民機航電系統(tǒng)總裝中一種新型培訓(xùn)平臺探索與研究

徐小龍+曹全新

摘 要 本文以航空電子系統(tǒng)為例介紹了在民機總裝生產(chǎn)中一種新型的實訓(xùn)平臺的解決方案，并剖析了該新型平臺的架構(gòu)、組成、模塊功能、主要特點等。在本文的開頭和結(jié)尾分別對實訓(xùn)平臺的建設(shè)意義、重要性和作用進行了說明。

【關(guān)鍵詞】航電系統(tǒng) 實訓(xùn)平臺 總裝測試 民用飛機

1 引言

綜合航電系統(tǒng)是飛機的重要系統(tǒng)，隨著飛機航空電子系統(tǒng)設(shè)備、功能不斷增多，交聯(lián)信息呈幾何級數(shù)增長，軟件呈規(guī)?；鲩L，導(dǎo)致航空電子系統(tǒng)的復(fù)雜度越來越高，需要工程人員不僅熟悉單個設(shè)備，而且要熟練掌握系統(tǒng)的交聯(lián)，對工程人員的技術(shù)要求也越來越高。隨著民用飛機航空電子系統(tǒng)的復(fù)雜程度越來越高，航電系統(tǒng)在總裝車間的機上地面功能試驗操作的復(fù)雜性及掌握內(nèi)在機理的難度越來越大，對于總裝上崗員工的培訓(xùn)則是非常必要的。

2 重要意義

在總裝機上地面功能試驗中，利用真實飛機培訓(xùn)代價大、培訓(xùn)周期較長，不能滿足人員上崗的培訓(xùn)需求，并且使用真實飛機開展人員操作培訓(xùn)，存在誤操作損壞飛機的隱患。因此，探索航電系統(tǒng)新型總裝試驗培訓(xùn)平臺是非常有意義的，不僅僅可以提高上崗人員培訓(xùn)效果，而且可以降低總裝飛機的低效占用，對于提高總裝的工作效率、縮短機上功能地面試驗的周期具有重要的意義。同時，通過航電系統(tǒng)新型總裝功能試驗培訓(xùn)平臺可以開展機上故障復(fù)現(xiàn)，系統(tǒng)內(nèi)部工作機理理解等工具，從而提高民機總裝測試能力。建立一套綜合航電系統(tǒng)功能試驗實訓(xùn)平臺，對總裝系統(tǒng)安裝調(diào)試人員、機上功能試驗人員的綜合航電系統(tǒng)功能試驗展開實訓(xùn)，可以大大的提高總裝試驗效率。

3 新型功能試驗平臺總體設(shè)計

基于對總裝功能試驗培訓(xùn)平臺的應(yīng)用場景，該平臺具有以下幾個能力：

（1）完成對總裝系統(tǒng)安裝調(diào)試人員、機上功能試驗人員的綜合航電系統(tǒng)功能試驗實訓(xùn)，通過進行機上地面功能試驗、開展操作實訓(xùn)，以便在早期掌握試驗操作要領(lǐng)；

（2）要根據(jù)飛機各個系統(tǒng)之間的故障警告和設(shè)備自檢信息模擬飛機各系統(tǒng)的實際運行情況，并模擬機組人員按照操作程序?qū)Πl(fā)生的故障按照預(yù)先設(shè)計的處理程序進行人機交互，該仿真系統(tǒng)能夠初步培訓(xùn)新員工熟悉飛機駕駛艙儀表、面板的處理操作和人機交互的實物體驗；

（3）受訓(xùn)人員利用該平臺逐步培訓(xùn)技能操作人員按照機上功能試驗測試程序和維修手冊規(guī)定模擬飛機功能試驗操作或進行維護和維修的程式練習(xí)；

（4）通過該實訓(xùn)平臺的培訓(xùn)，最終使員工達到深入了解飛機各系統(tǒng)間的邏輯關(guān)系、熟悉駕駛艙儀表、面板的指示與操作以及分析和排除故障的能力。

3.1 平臺組成

綜合航電系統(tǒng)功能試驗仿真平臺以某機型為仿真建模對象，通過數(shù)字化仿真技術(shù)，依據(jù)機上功能試驗測試程序和維修程序，實現(xiàn)的高逼真度的模擬訓(xùn)練平臺。平臺具有能夠模擬飛行動態(tài)參數(shù)、飛行內(nèi)外環(huán)境、駕駛艙人機接口、飛機告警、飛機測試監(jiān)控等座艙內(nèi)航電系統(tǒng)，通過模擬狀態(tài)測試場景對系統(tǒng)總裝、機上地面試驗等的工作人員進行實訓(xùn)，從而達到支持新上崗人員熟悉航電系統(tǒng)及上崗培訓(xùn)的目標。

