“三多”場景下的飛機軟件配置管理技術研究及應用

航空工業第一飛機設計研究院 羅旭升 郭婉琴

航空工業一飛院作為國內目前唯一集殲擊轟炸機、轟炸機、民用飛機、運輸機和特種飛機設計研究于一體的國家級大中型軍民用飛機設計研究院，在飛豹飛機、大運飛機等多個軍機型號研制過程中，立足型號研制總體，面向型號研制全線，以保證全機軟件“高安全、高可靠、狀態清晰可控”為目標，構建了健全的型號軟件配置管理體系。

一、型號研制過程中的緊迫需求

由于目前國內航空裝備型號“系列化研制、漸進式研制”的策略，全機軟件呈現出“多系列、多構型、多版本”三多的態勢，全機軟件組合在一起的狀態異常復雜。據統計，現有飛機型號軟件總規模普遍突破上千萬行代碼、上百個配置項。如果對幾千萬行代碼、幾百個軟件配置項這樣量級的飛機軟件沒有實施嚴格的狀態管理，或者管理不規范、不清晰，將會直接影響飛機的生產制造、科研試飛、外場使用、飛機全狀態的定型鑒定，以及飛機在部隊的服役使用，造成災難性后果。與以往相比，軟件定義裝備的時代對型號級全機軟件配置管理提出了更高的要求。

二、全機軟件配置管理總體思路

在飛機型號研制過程中，全機軟件配置管理的總體目標是：全機軟件變更活動受控、全機軟件版本可追溯、全機軟件裝機狀態清晰?；诖四繕?，我院立足型號級狀態的總體管控，開展全機軟件控制要素梳理分析、全機軟件交付方法、一體化更改和貫改技術、全機軟件統計分析等一系列的研究，并經過型號應用驗證，最終形成一套型號級軟件配置管理技術的方法、流程和規范，提高型號軟件配置管理能力。

三、全面加強全機軟件配置管理能力

（一）深入分析軍機的復雜聯調聯試環境，梳理全機軟件的多維控制要素

軟件作為飛機中的重要組成部分，其研制和維護處于非常復雜的聯調聯試環境中，應基于其復雜性，認真梳理全機軟件的多維度研制控制要素。一是軟件控制特性多且復雜。軟件版本多，因軍用飛機從研制到定型一般歷經數十年甚至幾十年，研制周期長，將產生很多的軟件版本；軟件配置項多，隨著越來越多的功能由軟件來完成，飛機軟件配置項一般都上百項甚至幾百項的量級；全機軟件規模差異大，有規模百行以下的，也有規模數十萬的（如顯控軟件）。二是軟件研制場景較多且復雜。機載軟件研制與飛機、機載設備的研制密不可分，而機載軟件研制又分為系統分析與設計、軟件計劃、軟件需求、軟件設計等多個階段；同時機載軟件研制涉及承研單位內部試驗、總設計師單位交聯試驗、制造單位生產試制、試飛單位飛行試驗、外場部隊領先使用等多個場景。三是軟件研制過程協調面廣且復雜。軟件項目團隊涉及多個角色，包括設計、開發、編碼等等；軟件研制和試驗涉及型號專業多，包括航電、飛控、機電等等；軟件參研單位眾多，包括多個行業、多個領域等等；軟件研制過程中利益相關方眾多，涉及總設計師單位、承研單位、測評單位、總制造單位、試飛單位、用戶單位、監管機構、上級機關等等。

（二）基于多層級協同工作的原則，實施型號全周期分階段控制策略

為了實現軟件配置管理的目標，對機載軟件實施覆蓋承研單位、總設計單位、總制造單位、試飛單位、使用部隊等多廠所協同研制的“兩級三庫”的軟件狀態管理模式。“兩級”即型號級（總設計單位級）和項目級（配套軟件承研單位級），“三庫”即開發庫、受控庫、產品庫。并將型號研制的全生存周期劃分為4個階段，型號開始到機上通電檢查前為第1階段，機上通電到首飛為第2階段、首飛到定型鑒定為第3階段、定型鑒定后為第4階段。每個階段根據型號研制目標，對全機軟件實施不同的管理策略。

（三）基于型號多維度控制要素分析，設計全機軟件交付控制流程

型號軟件配置管理應對全機所有軟件產品實施集中的管理，保證型號軟件配置管理庫中軟件產品的完整性，確保后續軟件更改、灌裝數據源的唯一性和準確性。根據軟件的研制保證等級、軟件研制類型、軟件的種類、軟件的規模，同時還應考慮軟件承研單位的研制能力等諸多要素，按照型號研制階段和管控需求，差異化的確定軟件的交付時機、軟件的交付內容以及軟件的交付流程，以達到“效率和控制質量并行”的效果。

