民机航电系统总装中一种新型培训平台探索与研究

徐小龙+曹全新

摘 要 本文以航空电子系统为例介绍了在民机总装生产中一种新型的实训平台的解决方案，并剖析了该新型平台的架构、组成、模块功能、主要特点等。在本文的开头和结尾分别对实训平台的建设意义、重要性和作用进行了说明。

【关键词】航电系统 实训平台 总装测试 民用飞机

1 引言

综合航电系统是飞机的重要系统，随着飞机航空电子系统设备、功能不断增多，交联信息呈几何级数增长，软件呈规模化增长，导致航空电子系统的复杂度越来越高，需要工程人员不仅熟悉单个设备，而且要熟练掌握系统的交联，对工程人员的技术要求也越来越高。随着民用飞机航空电子系统的复杂程度越来越高，航电系统在总装车间的机上地面功能试验操作的复杂性及掌握内在机理的难度越来越大，对于总装上岗员工的培训则是非常必要的。

2 重要意义

在总装机上地面功能试验中，利用真实飞机培训代价大、培训周期较长，不能满足人员上岗的培训需求，并且使用真实飞机开展人员操作培训，存在误操作损坏飞机的隐患。因此，探索航电系统新型总装试验培训平台是非常有意义的，不仅仅可以提高上岗人员培训效果，而且可以降低总装飞机的低效占用，对于提高总装的工作效率、缩短机上功能地面试验的周期具有重要的意义。同时，通过航电系统新型总装功能试验培训平台可以开展机上故障复现，系统内部工作机理理解等工具，从而提高民机总装测试能力。建立一套综合航电系统功能试验实训平台，对总装系统安装调试人员、机上功能试验人员的综合航电系统功能试验展开实训，可以大大的提高总装试验效率。

3 新型功能试验平台总体设计

基于对总装功能试验培训平台的应用场景，该平台具有以下几个能力：

（1）完成对总装系统安装调试人员、机上功能试验人员的综合航电系统功能试验实训，通过进行机上地面功能试验、开展操作实训，以便在早期掌握试验操作要领；

（2）要根据飞机各个系统之间的故障警告和设备自检信息模拟飞机各系统的实际运行情况，并模拟机组人员按照操作程序对发生的故障按照预先设计的处理程序进行人机交互，该仿真系统能够初步培训新员工熟悉飞机驾驶舱仪表、面板的处理操作和人机交互的实物体验；

（3）受训人员利用该平台逐步培训技能操作人员按照机上功能试验测试程序和维修手册规定模拟飞机功能试验操作或进行维护和维修的程式练习；

（4）通过该实训平台的培训，最终使员工达到深入了解飞机各系统间的逻辑关系、熟悉驾驶舱仪表、面板的指示与操作以及分析和排除故障的能力。

3.1 平台组成

综合航电系统功能试验仿真平台以某机型为仿真建模对象，通过数字化仿真技术，依据机上功能试验测试程序和维修程序，实现的高逼真度的模拟训练平台。平台具有能够模拟飞行动态参数、飞行内外环境、驾驶舱人机接口、飞机告警、飞机测试监控等座舱内航电系统，通过模拟状态测试场景对系统总装、机上地面试验等的工作人员进行实训，从而达到支持新上岗人员熟悉航电系统及上岗培训的目标。

综合航电系统功能试验仿真平台主要包括驾驶舱操作程序仿真、环境仿真、参数仿真、告警及重要故障仿真、飞机重要参数监控以及数据互联平台等部分。

平台组成结构图如图1所示。

3.2 平台主要功能

平台主要用于完成对总装系统安装调试人员、机上功能试验人员的综合航电系统功能试验实训等。本平台将具备如下能力：

（1）通过数字化仿真系统，仿真飞行动态参数、飞行内外环境、驾驶舱人机接口、飞机EICAS、飞机测试监控等试验功能，同时模拟状态测试场景，可以根据需要灵活设置；

（2）支持飞机多电系统的集成协同仿真；

（3）支持系统总装、机上地面试验等的工作人员熟悉系统和实训平台支持，完成故障的复现；

（4）进入服务后，支持新上岗人员熟悉航电系统及上岗培训。

3.3 新型功能试验平台的实现

为了满足学员实训的需要，新型功能试验平台在实现中应该紧密的结合应用场景，如OATP程序、ATP程序等，并使平台拥有较好的扩展性和灵活性，从而使平台满足多种用途的需要，并兼顾后续机型。

3.3.1 平台基本构成

新型功能试验平台由模拟驾驶舱部分、计算机仿真系统部分、飞行参数仿真部分、飞行外坏境模拟部分、断路器模拟部分、主控台等部分构成，各部分之间使用以太网进行连接，如图2所示。

（1）模拟驾驶舱部分。模拟驾驶舱部分是模拟驾驶舱环境，模拟驾驶舱舱体、显示仪表板、中央控制台、顶部操纵板、左/右操纵台、操纵杆及断路器控制板等构成，用于实现高逼真的驾驶舱试验环境。

