綜合模塊化航電的MSG-3分析原理研究

■ 鄒萍萍 羅鋒 徐志鋒 /上海飛機客戶服務有限公司

隨著計算機技術的高速發展，現代民用飛機引入了綜合模塊化航空電子（IMA)這一先進的設計理念。相比傳統的一對一數據傳輸處理方式，高速的網絡化數據處理方式不僅提高了數據傳輸處理效率，還能大幅度減少全機電纜，有利于飛機減重。由于現有的系統MSG-3分析原理暫未考慮綜合模塊化航電，作為飛機主制造商為了制定新型飛機的維修大綱，需要完成對系統功能軟件使用飛機共享的計算處理設備時的MSG-3分析。本文基于現有MSG-3分析原理，提出綜合模塊化航電的MSG-3分析原理，以適應新型客機的MSG-3分析工作。

1 綜合模塊化航電原理

不同于傳統航電系統中飛機功能由多個不同的航線可更換件實現，綜合模塊化航電將飛機功能以軟件應用的形式分區駐留在通用處理模塊中。通用處理模塊可以為分區軟件分配一定的數據處理時間、存儲空間和輸入輸出控制。多個通用處理模塊采用相同的硬件和輸入輸出接口。兩套或多套相同功能軟件分別駐留在不同的通用處理硬件模塊中，以實現功能的冗余。

通用處理模塊之間的雙通道高速通信均采用航電系統全雙工以太網協議（AFDX)，每個網絡通道中的節點由交換機負責數據的收發和監控[1]。

如圖1所示，IMA的數據轉換器能實現數據在飛機所有不同類型信號（模擬、離散、數字、A429總線數據、CAN)與A664 p7數據類型之間的轉換。數據轉換器同樣通過AFDX協議接入飛機數據網絡（ADN)。考慮系統的冗余性設計，采用一對數據轉換器完成信號數據類型的轉換。圖2所示為A429總線數據通過網絡發送至AFDX設備，圖3所示為A429設備通過網絡從AFDX設備接收數據。

2 系統MSG-3分析基本步驟

圖1 傳統航電系統與新型IMA的區別

圖2 A429設備向AFDX設備發送數據

國際規范MSG-3 2015.1給出了系統MSG-3分析的通用流程[2]。在實際的工程應用中，系統MSG-3分析的主要步驟分為九步。

第一步，按照ATA 2200對系統進行劃分，依次劃分到系統、子系統和部件，一直進行到確定所有機上可更換件為止。

第二步，確定MSI（重要維修項目)。

第三步、第四步，提供系統功能和設計特征描述，提供部件的供應商、裝機數量以及可靠性數據。

第五步，確定MSI的功能、功能失效、失效影響和失效原因。

第六步、第七步，失效影響分類（上層分析)和維修任務選擇（下層分析)。分析邏輯如圖4所示[3]。

第八步，確定初始的維修任務間隔。

第九步，維修任務合并、匯總。

圖3 A429設備從AFDX設備接收數據

3 IMA平臺與關聯系統的關系

IMA平臺的主要功能是為飛機關聯系統提供數據計算、數據傳輸和數據轉換。飛機上許多功能系統與IMA存在很強的交聯關系，這些關系體現在關聯系統在IMA平臺的駐留應用和駐留功能。

關聯系統的駐留應用分區駐留在IMA的通用處理計算機中，使用IMA的數據計算處理資源。冗余設計的應用軟件駐留在不同的通用處理計算機中。

駐留功能有兩個作用，一是關聯系統從航電全雙工以太網獲取所需參數，或向航電全雙工以太網輸出參數；二是關聯系統利用數據轉換設備完成非A664 p7數據類型與A664 p7數據類型之間的轉換。

4 IMA的MSG-3分析方法

由于IMA平臺與關聯系統之間存在很強的關聯關系，在系統MSG-3分析過程中存在以下問題：

1)分析通用處理計算機的失效影響，不僅需要考慮單個計算機中多個駐留應用的功能失效，還需考慮駐留應用在其他通用處理計算機中的備份。因此，對IMA的通用處理計算功能失效影響的分析存在一定的難度。

