飛機軟件升級管控與機上驗證探索

陳海洋，劉 銳，李寧寧

（中國飛行試驗研究院，陜西 西安710089）

1 航空軟件發(fā)展應用

航空電子新技術(shù)的快速發(fā)展，大規(guī)模集成電路、電子計算機及軟件在現(xiàn)代飛機上得到了廣泛應用，軟件在航空裝備中的比例和規(guī)模呈大幅上升趨勢。隨著飛機型號性能要求的不斷提高和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代飛機的自動化和數(shù)字化程度越來越高。飛機上幾乎所有重要的功能系統(tǒng)都與軟件相關(guān)，機載軟件的應用規(guī)模急劇加大，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，軟件功能、結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)愈加復雜。機載軟件已經(jīng)儼然成為現(xiàn)代飛機的“靈魂”。

2 飛機軟件分類

與飛機相關(guān)的軟件一般可以分為機載設(shè)備軟件和地面保障軟件兩個部分，具體如圖1所示。

圖1 飛機軟件分類

機載設(shè)備軟件因不同的系統(tǒng)和設(shè)備而不盡相同。有的設(shè)備內(nèi)部僅配置單一軟件，如剎車控制盒、油泵控制器、電源變換器等；有的設(shè)備配置有多個軟件，如機電計算機、飛控計算機等，通過多個軟件的共同協(xié)作來實現(xiàn)機上設(shè)備的最優(yōu)管理和使用。地面保障軟件主要包含飛參地面設(shè)備和一些具有計算機系統(tǒng)的地面保障設(shè)備。如飛參設(shè)備軟件一般包含有視頻軟件、音頻軟件和飛參處理軟件等，地面保障設(shè)備軟件一般包含控制軟件和監(jiān)測軟件等。

3 飛機機載軟件迭代優(yōu)化升級

機載軟件在航空裝備上的應用，不僅提高了飛機數(shù)字自動化程度，同時可以通過開放的軟件維護接口不斷進行軟件的迭代升級以達到優(yōu)化完善功能，提高裝備性能的目標。隨之面臨的維護工作中，軟件升級工作量大幅提升，而不同升級的過程所帶來的問題也不一樣。

3.1 軟件升級方式

3.1.1 在線升級

在線升級方式是新一代飛機利用機上總線通訊技術(shù)，實現(xiàn)飛機機載成品原位完成軟件升級的新功能。有些飛機機載成品安裝空間位置受限，拆裝難度大且易產(chǎn)生衍生風險。有些同型號成品機上安裝數(shù)量較多且分布艙位不同。在線升級方式能夠快速便捷實現(xiàn)難拆、數(shù)量多、體積大等成品軟件升級工作。同時，顯著提高了大規(guī)模軟件升級效率，縮短飛機軟件升級工作周期，減輕工作者維護負擔。

3.1.2 離位升級

離位升級即為產(chǎn)品從飛機上拆卸下來進行地面軟件升級的一種方式。多運用于小規(guī)模、易拆裝等成品升級，成品完成升級裝機后需完成相關(guān)功能和性能檢查。此升級方式不受限制于飛機狀態(tài)，外場維護應用較多，但會帶來較多檢查工作和拆裝風險。

3.1.3 返廠升級

返廠升級為離位升級方式的一種，但受限于保障設(shè)備無法便攜、特殊時期和原因升級人員無法到達現(xiàn)場、升級過程涉及更改內(nèi)容較多等因素，成品需要返廠進行軟件升級。此方式易出現(xiàn)升級內(nèi)容、周期、軟件版本等不可控現(xiàn)象，成品升級返回后裝機檢查驗證，如果出現(xiàn)故障無法現(xiàn)場立即解決，拖延升級工作效率。

3.1.4 換件升級

換件升級即為通過以軟件升級到位的同型號成品替換機上需要進行軟件升級成品。此種升級方式需要飛機成品備件充足，在不影響飛機試飛效率的同時優(yōu)先完成地面周轉(zhuǎn)件軟件升級工作后，在合適時機利用完成升級的成品直接替換機上未升級成品達到飛機軟件升級目的。

3.2 機上驗證方式

飛機軟件完成升級后，機上驗證是飛行前最為重要的工作，只有機上驗證充分，將問題暴露在地面，將軟件升級后帶來的更改風險降至最低，飛機飛行安全才能夠得到有效保證。驗證過程逐步深入，直至全面，做到完整，通常驗證主要分為以下幾個步驟。

第一，通電驗證是成品經(jīng)過軟件升級后機上最基本的驗證方式。通電檢查過程中主要確認升級成品及所屬系統(tǒng)能夠正常運行工作，機上無故障代碼報出。

第二，功能驗證是通電驗證的進一步延伸。如油門控制器完成升級后，在機上完成通電檢查后系統(tǒng)及成品工作正常，無故障代碼報出，還需進行油門操縱系統(tǒng)的功能驗證，確保其工作正常。

