民用飛機電傳飛控系統的需求定義與確認研究

摘 要：如今電傳飛控系統已成為現代民機先進性的重要標志之一，但是由于其功能綜合水平的不斷提高，增加了系統的復雜度，這使工程實現面臨一個非常重要的問題：如何做好電傳飛控系統的需求定義和確認？本文在閱讀了大量相關資料的基礎上，結合型號經驗，從系統工程的角度出發，對民機電傳飛控系統研制過程中需求的定義、確認進行了分析和研究，為電傳飛控系統設計研制提供支持。

關鍵詞：民用飛機;電傳飛控系統;需求確認

文獻標識碼：A

飛控系統在現代民用飛機的飛行操縱中起著越來越重要的作用，全時、全權限電傳飛控系統（Fly-By-Wire，簡稱FBW）是現代民機先進性的重要標志之一。目前，FBW系統向著高度綜合方向不斷發展，在獲得益處的同時也增加了系統的復雜度，但隨之而來的還有飛機系統的高度綜合帶來的設計復雜性，而這種復雜的系統架構將會提高錯誤設計的可能性這將導致出現研制錯誤和不良或非預期影響的風險會更大。

為了降低在產品的研制階段出現錯誤的風險，需要在設計過程中引入系統工程的方法，根據系統的安全性等級來規范產品的研制過程，最終保障系統的安全性，需求的定義與確認活動就是系統化研制過程中非常重要的一個環節。為了降低風險和研發成本，在設計之初首先需要做好系統的需求定義與確認工作，保證需求的正確性和完備性，這樣才能保證設計實現的正確性，最終實現項目的成功[1]。

本文基于ARP4754A，從系統工程的角度出發，對民機電傳飛控系統研制過程中需求的定義、確認進行了分析和研究。

1 電傳飛控系統需求定義

設計過程本質上是由各層級的“需求-設計”組成，其中需求部分的工作包括需求定義和確認，設計部分的工作包括設計本身和需求符合性分析。不同設計方案的選擇和權衡將產生新的衍生需求，這些衍生需求會作為下一階段設計的輸入。因此，需求定義的正確性和完整性就顯得格外重要，否則，基于這些需求的設計將導致一個不合適的產品。

需求定義的主要任務是根據所有利益攸關方的需要/需求和相關約束條件，深入描述系統功能、性能等方面的要求，以確保據此設計的系統架構滿足利益攸關方的要求和設計的目標[4]。飛控系統在研制時需要在不同的層級上進行需求定義工作，包括系統級、設備級最終到軟硬件級（部件級），整個需求定義過程是一個不斷細化和反復迭代的過程。

在需求定義過程，通過識別飛機和飛控系統在全生命周期中的利益相關方的要求和期望，將要求和期望轉化為產品需求，產品需求被識別、分類、構建和確認后最終形成飛控系統需求文檔。

2 電傳飛控系統需求確認

電傳飛控系統需求確認目標是通過計劃明確在需求編制同時定義需求方法和措施，記錄貫徹適航要求的技術需求集確認過程和活動結果。

需求確認的方法主要包括：追溯性、工程評審、分析、仿真和試驗等，系統需求確認活動將確認過程中的系統問題不斷地反饋，以保證需求的正確性、完整性和一致性，同時提供與之相對應節點下的需求確認證據。

2.1 追溯性

追溯性是較低層級需求與較高層級需求之間所建立的滿足關系。在設計決策或設計細節中，有時會增加額外的需求，從而需要獲得相應的依據，有些底層需求不能追溯到上一層需求（如衍生需求），這些需求可通過相應的依據來證明其有效性[3]。

2.2 工程評審

工程評審的關鍵在于評審的詳細程度以及評審人員的資質和工程經驗，進行工程評審確認時應選擇具有多年民機電傳飛控系統工作經驗及其相關的人員，以盡量提高評審的置信度。參與評審的人員應從工程、運行、設備研制及客戶需要等方面對定義需求的正確性和完整性做進一步的詳細評估，并給出合理詳細的評審意見，工程評審活動的輸出為工程評審總結報告，包括評審人員名單、需求正確性和完整性判斷依據、評審結論，對評審中發現的問題制定行動項目進行關閉（按需）。

2.3 分析

分析的目的主要是通過性能分析、安全性分析等手段來保證需求的正確性，以規避項目后期需求更改所可能的產生高昂費用和進度等方面的風險。電傳飛控系統性能分析是通過分析計算的方法考慮正常和故障狀態對延遲、精度等性能需求進行確認，安全性分析工作則是按照ARP4761開展功能危險性評估（FHA）等對安全性相關需求進行確認。

2.4 仿真

仿真主要用于確認與控制律相關的需求，以及在不同的操作條件下，從駕駛艙輸入到舵面響應整個系統的性能。余度管理仿真確認系統在異步和多余度工作情況下對系統的影響等相關的需求。通過工程模擬器確認系統的操縱品質等需求。

2.5 試驗

試驗通常是一種驗證的方法，但也可以用于需求的確認，這主要取決于試驗的目的。在項目研制時，針對新研發的產品應采用各種已有的試驗臺和試驗手段對與其相關的需求進行確認，可以采用飛控系統研發試驗臺完成飛控系統架構設計與分析、系統需求確認等很多需求確認工作，采用工程模擬器完成對控制律需求確認等，而鐵鳥試驗則可以是驗證和確認系統之間電氣接口的匹配性以及系統與結構安裝定位的正確性等。

3 總結

本文以電傳飛控系統為研究對象，對其需求定義和確認過程進行了較為詳細的描述和分析，并給出了需求定義和確認的流程和方法，期望能對我國民機電傳飛控系統的研制提供一定的參考。

參考文獻：

[1]魏博，趙春玲，徐見源，徐州.民用飛機系統需求確認研究[J].上海：航空電子技術，2012：5-9.

[2]Society of Automotive Engineers，Guidelines for Development of Civil Aircraft and Systems（SAE ARP 4754A），2010.

[3]譚茹，姚志超.民用飛機飛控系統需求確認方法研究[J].湖北：軟件導刊，2017：145-147.

[4]張莘艾，李浩敏，丁鼎，田彬，等.基于需求的工程方法在復雜產品系統研制中的應用[J].山東：科技信息，2013：416-417.

作者簡介：房峰（1987-），男，漢族，江蘇揚州人，碩士研究生，工程師，研究方向：民用飛機系統工程研究，計劃管理與組織績效考核。