宋 丫，劉逸涵，李慶楠

(中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，陜西 西安 710077)

0 引言

在目前的軍用飛機(jī)機(jī)務(wù)保障工作中，維修人員主要依靠飛行員的事后反饋來(lái)掌握飛行過(guò)程中航空裝備的性能。這一傳統(tǒng)工作模式不能及時(shí)、準(zhǔn)確地把握飛機(jī)和機(jī)載設(shè)備狀態(tài)，無(wú)法提前排除隱患、制定維修方案。針對(duì)這種情況，飛機(jī)中央維護(hù)系統(tǒng)的研制尤為必要，它能實(shí)時(shí)記錄并傳輸重要機(jī)載設(shè)備的性能參數(shù)，使維修人員在地面就能掌握飛機(jī)的空中狀態(tài)，最大限度縮短排故時(shí)間，提升安全性[1]。

由于機(jī)載系統(tǒng)龐大，設(shè)備繁多，維護(hù)數(shù)據(jù)的傳輸和整合具有一定的實(shí)施難度，具體表現(xiàn)在：1)數(shù)據(jù)記錄和分析缺少頂層規(guī)劃，尤其是在記錄范圍、數(shù)據(jù)格式、硬件接口方面，缺乏明確標(biāo)準(zhǔn)；2)數(shù)據(jù)來(lái)源眾多，網(wǎng)絡(luò)總線負(fù)荷量大，需要信息整合及統(tǒng)一調(diào)度；3)需要一個(gè)可快速開發(fā)的控制終端，減少對(duì)大量機(jī)載設(shè)備的反復(fù)整改[2]。上述實(shí)施難點(diǎn)對(duì)中央維護(hù)系統(tǒng)的研制提出了標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的設(shè)計(jì)需求，同時(shí)系統(tǒng)需具備統(tǒng)一、有序、穩(wěn)定、快速開發(fā)的特點(diǎn)[3]。

飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)包含龐大的分支設(shè)備，與多個(gè)重要子系統(tǒng)交聯(lián)，例如動(dòng)力系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等。機(jī)電綜合系統(tǒng)肩負(fù)著對(duì)眾多子系統(tǒng)設(shè)備的管理與調(diào)度，并實(shí)時(shí)獲取各分支的中央維護(hù)信息，按需傳輸至中央控制區(qū)。本文針對(duì)機(jī)電系統(tǒng)中央維護(hù)功能，提出了一種交互設(shè)計(jì)方案，分別從通信網(wǎng)絡(luò)、場(chǎng)景設(shè)計(jì)、時(shí)序控制等三個(gè)方面進(jìn)行介紹。

1 通信網(wǎng)絡(luò)

構(gòu)建如圖1所示的四級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)，維修或飛行人員通過(guò)操作中央控制面板下發(fā)維護(hù)指令，當(dāng)對(duì)機(jī)電系統(tǒng)發(fā)出維護(hù)請(qǐng)求時(shí)，機(jī)電綜合管理計(jì)算機(jī)接收并下發(fā)指令給采集控制終端遠(yuǎn)程接口單元(RIU)，根據(jù)需求及設(shè)備分布情況，往往需要多個(gè)RIU，并通過(guò)機(jī)位信息標(biāo)定其位置。RIU接收到中央維護(hù)指令通常包含輪載、分系統(tǒng)ID、配置信息、測(cè)試請(qǐng)求等信息，需根據(jù)指令內(nèi)容下發(fā)給對(duì)應(yīng)的機(jī)電分系統(tǒng)，指定分系統(tǒng)的各個(gè)子設(shè)備按協(xié)議要求進(jìn)行自測(cè)試，并通過(guò)RIU向上反饋測(cè)試結(jié)果。

圖1 機(jī)電系統(tǒng)中央維護(hù)通信網(wǎng)絡(luò)

RIU作為通信網(wǎng)絡(luò)的中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)信息采集、識(shí)別、整合、傳送，總線負(fù)載調(diào)度，以及交互時(shí)間控制等功能。分系統(tǒng)設(shè)備采用統(tǒng)一的LRU組件，盡可能精簡(jiǎn)產(chǎn)品組件，中央維護(hù)相關(guān)功能可通過(guò)RIU產(chǎn)品的研發(fā)迭代快速實(shí)現(xiàn)。

2 場(chǎng)景設(shè)計(jì)

