IMA平台需求定义技术研究

宁毅

摘要：综合化模块化航电（IMA）越来越广泛的应用于当前的民用飞机上， 已成为当今国际航空电子系统发展的主要趋势，也是我国未来大型客机航空电子系统发展的方向。确定准确而合理的IMA需求是必要而关键的。本文从IMA平台的功能着手，阐述并说明了确定IMA需求所应当考虑的内容。

关键词：综合模块化航电、需求确定、DO-254

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）06（a）-0000-00

1 背景说明

本文描述和定义了IMA平台的需求类型和需求结构，对在IMA平台开发中应当满足的需求类别均进行定义。在实际的产品开发流程中，IMA平台需求的开发发生在需求定义阶段。当然全面完整的IMA平台需求是需要开发的，并得到完全的验证，以表明开发的产品满足预期的要求，并提交合格可信的验证证据给适航当局。

为了适应当前航空电子技术的迅速发展，满足未来大型客机对航空系统高灵活性、高可靠性以及便于升级换代的要求，综合化模块化航电（IMA）已成为当今国际航空电子系统发展的主要趋势，也是我国未来大型客机航空电子系统发展的方向[1]。目前，HAWK Horizon， FD728 jet、Embraer 170/190、Gulf stream等支线及公务机、B787、A380、A350等先进干线机[2]均采用了综合化模块化航电（IMA）系统。IMA平台采用一种开放式的架构，在需求和架构策划阶段，需要优先采用现有商业标准，如ARINC 653、ARINC 664、ARINC 615等，实现标准的互操作性、应用的可移植性、降低后期开发成本并增强了软件（硬件）的重用。对产品开发、验证和管理过程中，尽力满足并符合现有标准，如ARP-4754、DO-178、 DO-254 、DO160等。

2 IMA平台需求的类型

通常来说，IMA平台主要提供的功能为数据计算功能、数据转换功能和数据传输功能。

IMA平台还应具有服务支持功能：比如健康监控与故障管理功能、构型管理功能等等。在IMA平台的需求制定时，服务支持功能可以根据IMA平台架构的特点进行增加或者裁剪，以最优化的设计满足各利益相关方的需求。同时，IMA平台需要考虑操作系统和各类驱动的需求设计。出于安全性考虑，平台硬件模块还应符合DO-254中相应安全性级别的目标要求。

3 IMA平台需求的考虑方面

针对不同的功能，可以考虑如下方面的需求：

（1）对于IMA平台主要提供的数据计算功能，应考虑用于支持IMA平台数据计算功能需求。对于IMA平台主要提供的数据传输功能，应考虑数据传输的能力。对于IMA平台主要提供的数据转换功能，应考虑网关功能和输入输出接口资源。

（2）对于健康监控与故障管理功能，由于在IMA平台上有多个应用以及资源的共享，需要考虑到健康监控与故障管理（HM/FM）功能。IMA系统管理了平台故障，硬件失效，以及驻留应用的分区失效、错误和反常（包含了共模故障以及级联失效）。对平台故障的管理方法不同于于驻留应用的管理方法。故障管理包含探测到的故障、失效和错误，以及当这些错误发生时能正确的标示并执行相应的相应。IMA平台能够为平台以及驻留应用提供健康监控以及故障管理能力。出于可用性和完整性需求考虑，IMA系统可能会在飞机层级上提供健康监控以及故障管理的能力[3]。

（3）对于构型管理功能，在设计时，为了设计出强健的以及易于维护的构型管理系统，需要IMA平台的开发者考虑构型管理方面的需求。IMA平台的开发者应当考虑到IMA系统、平台、模块、资源、功能、驻留应用以及数据库方面的构型管理。IMA系统可能会使用传统的方式或者电子部件标签的方式来标示多个共享的资源。同时，对构型的维护应当是简单并且可验证的。构型管理应当能够保证IMA系统以一种简单的方式维护并且尽量减少工作人员可能造成的错误或事物。构型管理工作。应当能够确保对飞机以及IMA系统的构型管理与所适航的构型和设计相一致。

4 IMA平台约束的需求考虑

IMA平台约束的需求考虑应包含如下方面：

（1）物理方面的需求：安装需求（平台各模块外形尺寸、机柜尺寸以及安装要求）。重量需求（平台本身的重量要求）。冷却需求（平台冷却方面的要求）。标签需求（标签作为他们的辨识信息、功能、或者操作限制要求）。物理需求（平台各模块外形尺寸、机柜尺寸以及安装要求）。

（2）DO-160的环境需求：温度与高度需求、温度变化需求、湿度需求、震动需求、爆炸试验需求、防水性需求、沙尘侵蚀性需求、霉菌需求、磁效应需求、电源输入需求、瞬增电压峰值需求、音频传导敏感性-功率输入需求、液体侵蚀性需求。

（3）安全性需求：IMA平台安全性考虑源于飞机级安全性需求、驻留功能安全性需求以及IMA系统安全性需求分析的结果。

（4）可靠性需求：这里的可靠性需求涉及到IMA平台最小平均故障间隔、计算模块最小平均故障间隔等方面的要求、以及IMA平台的系统的接口的设计防止局部故障的扩散等。

（5）可维护性需求：这里的可维护性需求涉及到IMA平台的平均修复时间、机架和模块设计、IMA平台机柜的搬运和处理等方面的要求。

（6）可测试性需求：可测试性需求考虑硬件使用前，验证硬件是正确运行的，以及IMA平台检测功能性故障的能力、隔离检测故障的能力（隔离到一个或者多个LRUs）。

4 总结

根据IMA平台需求开发的特点，本研究主要针对IMA平台的设计特点和需求特点，重点描述平台级需求特点。IMA平台级产生的需求类别和部分需求实例是可以直接分解到IMA平台的模块中去，针对模块需要开发模块级需求，并且这些IMA平台级需求是需要和IMA系统级需求进行链接，需要做需求覆盖性分析。

本研究对IMA平台主要功能、外部接口、支持功能、约束条件等需求类型进行了详细研究。当然本研究并非包含所有的IMA平台的需求类别，这主要取决于IMA平台的设计架构和客户的实际需求。

参考文献

[1] 周强. 新一代民机航空电子互联技术发展[J]. 电光与控制，2009，第16卷第4期：1-6

[2] 王晓梅. 民用飞机系统机电综合的发展[J]. 科技创新导报，2011，NO.32：93

[3] RTCA DO-297， Integrated Modular Avionics （IMA） Development Guidance and Certification Considerations. Washington SC-200 2005