2)從電氣接口的角度看系統的駐留功能，數量非常龐大。如果系統功能分析中對眾多的駐留功能一一覆蓋，分析的工作量巨大。

解決好以上兩個問題對新型航電系統的MSG-3分析尤為關鍵。下面根據系統MSG-3分析原理和IMA的設計原理，結合關聯系統和IMA平臺的MSG-3分析步驟，提出關聯系統和IMA平臺對駐留應用和駐留功能分析的合理化方法。

4.1 關聯系統的MSG-3分析

關聯系統的功能分析應包括關聯系統的駐留應用實現的飛機功能。具體可落實在以下幾點：

1)在描述系統功能和設計特征時，詳細寫明系統的駐留應用在IMA的通用處理計算機的分布情況。

2)明確系統功能失效原因分析軟件的名稱以及所駐留的通用處理計算機的編號，將失效原因轉移至IMA平臺通用處理計算機的失效。

3)為了確保運行安全，若失效影響類別為涉及明顯安全性或隱蔽安全性影響的功能，關聯系統必須做合理的工作任務或反饋設計，進行增加冗余的設計更改。

對于關聯系統在IMA的駐留功能，其失效原因分析應當充分考慮到航電全雙工以太網的A網絡和B網絡傳輸的冗余度，以及數據類型轉換的冗余性設計。如果失效原因來源于交換機、數據轉換器，需要將后續上層/下層分析工作轉移至IMA平臺的數據傳輸功能和數據轉換功能。

4.2 IMA平臺的MSG-3分析

通用處理計算機中的應用軟件可實現不同飛機系統的功能。然而，IMA平臺的通用處理計算機若失效，在飛機飛行階段不會觸發通用處理計算機的失效告警信息，飛機只報告關聯系統的相關警告，以免增加對飛行機組不必要的干擾信息。

通用處理計算機各自駐留不同的應用軟件，因此各通用處理計算機的失效影響也可能不同，需要逐一分析才能確定因IMA的處理功能故障造成的影響，進而選擇合理的工作任務。分析每臺通用處理計算機的失效影響可按照以下步驟進行：

第一步，匯總關聯系統中失效原因與通用處理計算機功能有關的數據，以及失效影響及失效影響類別等數據。

第二步，將駐留應用所實現的系統功能上層/下層分析作為源數據，結合系統設計架構，進行每臺通用處理計算機計算處理功能失效的上層分析和下層分析。

以某機型IMA平臺的通用處理計算機L3為例，該計算機中除了加載有平臺核心軟件，還駐留有：

1)發動機指示和機組告警系統的機組告警軟件FDAS；

2)下視顯示及控制系統的電子檢查單軟件ECL；

3)機載維護系統的參數獲取軟件PAA。

根據這三個關聯系統作MSG-3分析，將失效原因可能與通用處理計算機L3的功能有關的失效影響結論以及上層/下層分析結論匯總至表1。

通用處理計算機L3失效將降低機組告警功能和電子檢查單功能的冗余度，影響飛機的簽派，同時也無法對傳送到通用處理計算機的數據實施監控。綜合而言，通用處理計算機L3計算處理功能的失效影響類別是第6類“明顯運行性影響”。由于計算機沒有需要補充的消耗品，計算機不會顯示出明顯的退化特征，潤滑/勤務、檢查/功能檢查、恢復和報廢工作任務對其不適用且無效，因此應對所有駐留不同軟件的通用處理計算機計算處理功能都進行上層/下層分析。

對于IMA平臺的數據傳輸和數據轉換功能，考慮到航電全雙工以太網的A網絡和B網絡傳輸的冗余度，以及數據類型轉換的冗余性設計，無需在電氣接口層級對眾多的駐留功能逐一分析。另外，在飛機飛行階段，數據傳輸網絡故障不會觸發告警信息，對正在履行正常職責的空勤人員來說是隱蔽的，并且有冗余保障系統安全，因此判斷數據傳輸的功能失效影響類別是“隱蔽非安全性影響”。IMA平臺的數據轉換功能分析與此類似。

表1 通用處理計算機L3的失效影響表

5 結論

依據國際規范和IMA的設計原理，結合工程經驗對新型客機的IMA MSG-3分析提出關聯系統和IMA平臺對駐留應用和駐留功能分析的合理化方法，對新一代民機維修大綱的制定有一定的參考價值。