如何进行飞机系统集成

如何进行飞机系统集成

系统集成


　　关于系统集成，人们从自己的理解出发，会给出不同的解释，事实上，系统集成所具有的多元性特点，决定了其不是能够被一个单一的思想所能囊括的，这有一点像围棋大师吴清源所讲的“中”的精神：只有发挥出棋盘上所有棋子的效率那一手才是最佳的一手，那就是中和的意思，每一手必须是考虑全盘整体的平衡去下——这就是“六合之棋”。


　　系统集成就是要在多者间达成一种平衡，以付出最小的代价而使所有系统的效能得到最佳匹配与发挥，至于说如何评价“一架飞机的系统集成能力”，几乎每位飞机设计师都有自己的理解与诠释，而体现在飞机总设计师身上则是一种技术与哲学中和的境界。


　　即使ARJ21-700飞机的动力系统是通用电器飞机发动机公司的、航电系统是罗克韦尔柯林斯公司的、飞行控制系统是霍尼维尔宇航公司的、燃油和液压系统是派克哈尼芬公司的，但是，ARJ21-700飞机的自主知识产权却是中国的！有了自主知识产权，我们才能够做到对市场和客户进行快速反应，及时根据市场的需求对产品进行改进改型。同时，对于机械系统来说，真正的高科技含量是系统集成，ARJ21飞机的系统集成正是我们拥有自主知识产权的体现。


　　现代飞机上的一个系统往往完成多个复杂的功能，而另一方面，飞机级的功能往往又是由多个系统共同完成的，如何规划这些功能，把这些功能反映到系统规范中，以综合集成发挥各系统的综合效能，实现1+1>2的效应，成为系统集成的一项重要内容。


　　FAI副总设计师田剑波为我们举了一个小例子：拿一个小系统——旅客氧气系统为例，系统集成的工作内容主要表现在以下几个方面：


　　根据飞机级的要求、适航条款的要求，从一个比较高的起点出发：即参考航线和在研的其他机型氧气系统方案，同时考虑安全性、可靠性、维修性、设计难度、制造成本、维护成本等，制订氧气系统技术规范，包括以下主要要求：


　　应为每个乘客配置氧气面罩，还需考虑怀抱婴儿的氧气需要，增加氧气面罩的配置，在飞机释压时氧气面罩自动放下，同时飞行机组也可人工放下，放下后给机组相应的指示信号，自动放下控制由氧气系统之外的继电器箱实现，继电器的控制信号由航电的DCU（数据集中装置）提供，而决定自动放下条件的座舱压力高度信号由综合空气管理系统的IASC（综合空气管理系统控制器）提供。


　　如何实现旅客氧气系统的功能，协调与相关系统和设备的关系，找到一个可满足各方面要求的，最合理的方案是系统集成的主要工作之一。


　　各阶段需进行的系统安全性评估也是系统集成的重要工作，飞机级FHA（功能危险性评估）给出了飞机级各项功能失效的危险等级，旅客氧气系统根据与已相关的失效条件，如“座舱释压时不能为旅客提供氧气”等，进行系统级的FHA，明确系统各种失效模式应满足的失效率要求，从而决定系统的构架——是否需余度配置，失效时是否要警告，如何监控和自检测等。在进行安全性分析时，旅客氧气系统从飞机级和系统级的功能出发，不仅仅分析本系统的设备，还要包括IASC、DCU、继电器、电缆等。在进行软件和复杂硬件DAL（设计保证等级）需求分析时，也同样包括这些设备。


　　同时与其他系统设备的关系可分为两条线：一条是设计要求和要求的实现，即向其他系统设备提出设计要求，包括功能、性能和失效率等方面的要求；第二条线是设计实现的验证，即用设计实现的功能、性能和失效率进行系统对规范符合性的分析、综合试验、试飞等。


　　“总之，系统集成的工作主要包括系统规范的编制、设计要求的确认、系统设计要求的分解、以及集成系统的分析和试验验证……你听懂了吗？”


　　噢！这些确实有点复杂！


　　ARJ21-700飞机与国外先进的商用飞机一样，系统集成度高，航电、飞控、发动机、起落架等系统之间进行功能交联，实现飞行管理、性能优化、综合控制；所有机载系统采用全机综合显示、集中告警、综合数据记录；系统之间最大可能的共用信号源，系统之间数据交换采用总线技术。


　　在驾驶室里，让人印象深刻的是大量航空电子系统与机械设备挤在一个狭小的区域空间里，而高度综合化正是ARJ21飞机航空电子的灵魂与核心。


　　在FAI大场实验室里，ARJ21-700飞机航电综合试验室是经常被人参观的地方，实验室的技术人员已经习惯了这种络绎不绝的参观，事实上，他们也不知道这些参观者在看什么，想了解些什么，但是，每次他们都会认真的向参观者进行讲解：“ARJ21飞机的航电系统由世界著名的航电系统集成商罗克韦尔柯林斯公司研制的，这套航电系统属于世界先进水平。它采用一台双通道的内部装有3块通用的外场可更换模块的综合处理计算机，该综合处理计算机综合了ARJ21飞机的飞行管理计算、导航、驾驶舱通信、主飞行显示计算、多功能显示计算、数字飞行数据采集、快速存取记录器、飞机状态监视、推力管理计算、中央维护计算、数据转换网等多项功能。”


　　他们一直不知道应该如何向参观者展示那些重要的，但却不能让人产生直观感受到的系统功能，他们尽量能够用语言描述清楚：“模块化是ARJ21飞机航电系统的又一重要特征，模块化是实现结构简化和综合化的基础，也是实现系统重构的基础。集成电路和电子技术的高速发展已经能够使各种完整的功能‘浓缩’于一个标准电子模块之中。全面采用通用的、标准的外场可更换模块，可以使整个航电系统由三级维修变成二级维修，简化了系统维修，减少维修人员和地面维修设备，实现延期的维修或定期维修，从而大大减少了后勤保障费用。”他们知道参观者依然很难理解这些变化对于一架先进飞机来讲，究竟意味着什么。


　　他们经常会听见参观者的感叹“哎呀”！但是，却很少有人能提出问题，于是，他们只能继续介绍：“ARJ21飞机航电系统具有开放式的系统结构，它的优点是便于构成分布式系统；便于不同厂家生产的、不同型号的计算机或其他硬件之间的互连、互通和互操作；也便于硬件、软件的移植；便于系统功能的增强和扩充。此外，开放式系统结构还支持系统可变规模，有利于缩短研制开发周期，在计划开发、采购、维修及更新时能降低成本。”


　　当参观者发着此起彼伏的感叹声，离开航电综合试验室的时候，航电综合试验室的小伙子们依然不知道，人们是怎样看待ARJ21-700飞机的，也不知道人们是怎样看待他们所做的工作的。


　　“根据航电试验的任务分工，ARJ21飞机的航电综合试验台由供应商负责研制，在航电综合试验台上进行的航电系统功能试验、航电系统与非航电系统交联试验等由中方承担。”FAI航电综合试验室主任刘永超介绍说：“这就是我们的工作，我们需要验证将这套先进的系统装到飞机上以后，这些让我们青睐的功能是否都能够实现，以及它与12个非航电系统的交联功能，不解决这些问题，这套处于世界先进水平的航电系统就变得毫无价值。”