試飛任務(wù)單數(shù)字化輔助生成系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李 楊 許應(yīng)康 胡匯洋

中國飛行試驗(yàn)研究院

本文以某重點(diǎn)型號(hào)為研究應(yīng)用的對象，對試飛任務(wù)單數(shù)字化輔助生成系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)包括了面向應(yīng)用的用戶信息庫以及面向?qū)ο蟮幕A(chǔ)信息、課題科目信息以及動(dòng)作信息、試驗(yàn)點(diǎn)信息等，最后實(shí)現(xiàn)了試飛任務(wù)單的數(shù)字化生成，輔助試飛工程師完成試飛任務(wù)規(guī)劃。目前試飛任務(wù)單數(shù)字化輔助生成系統(tǒng)已經(jīng)在某重點(diǎn)型號(hào)的試飛中得到了良好的應(yīng)用。

飛行試驗(yàn)是航空武器裝備研制中十分重要的環(huán)節(jié)，其在航空武器裝備研制周期中的比重達(dá)到了1/3 到1/2，信息時(shí)代的飛行試驗(yàn)也必然要借助計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫等信息技術(shù)，來改造和加快飛行試驗(yàn)事業(yè)的發(fā)展。利用信息技術(shù)來加強(qiáng)對飛行試驗(yàn)資源的管理和合理調(diào)配，幫助飛行試驗(yàn)任務(wù)的設(shè)計(jì)，制定科學(xué)高效的試飛計(jì)劃，跟蹤管理飛行試驗(yàn)計(jì)劃的執(zhí)行和落實(shí)，增強(qiáng)對飛行試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的綜合處理能力，從而形成一個(gè)飛行試驗(yàn)資源管理和任務(wù)輔助設(shè)計(jì)的系統(tǒng)平臺(tái)，可以加強(qiáng)科研試飛各個(gè)環(huán)節(jié)上的信息互通、資源調(diào)配和協(xié)同工作的能力，全面提高整體飛行試驗(yàn)水平，加快新型航空武器研制的速度。

本文以典型型號(hào)試飛為應(yīng)用典型，全面管理和規(guī)劃型號(hào)飛行試驗(yàn)任務(wù)、試驗(yàn)對象及其技術(shù)要求，研究綜合優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)試飛試驗(yàn)點(diǎn)、試飛動(dòng)作的設(shè)計(jì)編排，結(jié)合技術(shù)數(shù)據(jù)庫對任務(wù)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行智能評判和評估，規(guī)避技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)試飛任務(wù)單的數(shù)字化輔助設(shè)計(jì)、綜合，促進(jìn)型號(hào)試飛任務(wù)的管理與執(zhí)行。

需求分析

目前試飛計(jì)劃的制訂和執(zhí)行缺乏各個(gè)專業(yè)的綜合試飛，試飛計(jì)劃往往沒有從全局出發(fā)進(jìn)行綜合和調(diào)整，試飛計(jì)劃的優(yōu)化、試飛動(dòng)作的編排也停留在手工階段，往往依靠人的主觀經(jīng)驗(yàn)，沒有形成合理的技術(shù)沉淀與歸納機(jī)制，缺乏有效的、科學(xué)的工具和手段。此外，飛行試驗(yàn)資源的管理和合理調(diào)配、飛行試驗(yàn)計(jì)劃執(zhí)行和落實(shí)的跟蹤與管理等總體上還處于人工處理階段。任務(wù)單數(shù)字化輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)力求解決以下問題。

1）試飛大綱計(jì)劃分解

按照型號(hào)試飛任務(wù)的應(yīng)用需求，將試飛任務(wù)單的執(zhí)行過程進(jìn)行詳細(xì)的分解。首先要按照試飛大綱分解試飛狀態(tài)點(diǎn)。在型號(hào)任務(wù)正式試飛前，試飛大綱作為指導(dǎo)試飛的綱領(lǐng)性文件，試飛任務(wù)的安排都以試飛大綱作為依據(jù)，試飛大綱需要明確每個(gè)專業(yè)試飛的架次，每個(gè)架次中要包含的試飛內(nèi)容，試飛狀態(tài)點(diǎn)是各專業(yè)試飛內(nèi)容的直接體現(xiàn)。