綜合航電系統(tǒng)功能試驗仿真平臺主要包括駕駛艙操作程序仿真、環(huán)境仿真、參數(shù)仿真、告警及重要故障仿真、飛機重要參數(shù)監(jiān)控以及數(shù)據(jù)互聯(lián)平臺等部分。

平臺組成結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

3.2 平臺主要功能

平臺主要用于完成對總裝系統(tǒng)安裝調(diào)試人員、機上功能試驗人員的綜合航電系統(tǒng)功能試驗實訓(xùn)等。本平臺將具備如下能力：

（1）通過數(shù)字化仿真系統(tǒng)，仿真飛行動態(tài)參數(shù)、飛行內(nèi)外環(huán)境、駕駛艙人機接口、飛機EICAS、飛機測試監(jiān)控等試驗功能，同時模擬狀態(tài)測試場景，可以根據(jù)需要靈活設(shè)置；

（2）支持飛機多電系統(tǒng)的集成協(xié)同仿真；

（3）支持系統(tǒng)總裝、機上地面試驗等的工作人員熟悉系統(tǒng)和實訓(xùn)平臺支持，完成故障的復(fù)現(xiàn)；

（4）進入服務(wù)后，支持新上崗人員熟悉航電系統(tǒng)及上崗培訓(xùn)。

3.3 新型功能試驗平臺的實現(xiàn)

為了滿足學(xué)員實訓(xùn)的需要，新型功能試驗平臺在實現(xiàn)中應(yīng)該緊密的結(jié)合應(yīng)用場景，如OATP程序、ATP程序等，并使平臺擁有較好的擴展性和靈活性，從而使平臺滿足多種用途的需要，并兼顧后續(xù)機型。

3.3.1 平臺基本構(gòu)成

新型功能試驗平臺由模擬駕駛艙部分、計算機仿真系統(tǒng)部分、飛行參數(shù)仿真部分、飛行外壞境模擬部分、斷路器模擬部分、主控臺等部分構(gòu)成，各部分之間使用以太網(wǎng)進行連接，如圖2所示。

（1）模擬駕駛艙部分。模擬駕駛艙部分是模擬駕駛艙環(huán)境，模擬駕駛艙艙體、顯示儀表板、中央控制臺、頂部操縱板、左/右操縱臺、操縱桿及斷路器控制板等構(gòu)成，用于實現(xiàn)高逼真的駕駛艙試驗環(huán)境。

（2）計算機仿真系統(tǒng)部分。計算機仿真系統(tǒng)部分包括飛行內(nèi)環(huán)境仿真計算機、視景計算機、系統(tǒng)互聯(lián)/重要參數(shù)監(jiān)控計算機、故障仿真計算機、顯控數(shù)據(jù)管理計算機、以太網(wǎng)交換機、配電模塊、UPS電源、機柜等，是軟件運行、系統(tǒng)互聯(lián)的重要部分。

（3）飛行參數(shù)仿真部分。飛行參數(shù)仿真系統(tǒng)包括工業(yè)計算機和ARINC429總線板卡、模擬量板卡、離散量板卡等，用于模擬真實的物理航電設(shè)備信號。

（4）飛行外環(huán)境模擬部分。飛機外環(huán)境模擬部分包括投影機、投影幕、音響系統(tǒng)等，用于模擬飛機飛行過程中的外部場景。

（5）斷路器模擬部分。斷路器模擬采用實物模擬的方式實現(xiàn)，能夠模擬真實的斷路器開關(guān)的通斷狀態(tài)，用于故障仿真過程中的排故操作。

（6）主控臺。主控臺主要包括顯示器和鍵盤、鼠標操作設(shè)備，用于整個平臺軟件系統(tǒng)的運行控制和操作。

3.3.2 平臺功能模塊

平臺軟件由駕駛艙操作程序仿真軟件集群、飛行環(huán)境仿真軟件、飛行參數(shù)仿真軟件、飛機駕駛艙告警及重要故障仿真軟件、飛機重要參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)互聯(lián)系統(tǒng)等部分構(gòu)成，整個軟件以數(shù)據(jù)互聯(lián)系統(tǒng)為中心，分系統(tǒng)之間通過以太網(wǎng)通訊實現(xiàn)互聯(lián)。主控系統(tǒng)負責各系統(tǒng)的統(tǒng)一操控調(diào)用，各系統(tǒng)之間依據(jù)培訓(xùn)任務(wù)、試驗任務(wù)的不同，相互交聯(lián)并與硬件系統(tǒng)構(gòu)成完整的閉環(huán)系統(tǒng)。如圖3所示。

