基于构型管理的机载软件产品结构建立研究

吴彬彬

【摘要】鉴于民用客机机体结构/系统设备产品结构基础，在“主制造商—供应商”协同研制过程中采用模块化技术建立全机机载软件产品结构，保证数据的一致性和重用性，便于机载软件构型管理工作的实施。

【关键词】机载软件 构型管理 产品结构 模块化

【中图分类号】V22 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）10-0218-02

现代飞机几乎所有重要功能系统都与计算机软件相关，软件的大量应用使机载装备性能有了很大飞跃，从第二代飞机起，通过软件实现的功能随着每一代飞机而翻番。由于飞机飞行过程中的内、外部环境千变万化，以及飞行安全要求的不断提高，软件功能、结构和数据愈加复杂。[1]

因而，民用客机主制造商在“主制造商—供应商”协同研制的过程中，需建立合适的全机机载软件产品结构，应用构型管理技术记录软件产品项目全生命周期的数据信息，使软件项目各项活动都在受控状态下进行，从而保证软件数据的一致性、完整性和可追溯性，确保飞行的安全性和维护保障的可靠性。

1.构型管理技术

构型管理（Configuration Management， CM）：在产品全生命周期内，建立并维持产品的产品特征与其要求及产品构型信息之间一致性的管理过程[2]，是一种以产品结构为组织方式的产品数据管理技术[3]。产品结构是构型管理实施的基础，产品结构建立方案的优劣将直接影响飞机构型管理的绩效。为了简化构型管理，在产品结构的组织形式上引入了模块的概念。[4] 基于模块化思想，全机机载软件构型由全机所有的软件模块组成，并对各软件模块进行构型控制。

机载软件构型管理是飞机构型管理的一部分，贯穿于飞机的设计、制造、交付、服务与支持全生命周期流程，其目的就是要保证软件状态的一致性，从而达到最终的机载软件产品符合各系统功能设计需求，各机载软件产品装机状态清晰、完整。

2.机载软件研制主要阶段及构型数据

民用客机机载软件研制的主要阶段及各阶段产生的一些用于计划、指导、解释、定义、记录或提供 活动证据的资料，如下表1所示。这些资料能使软件产品的软件生命周期过程、系统或设备合格审定和合格审定后的更改得以进行。[5]

表1 机载软件研制主要阶段及构型数据

3.模块化设计技术在产品结构建立中的应用

民用客机目前普遍采用模块化设计思想，整个模块化产品架构是在系统工程过程中产生的，优点在于模块的重用性和可配置性，民用飞机模块化设计的全过程[6]如图1所示。

图1 民用飞机模块化设计的“V”字图

为确保设计数据的一致性和便于构型控制，民用客机构型管理工作基于模块化产品结构展开。所谓模块化产品结构就是采用模块化的方式组织和管理产品数据，模块（Data Module，DM）就是将零部件的设计、工艺计划、工艺装备和支持文档等及其相关的满足飞机选型的所有要素的逻辑集合[7]。

4.建立全机机载软件产品结构

图2 某飞机的机体结构/系统设备部分的产品结构

对全机机载软件进行构型管理控制的核心基础就是建立一套“合身”的产品结构生成模型。鉴于机载软件与机载设备存在重要的灌装关系，为便于全机构型管理工作的实施，并充分考虑飞机机体结构/系统设备部分的产品结构划分（某飞机的机体结构/系统设备部分的产品结构如图2所示），全机机载软件产品结构可以分为三层，即软件顶层、软件构型层和软件实例层，某飞机全机机载软件产品结构如图3所示。

图3 某飞机全机机载软件产品结构

4.1 软件顶层结构研究

从数据顶层结构对应来看，全机机载软件数据的顶层结构按照全机软件系统专业/领域进行划分，与机体结构/系统设备数据的顶层结构基本相似，也可进一步细分为四个层次，它们分别是：机型、ATA章、ATA节、ATA段。全机机载软件数据的顶层结构是基本不变的，用于组织管理同型号飞机通用的、共性的机载软件数据信息。