（2）计算机仿真系统部分。计算机仿真系统部分包括飞行内环境仿真计算机、视景计算机、系统互联/重要参数监控计算机、故障仿真計算机、显控数据管理计算机、以太网交换机、配电模块、UPS电源、机柜等，是软件运行、系统互联的重要部分。

（3）飞行参数仿真部分。飞行参数仿真系统包括工业计算机和ARINC429总线板卡、模拟量板卡、离散量板卡等，用于模拟真实的物理航电设备信号。

（4）飞行外环境模拟部分。飞机外环境模拟部分包括投影机、投影幕、音响系统等，用于模拟飞机飞行过程中的外部场景。

（5）断路器模拟部分。断路器模拟采用实物模拟的方式实现，能够模拟真实的断路器开关的通断状态，用于故障仿真过程中的排故操作。

（6）主控台。主控台主要包括显示器和键盘、鼠标操作设备，用于整个平台软件系统的运行控制和操作。

3.3.2 平台功能模块

平台软件由驾驶舱操作程序仿真软件集群、飞行环境仿真软件、飞行参数仿真软件、飞机驾驶舱告警及重要故障仿真软件、飞机重要参数监控系统和数据互联系统等部分构成，整个软件以数据互联系统为中心，分系统之间通过以太网通讯实现互联。主控系统负责各系统的统一操控调用，各系统之间依据培训任务、试验任务的不同，相互交联并与硬件系统构成完整的闭环系统。如图3所示。

整个软件系统由驾驶舱操作程序仿真、环境仿真、参数仿真、告警及重要故障仿真、飞机重要参数监控以及数据互联平台等部分构成，软件模块组成如图4所示。

3.3.3 系统总成

平台通过驾驶舱操作程序仿真、环境仿真、参数仿真、告警及重要故障仿真、飞机重要参数监控以及数据互联平台等部分的硬件与软件相互协同构筑成有机的整体，相互支持协同支持民机航电系统总装功能试验操作模拟培训。并根据试验任务和任务的需要，基于平台开发教学的课件及评估程序，不断地提高实训效果及上岗人员对系统工作原理的认知。另外，后续还可以结合信息化技术，对平台的功能进行扩展，建立1+N的网络化教学平台，让该平台发挥更大的作用，让更多人从中获得知识和技能。

4 新型功能试验平台关键技术

该新型功能试验平台在平台的架构设计、人机交互式体验、底层通信互联、面向应用的设计等几个方面进行了创新，涉及以下几方面的关键技术：

（1）架构设计方面，整个系统由模拟驾驶舱部分、计算机仿真系统部分、飞行参数仿真部分、飞行外坏境模拟部分、断路器模拟部分、主控台等部分构成，各部分之间使用以太网进行连接，即保证模块的独立性，又兼顾了系统之间的耦合与完整性；

（2）飞行参数仿真系统，可与机载航电设备交联，输出与真实设备一致的接口物理信号；

（3）断路器实物模拟，通过信号采集与故障仿真进行交互处理，融入驾驶舱试验环境；

（4）软件系统中各子系统通过千兆以太网交互及反射内存，有效的保证了系统之间信息传输的实时性；

（5）模拟驾驶舱显示器、CDU、RTU、CCP、FCP、DCP、RSP、ACP、电气断路器面板等均采用1：1的半实物功能替代件，有效提高学员侵入式无差别体验；

（6）采用新型的驾驶舱内部互联系统架构，采用以显控数据管理为中心的“一加多”模式，提供统一的数据管理功能，包括航线、航点、机场等信息数据库，多个显示仿真设备的数据同步，提高操作关联的协同性；

（7）计算机资源和线缆均预留50%的冗余，充分考虑后续的扩展，特别是与信息数字化平台的互联。

5 结语

在对民机航电系统总装工作中的机上地面试验、ATP、机上故障定位等的试验需求进行分析后，提出了民机航电系统新型总装功能试验培训平台的设计方案，并对其硬件方案与软件方案进行了论述，由于篇幅有限，未做全面展开。经过项目的实施，大大的提高了上岗人员对系统的熟悉程度。近年来，国外大型民机制造商及航空企业纷纷建设类似实训平台，此实训平台在我国的建设尚属首例，该平台的建设提高了我国民用航空总装生产线的调测水平和工艺水平。

参考文献

[1]曹全新，严林芳等.民机非航电系统模拟器综述[J].民用飞机设计与研究，2008，12（04）：1-4.

[2]鄧文彬，曹全新等.基于模块化设计理念的新型航空电子集成测试平台[J].电子技术与软件工程，2015.11（21）：118-119.

[3]龚京忠.基于功能-行为-结构的产品概念模块设计研究[J].计算机集成制造系统，2006（12）：72-75.

作者简介

徐小龙（1986-），男，毕业于上海交通大学，硕士学位。现为上海飞机制造有限公司总装车间工艺技术组组长，工程师。主要研究方向为民用飞机电子电气系统装配及调试工艺研究。

作者单位

1.上海飞机制造有限公司 上海市 201323

2.上海飞机设计研究院 上海市 201210