飞机机电系统中央维护交互设计

宋 丫，刘逸涵，李庆楠

(中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所，陕西 西安 710077)

0 引言

在目前的军用飞机机务保障工作中，维修人员主要依靠飞行员的事后反馈来掌握飞行过程中航空装备的性能。这一传统工作模式不能及时、准确地把握飞机和机载设备状态，无法提前排除隐患、制定维修方案。针对这种情况，飞机中央维护系统的研制尤为必要，它能实时记录并传输重要机载设备的性能参数，使维修人员在地面就能掌握飞机的空中状态，最大限度缩短排故时间，提升安全性[1]。

由于机载系统庞大，设备繁多，维护数据的传输和整合具有一定的实施难度，具体表现在：1)数据记录和分析缺少顶层规划，尤其是在记录范围、数据格式、硬件接口方面，缺乏明确标准；2)数据来源众多，网络总线负荷量大，需要信息整合及统一调度；3)需要一个可快速开发的控制终端，减少对大量机载设备的反复整改[2]。上述实施难点对中央维护系统的研制提出了标准化、模块化的设计需求，同时系统需具备统一、有序、稳定、快速开发的特点[3]。

飞机机电系统包含庞大的分支设备，与多个重要子系统交联，例如动力系统、燃油系统、环控系统、液压系统、供电系统等。机电综合系统肩负着对众多子系统设备的管理与调度，并实时获取各分支的中央维护信息，按需传输至中央控制区。本文针对机电系统中央维护功能，提出了一种交互设计方案，分别从通信网络、场景设计、时序控制等三个方面进行介绍。

1 通信网络

构建如图1所示的四级通信网络，维修或飞行人员通过操作中央控制面板下发维护指令，当对机电系统发出维护请求时，机电综合管理计算机接收并下发指令给采集控制终端远程接口单元(RIU)，根据需求及设备分布情况，往往需要多个RIU，并通过机位信息标定其位置。RIU接收到中央维护指令通常包含轮载、分系统ID、配置信息、测试请求等信息，需根据指令内容下发给对应的机电分系统，指定分系统的各个子设备按协议要求进行自测试，并通过RIU向上反馈测试结果。

图1 机电系统中央维护通信网络

RIU作为通信网络的中转环节，负责实现信息采集、识别、整合、传送，总线负载调度，以及交互时间控制等功能。分系统设备采用统一的LRU组件，尽可能精简产品组件，中央维护相关功能可通过RIU产品的研发迭代快速实现。

2 场景设计

中央维护指令通常包含配置信息和测试请求两大类别，通过分系统ID区分命令对象。当维护指令为配置信息时，指定分系统设备向RIU上报对应的配置项信息，例如版本号、位置编码等。当维护指令为测试请求时，对应设备根据不同的轮载状态和操作方式进行自测试，例如轮载空中则需要禁止地面测试，操作方式可分为开始测试、停止测试、分步测试等。

在实际工程应用中，由于系统复杂，设备繁多，总线通信须兼顾协议需求及负载条件，具体可从以下几个方面考虑：

1)RIU与机电分系统各设备通过HB6096总线通信，遵循ARINC429协议，即包含8 bit的label数据，并根据协议label识别特定的数据包。由于机载设备网络庞大，协议label的资源占用量较大，为了避免冲突混乱，针对不同需求的设备，采用单向通信与双向通信两种模式。

2)单向通信设备无需进行自测试，即不需要接收RIU指令，仅周期性地向RIU发送少量配置信息即可，周期型配置信息采用不同label标识，方便RIU快速识别消息内容。双向通信设备则需要具有较高的安全性能，周期发送工作数据的同时接收RIU的中央维护指令，事件性地反馈自测试结果。由于测试结果数据量较大，同一设备的label采用相同标识，设置包头包尾，由RIU识别并解析出完整数据包。

3)分系统设备采用统一的LRU组件，例如左飞控蓄电池与右飞控蓄电池为不同位置的相同产品，为了区分故障发生位置，RIU需根据自身机位对产品进行标记，然后整合上报。

3 时序控制

机电综合管理计算机在接到维护指令后，立即转发给RIU，RIU识别指令后再立即转发给相应的分系统设备，同时开启计时功能，在50 s等待期间，将收集到的信息整合组包，上传给机电综合管理计算机。等待期间RIU将接收来自分系统设备的维护信息，并完成组包，超过等待时间将不再接收设备的维护信息，直至新的一轮指令到来。一次维护操作大约耗时1分钟，且一次操作期间不重复下发测试开始指令。

本文RIU与机电综合管理计算机之间采用1553协议总线，由于总线传输需要一定的时间，多条事件消息同时到来容易造成负载区拥堵，导致数据丢失。各个设备的自测试时间不定，众多测试结果先后随机反馈给RIU，若RIU在接收后立即上报则有可能导致消息冲突。基于上述考虑，RIU需要对消息进行队列化处理，双向控制通信周期，将接收到的设备信息保存在本地，并适时按总线协议进行上报，严格控制消息的时序性。

另外，RIU作为机电分系统的重要组成部分，自身也需要完成测试请求，在进行自测试的过程中，RIU须保证与外界通信不间断，且中央维护功能有序进行。

4 总结

本文针对飞机机电系统中央维护设计，提出了一种有序的交互方案，构建出四级通信网络，并依次介绍了场景设计和时序控制，详细说明了通信机制及控制要点。经实际证明，该交互方案能够稳定有序地开展机载中央维护功能，遵从模块化设计原则，功能划分相对集中，有效缩短了系统的开发周期，便于后期维护。