4.2 软件构型层结构研究

机载软件构型管理的核心目标（如有效性管理、供应商选择和构型更改控制）主要是在软件构型层来实现的，全机机载软件数据结构的构型层主要包含软件构型项（Software Configuration Item， CI）、软件供应商及有效性。

構型层中的软件构型项的数量的多少与系统的复杂程度有关，也与系统集成程度有关。构型项不能选择太多，否则会影响构型管理的清晰度，使构型管理变得非常琐碎复杂、抓不住要领，并且增加管理成本；构型项也不能选择太少，太少则向下层的有效分解不够，不利于对子系统的构型管理的进一步深化。[6]构型项划分应考虑使用环境、功能特性、物理特性、技术复杂性/风险、技术水平、控制水平、售后服务要求等因素，软件构型项划分则更需重点考虑系统或分/分-分系统或单元体各自的功能需要。

构型层中的供应商CI层主要基于“主制造商—供应商”协同研制模式的考虑，对软件可能的多个供应商进行有效管理。它适应于一些不可抗拒、法律法规、商务等因素导致需要更换供应商的情况，同时它也适用于多个供应商同时提供服务的情况。

构型层中的有效性层主要是依据不同架次飞机的软件功能需求不同来进行管理，有效性管理是机载软件构型管理的核心之一。有效性管理可以实现清晰掌握每一架机的全机装机机载软件构型状态。

4.3 软件实例层结构研究

依据模块化设计的思想，软件设计实例层数据按照模块化结构组成，是独立的数据模块，可以在不同的环境下重复使用。这不仅节省了存储空间，更重要的是保证了单一的数据源，确保了数据的一致性。

鉴于模块化数据管理的需要，软件实例层主要分为软件设计实例和软件实例信息。软件设计实例（Design Solution Instance，DSI）就是具体的软件实现，包含该软件的基本信息，主要有：软件件号、SCM（Software Configuration Management）版本、软件版本、软件中文名称、软件英文名称、软件取证版本、软件类型、软件级别、灌装设备件号、灌装设备名称、灌装设备版本、是否外场可加载、加载责任方、软件负责人等。软件实例信息主要由软件源代码包、软件目标码包、软件技术文件包、软件过程文件包等组成，其中所有的供应商提供的数据包统一采用Message Digest Algorithm MD5算法生成。

软件实例层的各个DSI不是完全独立的，他们有共同的祖父节点SCI；同一个供应商CI下的DSI是兄弟关系，它们的有效性是互斥的，而不同供应商CI下的DSI之间的有效性不存在互斥关系。每一个DSI都需与自己的灌装目标设备实例关联。当软件实例信息或灌装设备实例信息发生更改时，将软件或设备实例的更改信息经过筛选传递到相应的DSI上，由DSI的更改标记来标识。

5.结束语

产品结构直观化地展现了飞机所拥有的功能和构成部件及它们之间的构成关系。产品结构的建立是飞机产品数据和信息组织工作的核心，是飞机构型管理的基础。本文主要是在分析了机载软件数据及研制模式特点的基础上，基于模块化设计的思想，采用模块化构型管理技术，建立了全机机载软件数据的顶层、构型层和实例层，有利于飞机机载软件构型数据的组织和管理，可以满足基于“主制造商—供应商”协同研制模式的机载软件构型管理工作的需要，为民用客机机载软件构型管理实施工作打下了坚实的基础。

参考文献：

[1]白康明.飞机机载软件的工程化管理[J].航空制造技术，2006（12）：95-97.

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

[3]刘雅星，郑晶晶.飞机产品数据模块化构型管理[J].航空制造技术，2010（3）：57-60.

[4]于勇，范玉青.飞机构型管理研究与应用[J].北京航空航天大学学报，2005，31（3）：278-283.

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

[6]王庆林.飞机构型管理[M].上海：上海科学技术出版社，2012.

[7]范玉青.现代飞机制造技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.