IMA平臺需求定義技術研究

寧毅

摘要：綜合化模塊化航電（IMA）越來越廣泛的應用于當前的民用飛機上， 已成為當今國際航空電子系統發展的主要趨勢，也是我國未來大型客機航空電子系統發展的方向。確定準確而合理的IMA需求是必要而關鍵的。本文從IMA平臺的功能著手，闡述并說明了確定IMA需求所應當考慮的內容。

關鍵詞：綜合模塊化航電、需求確定、DO-254

中圖分類號：TP311.52 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）06（a）-0000-00

1 背景說明

本文描述和定義了IMA平臺的需求類型和需求結構，對在IMA平臺開發中應當滿足的需求類別均進行定義。在實際的產品開發流程中，IMA平臺需求的開發發生在需求定義階段。當然全面完整的IMA平臺需求是需要開發的，并得到完全的驗證，以表明開發的產品滿足預期的要求，并提交合格可信的驗證證據給適航當局。

為了適應當前航空電子技術的迅速發展，滿足未來大型客機對航空系統高靈活性、高可靠性以及便于升級換代的要求，綜合化模塊化航電（IMA）已成為當今國際航空電子系統發展的主要趨勢，也是我國未來大型客機航空電子系統發展的方向[1]。目前，HAWK Horizon， FD728 jet、Embraer 170/190、Gulf stream等支線及公務機、B787、A380、A350等先進干線機[2]均采用了綜合化模塊化航電（IMA）系統。IMA平臺采用一種開放式的架構，在需求和架構策劃階段，需要優先采用現有商業標準，如ARINC 653、ARINC 664、ARINC 615等，實現標準的互操作性、應用的可移植性、降低后期開發成本并增強了軟件（硬件）的重用。對產品開發、驗證和管理過程中，盡力滿足并符合現有標準，如ARP-4754、DO-178、 DO-254 、DO160等。

2 IMA平臺需求的類型

通常來說，IMA平臺主要提供的功能為數據計算功能、數據轉換功能和數據傳輸功能。

IMA平臺還應具有服務支持功能：比如健康監控與故障管理功能、構型管理功能等等。在IMA平臺的需求制定時，服務支持功能可以根據IMA平臺架構的特點進行增加或者裁剪，以最優化的設計滿足各利益相關方的需求。同時，IMA平臺需要考慮操作系統和各類驅動的需求設計。出于安全性考慮，平臺硬件模塊還應符合DO-254中相應安全性級別的目標要求。

3 IMA平臺需求的考慮方面

針對不同的功能，可以考慮如下方面的需求：

（1）對于IMA平臺主要提供的數據計算功能，應考慮用于支持IMA平臺數據計算功能需求。對于IMA平臺主要提供的數據傳輸功能，應考慮數據傳輸的能力。對于IMA平臺主要提供的數據轉換功能，應考慮網關功能和輸入輸出接口資源。

（2）對于健康監控與故障管理功能，由于在IMA平臺上有多個應用以及資源的共享，需要考慮到健康監控與故障管理（HM/FM）功能。IMA系統管理了平臺故障，硬件失效，以及駐留應用的分區失效、錯誤和反常（包含了共模故障以及級聯失效）。對平臺故障的管理方法不同于于駐留應用的管理方法。故障管理包含探測到的故障、失效和錯誤，以及當這些錯誤發生時能正確的標示并執行相應的相應。IMA平臺能夠為平臺以及駐留應用提供健康監控以及故障管理能力。出于可用性和完整性需求考慮，IMA系統可能會在飛機層級上提供健康監控以及故障管理的能力[3]。

（3）對于構型管理功能，在設計時，為了設計出強健的以及易于維護的構型管理系統，需要IMA平臺的開發者考慮構型管理方面的需求。IMA平臺的開發者應當考慮到IMA系統、平臺、模塊、資源、功能、駐留應用以及數據庫方面的構型管理。IMA系統可能會使用傳統的方式或者電子部件標簽的方式來標示多個共享的資源。同時，對構型的維護應當是簡單并且可驗證的。構型管理應當能夠保證IMA系統以一種簡單的方式維護并且盡量減少工作人員可能造成的錯誤或事物。構型管理工作。應當能夠確保對飛機以及IMA系統的構型管理與所適航的構型和設計相一致。

4 IMA平臺約束的需求考慮

IMA平臺約束的需求考慮應包含如下方面：

（1）物理方面的需求：安裝需求（平臺各模塊外形尺寸、機柜尺寸以及安裝要求）。重量需求（平臺本身的重量要求）。冷卻需求（平臺冷卻方面的要求）。標簽需求（標簽作為他們的辨識信息、功能、或者操作限制要求）。物理需求（平臺各模塊外形尺寸、機柜尺寸以及安裝要求）。

（2）DO-160的環境需求：溫度與高度需求、溫度變化需求、濕度需求、震動需求、爆炸試驗需求、防水性需求、沙塵侵蝕性需求、霉菌需求、磁效應需求、電源輸入需求、瞬增電壓峰值需求、音頻傳導敏感性-功率輸入需求、液體侵蝕性需求。

（3）安全性需求：IMA平臺安全性考慮源于飛機級安全性需求、駐留功能安全性需求以及IMA系統安全性需求分析的結果。

（4）可靠性需求：這里的可靠性需求涉及到IMA平臺最小平均故障間隔、計算模塊最小平均故障間隔等方面的要求、以及IMA平臺的系統的接口的設計防止局部故障的擴散等。

（5）可維護性需求：這里的可維護性需求涉及到IMA平臺的平均修復時間、機架和模塊設計、IMA平臺機柜的搬運和處理等方面的要求。

（6）可測試性需求：可測試性需求考慮硬件使用前，驗證硬件是正確運行的，以及IMA平臺檢測功能性故障的能力、隔離檢測故障的能力（隔離到一個或者多個LRUs）。

4 總結

根據IMA平臺需求開發的特點，本研究主要針對IMA平臺的設計特點和需求特點，重點描述平臺級需求特點。IMA平臺級產生的需求類別和部分需求實例是可以直接分解到IMA平臺的模塊中去，針對模塊需要開發模塊級需求，并且這些IMA平臺級需求是需要和IMA系統級需求進行鏈接，需要做需求覆蓋性分析。

本研究對IMA平臺主要功能、外部接口、支持功能、約束條件等需求類型進行了詳細研究。當然本研究并非包含所有的IMA平臺的需求類別，這主要取決于IMA平臺的設計架構和客戶的實際需求。

參考文獻

[1] 周強. 新一代民機航空電子互聯技術發展[J]. 電光與控制，2009，第16卷第4期：1-6

[2] 王曉梅. 民用飛機系統機電綜合的發展[J]. 科技創新導報，2011，NO.32：93

[3] RTCA DO-297， Integrated Modular Avionics （IMA） Development Guidance and Certification Considerations. Washington SC-200 2005