（四）以“目標導向和效率兼顧”為原則，開展全機軟件一體化更改和貫改控制

由于飛機軟件多種多樣，且相互間交聯關系復雜，一個軟件發生更改而相關聯的軟件未同步進行更改，可能導致嚴重質量事故。因此，在軟件更改和貫改過程中，應在充分考慮軟件關聯更改、軟件聯合編譯鏈接更改、共用軟件更改等各種特殊情況基礎上，按更改影響程度差異化定義控制力度和更改控制要求；充分考慮各研制階段特點以及各階段的型號控制要求，按研制階段差異化定義軟件更改控制流程。

軟件貫改是將軟件燒寫到設備的過程，軟件入庫、軟件更改的最終目的是將正確版本的、經過驗證的軟件燒寫到對應設備中，是軟件狀態控制的最后一環，所以此環節非常重要。因此需針對交聯試驗、試制生產、飛行試驗、部隊領先使用等多種貫改場景，針對裝機件、地面試驗件、空中試驗件、備件等不同的設備類型，針對原位升級、離位升級、換件更改、離位更改等不同的更改方式，細化分配相應的控制職責和控制要素，形成可落地的、可實施的、詳細的軟件貫改控制流程，保證軟件狀態管理的清晰受控。

（五）面向型號研制各利益相關方需求，實施多樣的全機軟件狀態發布技術

根據型號研制不同階段特點及機載軟件狀態管控場景的不同需求，以型號研制各利益相關方需求為導向，基于軟件配置管理的基礎理論，在型號研制過程中創新性的提出了裝機狀態報告和配置狀態報告兩類發布模式。

對于一架飛機或一批飛機，發布全機軟件裝機狀態報告，來表明此架次或此批架次飛機的最新軟件裝機狀態。軟件裝機狀態報告面向飛機制造現場，為制造現場的各相關方提供軟件裝機及軟件貫改的技術輸入。

在型號研制過程中的里程碑節點，發布全機軟件配置狀態報告，來表明型號研制的軟件基線狀態和全機軟件成熟度。軟件配置狀態報告是型號軟件配置管理過程中的配置狀態紀實，記錄了某一時間點的軟件基線狀態。

（六）以軟件狀態管理帶動型號狀態管理，縱向橫向開展全機軟件狀態統計分析

緊密圍繞“軟件-設備-飛機”的關聯關系，將軟件狀態管理置于設備狀態管理、型號狀態管理整個大場景中進行考慮，并按照“自下而上”的策略，將三者狀態關系進行緊密結合；同時積極考慮軟件的多維度要素，以軟件版本信息為主線，橫向擴展，將軟件各類信息進行集中統計分析。

針對軟件級，基于軟件級數據統計分析模型，構建軟件全生存周期演進關系，支持單個軟件的版本紀實；針對設備級，基于設備級數據統計分析模型，構建全機設備中軟件全生存周期演進關系，可以有效解決飛機設備串件導致的狀態不清楚問題；針對飛機級，基于飛機級數據統計分析模型，將架次、設備與軟件版本、更改原因以及更改措施、貫改情況等信息進行綜合關聯，構建全機軟件裝機狀態視圖，支持型號級裝機狀態管控和分析決策。由于對所有軟件實施了全過程的狀態管控，可以完整掌握每一架飛機中實際使用的全機軟件狀態。

四、積極推進型號研制中的應用驗證

航空工業一飛院在多個軍機重點型號研制中，持續開展了“三多”復雜場景下的軍用軟件配置管理技術的研究和探索，形成了一整套完整的方法、流程和體系，并積極推動在型號研制中進行工程應用和驗證，研究成果也隨著型號研制進行著持續的優化和改進。

“三多”復雜場景下的軍用軟件配置管理技術研究成果，目前在航空工業一飛院承擔的軍機型號研制中得到了“統一化、標準化”的應用，“所有軍機型號統一規范、統一標準、統一作業流程”，保證了全機軟件設計狀態與裝機使用狀態的一致性，實現了全機裝機軟件狀態清晰、可追溯的目標，全面提升了軍用飛機全過程軟件更改控制能力、多場景軟件狀態管控能力、網狀式關聯更改實施能力等軟件配置管理能力。

五、新時期軟件配置管理技術的展望

技術狀態管理是個永恒的、非常重要的課題，特別是復雜的型號級的狀態管理。未來隨著信息技術的發展，大數據、人工智能、物聯網等新技術的應用，軍用軟件的配置管理技術體系還需要進行持續優化和改進，可以開展自動交付、自動校驗、自動影響域分析、智能輔助決策、全過程流程的實時監控分析，實現全過程域的自動化和互動化，以支持軍機型號“高效益、高質量、高協同”的研制。