第三，飛控自檢驗證是飛控系統(tǒng)一種全面的自檢測驗證方式。軟件升級涉及飛控系統(tǒng)成品控制律等重要軟件更改后，需要全機進行飛控自檢驗證，確認飛控自檢結(jié)果正常，無異常代碼報出。

第四，飛機發(fā)動機開車驗證是飛機各系統(tǒng)工作檢查的一種較為全面的驗證方式。升級的成品涉及動力系統(tǒng)軟件參數(shù)調(diào)整、環(huán)控系統(tǒng)更改后的性能檢查、生保系統(tǒng)成品完成升級需要檢查性能參數(shù)等，需要進行發(fā)動機開車狀態(tài)的檢查，以確保升級后成品工作性能及參數(shù)滿足使用要求。

第五，大型地面試驗驗證主要是在機上較多任務系統(tǒng)軟件完成調(diào)整后，需要專門進行的針對性功能驗證，試驗過程模擬設(shè)備空中使用狀態(tài)，試驗結(jié)束后通過數(shù)據(jù)分析確認設(shè)備工作狀況是否良好。

3.3 目前存在問題

大量的軟件升級工作，也帶來了較多不可預知的問題，存在軟件升級完成而硬件沒有及時更改到位、機上軟件升級完成驗證不充分、地面設(shè)備維護軟件版本較低無法正常維護飛機等諸多現(xiàn)象，典型案例如下。

3.3.1 軟件升級而硬件未同步調(diào)整到位

飛機完成機電系統(tǒng)軟件升級后，機上通電檢查發(fā)現(xiàn)座艙動力參數(shù)界面中右發(fā)滑油箱無油量顯示，左發(fā)顯示正常。測量左右發(fā)滑油箱油量傳感器電容值，對比測量結(jié)果，均為正常。

查看升級前飛參數(shù)據(jù)正常記錄右發(fā)滑油油量，經(jīng)與主機所溝通發(fā)現(xiàn)，在機電系統(tǒng)軟件升級過程中，將右發(fā)滑油箱油量采集信號通道進行調(diào)整，而飛機上所涉及的線纜硬件更改未執(zhí)行到位導致機上無右發(fā)滑油箱油量顯示故障。完成機上線纜貫改后，通電確認右發(fā)滑油量正常顯示。

3.3.2 軟件升級完成機上驗證不充分

機上對發(fā)動機調(diào)節(jié)器軟件進行升級，軟件完成升級后進行全面試車檢查驗證，發(fā)動機工作良好。飛機參加飛行時，在滑行階段飛行員發(fā)現(xiàn)平顯無轉(zhuǎn)速顯示。經(jīng)分析，機電管理計算機未接收到發(fā)動機調(diào)節(jié)器發(fā)送的發(fā)動機數(shù)據(jù)，或者收到的數(shù)據(jù)包無效。升級廠所確認其數(shù)據(jù)包協(xié)議存在問題，缺少了發(fā)動機型號標識字符，未將正確數(shù)據(jù)包發(fā)送到機電管理計算機，從而導致平顯上轉(zhuǎn)速顯示故障。廠所將軟件重新調(diào)整，并通電和試車檢查各畫面顯示、飛參記錄、發(fā)動機運行均正常。

3.3.3 機載軟件升級而地面保障設(shè)備維護軟件滯后

飛機完成發(fā)動機更換后，進行發(fā)動機參數(shù)校準時發(fā)現(xiàn)，地面設(shè)備與飛機通訊連接正常，標定過程中需對雙通道振動電壓值進行校準，但設(shè)備只能反饋A通道值而B通道無反饋值。經(jīng)分析確認，由于機上成品軟件已升級較高版本而地面保障設(shè)備軟件未進行升級更新，導致機上設(shè)備數(shù)據(jù)下傳異常，無法在地面維護設(shè)備上進行正常標定工作。對地面設(shè)備進行升級調(diào)整，完成雙通道校準檢查。

4 軟件升級管控及系統(tǒng)性驗證探索

4.1 升級過程控制

軟件升級過程控制對于升級質(zhì)量至關(guān)重要，從軟件升級任務到達，完成工卡編制，機組接收任務機上實施升級，選擇所需升級方式完成機上升級工作，機上完成相應驗證工作，驗證合格質(zhì)量留證歸零。在每一個實施環(huán)節(jié)做到層層把關(guān)，核對升級成品型號、件號、當前版本與升級單一致，升級方式和加載設(shè)備符合技術(shù)要求，軟件更改內(nèi)容及機上實施檢查內(nèi)容填寫應明確、有效，且具有可操作性。軟件升級帶來變化所需要進行的硬件調(diào)整，應同步機上執(zhí)行，防止升級后帶來機上故障。升級系統(tǒng)具備地面設(shè)備維護保障要求的，需要同步完成地面保障設(shè)備維護軟件和數(shù)據(jù)庫的更新，以便能夠正常進行系統(tǒng)的監(jiān)測和檢查。技術(shù)室按照升級文件內(nèi)容完成維修工卡編制，卡片應具備現(xiàn)場工作和機上驗證的實際指導意義。