整個軟件系統(tǒng)由駕駛艙操作程序仿真、環(huán)境仿真、參數(shù)仿真、告警及重要故障仿真、飛機重要參數(shù)監(jiān)控以及數(shù)據(jù)互聯(lián)平臺等部分構(gòu)成，軟件模塊組成如圖4所示。

3.3.3 系統(tǒng)總成

平臺通過駕駛艙操作程序仿真、環(huán)境仿真、參數(shù)仿真、告警及重要故障仿真、飛機重要參數(shù)監(jiān)控以及數(shù)據(jù)互聯(lián)平臺等部分的硬件與軟件相互協(xié)同構(gòu)筑成有機的整體，相互支持協(xié)同支持民機航電系統(tǒng)總裝功能試驗操作模擬培訓(xùn)。并根據(jù)試驗任務(wù)和任務(wù)的需要，基于平臺開發(fā)教學(xué)的課件及評估程序，不斷地提高實訓(xùn)效果及上崗人員對系統(tǒng)工作原理的認知。另外，后續(xù)還可以結(jié)合信息化技術(shù)，對平臺的功能進行擴展，建立1+N的網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)平臺，讓該平臺發(fā)揮更大的作用，讓更多人從中獲得知識和技能。

4 新型功能試驗平臺關(guān)鍵技術(shù)

該新型功能試驗平臺在平臺的架構(gòu)設(shè)計、人機交互式體驗、底層通信互聯(lián)、面向應(yīng)用的設(shè)計等幾個方面進行了創(chuàng)新，涉及以下幾方面的關(guān)鍵技術(shù)：

（1）架構(gòu)設(shè)計方面，整個系統(tǒng)由模擬駕駛艙部分、計算機仿真系統(tǒng)部分、飛行參數(shù)仿真部分、飛行外壞境模擬部分、斷路器模擬部分、主控臺等部分構(gòu)成，各部分之間使用以太網(wǎng)進行連接，即保證模塊的獨立性，又兼顧了系統(tǒng)之間的耦合與完整性；

（2）飛行參數(shù)仿真系統(tǒng)，可與機載航電設(shè)備交聯(lián)，輸出與真實設(shè)備一致的接口物理信號；

（3）斷路器實物模擬，通過信號采集與故障仿真進行交互處理，融入駕駛艙試驗環(huán)境；

（4）軟件系統(tǒng)中各子系統(tǒng)通過千兆以太網(wǎng)交互及反射內(nèi)存，有效的保證了系統(tǒng)之間信息傳輸?shù)膶崟r性；

（5）模擬駕駛艙顯示器、CDU、RTU、CCP、FCP、DCP、RSP、ACP、電氣斷路器面板等均采用1：1的半實物功能替代件，有效提高學(xué)員侵入式無差別體驗；

（6）采用新型的駕駛艙內(nèi)部互聯(lián)系統(tǒng)架構(gòu)，采用以顯控數(shù)據(jù)管理為中心的“一加多”模式，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理功能，包括航線、航點、機場等信息數(shù)據(jù)庫，多個顯示仿真設(shè)備的數(shù)據(jù)同步，提高操作關(guān)聯(lián)的協(xié)同性；

（7）計算機資源和線纜均預(yù)留50%的冗余，充分考慮后續(xù)的擴展，特別是與信息數(shù)字化平臺的互聯(lián)。

5 結(jié)語

在對民機航電系統(tǒng)總裝工作中的機上地面試驗、ATP、機上故障定位等的試驗需求進行分析后，提出了民機航電系統(tǒng)新型總裝功能試驗培訓(xùn)平臺的設(shè)計方案，并對其硬件方案與軟件方案進行了論述，由于篇幅有限，未做全面展開。經(jīng)過項目的實施，大大的提高了上崗人員對系統(tǒng)的熟悉程度。近年來，國外大型民機制造商及航空企業(yè)紛紛建設(shè)類似實訓(xùn)平臺，此實訓(xùn)平臺在我國的建設(shè)尚屬首例，該平臺的建設(shè)提高了我國民用航空總裝生產(chǎn)線的調(diào)測水平和工藝水平。

參考文獻

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作者簡介

徐小龍（1986-），男，畢業(yè)于上海交通大學(xué)，碩士學(xué)位。現(xiàn)為上海飛機制造有限公司總裝車間工藝技術(shù)組組長，工程師。主要研究方向為民用飛機電子電氣系統(tǒng)裝配及調(diào)試工藝研究。

作者單位

1.上海飛機制造有限公司 上海市 201323

2.上海飛機設(shè)計研究院 上海市 201210