通過狀態(tài)點(diǎn)的標(biāo)志信息，將試飛任務(wù)量細(xì)化到最小單元，并精確管理，避免試飛信息的遺漏、重復(fù)，便于試飛任務(wù)的安排和統(tǒng)計(jì)。

2）試飛動(dòng)作的標(biāo)準(zhǔn)化

飛行試驗(yàn)涉及的專業(yè)多，達(dá)50 多個(gè)，每個(gè)專業(yè)的試飛動(dòng)作從幾個(gè)到十多個(gè)不等，因此試飛任務(wù)安排中要涉及數(shù)百個(gè)試飛動(dòng)作。在規(guī)劃設(shè)計(jì)試飛任務(wù)時(shí)，由于專業(yè)知識(shí)、工作經(jīng)驗(yàn)和工作能力的差異，不同的試飛工程師對試飛動(dòng)作的理解不完全相同，在參考國軍標(biāo)設(shè)計(jì)試飛動(dòng)作時(shí)，有可能會(huì)出現(xiàn)相同的試飛任務(wù)在試飛任務(wù)單中有不同的描述。因此必須建立標(biāo)準(zhǔn)的試飛動(dòng)作庫來作為試飛任務(wù)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)來源和依據(jù)。

在標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作庫中，除了準(zhǔn)確規(guī)范描述試飛動(dòng)作外，還定義了該動(dòng)作試飛的考核目的、要求的測試參數(shù)、要求的判據(jù)參數(shù)、對試飛動(dòng)作的其它要求等。另外，每個(gè)試飛動(dòng)作還關(guān)聯(lián)了試飛動(dòng)作剖面圖庫。在設(shè)計(jì)試飛任務(wù)時(shí)，通過直接引用試飛動(dòng)作庫，使飛行試驗(yàn)安排更加合理，以便于試飛員更容易理解試飛工程師或課題主管的要求，提高試飛效率。

3）實(shí)現(xiàn)任務(wù)設(shè)計(jì)的初步自動(dòng)化

試飛任務(wù)設(shè)計(jì)是安全、高效完成型號(hào)任務(wù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是試飛工程師最重要的工作之一。試飛任務(wù)中所需的所有因素，例如結(jié)構(gòu)更改情況、本次飛行限制數(shù)據(jù)、起飛、著陸、所需設(shè)備、儀器、起飛前檢查、注意事項(xiàng)及安全措施、構(gòu)型、燃料、起飛重量、飛行時(shí)間等因素都將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生成，降低人為錯(cuò)誤。在進(jìn)行試飛動(dòng)作編排時(shí)，我們將建立初步的任務(wù)設(shè)計(jì)規(guī)則，例如先高高度再低高度，先高風(fēng)險(xiǎn)再低風(fēng)險(xiǎn)等規(guī)則來實(shí)現(xiàn)試飛動(dòng)作的自動(dòng)化編排，同時(shí)根據(jù)任務(wù)編排自動(dòng)生成剖面圖，初步實(shí)現(xiàn)任務(wù)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化。

4）初步實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)目綜合化設(shè)計(jì)

在安排飛行起落時(shí)，以一個(gè)專業(yè)科目為主，按照試驗(yàn)機(jī)的特性特征，利用綜合優(yōu)化算法，設(shè)計(jì)試驗(yàn)點(diǎn)綜合方案，從數(shù)據(jù)庫中把那些與該科目要求相近的科目試驗(yàn)點(diǎn)都融入同一飛行起落中，利用飛行起落編排系統(tǒng)編排飛行起落，以在各種約束條件下規(guī)避試飛風(fēng)險(xiǎn)、最小化用于試飛動(dòng)作過渡所需的油耗和時(shí)間，最后生成試飛任務(wù)單。在試飛任務(wù)單的生成過程中，必須綜合試飛技術(shù)要求、試驗(yàn)機(jī)技術(shù)限制條件、任務(wù)執(zhí)行情況等綜合因素。自動(dòng)化綜合設(shè)計(jì)的數(shù)字化試飛任務(wù)單，通過試飛任務(wù)單推演、風(fēng)險(xiǎn)分析、人工調(diào)配分析，以及與試飛員及相關(guān)專家進(jìn)行協(xié)調(diào)、討論后，交由試飛協(xié)同平臺(tái)進(jìn)行發(fā)布和實(shí)施。把任務(wù)單的執(zhí)行情況反饋給任務(wù)單輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)后，即完成了一個(gè)任務(wù)單數(shù)字化設(shè)計(jì)的過程。

