IMA平臺(tái)需求定義技術(shù)研究

寧毅

摘要：綜合化模塊化航電（IMA）越來越廣泛的應(yīng)用于當(dāng)前的民用飛機(jī)上， 已成為當(dāng)今國際航空電子系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)，也是我國未來大型客機(jī)航空電子系統(tǒng)發(fā)展的方向。確定準(zhǔn)確而合理的IMA需求是必要而關(guān)鍵的。本文從IMA平臺(tái)的功能著手，闡述并說明了確定IMA需求所應(yīng)當(dāng)考慮的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：綜合模塊化航電、需求確定、DO-254

中圖分類號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）06（a）-0000-00

1 背景說明

本文描述和定義了IMA平臺(tái)的需求類型和需求結(jié)構(gòu)，對(duì)在IMA平臺(tái)開發(fā)中應(yīng)當(dāng)滿足的需求類別均進(jìn)行定義。在實(shí)際的產(chǎn)品開發(fā)流程中，IMA平臺(tái)需求的開發(fā)發(fā)生在需求定義階段。當(dāng)然全面完整的IMA平臺(tái)需求是需要開發(fā)的，并得到完全的驗(yàn)證，以表明開發(fā)的產(chǎn)品滿足預(yù)期的要求，并提交合格可信的驗(yàn)證證據(jù)給適航當(dāng)局。

為了適應(yīng)當(dāng)前航空電子技術(shù)的迅速發(fā)展，滿足未來大型客機(jī)對(duì)航空系統(tǒng)高靈活性、高可靠性以及便于升級(jí)換代的要求，綜合化模塊化航電（IMA）已成為當(dāng)今國際航空電子系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)，也是我國未來大型客機(jī)航空電子系統(tǒng)發(fā)展的方向[1]。目前，HAWK Horizon， FD728 jet、Embraer 170/190、Gulf stream等支線及公務(wù)機(jī)、B787、A380、A350等先進(jìn)干線機(jī)[2]均采用了綜合化模塊化航電（IMA）系統(tǒng)。IMA平臺(tái)采用一種開放式的架構(gòu)，在需求和架構(gòu)策劃階段，需要優(yōu)先采用現(xiàn)有商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如ARINC 653、ARINC 664、ARINC 615等，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的互操作性、應(yīng)用的可移植性、降低后期開發(fā)成本并增強(qiáng)了軟件（硬件）的重用。對(duì)產(chǎn)品開發(fā)、驗(yàn)證和管理過程中，盡力滿足并符合現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，如ARP-4754、DO-178、 DO-254 、DO160等。

2 IMA平臺(tái)需求的類型

通常來說，IMA平臺(tái)主要提供的功能為數(shù)據(jù)計(jì)算功能、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能和數(shù)據(jù)傳輸功能。

IMA平臺(tái)還應(yīng)具有服務(wù)支持功能：比如健康監(jiān)控與故障管理功能、構(gòu)型管理功能等等。在IMA平臺(tái)的需求制定時(shí)，服務(wù)支持功能可以根據(jù)IMA平臺(tái)架構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行增加或者裁剪，以最優(yōu)化的設(shè)計(jì)滿足各利益相關(guān)方的需求。同時(shí)，IMA平臺(tái)需要考慮操作系統(tǒng)和各類驅(qū)動(dòng)的需求設(shè)計(jì)。出于安全性考慮，平臺(tái)硬件模塊還應(yīng)符合DO-254中相應(yīng)安全性級(jí)別的目標(biāo)要求。

3 IMA平臺(tái)需求的考慮方面

針對(duì)不同的功能，可以考慮如下方面的需求：

（1）對(duì)于IMA平臺(tái)主要提供的數(shù)據(jù)計(jì)算功能，應(yīng)考慮用于支持IMA平臺(tái)數(shù)據(jù)計(jì)算功能需求。對(duì)于IMA平臺(tái)主要提供的數(shù)據(jù)傳輸功能，應(yīng)考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰Α?duì)于IMA平臺(tái)主要提供的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，應(yīng)考慮網(wǎng)關(guān)功能和輸入輸出接口資源。

（2）對(duì)于健康監(jiān)控與故障管理功能，由于在IMA平臺(tái)上有多個(gè)應(yīng)用以及資源的共享，需要考慮到健康監(jiān)控與故障管理（HM/FM）功能。IMA系統(tǒng)管理了平臺(tái)故障，硬件失效，以及駐留應(yīng)用的分區(qū)失效、錯(cuò)誤和反常（包含了共模故障以及級(jí)聯(lián)失效）。對(duì)平臺(tái)故障的管理方法不同于于駐留應(yīng)用的管理方法。故障管理包含探測(cè)到的故障、失效和錯(cuò)誤，以及當(dāng)這些錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)能正確的標(biāo)示并執(zhí)行相應(yīng)的相應(yīng)。IMA平臺(tái)能夠?yàn)槠脚_(tái)以及駐留應(yīng)用提供健康監(jiān)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(tǒng)可能會(huì)在飛機(jī)層級(jí)上提供健康監(jiān)控以及故障管理的能力[3]。

