飞机软件升级管控与机上验证探索

陈海洋，刘 锐，李宁宁

（中国飞行试验研究院，陕西 西安710089）

1 航空软件发展应用

航空电子新技术的快速发展，大规模集成电路、电子计算机及软件在现代飞机上得到了广泛应用，软件在航空装备中的比例和规模呈大幅上升趋势。随着飞机型号性能要求的不断提高和计算机技术的飞速发展，现代飞机的自动化和数字化程度越来越高。飞机上几乎所有重要的功能系统都与软件相关，机载软件的应用规模急剧加大，从第二代飞机起，通过软件实现的功能随着每一代飞机而翻番，软件功能、结构和数据愈加复杂。机载软件已经俨然成为现代飞机的“灵魂”。

2 飞机软件分类

与飞机相关的软件一般可以分为机载设备软件和地面保障软件两个部分，具体如图1所示。

图1 飞机软件分类

机载设备软件因不同的系统和设备而不尽相同。有的设备内部仅配置单一软件，如刹车控制盒、油泵控制器、电源变换器等；有的设备配置有多个软件，如机电计算机、飞控计算机等，通过多个软件的共同协作来实现机上设备的最优管理和使用。地面保障软件主要包含飞参地面设备和一些具有计算机系统的地面保障设备。如飞参设备软件一般包含有视频软件、音频软件和飞参处理软件等，地面保障设备软件一般包含控制软件和监测软件等。

3 飞机机载软件迭代优化升级

机载软件在航空装备上的应用，不仅提高了飞机数字自动化程度，同时可以通过开放的软件维护接口不断进行软件的迭代升级以达到优化完善功能，提高装备性能的目标。随之面临的维护工作中，软件升级工作量大幅提升，而不同升级的过程所带来的问题也不一样。

3.1 软件升级方式

3.1.1 在线升级

在线升级方式是新一代飞机利用机上总线通讯技术，实现飞机机载成品原位完成软件升级的新功能。有些飞机机载成品安装空间位置受限，拆装难度大且易产生衍生风险。有些同型号成品机上安装数量较多且分布舱位不同。在线升级方式能够快速便捷实现难拆、数量多、体积大等成品软件升级工作。同时，显著提高了大规模软件升级效率，缩短飞机软件升级工作周期，减轻工作者维护负担。

3.1.2 离位升级

离位升级即为产品从飞机上拆卸下来进行地面软件升级的一种方式。多运用于小规模、易拆装等成品升级，成品完成升级装机后需完成相关功能和性能检查。此升级方式不受限制于飞机状态，外场维护应用较多，但会带来较多检查工作和拆装风险。

3.1.3 返厂升级

返厂升级为离位升级方式的一种，但受限于保障设备无法便携、特殊时期和原因升级人员无法到达现场、升级过程涉及更改内容较多等因素，成品需要返厂进行软件升级。此方式易出现升级内容、周期、软件版本等不可控现象，成品升级返回后装机检查验证，如果出现故障无法现场立即解决，拖延升级工作效率。

3.1.4 换件升级

换件升级即为通过以软件升级到位的同型号成品替换机上需要进行软件升级成品。此种升级方式需要飞机成品备件充足，在不影响飞机试飞效率的同时优先完成地面周转件软件升级工作后，在合适时机利用完成升级的成品直接替换机上未升级成品达到飞机软件升级目的。

3.2 机上验证方式

飞机软件完成升级后，机上验证是飞行前最为重要的工作，只有机上验证充分，将问题暴露在地面，将软件升级后带来的更改风险降至最低，飞机飞行安全才能够得到有效保证。验证过程逐步深入，直至全面，做到完整，通常验证主要分为以下几个步骤。

第一，通电验证是成品经过软件升级后机上最基本的验证方式。通电检查过程中主要确认升级成品及所属系统能够正常运行工作，机上无故障代码报出。

第二，功能验证是通电验证的进一步延伸。如油门控制器完成升级后，在机上完成通电检查后系统及成品工作正常，无故障代码报出，还需进行油门操纵系统的功能验证，确保其工作正常。

第三，飞控自检验证是飞控系统一种全面的自检测验证方式。软件升级涉及飞控系统成品控制律等重要软件更改后，需要全机进行飞控自检验证，确认飞控自检结果正常，无异常代码报出。

第四，飞机发动机开车验证是飞机各系统工作检查的一种较为全面的验证方式。升级的成品涉及动力系统软件参数调整、环控系统更改后的性能检查、生保系统成品完成升级需要检查性能参数等，需要进行发动机开车状态的检查，以确保升级后成品工作性能及参数满足使用要求。

第五，大型地面试验验证主要是在机上较多任务系统软件完成调整后，需要专门进行的针对性功能验证，试验过程模拟设备空中使用状态，试验结束后通过数据分析确认设备工作状况是否良好。

3.3 目前存在问题

大量的软件升级工作，也带来了较多不可预知的问题，存在软件升级完成而硬件没有及时更改到位、机上软件升级完成验证不充分、地面设备维护软件版本较低无法正常维护飞机等诸多现象，典型案例如下。

3.3.1 软件升级而硬件未同步调整到位

飞机完成机电系统软件升级后，机上通电检查发现座舱动力参数界面中右发滑油箱无油量显示，左发显示正常。测量左右发滑油箱油量传感器电容值，对比测量结果，均为正常。

查看升级前飞参数据正常记录右发滑油油量，经与主机所沟通发现，在机电系统软件升级过程中，将右发滑油箱油量采集信号通道进行调整，而飞机上所涉及的线缆硬件更改未执行到位导致机上无右发滑油箱油量显示故障。完成机上线缆贯改后，通电确认右发滑油量正常显示。

