试飞任务单数字化辅助生成系统设计

李 杨 许应康 胡汇洋

中国飞行试验研究院

本文以某重点型号为研究应用的对象，对试飞任务单数字化辅助生成系统进行详细设计。该系统包括了面向应用的用户信息库以及面向对象的基础信息、课题科目信息以及动作信息、试验点信息等，最后实现了试飞任务单的数字化生成，辅助试飞工程师完成试飞任务规划。目前试飞任务单数字化辅助生成系统已经在某重点型号的试飞中得到了良好的应用。

飞行试验是航空武器装备研制中十分重要的环节，其在航空武器装备研制周期中的比重达到了1/3 到1/2，信息时代的飞行试验也必然要借助计算机技术、通讯技术、网络技术、数据库等信息技术，来改造和加快飞行试验事业的发展。利用信息技术来加强对飞行试验资源的管理和合理调配，帮助飞行试验任务的设计，制定科学高效的试飞计划，跟踪管理飞行试验计划的执行和落实，增强对飞行试验相关数据的综合处理能力，从而形成一个飞行试验资源管理和任务辅助设计的系统平台，可以加强科研试飞各个环节上的信息互通、资源调配和协同工作的能力，全面提高整体飞行试验水平，加快新型航空武器研制的速度。

本文以典型型号试飞为应用典型，全面管理和规划型号飞行试验任务、试验对象及其技术要求，研究综合优化算法，实现试飞试验点、试飞动作的设计编排，结合技术数据库对任务数据信息进行智能评判和评估，规避技术风险，实现试飞任务单的数字化辅助设计、综合，促进型号试飞任务的管理与执行。

需求分析

目前试飞计划的制订和执行缺乏各个专业的综合试飞，试飞计划往往没有从全局出发进行综合和调整，试飞计划的优化、试飞动作的编排也停留在手工阶段，往往依靠人的主观经验，没有形成合理的技术沉淀与归纳机制，缺乏有效的、科学的工具和手段。此外，飞行试验资源的管理和合理调配、飞行试验计划执行和落实的跟踪与管理等总体上还处于人工处理阶段。任务单数字化辅助设计系统力求解决以下问题。

1）试飞大纲计划分解

按照型号试飞任务的应用需求，将试飞任务单的执行过程进行详细的分解。首先要按照试飞大纲分解试飞状态点。在型号任务正式试飞前，试飞大纲作为指导试飞的纲领性文件，试飞任务的安排都以试飞大纲作为依据，试飞大纲需要明确每个专业试飞的架次，每个架次中要包含的试飞内容，试飞状态点是各专业试飞内容的直接体现。

通过状态点的标志信息，将试飞任务量细化到最小单元，并精确管理，避免试飞信息的遗漏、重复，便于试飞任务的安排和统计。

2）试飞动作的标准化

飞行试验涉及的专业多，达50 多个，每个专业的试飞动作从几个到十多个不等，因此试飞任务安排中要涉及数百个试飞动作。在规划设计试飞任务时，由于专业知识、工作经验和工作能力的差异，不同的试飞工程师对试飞动作的理解不完全相同，在参考国军标设计试飞动作时，有可能会出现相同的试飞任务在试飞任务单中有不同的描述。因此必须建立标准的试飞动作库来作为试飞任务设计的标准来源和依据。

在标准动作库中，除了准确规范描述试飞动作外，还定义了该动作试飞的考核目的、要求的测试参数、要求的判据参数、对试飞动作的其它要求等。另外，每个试飞动作还关联了试飞动作剖面图库。在设计试飞任务时，通过直接引用试飞动作库，使飞行试验安排更加合理，以便于试飞员更容易理解试飞工程师或课题主管的要求，提高试飞效率。

3）实现任务设计的初步自动化

试飞任务设计是安全、高效完成型号任务的关键环节，是试飞工程师最重要的工作之一。试飞任务中所需的所有因素，例如结构更改情况、本次飞行限制数据、起飞、着陆、所需设备、仪器、起飞前检查、注意事项及安全措施、构型、燃料、起飞重量、飞行时间等因素都将实现自动化生成，降低人为错误。在进行试飞动作编排时，我们将建立初步的任务设计规则，例如先高高度再低高度，先高风险再低风险等规则来实现试飞动作的自动化编排，同时根据任务编排自动生成剖面图，初步实现任务设计的自动化。

4）初步实现多项目综合化设计

在安排飞行起落时，以一个专业科目为主，按照试验机的特性特征，利用综合优化算法，设计试验点综合方案，从数据库中把那些与该科目要求相近的科目试验点都融入同一飞行起落中，利用飞行起落编排系统编排飞行起落，以在各种约束条件下规避试飞风险、最小化用于试飞动作过渡所需的油耗和时间，最后生成试飞任务单。在试飞任务单的生成过程中，必须综合试飞技术要求、试验机技术限制条件、任务执行情况等综合因素。自动化综合设计的数字化试飞任务单，通过试飞任务单推演、风险分析、人工调配分析，以及与试飞员及相关专家进行协调、讨论后，交由试飞协同平台进行发布和实施。把任务单的执行情况反馈给任务单辅助设计系统后，即完成了一个任务单数字化设计的过程。