5）技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)初評

建立試飛狀態(tài)點(diǎn)庫，可以有效防止試飛超包線、超限制等等不安全因素的發(fā)生，在危險(xiǎn)限制在試飛設(shè)計(jì)的萌芽階段。同時(shí)，分析試飛任務(wù)中的動(dòng)作風(fēng)險(xiǎn)以及每個(gè)動(dòng)作的油耗信息，能夠做到風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)先性控制。

圖1 試飛任務(wù)單數(shù)字化輔助生成系統(tǒng)流程

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)

以現(xiàn)有試飛任務(wù)設(shè)計(jì)流程為基礎(chǔ)，以信息技術(shù)為手段，以規(guī)避試飛風(fēng)險(xiǎn)、更好利用飛行測試中可用的時(shí)間與燃油資源為目標(biāo)，規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化各流程環(huán)節(jié)中的數(shù)據(jù)描述與處理，提高其效率，完成全局意義上的綜合試飛，并在此基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)與提升現(xiàn)有流程。

系統(tǒng)的流程設(shè)計(jì)

試飛任務(wù)單數(shù)字化輔助生成系統(tǒng)的處理流程如圖1 所示：由試飛大綱中的試驗(yàn)內(nèi)容要求生成試驗(yàn)點(diǎn)，將試驗(yàn)點(diǎn)指派至試飛動(dòng)作，將試飛動(dòng)作組織為飛行起落，最后根據(jù)飛行起落形成試飛任務(wù)單，這一流程各環(huán)節(jié)的目的均在于規(guī)避試飛風(fēng)險(xiǎn)、更好利用飛行測試中寶貴的時(shí)間與燃油資源，有序遞進(jìn)地完成型號(hào)試飛。

在安排飛行起落時(shí)，以一個(gè)專業(yè)科目為主，按照試驗(yàn)機(jī)的特性特征，利用綜合優(yōu)化算法，設(shè)計(jì)試驗(yàn)點(diǎn)綜合方案，從數(shù)據(jù)庫中把那些與該科目要求相近的科目試驗(yàn)點(diǎn)都融入同一飛行起落中，利用飛行起落編排系統(tǒng)編排飛行起落，以在各種約束條件下規(guī)避試飛風(fēng)險(xiǎn)、最小化用于試飛動(dòng)作過渡所需的油耗和時(shí)間，最后生成試飛任務(wù)單。在試飛任務(wù)單的生成過程中，必須綜合試飛技術(shù)要求、試驗(yàn)機(jī)技術(shù)限制條件、任務(wù)執(zhí)行情況等綜合因素。自動(dòng)化綜合設(shè)計(jì)的數(shù)字化試飛任務(wù)單，通過試飛任務(wù)單推演、風(fēng)險(xiǎn)分析、人工調(diào)配分析，以及與試飛員及相關(guān)專家進(jìn)行協(xié)調(diào)、討論后，交由試飛協(xié)同平臺(tái)進(jìn)行發(fā)布和實(shí)施。把任務(wù)單的執(zhí)行情況反饋給任務(wù)單輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)后，即完成了一個(gè)任務(wù)單數(shù)字化設(shè)計(jì)的過程。

系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

根據(jù)試飛任務(wù)單數(shù)字化輔助生成系統(tǒng)的基本需求，系統(tǒng)的功能框架圖如圖2 所示。

1）型號(hào)數(shù)據(jù)管理

管理該型號(hào)相關(guān)的使用限制數(shù)據(jù)，對試驗(yàn)樣機(jī)的分工、結(jié)構(gòu)更改情況、儀器設(shè)備情況、臨時(shí)限制和可用外掛構(gòu)型進(jìn)行管理，含可用外掛構(gòu)型和重量重心包線數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)信息與任務(wù)單輔助設(shè)計(jì)密切相關(guān)。

