test And Rigging，簡(jiǎn)稱(chēng)為T(mén)AR功能）是集成于CMS的一個(gè)必不可少的子功能，通過(guò)人機(jī)交互的模式實(shí)現(xiàn)各個(gè)成員系統(tǒng)（將使用TAR功能的飛機(jī)非航電機(jī)載系統(tǒng)稱(chēng)為T(mén)AR功能成員系統(tǒng)）自身調(diào)整、自檢測(cè)（BIT）、詳細(xì)故障信息查看、清除歷史數(shù)據(jù)、軟件構(gòu)型信息與系統(tǒng)狀態(tài)信息查看等。TAR功能各成員系統(tǒng)需基于自身系統(tǒng)復(fù)雜和重要程度以及自身特點(diǎn)，決定并負(fù)責(zé)實(shí)際實(shí)現(xiàn)各自系統(tǒng)的TAR功能。CMS作為該功能的集成者，主要為各系提供通用、統(tǒng)一的交互方式和入口，并顯示測(cè)試和調(diào)整結(jié)果。由于該功能采用交互的方式、各成員系統(tǒng)TAR功能相對(duì)獨(dú)立且具體負(fù)責(zé)邏輯實(shí)現(xiàn)，通常將與各系統(tǒng)相關(guān)的TAR功能稱(chēng)為各系統(tǒng)TAR功能。

中國(guó)民用運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)起步晚，且發(fā)展比較緩慢，國(guó)內(nèi)對(duì)于TAR功能的認(rèn)識(shí)、驗(yàn)證以及對(duì)CCAR25部相關(guān)適航條款的符合性等需要進(jìn)一步研究。為此，本文詳細(xì)闡述空氣管理管理TAR功能及其一種驗(yàn)證方法，以為后續(xù)其他民用運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)項(xiàng)目TAR功能設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和符合性方法提供參考和建議。

1 空氣管理系統(tǒng)TAR功能

1.1 空氣管理系統(tǒng)TAR功能內(nèi)容

飛機(jī)空氣管理系統(tǒng)（AMS）由氣源系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、壓調(diào)系統(tǒng)和機(jī)翼防冰系統(tǒng)組成，空氣管理系統(tǒng)控制器（后續(xù)簡(jiǎn)稱(chēng)為控制器）為上述四個(gè)子系統(tǒng)的綜合集成控制器，負(fù)責(zé)整個(gè)空氣管理系統(tǒng)的控制和監(jiān)控。

AMS TAR功能一般在飛機(jī)處于地面且制冷組件不工作的情況下才可以使用，以保證飛機(jī)和系統(tǒng)安全性。該功能相對(duì)于其他成員系統(tǒng)的TAR功能相對(duì)簡(jiǎn)單，不包含Rigging和從LRU的NVM（Non-Volatile Memory）數(shù)據(jù)下載和清除功能，主要包含兩方面的內(nèi)容：測(cè)試系統(tǒng)參數(shù)和IBIT（Initiated Built-in-test）。其中，IBIT包含控制器IBIT以及CPCS/ECS/WAIS/BAS IBIT。測(cè)試的系統(tǒng)參數(shù)舉例如下：

a）活門(mén)命令/位置狀態(tài)信息；

b）傳感器數(shù)據(jù)，若傳感器超出范圍將顯示“--”；

c）開(kāi)關(guān)選擇狀態(tài)信息，若開(kāi)關(guān)位置錯(cuò)誤將顯示“--”；

d）控制器軟件構(gòu)型以及其內(nèi)部壓力傳感器溫度；

e）飛機(jī)狀態(tài)信息，比如飛機(jī)型別，控制器識(shí)別、軟件運(yùn)行模式和貨艙加熱器選裝。

1.2 空氣管理系統(tǒng)與CMS之間TAR功能通訊架構(gòu)

