基于关联属性的民机IMA系统构型管理方法研究

戴璧彦

摘  要：构型管理在民机研制的全生命周期一直是一项必不可少的工作，它确保了飞机产品数据的完整性、一致性和可追溯性。基于在国内某型号民机研制阶段的IMA系统的构型管理工作，结合当前国内外民机构型管理现状，阐述了构型管理在民机研制过程中的必要性，分析了当前构型管理方法的不足之处，提出了一种基于关联属性的IMA系统构型管理方法，该方法定义了全新的以IMA为主体的构型视图，能够快速便捷地识别与IMA系统相关联的其他系统和相应的软件属性，大量减轻了构型管理人员软件装机前的确认和管理工作，也为适航提供了统一管理的方法，因此具有重要意义。

关键词：构型管理  IMA系统  关联属性  构型视图

中图分类号：V219                             文献标识码：A                  文章编号：1674-098X（2021）05（c）-0082-05

Research on Configuration Management Method of IMA System Based on Associated Attribute

DAI Biyan*

（Shanghai Aircraft Design and Research Institute， Shanghai， 200000  China）

Abstract： Configuration management has always been an essential work in the whole life cycle of civil aircraft development. Based on the configuration management of IMA system in the development stage of a domestic civil aircraft， combined with the current situation of civil organization management at home and abroad， this paper expounds the necessity of configuration management in the development process of civil aircraft， analyzes the shortcomings of current configuration management methods， and puts forward an IMA system configuration management method based on correlation attributes， This method defines a new configuration view with IMA as the main body， which can quickly and easily identify other systems associated with IMA system and corresponding software attributes， greatly reduces the confirmation and management work of configuration managers before software installation， and also provides a unified management method for airworthiness， so it is of great significance.

Key Words： Configuration management; IMA system; Associated attribute; Configuration view

飛机的设计研制是一项极其复杂和庞大的工程，随着科研技术不断发展以及客户对飞机功能需求的提高，单一的基础型号飞机已经不能满足客户的需求和市场的竞争，只有根据客户的具体要求不断地更改和改进构型，生成系列化或者模块化的产品才是民机研制企业长久发展之道。但是不断改型的后果必然是产生大量的产品数据和技术状态等，因此飞机的构型管理显得尤为重要。

构型管理（Configuration Management，CM）最早是20世纪60年代由美国空军和航空航天局提出的一套科学规范的产品管理方法，其目的是为了通过将产品研制阶段所有数据关联起来，进行管理和控制来解决产品改型过程中混乱的问题。我国构型管理的概念是在民机转包生产中才引入的，通过借鉴波音、空客等国外先进主制造商的构型管理方法，逐渐建立了适合自身型号的构型管理体系和方法，并得到了广泛的应用。但由于起步较晚，体系和方法都还不够完善和成熟，缺少标准规范的支撑和先进的管理理念，因此将构型管理信息化和数字化，达到产品数据的完整性、前后一致性和可追溯性的目标，仍然需要不断探索和完善。

基于在国内某型号民机研制阶段的IMA系统的构型管理工作，在IMA软件装机前评估工作中发现，由于IMA系统的特殊性，涉及关联了很多使用IMA资源的其他系统，需要在构型视图中确认与IMA系统相关联的其他系统对应的软件版本，防止软件与平台配置不兼容，导致软件加载失败或者不正确执行功能的情况发生。目前采用的方法是人为判断与IMA系统相关联的其他系统并与其相关负责人进行软件版本的确认工作，这要求负责构型管理的研发人员对飞机系统和架构有较全面的了解，并且因为涉及的系统较多，该项确认工作需要大量时间。因此本文提出了一种基于关联属性的IMA系统软件装机构型视图的方法，不仅能够识别出与IMA相关联的其他系统，还能对其软件版本进行记录和管理，大量减轻了构型管理人员繁琐的确认和管理工作。

1  IMA系统

IMA（Integrated Modular Avionics，综合模块化航电）最早是B777采用的架构，随着技术的不断发展，现今飞机系统复杂程度成倍增加，原先的飞机架构已不能满足集成化的需求，以IMA为架构的飞机航电系统是当前飞机市场的主流选择。

