基于構型管理的機載軟件產品結構建立研究

吳彬彬

【摘要】鑒于民用客機機體結構/系統(tǒng)設備產品結構基礎，在“主制造商—供應商”協(xié)同研制過程中采用模塊化技術建立全機機載軟件產品結構，保證數(shù)據(jù)的一致性和重用性，便于機載軟件構型管理工作的實施。

【關鍵詞】機載軟件 構型管理 產品結構 模塊化

【中圖分類號】V22 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）10-0218-02

現(xiàn)代飛機幾乎所有重要功能系統(tǒng)都與計算機軟件相關，軟件的大量應用使機載裝備性能有了很大飛躍，從第二代飛機起，通過軟件實現(xiàn)的功能隨著每一代飛機而翻番。由于飛機飛行過程中的內、外部環(huán)境千變萬化，以及飛行安全要求的不斷提高，軟件功能、結構和數(shù)據(jù)愈加復雜。[1]

因而，民用客機主制造商在“主制造商—供應商”協(xié)同研制的過程中，需建立合適的全機機載軟件產品結構，應用構型管理技術記錄軟件產品項目全生命周期的數(shù)據(jù)信息，使軟件項目各項活動都在受控狀態(tài)下進行，從而保證軟件數(shù)據(jù)的一致性、完整性和可追溯性，確保飛行的安全性和維護保障的可靠性。

1.構型管理技術

構型管理（Configuration Management， CM）：在產品全生命周期內，建立并維持產品的產品特征與其要求及產品構型信息之間一致性的管理過程[2]，是一種以產品結構為組織方式的產品數(shù)據(jù)管理技術[3]。產品結構是構型管理實施的基礎，產品結構建立方案的優(yōu)劣將直接影響飛機構型管理的績效。為了簡化構型管理，在產品結構的組織形式上引入了模塊的概念。[4] 基于模塊化思想，全機機載軟件構型由全機所有的軟件模塊組成，并對各軟件模塊進行構型控制。

機載軟件構型管理是飛機構型管理的一部分，貫穿于飛機的設計、制造、交付、服務與支持全生命周期流程，其目的就是要保證軟件狀態(tài)的一致性，從而達到最終的機載軟件產品符合各系統(tǒng)功能設計需求，各機載軟件產品裝機狀態(tài)清晰、完整。

2.機載軟件研制主要階段及構型數(shù)據(jù)

民用客機機載軟件研制的主要階段及各階段產生的一些用于計劃、指導、解釋、定義、記錄或提供 活動證據(jù)的資料，如下表1所示。這些資料能使軟件產品的軟件生命周期過程、系統(tǒng)或設備合格審定和合格審定后的更改得以進行。[5]

表1 機載軟件研制主要階段及構型數(shù)據(jù)

3.模塊化設計技術在產品結構建立中的應用

民用客機目前普遍采用模塊化設計思想，整個模塊化產品架構是在系統(tǒng)工程過程中產生的，優(yōu)點在于模塊的重用性和可配置性，民用飛機模塊化設計的全過程[6]如圖1所示。

圖1 民用飛機模塊化設計的“V”字圖

為確保設計數(shù)據(jù)的一致性和便于構型控制，民用客機構型管理工作基于模塊化產品結構展開。所謂模塊化產品結構就是采用模塊化的方式組織和管理產品數(shù)據(jù)，模塊（Data Module，DM）就是將零部件的設計、工藝計劃、工藝裝備和支持文檔等及其相關的滿足飛機選型的所有要素的邏輯集合[7]。

4.建立全機機載軟件產品結構

圖2 某飛機的機體結構/系統(tǒng)設備部分的產品結構

對全機機載軟件進行構型管理控制的核心基礎就是建立一套“合身”的產品結構生成模型。鑒于機載軟件與機載設備存在重要的灌裝關系，為便于全機構型管理工作的實施，并充分考慮飛機機體結構/系統(tǒng)設備部分的產品結構劃分（某飛機的機體結構/系統(tǒng)設備部分的產品結構如圖2所示），全機機載軟件產品結構可以分為三層，即軟件頂層、軟件構型層和軟件實例層，某飛機全機機載軟件產品結構如圖3所示。

圖3 某飛機全機機載軟件產品結構

4.1 軟件頂層結構研究

從數(shù)據(jù)頂層結構對應來看，全機機載軟件數(shù)據(jù)的頂層結構按照全機軟件系統(tǒng)專業(yè)/領域進行劃分，與機體結構/系統(tǒng)設備數(shù)據(jù)的頂層結構基本相似，也可進一步細分為四個層次，它們分別是：機型、ATA章、ATA節(jié)、ATA段。全機機載軟件數(shù)據(jù)的頂層結構是基本不變的，用于組織管理同型號飛機通用的、共性的機載軟件數(shù)據(jù)信息。