一般，AMS控制器與CMS之間按照ARINC 604協(xié)議進(jìn)行通訊傳輸和處理以實(shí)現(xiàn)AMS TAR功能，通訊架構(gòu)見(jiàn)圖2。隨著綜合化、模塊化航電系統(tǒng)的發(fā)展，CMS軟件和集成后的TAR功能XML將駐留在航電系統(tǒng)綜合處理機(jī)柜（Intermediate Processing Cabinet： IPC）的通用處理模塊中，CMS相關(guān)功能信息顯示在多個(gè)功能顯示器（Multifunction Display： MFD）上。AMS TAR功能通訊模式有兩種：

a）交互模式：控制器與CMS之間交互響應(yīng)以執(zhí)行測(cè)試操作和輸出構(gòu)型信息；

b）自動(dòng)模式：在控制器通道進(jìn)入相應(yīng)的具體測(cè)試操作或頁(yè)面后，控制器對(duì)應(yīng)通道將自動(dòng)自動(dòng)更新MFD 顯示的信息。

實(shí)現(xiàn)AMS TAR功能主要條件：

a）集成后的AMS XML：可以將其視為支持AMS TAR功能的機(jī)載數(shù)據(jù)庫(kù)，主要用于定義和提供TAR功能通訊和顯示的一些信息，比如LRU名稱(chēng)、設(shè)備ID （Equipment ID），頁(yè)面名稱(chēng)、組件名稱(chēng)（Component Name）和組件類(lèi)型（Component Type）等；

b）CMS軟件：集成CMS的所有功能，并在MFD上顯示；

c）AMS控制器及其所含軟件：AMS控制器軟件主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)AMS控制和監(jiān)控，其含具體AMS TAR功能邏輯實(shí)現(xiàn)。

1.3 空氣管理系統(tǒng)TAR功能 XML開(kāi)發(fā)集成

通常，用于支持TAR功能的ARINC 604協(xié)議以及XML的開(kāi)發(fā)集成工具由CMS供應(yīng)商或飛機(jī)主制造商應(yīng)提供，這樣可以確保TAR功能各成員系統(tǒng)能夠按照正確統(tǒng)一的要求開(kāi)發(fā)XML和各系統(tǒng)軟件相關(guān)TAR功能代碼。AMS供應(yīng)商基于統(tǒng)一的XML開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)分別適用于AMS控制器各個(gè)通道的XML，同時(shí)還需按照ARINC 604協(xié)議要求開(kāi)發(fā)AMS控制器軟件所含的TAR功能相關(guān)軟件代碼。飛機(jī)制造商使用XML集成工具將TAR功能成員用戶(hù)的XML集成為飛機(jī)級(jí)TAR功能（含AMS XML），以用加載到試驗(yàn)室或飛機(jī)上進(jìn)行TAR功能試驗(yàn)。各個(gè)成員系統(tǒng)的XML和TAR功能相對(duì)獨(dú)立，互不影響，這保證各成員系統(tǒng)可以獨(dú)立進(jìn)行TAR功能驗(yàn)證。AMS TAR功能XML開(kāi)發(fā)集成大致步驟如下：

2 空氣管理系統(tǒng)TAR試驗(yàn)驗(yàn)證方法

由于TAR功能需要專(zhuān)門(mén)的XML支持以及各成員系統(tǒng)TAR功能的差異性，若要各成員系統(tǒng)供應(yīng)商對(duì)TAR功能XML和整個(gè)環(huán)節(jié)TAR功能進(jìn)行驗(yàn)證，則需要AMS供應(yīng)商具備航電相關(guān)試驗(yàn)平臺(tái)軟硬件等，試驗(yàn)成本和難度很大；反之，若要CMS開(kāi)發(fā)商進(jìn)行全機(jī)TAR功能XML和整個(gè)TAR功能環(huán)節(jié)驗(yàn)證（含AMS），則CMS供應(yīng)商需要擁有所有各成員的各相關(guān)試驗(yàn)平臺(tái)軟硬件等，試驗(yàn)成本和難度更大，因此通常該驗(yàn)證工作由飛機(jī)主制造商負(fù)責(zé)。

由于一般民用運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)TAR功能為DAL E級(jí)，且通常作為民用運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)機(jī)載軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)符合性方法的DO-178B對(duì)DAL E級(jí)機(jī)載軟件和數(shù)據(jù)無(wú)要求，因此申請(qǐng)人無(wú)需針對(duì)XML對(duì)DO-178B符合性開(kāi)展專(zhuān)門(mén)驗(yàn)證工作。依據(jù)中國(guó)民航要求，運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)必須滿足CCAR25部要求，申請(qǐng)人為驗(yàn)證AMS TAR功能滿足設(shè)計(jì)要求，特別表明符合適航相關(guān)條款要求，可采用如下驗(yàn)證方法或組合。