IMA是一个公共的处理平台，即飞机的大脑，为全机多个不同的系统提供数据计算、数据传输和数据转换等共享资源。它的硬件主要由核心处理资源、网络交换机和远程数据接口单元等组成，分别负责上述的3个功能。涉及的系统包括各个航电系统和机械系统，如舱门控制系统、导航系统、飞管系统、水废水系统、环控系统和液压系统等。

IMA系统具体框架[1]如图1所示。IMA系统具体架构其中，GPM（General Processing Module，通用处理模块）内驻留了AOT（Aircraft Options Table，飞机选项表），AOT 驻留应用实现构型数据的发布功能，从AOT数据库中读取数据，按照预先定义好的接口，通过 ADN 将这些数据发布给其他飞机系统使用。

由此可见，IMA由于涉及全机多个系统，其在构型的更新和更改过程中，尤其是软件换版时，需要捕获到其他系统的软件版本是否已经更替的信息，来达到软件版本与平台配置兼容的目的，否则将会导致软件加载失败，构型的不一致，造成构型混乱，也会影响到系统功能的正常运行。

2  构型管理

2.1 构型管理定义

飞机的构型管理[2-4]指在飞机的全生命周期中，将飞机的结构数据、工艺数据、技术说明等能体现产品的物理和功能特性的信息以某种形式进行统一管理和记录，确保与设计和需求的一致性。

简而言之，飞机构型管理就是对飞机属性的配置和控制的过程。其主要目的有以下几点。

（1）在研制阶段基于复杂的系统设计建立飞机的整体结构。

（2）建立某种构型管理规则，使得经过改型后以最少的零件数产生多种产品类型。

（3）记录和建立飞机完整的产品数据和技术文档等，使得版本和数据具有一致性、可追溯性和完整性。

（4）便于控制、检查和调整预先构型要求与交付产品间的构型偏差。

飞机的构型管理是存在于飞机的全生命周期[5-6]的，它以飞机结构为组织方式，通过对更改、状态以及审核等过程进行控制，集成和协调研制阶段的所有飞机数据，保证飞机在设计、制造、维修和改型等阶段的所有文档数据及状态的一致性，并且整个过程都必须保证可视化。

构型管理的最重要的是做好基线版本的管理和更改管理[7]。飞机在全生命周期中的某个时间点已经成功获得局方批准时，所有带层级、关联关系和逻辑关系的构型资料就能被集合成一个基线版本，该版本是不能被随意改动的，并且纳入构型管控，以后的所有改型都应该在基线版本的基础上进行更改。其中构型文件指能够描述和记录飞机各种功能和物理特性的技术文档，包括客户的需求、飞机功能定義、设计方案、结构图纸及维修手册等，并且他们都必须指向和关联到飞机的构型项[8]（Configuration Item，CI），即构型管理是通过对构型文件的管理来实现对飞机实体的管理。

2.2 构型管理方法和流程

早期阶段构型管理的方法[9]是基于图纸化的管理，通过在图纸上标明某零部件对飞机某架次有效，该方法的缺点是当图纸修改时，需要追溯已发布的图纸。现在主要采用基于模块的构型管理方法。

模块的概念是从产品结构的角度引入的，模块是指由若干零部件组成的某个子系统。将飞机复杂系统划分成若干个子系统，每个子系统都是一个模块，基于模块形成构型管理的基本单元，特定机型的某架飞机的构型通过对模块的选择和配置形成。

飞机的构型管理一般包括标识、控制、纪实和审核4个活动[10]。

构型标识是用来反映飞机的功能和物理特性，包含了飞机的代号、软硬件版本号和批次信息等。需要保证图号/件号/文件号的正确分配，确定项目的名称命名惯例，并建立正式基线。

构型控制主要是指飞机某个构型项进行更改控制的流程，飞机设计和制造商对其进行分析和评估，并监控工程变更建议。

构型纪实是形成飞机构型信息相关记录和报告的过程。主要是监控追踪基线构型以及工程变更建议和所有变化活动。

构型审核是基于初步设计评审和关键设计评审等验证和证明构型项/构型文件的功能、性能满足功能构型文件号分配构型文件中规定的功能特性要求的过程。

2.3 构型管理视图

飞机产品结构定义了产品和产品组成，展示了飞机上下级关联关系的方法，是产品数据管理系统建立的依据。根据型号研制客户的不同需求，产品结构有多个视图构成。常见的视图有定义视图、设计视图、系统视图、选配视图、试验视图等。