4.2 軟件構型層結構研究

機載軟件構型管理的核心目標（如有效性管理、供應商選擇和構型更改控制）主要是在軟件構型層來實現(xiàn)的，全機機載軟件數(shù)據(jù)結構的構型層主要包含軟件構型項（Software Configuration Item， CI）、軟件供應商及有效性。

構型層中的軟件構型項的數(shù)量的多少與系統(tǒng)的復雜程度有關，也與系統(tǒng)集成程度有關。構型項不能選擇太多，否則會影響構型管理的清晰度，使構型管理變得非常瑣碎復雜、抓不住要領，并且增加管理成本；構型項也不能選擇太少，太少則向下層的有效分解不夠，不利于對子系統(tǒng)的構型管理的進一步深化。[6]構型項劃分應考慮使用環(huán)境、功能特性、物理特性、技術復雜性/風險、技術水平、控制水平、售后服務要求等因素，軟件構型項劃分則更需重點考慮系統(tǒng)或分/分-分系統(tǒng)或單元體各自的功能需要。

構型層中的供應商CI層主要基于“主制造商—供應商”協(xié)同研制模式的考慮，對軟件可能的多個供應商進行有效管理。它適應于一些不可抗拒、法律法規(guī)、商務等因素導致需要更換供應商的情況，同時它也適用于多個供應商同時提供服務的情況。

構型層中的有效性層主要是依據(jù)不同架次飛機的軟件功能需求不同來進行管理，有效性管理是機載軟件構型管理的核心之一。有效性管理可以實現(xiàn)清晰掌握每一架機的全機裝機機載軟件構型狀態(tài)。

4.3 軟件實例層結構研究

依據(jù)模塊化設計的思想，軟件設計實例層數(shù)據(jù)按照模塊化結構組成，是獨立的數(shù)據(jù)模塊，可以在不同的環(huán)境下重復使用。這不僅節(jié)省了存儲空間，更重要的是保證了單一的數(shù)據(jù)源，確保了數(shù)據(jù)的一致性。

鑒于模塊化數(shù)據(jù)管理的需要，軟件實例層主要分為軟件設計實例和軟件實例信息。軟件設計實例（Design Solution Instance，DSI）就是具體的軟件實現(xiàn)，包含該軟件的基本信息，主要有：軟件件號、SCM（Software Configuration Management）版本、軟件版本、軟件中文名稱、軟件英文名稱、軟件取證版本、軟件類型、軟件級別、灌裝設備件號、灌裝設備名稱、灌裝設備版本、是否外場可加載、加載責任方、軟件負責人等。軟件實例信息主要由軟件源代碼包、軟件目標碼包、軟件技術文件包、軟件過程文件包等組成，其中所有的供應商提供的數(shù)據(jù)包統(tǒng)一采用Message Digest Algorithm MD5算法生成。

軟件實例層的各個DSI不是完全獨立的，他們有共同的祖父節(jié)點SCI；同一個供應商CI下的DSI是兄弟關系，它們的有效性是互斥的，而不同供應商CI下的DSI之間的有效性不存在互斥關系。每一個DSI都需與自己的灌裝目標設備實例關聯(lián)。當軟件實例信息或灌裝設備實例信息發(fā)生更改時，將軟件或設備實例的更改信息經過篩選傳遞到相應的DSI上，由DSI的更改標記來標識。

5.結束語

產品結構直觀化地展現(xiàn)了飛機所擁有的功能和構成部件及它們之間的構成關系。產品結構的建立是飛機產品數(shù)據(jù)和信息組織工作的核心，是飛機構型管理的基礎。本文主要是在分析了機載軟件數(shù)據(jù)及研制模式特點的基礎上，基于模塊化設計的思想，采用模塊化構型管理技術，建立了全機機載軟件數(shù)據(jù)的頂層、構型層和實例層，有利于飛機機載軟件構型數(shù)據(jù)的組織和管理，可以滿足基于“主制造商—供應商”協(xié)同研制模式的機載軟件構型管理工作的需要，為民用客機機載軟件構型管理實施工作打下了堅實的基礎。

參考文獻：

[1]白康明.飛機機載軟件的工程化管理[J].航空制造技術，2006（12）：95-97.

[2]National Consensus Standard for Configuration Manage？鄄ment， EIA649， 2004.

[3]劉雅星，鄭晶晶.飛機產品數(shù)據(jù)模塊化構型管理[J].航空制造技術，2010（3）：57-60.

[4]于勇，范玉青.飛機構型管理研究與應用[J].北京航空航天大學學報，2005，31（3）：278-283.

[5]RTCA/DO-178B，1992，Software consideration in airborne systems and equipment certification[S].

[6]王慶林.飛機構型管理[M].上海：上海科學技術出版社，2012.

[7]范玉青.現(xiàn)代飛機制造技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2001.