3.3.2 软件升级完成机上验证不充分

机上对发动机调节器软件进行升级，软件完成升级后进行全面试车检查验证，发动机工作良好。飞机参加飞行时，在滑行阶段飞行员发现平显无转速显示。经分析，机电管理计算机未接收到发动机调节器发送的发动机数据，或者收到的数据包无效。升级厂所确认其数据包协议存在问题，缺少了发动机型号标识字符，未将正确数据包发送到机电管理计算机，从而导致平显上转速显示故障。厂所将软件重新调整，并通电和试车检查各画面显示、飞参记录、发动机运行均正常。

3.3.3 机载软件升级而地面保障设备维护软件滞后

飞机完成发动机更换后，进行发动机参数校准时发现，地面设备与飞机通讯连接正常，标定过程中需对双通道振动电压值进行校准，但设备只能反馈A通道值而B通道无反馈值。经分析确认，由于机上成品软件已升级较高版本而地面保障设备软件未进行升级更新，导致机上设备数据下传异常，无法在地面维护设备上进行正常标定工作。对地面设备进行升级调整，完成双通道校准检查。

4 软件升级管控及系统性验证探索

4.1 升级过程控制

软件升级过程控制对于升级质量至关重要，从软件升级任务到达，完成工卡编制，机组接收任务机上实施升级，选择所需升级方式完成机上升级工作，机上完成相应验证工作，验证合格质量留证归零。在每一个实施环节做到层层把关，核对升级成品型号、件号、当前版本与升级单一致，升级方式和加载设备符合技术要求，软件更改内容及机上实施检查内容填写应明确、有效，且具有可操作性。软件升级带来变化所需要进行的硬件调整，应同步机上执行，防止升级后带来机上故障。升级系统具备地面设备维护保障要求的，需要同步完成地面保障设备维护软件和数据库的更新，以便能够正常进行系统的监测和检查。技术室按照升级文件内容完成维修工卡编制，卡片应具备现场工作和机上验证的实际指导意义。

4.2 升级过程交联状态确认

目前飞机发展过程，机电一体化程度日趋提高，飞机各系统功能、维护专业之间的交联工作界面越来越广泛。升级过程存在一个专业或一个系统甚至一个成品升级，影响到其他专业、系统、成品等工作状态的情况。因此，软件升级前首先应确认好飞机各系统工作状态良好，升级过程应对升级内容进行跟踪把控，确认机上升级修改内容与升级单一致。升级完成后，机上验证方案中除了本系统、成品的相关验证检查，对于涉及可能影响其他专业功能、系统工作等情况应全面考量，确认升级内容与其他系统交联状态，提出更为全面的机上验证方案，确保升级验证到位。

4.3 机上实施验证

机上验证作为软件升级后的关键一步，验证过程及内容确保要精炼、准确、全面。根据软件对系统安全性和功能的不同影响程度进行重要度分类。软件重要度一般分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共3个级别，具体如表1所示。

表1 软件重要程度

根据软件所属成品及系统，对软件重要程度进行分类后，例如涉及动力系统、飞控系统的软件划分为关键软件，在完成此类软件升级后其验证工作应做到充分、仔细。试车验证发动机系统、飞控系统均正常工作，发动机各参数显示正常。燃油测量系统作为机上重要系统，完成软件升级后应完成飞机油量测量系统校准，确认机上油量测量系统工作正常。软件划分重要度后，机上验证步骤就可以做到逐步深入，直至全面。

5 飞机软件管理及控制

5.1 机载软件版本管理

飞机发展日新月异，新技术的应用让飞机日趋智能化、数字化，机上嵌入式软件成品的大量应用，让飞机上软件数量成指数级增长，质量管理建立规范的单机软件版本清单必不可少。通过软件清单建立，便于清晰掌握机载成品软件版本状态，串换件过程便于查阅软件版本是否一致达到串件要求，对于各架机之间的软件版本差异也能够一目了然地掌握。

5.2 地面设备软件管理

建立有效地面保障设备维护软件清单，动态掌握设备软件更新状态。通过软件清单，明确当前地面设备维护软件是否具备维护飞机能力，确认当前软件数据库是否能够与飞机匹配。地面保障设备维护类软件应定周期查验版本，做到软件及数据库的及时更新。

5.3 软件履历文件留证管理

履历文件中涉及的软件名称应标准化、统一化、规范化，能够让人清楚识别不同件之间同一软件版本是否相同。升级版本应能与软件升级单正确对应。履历本升级版本填写位置应在规定位置按照时间顺序完成升级版本填写。软件类型较多成品升级过程存在附页情况，应注意附页内容编写规范、清晰，并与履历本统一保管。当前机上软件版本以最近一次日期更改为准。填写过程如需更改，需要签字确认注明日期。

6 结束语

通过对机载软件升级过程和机上验证的分析和了解，掌握飞机软件升级过程中的注意事项及验证方式，提高维修工作人员的软件升级后机上验证能力水平。通过提出软件分类管控方法，做到机上验证实施过程的稳步推进。机载软件版本和地面设备维护软件的管理也是提高维护工作效率的方式之一。通过梳理升级流程、方法等，明确软件升级过程及升级后验证方法，在最大程度上缩短升级周期，对于提升工作效率和降低软件升级带来的风险有着非常积极的作用。