2.1 申請(qǐng)人試驗(yàn)室研發(fā)試驗(yàn)

申請(qǐng)人應(yīng)在試驗(yàn)室進(jìn)行研發(fā)試驗(yàn)，以進(jìn)行整個(gè)AMS TAR功能測(cè)試（含AMS控制器軟件邏輯、傳輸以及最終顯示結(jié)果），用于驗(yàn)證TAR功能的正確性和保證飛機(jī)安全。AMS TAR功能試驗(yàn)室試驗(yàn)方式見(jiàn)圖4。由于試驗(yàn)室試驗(yàn)可模擬較全面的輸入，特別是能夠模擬AMS一些非正常構(gòu)型或狀態(tài)，比如開(kāi)關(guān)故障、客艙高度告警、傳感器超出范圍等，這相對(duì)于機(jī)上試驗(yàn)容易、成本低、且安全。

2.2 申請(qǐng)人機(jī)上研發(fā)試驗(yàn)

由于試驗(yàn)室并非飛機(jī)真實(shí)構(gòu)型以及試驗(yàn)條件的部分限制，特別是當(dāng)運(yùn)行AMS IBIT測(cè)試時(shí)，根據(jù)AMS TAR功能控制邏輯設(shè)計(jì)，需要相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備動(dòng)作（比如活門(mén)等），這些需要在飛機(jī)上進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)才能夠真實(shí)驗(yàn)證，因此AMS TAR功能要進(jìn)行必要的機(jī)上研發(fā)試驗(yàn)。機(jī)上研發(fā)試驗(yàn)與試驗(yàn)室試驗(yàn)應(yīng)在試驗(yàn)?zāi)康摹?nèi)容上有所不同并各自有其側(cè)重點(diǎn)。

2.3 表明符合性機(jī)上地面試驗(yàn)（簡(jiǎn)稱(chēng)為MOC5）

由于國(guó)內(nèi)目前民機(jī)取證經(jīng)驗(yàn)欠缺，特別是考慮申請(qǐng)人試驗(yàn)室及人員資質(zhì)條件，上述3.1和3.2節(jié)描述的TAR功能驗(yàn)證方法僅為申請(qǐng)人自己的研發(fā)試驗(yàn)，因此為滿足條款要求還需進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的AMS TAR功能表明符合性MOC5試驗(yàn)。MOC5試驗(yàn)前試驗(yàn)大綱和試驗(yàn)構(gòu)型需獲得局方批準(zhǔn)，試驗(yàn)前局方需進(jìn)行機(jī)上制造符合性檢查。試驗(yàn)后的試驗(yàn)報(bào)告及試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)能表明AMS TAR功能符合設(shè)計(jì)要求、試驗(yàn)滿足大綱判據(jù)，并最終需獲得局方批準(zhǔn)試。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文概述了民用運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)空氣管理系統(tǒng)TAR功能、通訊架構(gòu)、XML開(kāi)發(fā)集成以及驗(yàn)證方法。對(duì)于TAR功能過(guò)驗(yàn)證方法，由于項(xiàng)目及其主制造商和供應(yīng)商責(zé)任分工的差異性，不同的運(yùn)輸類(lèi)飛機(jī)項(xiàng)目申請(qǐng)人采用的TAR功能驗(yàn)證方法可能不同。隨著國(guó)內(nèi)對(duì)民機(jī)研制規(guī)律認(rèn)識(shí)的不斷深入以及經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，若申請(qǐng)人相應(yīng)的試驗(yàn)構(gòu)型和人員資質(zhì)能夠獲得局方認(rèn)可，且在申請(qǐng)人與局方就TAR功能符合性驗(yàn)證方法達(dá)成一致前提下，若申請(qǐng)人在進(jìn)行研發(fā)試驗(yàn)室和機(jī)上地面試驗(yàn)室前相關(guān)試驗(yàn)大綱獲局方批準(zhǔn)，則申請(qǐng)人的研發(fā)試驗(yàn)室和機(jī)上地面試驗(yàn)可并行視為局方表明符合性試驗(yàn)，這樣可以避免重復(fù)進(jìn)行TAR功能表明符合性MOC5試驗(yàn)，這在一定程度能夠節(jié)省項(xiàng)目研發(fā)進(jìn)度和成本。

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[責(zé)任編輯：曹明明]