基于数字化平台的民机试飞改装电气设计

左向梅，张海英

（中国飞行试验研究院，陕西 西安 710089）

试飞改装是飞行试验中不可缺少的环节，而电气设计又是试飞改装的核心部分，它构成了整个试飞测试系统的中枢神经。民机试飞改装不同于军机的重要之处在于，需进行严格的适航检查，故传统的试飞改装电气设计模式已不能满足要求。文章提出了一套基于数字化平台的试飞改装电气设计方法，解决了传统试飞改装电气设计模式的诸多弊端，使得电气设计更加自动化、精细化和高效化。

1 传统试飞改装电气设计现状

目前试飞改装电气设计工作中，广泛应用的是基于AutoCAD 软件，依据原理图来手工绘制图形化的二维电气接线图，并通过人工统计物料清单，编制工作指令单来完成电气设计工作。传统模式主要存在以下问题：（1）AutoCAD 软件缺少数据库，不同飞机相同设计需大量重复工作，且图形化的接线图缺少必要的电气属性及自动检查功能，容易导致线路连接错误或者缺失信息。（2）大型改装项目工作量大，改装难度高、风险高，二维工程图的设计结果抽象、不直观，无法准确描述复杂环境下线缆敷设路径、设备连接器安装位置，且不能直接用于指导机上安装，需设计人员全程配合机上改装实施。（3）传统电气设计没有引入线束设计理念，对于一个改装项目只是笼统的将所有线缆按原理图绘制到二维接线图中，没有进行分区、分类管理，需施工人员现场根据图纸进行分类整理，缺少对线缆状态的管控，导致设计更改后状态不明确。

2 基于数字化平台的试飞改装电气设计

2.1 数字化平台建设

文章提出的数字化平台是由Mentor Graphics 公司的CHS（Capital Harness System）专业线束设计软件与CATIA 三维设计软件相结合构建。

2.2 试飞改装电气设计流程

依据测试方案和改装技术要求完成试飞改装电气设计，主要包括供配电设计，线束规划及主通道设计、接线图设计、安装图设计、线束图设计、工作指令单等报表生成、构型管理。基于数字化平台的试飞改装电气设计流程图如图1 所示。

图1 数字化平台的试飞改装电气设计流程

（1）供配电设计。测试系统用电需协调从飞机上引取相应规格、容量的交流或直流电，并根据需要将其转换为测试设备所需电源。对引取的飞机电源通过增加断路器、接触器、继电器等进行保护、控制电路设计，并在控制机柜或驾驶舱等部位设置远程控制开关，用于试飞工程师对测试系统按需要进行启动或关闭控制。利用CHS 软件进行供配电电路设计并进行仿真实验。

（2）线束规划及主通道设计。与传统设计模式不同，文章设计流程引入了线束理念，使线束作为改装电气系统管理基础单元。所谓线束就是将整个改装电气包含的线缆、连接器，支撑件等物理器件按需划分成一个个组成部分，每个组成部分就是一个线束。通过将测试系统按功能与改装部段物理区域相结合的方式，每个线束以改装电气设计工艺文件、图纸等管理，并配合三维线束完成测试改装电缆的敷设，完成电气系统改装。根据线束划分可确定电气系统主通道路径及通道尺寸，按需与飞机设计单位完成测试线缆通道协调。

（3）接线图设计。依据改装方案及改装技术要求，在Capital Logic 模块下设计电气接线图。使用CHS 绘制接线图，先创建项目并进行参数设置，构建项目结构树（创建原理图、接线图、线束图等子节点）。具体设计中应注意设备、连接器、导线等物料的信息完整性及匹配性，并从库里匹配相应型号。对于测试设备，应填写设备名称、编号、位置等信息，传感器类还应填写参数名称；连接器应填写编号、位置等信息，连接器标识是否地面制作，是否为改装专用（工艺对接连接器），用于后续物料清单、工卡等报表的自动生成。导线也从库里选取相应型号。对属于同一线束的设备、连接器、导线等应正确填写线束号，确保没有遗漏错误。接线图信息的完整性是确保后续报表生成的关键，绘制过程中应严格仔细，因为设备及连接器的线束号是隐性的，所以如有错误很难排查。