4.2 升級過程交聯(lián)狀態(tài)確認

目前飛機發(fā)展過程，機電一體化程度日趨提高，飛機各系統(tǒng)功能、維護專業(yè)之間的交聯(lián)工作界面越來越廣泛。升級過程存在一個專業(yè)或一個系統(tǒng)甚至一個成品升級，影響到其他專業(yè)、系統(tǒng)、成品等工作狀態(tài)的情況。因此，軟件升級前首先應確認好飛機各系統(tǒng)工作狀態(tài)良好，升級過程應對升級內(nèi)容進行跟蹤把控，確認機上升級修改內(nèi)容與升級單一致。升級完成后，機上驗證方案中除了本系統(tǒng)、成品的相關(guān)驗證檢查，對于涉及可能影響其他專業(yè)功能、系統(tǒng)工作等情況應全面考量，確認升級內(nèi)容與其他系統(tǒng)交聯(lián)狀態(tài)，提出更為全面的機上驗證方案，確保升級驗證到位。

4.3 機上實施驗證

機上驗證作為軟件升級后的關(guān)鍵一步，驗證過程及內(nèi)容確保要精煉、準確、全面。根據(jù)軟件對系統(tǒng)安全性和功能的不同影響程度進行重要度分類。軟件重要度一般分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共3個級別，具體如表1所示。

表1 軟件重要程度

根據(jù)軟件所屬成品及系統(tǒng)，對軟件重要程度進行分類后，例如涉及動力系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)的軟件劃分為關(guān)鍵軟件，在完成此類軟件升級后其驗證工作應做到充分、仔細。試車驗證發(fā)動機系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)均正常工作，發(fā)動機各參數(shù)顯示正常。燃油測量系統(tǒng)作為機上重要系統(tǒng)，完成軟件升級后應完成飛機油量測量系統(tǒng)校準，確認機上油量測量系統(tǒng)工作正常。軟件劃分重要度后，機上驗證步驟就可以做到逐步深入，直至全面。

5 飛機軟件管理及控制

5.1 機載軟件版本管理

飛機發(fā)展日新月異，新技術(shù)的應用讓飛機日趨智能化、數(shù)字化，機上嵌入式軟件成品的大量應用，讓飛機上軟件數(shù)量成指數(shù)級增長，質(zhì)量管理建立規(guī)范的單機軟件版本清單必不可少。通過軟件清單建立，便于清晰掌握機載成品軟件版本狀態(tài)，串換件過程便于查閱軟件版本是否一致達到串件要求，對于各架機之間的軟件版本差異也能夠一目了然地掌握。

5.2 地面設(shè)備軟件管理

建立有效地面保障設(shè)備維護軟件清單，動態(tài)掌握設(shè)備軟件更新狀態(tài)。通過軟件清單，明確當前地面設(shè)備維護軟件是否具備維護飛機能力，確認當前軟件數(shù)據(jù)庫是否能夠與飛機匹配。地面保障設(shè)備維護類軟件應定周期查驗版本，做到軟件及數(shù)據(jù)庫的及時更新。

5.3 軟件履歷文件留證管理

履歷文件中涉及的軟件名稱應標準化、統(tǒng)一化、規(guī)范化，能夠讓人清楚識別不同件之間同一軟件版本是否相同。升級版本應能與軟件升級單正確對應。履歷本升級版本填寫位置應在規(guī)定位置按照時間順序完成升級版本填寫。軟件類型較多成品升級過程存在附頁情況，應注意附頁內(nèi)容編寫規(guī)范、清晰，并與履歷本統(tǒng)一保管。當前機上軟件版本以最近一次日期更改為準。填寫過程如需更改，需要簽字確認注明日期。

6 結(jié)束語

通過對機載軟件升級過程和機上驗證的分析和了解，掌握飛機軟件升級過程中的注意事項及驗證方式，提高維修工作人員的軟件升級后機上驗證能力水平。通過提出軟件分類管控方法，做到機上驗證實施過程的穩(wěn)步推進。機載軟件版本和地面設(shè)備維護軟件的管理也是提高維護工作效率的方式之一。通過梳理升級流程、方法等，明確軟件升級過程及升級后驗證方法，在最大程度上縮短升級周期，對于提升工作效率和降低軟件升級帶來的風險有著非常積極的作用。