5）技术风险初评

建立试飞状态点库，可以有效防止试飞超包线、超限制等等不安全因素的发生，在危险限制在试飞设计的萌芽阶段。同时，分析试飞任务中的动作风险以及每个动作的油耗信息，能够做到风险的预先性控制。

图1 试飞任务单数字化辅助生成系统流程

系统设计

系统设计的总体目标

以现有试飞任务设计流程为基础，以信息技术为手段，以规避试飞风险、更好利用飞行测试中可用的时间与燃油资源为目标，规范和标准化各流程环节中的数据描述与处理，提高其效率，完成全局意义上的综合试飞，并在此基础上不断改进与提升现有流程。

系统的流程设计

试飞任务单数字化辅助生成系统的处理流程如图1 所示：由试飞大纲中的试验内容要求生成试验点，将试验点指派至试飞动作，将试飞动作组织为飞行起落，最后根据飞行起落形成试飞任务单，这一流程各环节的目的均在于规避试飞风险、更好利用飞行测试中宝贵的时间与燃油资源，有序递进地完成型号试飞。

在安排飞行起落时，以一个专业科目为主，按照试验机的特性特征，利用综合优化算法，设计试验点综合方案，从数据库中把那些与该科目要求相近的科目试验点都融入同一飞行起落中，利用飞行起落编排系统编排飞行起落，以在各种约束条件下规避试飞风险、最小化用于试飞动作过渡所需的油耗和时间，最后生成试飞任务单。在试飞任务单的生成过程中，必须综合试飞技术要求、试验机技术限制条件、任务执行情况等综合因素。自动化综合设计的数字化试飞任务单，通过试飞任务单推演、风险分析、人工调配分析，以及与试飞员及相关专家进行协调、讨论后，交由试飞协同平台进行发布和实施。把任务单的执行情况反馈给任务单辅助设计系统后，即完成了一个任务单数字化设计的过程。

系统功能设计

根据试飞任务单数字化辅助生成系统的基本需求，系统的功能框架图如图2 所示。

1）型号数据管理

管理该型号相关的使用限制数据，对试验样机的分工、结构更改情况、仪器设备情况、临时限制和可用外挂构型进行管理，含可用外挂构型和重量重心包线数据，这些数据信息与任务单辅助设计密切相关。

2）课题管理

管理该型号试飞所涉及的所有专业、课题和科目。

3）标准机动动作管理

图2 试飞任务单数字化辅助生成系统功能框架

对该型号已提炼出的标准机动动作进行按型号管理。

对已提炼出的标准机动动作按型号专业或课题进行分类管理。

4）飞行包线数据管理

对该型号的设计及扩展包线进行管理

5）试验点信息管理

将试验大纲化为各试飞科目试验点，进行单次或批量录入试验点及基本动作，在录入过程中实时进行包线校验，并提供必要的计算工具箱。

6）试验点查询

根据飞机构型、试验点信息、动作名称、试验点状态等查询各专业、课题及科目下的试验点及动作信息，并可查看所查询试验点在设计和扩展包线内的分布情况。

7）编排飞行起落

浏览和查询各专业、课题或科目下的试验点及试飞动作，人工或依据经验规则对其进行编排和推演，生成飞行起落，也可打开已编排的飞行起落进行重新编排，在编排过程中可随时查询试验点的包线分布情况。在编排过程中，可浏览和查询要求相同或相近的试验点进行综合，以编排综合试飞任务单。

8）试飞任务单基本配置及任务单生成

根据具体型号、试验机、专业、课题或科目，配置任务单模板，根据试飞任务单要求，将飞行起落以试飞任务单形式输出。

9）任务单状态管理

浏览或查询各专业、课题或科目试飞任务单，根据试飞结果对试飞任务单状态及相关试验点状态进行管理。

10）试飞进度查询

对各专业、课题或科目在指定时间段内的试验点及试飞动作完成情况进行查询，并生成可打印报表。

11）用户权限管理

依据三员认证安全管理需求完成基于用户角色的权限管理，三员职责相互独立、相互制约。要求细化至专业、课题和科目。

总结

试飞任务单数字化辅助生成系统统已经部署应用，协助试飞工程师设计生成试飞任务单使用，反响良好。系统有助于试飞工程师的任务设计和实施；有助于提升试飞任务设计的成熟度；有助于型号技术的沉淀和发展；有助于未来试飞数字化的深入开展，促进试飞任务设计的数字化水平的提高。