中央維護(hù)指令通常包含配置信息和測(cè)試請(qǐng)求兩大類別，通過(guò)分系統(tǒng)ID區(qū)分命令對(duì)象。當(dāng)維護(hù)指令為配置信息時(shí)，指定分系統(tǒng)設(shè)備向RIU上報(bào)對(duì)應(yīng)的配置項(xiàng)信息，例如版本號(hào)、位置編碼等。當(dāng)維護(hù)指令為測(cè)試請(qǐng)求時(shí)，對(duì)應(yīng)設(shè)備根據(jù)不同的輪載狀態(tài)和操作方式進(jìn)行自測(cè)試，例如輪載空中則需要禁止地面測(cè)試，操作方式可分為開始測(cè)試、停止測(cè)試、分步測(cè)試等。

在實(shí)際工程應(yīng)用中，由于系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備繁多，總線通信須兼顧協(xié)議需求及負(fù)載條件，具體可從以下幾個(gè)方面考慮：

1)RIU與機(jī)電分系統(tǒng)各設(shè)備通過(guò)HB6096總線通信，遵循ARINC429協(xié)議，即包含8 bit的label數(shù)據(jù)，并根據(jù)協(xié)議label識(shí)別特定的數(shù)據(jù)包。由于機(jī)載設(shè)備網(wǎng)絡(luò)龐大，協(xié)議label的資源占用量較大，為了避免沖突混亂，針對(duì)不同需求的設(shè)備，采用單向通信與雙向通信兩種模式。

2)單向通信設(shè)備無(wú)需進(jìn)行自測(cè)試，即不需要接收RIU指令，僅周期性地向RIU發(fā)送少量配置信息即可，周期型配置信息采用不同label標(biāo)識(shí)，方便RIU快速識(shí)別消息內(nèi)容。雙向通信設(shè)備則需要具有較高的安全性能，周期發(fā)送工作數(shù)據(jù)的同時(shí)接收RIU的中央維護(hù)指令，事件性地反饋?zhàn)詼y(cè)試結(jié)果。由于測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)量較大，同一設(shè)備的label采用相同標(biāo)識(shí)，設(shè)置包頭包尾，由RIU識(shí)別并解析出完整數(shù)據(jù)包。

3)分系統(tǒng)設(shè)備采用統(tǒng)一的LRU組件，例如左飛控蓄電池與右飛控蓄電池為不同位置的相同產(chǎn)品，為了區(qū)分故障發(fā)生位置，RIU需根據(jù)自身機(jī)位對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行標(biāo)記，然后整合上報(bào)。

3 時(shí)序控制

機(jī)電綜合管理計(jì)算機(jī)在接到維護(hù)指令后，立即轉(zhuǎn)發(fā)給RIU，RIU識(shí)別指令后再立即轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的分系統(tǒng)設(shè)備，同時(shí)開啟計(jì)時(shí)功能，在50 s等待期間，將收集到的信息整合組包，上傳給機(jī)電綜合管理計(jì)算機(jī)。等待期間RIU將接收來(lái)自分系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)信息，并完成組包，超過(guò)等待時(shí)間將不再接收設(shè)備的維護(hù)信息，直至新的一輪指令到來(lái)。一次維護(hù)操作大約耗時(shí)1分鐘，且一次操作期間不重復(fù)下發(fā)測(cè)試開始指令。

本文RIU與機(jī)電綜合管理計(jì)算機(jī)之間采用1553協(xié)議總線，由于總線傳輸需要一定的時(shí)間，多條事件消息同時(shí)到來(lái)容易造成負(fù)載區(qū)擁堵，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。各個(gè)設(shè)備的自測(cè)試時(shí)間不定，眾多測(cè)試結(jié)果先后隨機(jī)反饋給RIU，若RIU在接收后立即上報(bào)則有可能導(dǎo)致消息沖突?；谏鲜隹紤]，RIU需要對(duì)消息進(jìn)行隊(duì)列化處理，雙向控制通信周期，將接收到的設(shè)備信息保存在本地，并適時(shí)按總線協(xié)議進(jìn)行上報(bào)，嚴(yán)格控制消息的時(shí)序性。

另外，RIU作為機(jī)電分系統(tǒng)的重要組成部分，自身也需要完成測(cè)試請(qǐng)求，在進(jìn)行自測(cè)試的過(guò)程中，RIU須保證與外界通信不間斷，且中央維護(hù)功能有序進(jìn)行。

4 總結(jié)

本文針對(duì)飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)中央維護(hù)設(shè)計(jì)，提出了一種有序的交互方案，構(gòu)建出四級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)，并依次介紹了場(chǎng)景設(shè)計(jì)和時(shí)序控制，詳細(xì)說(shuō)明了通信機(jī)制及控制要點(diǎn)。經(jīng)實(shí)際證明，該交互方案能夠穩(wěn)定有序地開展機(jī)載中央維護(hù)功能，遵從模塊化設(shè)計(jì)原則，功能劃分相對(duì)集中，有效縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期，便于后期維護(hù)。