民用飞机电传飞控系统的需求定义与确认研究

摘 要：如今电传飞控系统已成为现代民机先进性的重要标志之一，但是由于其功能综合水平的不断提高，增加了系统的复杂度，这使工程实现面临一个非常重要的问题：如何做好电传飞控系统的需求定义和确认？本文在阅读了大量相关资料的基础上，结合型号经验，从系统工程的角度出发，对民机电传飞控系统研制过程中需求的定义、确认进行了分析和研究，为电传飞控系统设计研制提供支持。

关键词：民用飞机;电传飞控系统;需求确认

文献标识码：A

飞控系统在现代民用飞机的飞行操纵中起着越来越重要的作用，全时、全权限电传飞控系统（Fly-By-Wire，简称FBW）是现代民机先进性的重要标志之一。目前，FBW系统向着高度综合方向不断发展，在获得益处的同时也增加了系统的复杂度，但随之而来的还有飞机系统的高度综合带来的设计复杂性，而这种复杂的系统架构将会提高错误设计的可能性这将导致出现研制错误和不良或非预期影响的风险会更大。

为了降低在产品的研制阶段出现错误的风险，需要在设计过程中引入系统工程的方法，根据系统的安全性等级来规范产品的研制过程，最终保障系统的安全性，需求的定义与确认活动就是系统化研制过程中非常重要的一个环节。为了降低风险和研发成本，在设计之初首先需要做好系统的需求定义与确认工作，保证需求的正确性和完备性，这样才能保证设计实现的正确性，最终实现项目的成功[1]。

本文基于ARP4754A，从系统工程的角度出发，对民机电传飞控系统研制过程中需求的定义、确认进行了分析和研究。

1 电传飞控系统需求定义

设计过程本质上是由各层级的“需求-设计”组成，其中需求部分的工作包括需求定义和确认，设计部分的工作包括设计本身和需求符合性分析。不同设计方案的选择和权衡将产生新的衍生需求，这些衍生需求会作为下一阶段设计的输入。因此，需求定义的正确性和完整性就显得格外重要，否则，基于这些需求的设计将导致一个不合适的产品。

需求定义的主要任务是根据所有利益攸关方的需要/需求和相关约束条件，深入描述系统功能、性能等方面的要求，以确保据此设计的系统架构满足利益攸关方的要求和设计的目标[4]。飞控系统在研制时需要在不同的层级上进行需求定义工作，包括系统级、设备级最终到软硬件级（部件级），整个需求定义过程是一个不断细化和反复迭代的过程。

在需求定义过程，通过识别飞机和飞控系统在全生命周期中的利益相关方的要求和期望，将要求和期望转化为产品需求，产品需求被识别、分类、构建和确认后最终形成飞控系统需求文档。

2 电传飞控系统需求确认

电传飞控系统需求确认目标是通过计划明确在需求编制同时定义需求方法和措施，记录贯彻适航要求的技术需求集确认过程和活动结果。

需求确认的方法主要包括：追溯性、工程评审、分析、仿真和试验等，系统需求确认活动将确认过程中的系统问题不断地反馈，以保证需求的正确性、完整性和一致性，同时提供与之相对应节点下的需求确认证据。

2.1 追溯性

追溯性是较低层级需求与较高层级需求之间所建立的满足关系。在设计决策或设计细节中，有时会增加额外的需求，从而需要获得相应的依据，有些底层需求不能追溯到上一层需求（如衍生需求），这些需求可通过相应的依据来证明其有效性[3]。

2.2 工程评审

工程評审的关键在于评审的详细程度以及评审人员的资质和工程经验，进行工程评审确认时应选择具有多年民机电传飞控系统工作经验及其相关的人员，以尽量提高评审的置信度。参与评审的人员应从工程、运行、设备研制及客户需要等方面对定义需求的正确性和完整性做进一步的详细评估，并给出合理详细的评审意见，工程评审活动的输出为工程评审总结报告，包括评审人员名单、需求正确性和完整性判断依据、评审结论，对评审中发现的问题制定行动项目进行关闭（按需）。

2.3 分析

分析的目的主要是通过性能分析、安全性分析等手段来保证需求的正确性，以规避项目后期需求更改所可能的产生高昂费用和进度等方面的风险。电传飞控系统性能分析是通过分析计算的方法考虑正常和故障状态对延迟、精度等性能需求进行确认，安全性分析工作则是按照ARP4761开展功能危险性评估（FHA）等对安全性相关需求进行确认。

2.4 仿真

仿真主要用于确认与控制律相关的需求，以及在不同的操作条件下，从驾驶舱输入到舵面响应整个系统的性能。余度管理仿真确认系统在异步和多余度工作情况下对系统的影响等相关的需求。通过工程模拟器确认系统的操纵品质等需求。

2.5 试验

试验通常是一种验证的方法，但也可以用于需求的确认，这主要取决于试验的目的。在项目研制时，针对新研发的产品应采用各种已有的试验台和试验手段对与其相关的需求进行确认，可以采用飞控系统研发试验台完成飞控系统架构设计与分析、系统需求确认等很多需求确认工作，采用工程模拟器完成对控制律需求确认等，而铁鸟试验则可以是验证和确认系统之间电气接口的匹配性以及系统与结构安装定位的正确性等。

3 总结

本文以电传飞控系统为研究对象，对其需求定义和确认过程进行了较为详细的描述和分析，并给出了需求定义和确认的流程和方法，期望能对我国民机电传飞控系统的研制提供一定的参考。

参考文献：

[1]魏博，赵春玲，徐见源，徐州.民用飞机系统需求确认研究[J].上海：航空电子技术，2012：5-9.

[2]Society of Automotive Engineers，Guidelines for Development of Civil Aircraft and Systems（SAE ARP 4754A），2010.

[3]谭茹，姚志超.民用飞机飞控系统需求确认方法研究[J].湖北：软件导刊，2017：145-147.

[4]张莘艾，李浩敏，丁鼎，田彬，等.基于需求的工程方法在复杂产品系统研制中的应用[J].山东：科技信息，2013：416-417.

作者简介：房峰（1987-），男，汉族，江苏扬州人，硕士研究生，工程师，研究方向：民用飞机系统工程研究，计划管理与组织绩效考核。