（4）安装图设计。依据电气接线图，利用CATIA三维软件设计电气线束安装图，用来反映测试改装线缆机上敷设通道及安装位置。试飞改装线缆线束应合理、充分地利用机上的空间，沿原机线缆通道进行敷设。线束组件一般包括线束段、连接器、接线端子等，部分区域也可以包含穿墙密封件。线束布置路径的起点和终点为电连接器或接线端子。三维元器件、设备数模应建模完成并在元器件库内存放，使用时直接调用即可。设计时应合理设置三维线束分叉点，一般分布不应过于密集，接线相对较为集中的区域，其分叉点的选取应考虑线束制造绑扎和安装固定过程中的方便合理，并不影响其他线束的安装或维护，分叉末端应留有适当的加工长度。C919 飞机试飞测试系统三维线束如图2 所示。

图2 C919 飞机试飞测试系统CATIA 三维线束

（5）线束图设计。三维线束完成后，在Capital HarnessXC 模块下，可利用CapitalPlugins 插件将三维线束拓展到二维线束图中，得到线束拓扑结构、长度等信息。将Logic 中接线图的连接关系映射到HarnessXC二维线束图中，得到线束所包含的导线、连接器接口信息。在此需确保接线图中插头编号与三维线束中插头编号一致。利用HarnessXC 中计算工具可得到线束所包含的物料信息及线缆重量。 从HarnessXC 中导出线缆长度信息，导入到Logic 接线图中，则可在接线图中显示导线长度信息。二维线束图根据线束划分，可在一张图纸上相对集中的描述一个部段的所有测试传感器及设备，可用于在施工中指导线缆敷设，相比与多张接线图更加方便清晰。

（6）工作指令单等报表生成。在Logic 模块下，根据接线图可生成预先设置好标准模板的工卡、物料明细表、线束导通表、通电表、单机线束明细表等，也可根据需要定制其他表格。C919 电气工作指令单与以往不同，不再是全机测试改装线缆统一编制，而是以线束为管理单元编制，分为一般线束制造、共享插头制作、线缆整理、密封座安装、互感器安装、导通、通电等几类，并且都有明确的编号规则。一般线束制造工卡又分为地面制作和机上敷设两部分，这样可以及时关闭已完成的工作，便于对改装实施进度的掌握，对改装状态的控制。

2.3 设计构型管理

对于民机型号，局方对项目构型管理提出了更高的要求，因此需对试飞改装开展全寿命周期的构型管理。电气改装设计构型管理以线束为单元，以数据文档的方式编制设计构型清单，并根据设计更改及时更新设计构型文件，使得设计状态可查、可控。C919 三维线束受数字化平台管理，走审签流程的线束组件图包含三维数模、二维线束图、物料统计表等内容。通过创建单机线束构型清单并定期更新，确保设计构型状态始终处于可控状态。

3 结束语

文章提出的基于数字化平台的民机试飞改装电气设计主要使用CHS 和CATIA 软件完成设计工作，与传统改装电气设计CAD 二维制图不同，基于数据库的CHS软件，能有效地管理电气元器件库、电气标准件库、图形符号库等，将大量零部件以库的形式保存，可以减少后续电气设计中重复工作，有效提高设计效率。通过CHS 与CATIA 三维软件的结合进行数据传输，优势互补，使设计更加准确，从而提高电气设计的数字化水平。该技术大幅提高了电气设计的自动化程度，实现物料清单、工作指令单等报告的自动生成，摒弃大工作量、繁琐、易出错的手工报表统计输入，提高设计质量和效率。另外，还可以通过软件设计规则管理，将设计规范输入到设计环境中，由软件自动规范设计，进行电气规则、属性等检查，避免人为造成的失误。