（3）對(duì)于構(gòu)型管理功能，在設(shè)計(jì)時(shí)，為了設(shè)計(jì)出強(qiáng)健的以及易于維護(hù)的構(gòu)型管理系統(tǒng)，需要IMA平臺(tái)的開發(fā)者考慮構(gòu)型管理方面的需求。IMA平臺(tái)的開發(fā)者應(yīng)當(dāng)考慮到IMA系統(tǒng)、平臺(tái)、模塊、資源、功能、駐留應(yīng)用以及數(shù)據(jù)庫方面的構(gòu)型管理。IMA系統(tǒng)可能會(huì)使用傳統(tǒng)的方式或者電子部件標(biāo)簽的方式來標(biāo)示多個(gè)共享的資源。同時(shí)，對(duì)構(gòu)型的維護(hù)應(yīng)當(dāng)是簡(jiǎn)單并且可驗(yàn)證的。構(gòu)型管理應(yīng)當(dāng)能夠保證IMA系統(tǒng)以一種簡(jiǎn)單的方式維護(hù)并且盡量減少工作人員可能造成的錯(cuò)誤或事物。構(gòu)型管理工作。應(yīng)當(dāng)能夠確保對(duì)飛機(jī)以及IMA系統(tǒng)的構(gòu)型管理與所適航的構(gòu)型和設(shè)計(jì)相一致。

4 IMA平臺(tái)約束的需求考慮

IMA平臺(tái)約束的需求考慮應(yīng)包含如下方面：

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

（2）DO-160的環(huán)境需求：溫度與高度需求、溫度變化需求、濕度需求、震動(dòng)需求、爆炸試驗(yàn)需求、防水性需求、沙塵侵蝕性需求、霉菌需求、磁效應(yīng)需求、電源輸入需求、瞬增電壓峰值需求、音頻傳導(dǎo)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(tái)安全性考慮源于飛機(jī)級(jí)安全性需求、駐留功能安全性需求以及IMA系統(tǒng)安全性需求分析的結(jié)果。

（4）可靠性需求：這里的可靠性需求涉及到IMA平臺(tái)最小平均故障間隔、計(jì)算模塊最小平均故障間隔等方面的要求、以及IMA平臺(tái)的系統(tǒng)的接口的設(shè)計(jì)防止局部故障的擴(kuò)散等。

（5）可維護(hù)性需求：這里的可維護(hù)性需求涉及到IMA平臺(tái)的平均修復(fù)時(shí)間、機(jī)架和模塊設(shè)計(jì)、IMA平臺(tái)機(jī)柜的搬運(yùn)和處理等方面的要求。

（6）可測(cè)試性需求：可測(cè)試性需求考慮硬件使用前，驗(yàn)證硬件是正確運(yùn)行的，以及IMA平臺(tái)檢測(cè)功能性故障的能力、隔離檢測(cè)故障的能力（隔離到一個(gè)或者多個(gè)LRUs）。

4 總結(jié)

根據(jù)IMA平臺(tái)需求開發(fā)的特點(diǎn)，本研究主要針對(duì)IMA平臺(tái)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和需求特點(diǎn)，重點(diǎn)描述平臺(tái)級(jí)需求特點(diǎn)。IMA平臺(tái)級(jí)產(chǎn)生的需求類別和部分需求實(shí)例是可以直接分解到IMA平臺(tái)的模塊中去，針對(duì)模塊需要開發(fā)模塊級(jí)需求，并且這些IMA平臺(tái)級(jí)需求是需要和IMA系統(tǒng)級(jí)需求進(jìn)行鏈接，需要做需求覆蓋性分析。

本研究對(duì)IMA平臺(tái)主要功能、外部接口、支持功能、約束條件等需求類型進(jìn)行了詳細(xì)研究。當(dāng)然本研究并非包含所有的IMA平臺(tái)的需求類別，這主要取決于IMA平臺(tái)的設(shè)計(jì)架構(gòu)和客戶的實(shí)際需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 周強(qiáng). 新一代民機(jī)航空電子互聯(lián)技術(shù)發(fā)展[J]. 電光與控制，2009，第16卷第4期：1-6

[2] 王曉梅. 民用飛機(jī)系統(tǒng)機(jī)電綜合的發(fā)展[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011，NO.32：93

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