其中系统视图从系统需求和功能的规划和分解的角度描述了飞机各系统间的功能构成关系，组织和管理系统设计过程中产生的描述系统功能和验证的构型信息。在飞机的系统设计过程中产生的构型数据，这部分数据是定义飞机系统功能和组成、验证飞机系统及设备、软件的功能性能的重要构型信息。

系统视图可分为3层：顶层、构型层和底层。顶层结构体现了系统功能的分解，即机型、系统、分系统、分-分系统。构型层是构型管理的核心层，它又可分为3层。

（1）构型项层：体现系统、设备、软件的功能定义和位置信息。

（2）关联对象层：记录某构型的生效范围，即架次有效性。

（3）设计模块层：满足构型项所定义抽象功能的具体实现，即构型。

底层管理真实的装配件或组件，承载各种构型数据。

系统视图缺失将会导致构型信息缺失、不完整，不准确;影响设备软件装机、影响系统功能通过验证;更严重会影响构型失控，导致飞机不安全。

3  基于关联属性的IMA构型视图

在飞机不同系统的系统视图中，其子系统、硬件设备和软件都作为构型层中的某一构型项，并且关联对象层代表其对应的飞机架次，设计模块层则包含了设备图纸、设备属性、软件属性等相关文件，即构型的具体数据。

由上文介绍可知，随着飞机集成度和需求的提高，更多系统的应用软件被要求驻留在IMA平台中。而由于IMA平台的特性，驻留应用的软件需要和IMA平台的软件版本兼容，才能成功加载到平台上并正确执行相应的功能，其中便涉及到了软件版本的管理问题。

而当前现状，国内飞机型号研制过程中没有系统性和完善的构型管理方法来约束和管理软件换版的问题。以飛控系统为例，其飞机控制模块（Flight Control Module，FCM）软件需要驻留在IMA平台的GPM中。当其软件进行更改升版后，只会在飞控系统的系统视图中进行软件版本的更新，在软件装机前，需要IMA专业的构型管理人员去检查其软件版本号是否更新，否则将可能会导致软件加载失败;当IMA自身平台软件更改升版后，IMA专业构型管理人员会发布软件变更分析文件，各个需要驻留在IMA平台的系统必须按照变更后的平台环境进行软件的开发或者更改，否则即使能够加载成功，在进行机上测试试验时，会出现无法正确执行飞机功能的情况。某型号飞机上驻留在IMA平台的系统可能多达几十个，如果没有合适的构型管理方法，将会造成多余繁琐的工作量，并且不能实现统一管理，对后续适航带来不必要的麻烦。

本文提出一种基于关联属性的IMA构型视图的构型管理方法。还是以飞控系统为例，在其飞行控制模块软件构型层下的FCM软件属性中，增加一个是否与IMA相关的属性（标红行），如图2中所示。

根据该属性，即可筛选建立一个以IMA为主体的构型视图，该视图包含了所有与IMA相关联的系统，同时每个关联系统下的设备和驻留应用软件信息（红框内）也能显示在视图中，如图3所示。

与IMA相关联的各个系统在进行软件版本更改过程中，在自己的系统视图内修改软件版本信息时，该IMA构型视图中的软件属性也会同步进行修改，从而使IMA构型管理人员能够直观便捷的对驻留应用软件版本进行管理，也对IMA自身平台软件和各个需要驻留在IMA平台的系统软件进行了统一的管理和记录，大大减轻了软件装机前的评估工作，也减少了软件加载失败和功能异常的故障发生。

4  结语

随着科技水平不断发展，并且在激烈的市场竞争压力下，先进高效的构型管理方法对飞机型号的研制工作具有重大的意义。

本文基于在国内某型号民机研制工作积累的经验，分析了当前国内飞机IMA系统与驻留在IMA平台的其他系统间软件构型管理存在的问题和缺陷，提出了一种基于关联属性的IMA构型视图，对软件更改进行了有效的控制，不仅简化了软件装机前评估的工作流程，也为后续适航工作提供了有力的保障。

参考文献

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[9] 王莉莉，任和，王志强，等.民机在役构型管理思路和方法研究[J].航空维修与工程，2014（1）：81-83.

[10] Tadao Mu rata. Petri nets， properties， analysis and applications[J].Proceedings of The IEEE，1989，77（4）：541-580.