2）課題管理

管理該型號(hào)試飛所涉及的所有專業(yè)、課題和科目。

3）標(biāo)準(zhǔn)機(jī)動(dòng)動(dòng)作管理

圖2 試飛任務(wù)單數(shù)字化輔助生成系統(tǒng)功能框架

對該型號(hào)已提煉出的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)動(dòng)動(dòng)作進(jìn)行按型號(hào)管理。

對已提煉出的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)動(dòng)動(dòng)作按型號(hào)專業(yè)或課題進(jìn)行分類管理。

4）飛行包線數(shù)據(jù)管理

對該型號(hào)的設(shè)計(jì)及擴(kuò)展包線進(jìn)行管理

5）試驗(yàn)點(diǎn)信息管理

將試驗(yàn)大綱化為各試飛科目試驗(yàn)點(diǎn)，進(jìn)行單次或批量錄入試驗(yàn)點(diǎn)及基本動(dòng)作，在錄入過程中實(shí)時(shí)進(jìn)行包線校驗(yàn)，并提供必要的計(jì)算工具箱。

6）試驗(yàn)點(diǎn)查詢

根據(jù)飛機(jī)構(gòu)型、試驗(yàn)點(diǎn)信息、動(dòng)作名稱、試驗(yàn)點(diǎn)狀態(tài)等查詢各專業(yè)、課題及科目下的試驗(yàn)點(diǎn)及動(dòng)作信息，并可查看所查詢試驗(yàn)點(diǎn)在設(shè)計(jì)和擴(kuò)展包線內(nèi)的分布情況。

7）編排飛行起落

瀏覽和查詢各專業(yè)、課題或科目下的試驗(yàn)點(diǎn)及試飛動(dòng)作，人工或依據(jù)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則對其進(jìn)行編排和推演，生成飛行起落，也可打開已編排的飛行起落進(jìn)行重新編排，在編排過程中可隨時(shí)查詢試驗(yàn)點(diǎn)的包線分布情況。在編排過程中，可瀏覽和查詢要求相同或相近的試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行綜合，以編排綜合試飛任務(wù)單。

8）試飛任務(wù)單基本配置及任務(wù)單生成

根據(jù)具體型號(hào)、試驗(yàn)機(jī)、專業(yè)、課題或科目，配置任務(wù)單模板，根據(jù)試飛任務(wù)單要求，將飛行起落以試飛任務(wù)單形式輸出。

9）任務(wù)單狀態(tài)管理

瀏覽或查詢各專業(yè)、課題或科目試飛任務(wù)單，根據(jù)試飛結(jié)果對試飛任務(wù)單狀態(tài)及相關(guān)試驗(yàn)點(diǎn)狀態(tài)進(jìn)行管理。

10）試飛進(jìn)度查詢

對各專業(yè)、課題或科目在指定時(shí)間段內(nèi)的試驗(yàn)點(diǎn)及試飛動(dòng)作完成情況進(jìn)行查詢，并生成可打印報(bào)表。

11）用戶權(quán)限管理

依據(jù)三員認(rèn)證安全管理需求完成基于用戶角色的權(quán)限管理，三員職責(zé)相互獨(dú)立、相互制約。要求細(xì)化至專業(yè)、課題和科目。

總結(jié)

試飛任務(wù)單數(shù)字化輔助生成系統(tǒng)統(tǒng)已經(jīng)部署應(yīng)用，協(xié)助試飛工程師設(shè)計(jì)生成試飛任務(wù)單使用，反響良好。系統(tǒng)有助于試飛工程師的任務(wù)設(shè)計(jì)和實(shí)施；有助于提升試飛任務(wù)設(shè)計(jì)的成熟度；有助于型號(hào)技術(shù)的沉淀和發(fā)展；有助于未來試飛數(shù)字化的深入開展，促進(jìn)試飛任務(wù)設(shè)計(jì)的數(shù)字化水平的提高。