基于数据的飞机供电系统设计现状及发展策略

齐 锋，顾焕涛，杜含杰，齐 睿

(1. 天津航空机电有限公司 天津300308；2. 93658部队 北京100075)

0 引 言

继 F-35战斗机、空客 A380及波音 787等多电飞机诞生后，多电飞机及全电飞机的研发已成为各国航空工业竞争的重要领域。多电飞机的一个重要特征是使用电力能源替代部分次级功率系统，以达到提高飞机可靠性、可维修性及减少自重的目的[1-3]。

多电飞机中机载电气设备种类及数量均有很大程度增加，与之相匹配的供电系统复杂度也高于传统飞机。这导致了多电飞机供电系统具有设计数据量大、设计专业多和流程操作复杂的特点。近年来，传统飞机供电系统研制流程中由设计数据传递不一致及设计不充分引发的问题时有发生。因此在新环境、新要求下将传统设计流程与现代数据理念相结合具有重要的意义。

1 飞机供电系统设计流程现状及问题

1.1 飞机供电系统简介

飞机供电系统指飞机上电能产生、分配与传输至用电设备端的部分，包括电源系统和配电系统。电源系统将发电机或蓄电池产生的电能直接转化并通过配电系统传输至用电设备，配电系统是从电源汇流条至用电设备端之间电能的分配、传输、控制、保护及管理系统。

1.2 飞机供电系统设计流程现状

目前，飞机供电系统的设计流程如图 1所示。主机单位负责飞机整体设计，将供电系统需求及原理通过技术协议的方式输出至下级配套厂商，配套厂商据此进行电源系统及配电系统的设计及制造。

图1 现飞机供电系统设计流程Fig.1 Design process of current aircraft power supply system

配套厂商的设计部门在进行系统设计时，根据主机单位的设计输入通过手工操作方式进行数据迁移及需求转换，并完成原理图设计。原理图主要涉及供电系统功能实现，以及飞机上发电机、用电设备与供电系统的输入输出接口等数据。

原理设计完成后，设计部门会据此进行系统 3D方案设计，输出结构件图纸，人工输出产品级和系统级接线图。接线图包含系统中产品内部元器件电气连接关系、系统内产品间接口对应关系以及系统与外部的电气对接数据。

制造部门依据产品及系统原理图、接线图进行结构件、元器件装配和接线，之后由质检部门对产品及系统进行一系列测试和试验，测试及试验结果达到主机要求后交付主机单位进行系统联试。

1.3 飞机供电系统设计流程中的问题

1.3.1 设计需求数据的传递易发生人为错误

技术协议是供电系统设计的主要依据，它规定了供电系统的详细功能和性能指标、系统内部及外部的接口等，其中包含的数据量是巨大的。仅配电系统中单独一个配电产品便可包含数百个接口信息，而供电系统中又包含了众多电气产品，整个供电系统设计数据量可想而知。

配套厂商在进行供电系统原理设计过程中，对主机需求数据的输入，均为设计人员手动进行转化，面对如此巨大的数据量，设计人员极易发生错误。当供电系统拆分为多个厂商共同进行研制配套时，需求数据的接收及转化错误率会因增加不同厂商之间的信息传递环节而变得更高。

在进行原理设计时，配套厂商设计人员已经进行一次数据转化，但按传统方式进行系统设计时，接口数据由从原理设计传递到接线图设计，依然需要重复性地人工手动进行数据对接。此级的数据迁移工作冗余而繁杂，极大地影响了系统的研制效率。设计人员以及审核人员的经验、严谨程度直接影响到接线图设计的准确率，一旦出现错误，将会影响到系统实物的总装、试验及交付。

1.3.2 数据管理和控制过程易发生错误

目前我国在研机型众多，尤其是新型飞机型号众多。在飞机漫长的研制过程中，飞机设计人员可能会进行大量的设计改进，进而对飞机供电系统需求数据进行更改。对于这些重要的数据，缺少管理机制和管理通道。在飞机设计的长周期内，面对频繁的更改，需求数据在流转过程中极易产生人为错误和数据管理混乱等问题。

2 基于数据的飞机供电系统设计策略

分析上述飞机供电系统传统设计流程中存在的问题，可以看到设计需求数据在供电系统的整个研制过程中的重要性。随着各行业对数据重视度的增加，以及近年来数据管理、分析及信息化工具的快速发展，提出了一种以数据为中心并与飞机供电系统设计流程相结合的设计思路。

2.1 开发通用数据库及对接接口

数据库可存储电气部件信息、需求接口等综合信息数据。飞机整体设计单位与配套厂商以数据库形式存储正确数据，保证数据一级传递的准确性。通过建立数据化平台，系统功能要求、系统接口等关键数据能够实现在主机与配套厂商原理设计间自动传递、配套厂商原理设计与接线设计之间自动传递，可显著减少设计人员的重复工作量，并避免人为因素导致的错误。

2.2 建立数据迁移规则与监管机制

对系统设计中重要的功能逻辑信息、接口信息按标准定义数据迁移规则。数据由主机单位优先向配套厂商的原理设计进行传递，再进行由原理设计到接线设计的数据传递，逆向传递将需要进行相关审批方可实现。建立完善的数据变更策略，在进行数据更改时，配合数据版本状态进行自动化的数据交换，提高系统进行变更设计的准确性及可靠性。

2.3 建立数据分析系统

飞机供电系统的设计具有一定的通用性，在系统设计过程中会出现典型的设计参照和故障模式，可应用信息化、数字化的工具对以往设计参照和故障模式按规则进行分析和归类。在进行新的方案设计时可以对需求数据进行分析，并按照规则进行数据库匹配，以指导新的方案设计工作，提高设计效率。

3 结 语

本文分析了飞机供电系统现有设计流程，并指出在新形势下，供电系统复杂度增高，系统专业交叉多，系统数据量大，数据在现有流程模式下传递极易出现错误，从而导致系统设计出现问题。

针对供电系统研制流程现状及问题，本文提出应增强设计流程中的数据意识，将现代数据概念与供电系统设计流程相结合，建立数据化、信息化的研制体系，提高设计流程的数字化程度，不但提高飞机供电系统研制的效率，而且提高飞机的可靠性。