基于试飞数据管理的数字化试飞管理平台
经过50多年的发展,中国已建立了具有一定规模和技术基础、专业配套相对齐全、与现有飞机研制基本适应的飞行试验体系。随着中国航空工业自主创新和新型号研制步伐的加速、型号风险管理力度的增加、质量安全意识的提高以及大量新技术的成熟与推广使用,对已有试飞模式提出了新的挑战。飞行试验正处在历史的转折点上,无论从战略意义上,还是从科研试飞的现实意义上,都有必要结合中国飞行试验实际情况,通过对飞行试验数据的管理和合理使用,帮助飞行试验任务的设计,制定科学高效的试飞计划,跟踪管理飞行试验计划的执行和落实,增强对飞行试验相关数据的综合处理能力,从而形成一个飞行试验资源管理和任务辅助设计的系统,加强科研试飞各个环节的信息互通、资源调配和协同工作,全面提高整体飞行试验水平,加快新型航空装备研制的速度。
业务挑战
传统的试飞数据的处理及管理体系缺乏完整、规范的试验数据综合管理、处理、分析平台,存在试飞数据检索/共享困难、试飞数据处理慢等问题,主要有以下弊端。
试飞数据没有统一管理:大量数据文件存储于单机计算机中,试飞数据管理模式松散,存在一个个试飞数据孤岛,大量的试验专业工具与业务系统相对独立,业务人员遇到问题后无法快速查找到解决方法。
试飞数据和标准不关联:存在大量纸质标准文件,业务与标准文件之间没有关联,完全靠人来解读,工作量大、易出错。
试验试飞相关工具不统一:各个业务部门之间的数据传递关联多,数据传送量大,数据种类要求复杂;不同格式的数据处理需要不同的程序,业务部门使用各自的专业数据处理分析工具,不同试飞数据处理工具及其数据格式千差万别,软件之间没有统一的接口、数据兼容性差、结果不能相互使用;专业之间的数据引用复杂,工作协同困难、效率低下。
缺乏对试验数据及工具的安全管理:试验数据散落在工程师自己的机器上,无法长期集中保存,并且可能出现遗失的情况,一方面不能保证试验数据的完整性、准确性、关联性,另一方面存在着试验数据的安全隐患。工具管理方面,如果一旦出现人事调动,处理程序将无人可维护,需要重复投入人力物力研发处理程序。
试验成本高风险大:已有试验数据和知识利用率低,对试验过程管理能力弱,存在着大量的实物和半实物试验,导致试验成本高、风险大。
对试飞数据的处理能力不够:由于新一代飞机的技术特点,现代飞行试验工程的复杂性和综合性更强、数据来源和处理的多样性更显著,对数据处理的专业性要求更高,对试飞知识积累与创新的需求更迫切。
业务需求
1.提升基于网络的数字化试飞数据管理能力
借助数据库技术与信息管理技术,建立一个统一的试飞数据管理系统,构建企业级试验试飞管理、业务管理、工程管理等应用及数据库应用的数据中心,有效管理仿真数据、试飞数据、基础数据和支撑数据,改变原来松散的试飞数据管理模式,实现对试飞试验过程中产生的多样化数据的统一管理。通过提供强大的试验数据访问、信息共享和数据集中管理功能,实现部门之间试验数据的交流与共享,满足用户对试验数据进行有效分析、处理的需求,加速完成试飞任务;满足型号验证、取证和虚拟试飞模型验证的需要,实现数据共享和数据源唯一。
2.构建适于试飞业务的基础数据库与数据模型
试飞基础数据库包括试飞试验点数据库、测试参数字典、科目数据库、动作单元数据库、构型管理库等,是试飞综合业务开展的基础,其中包含的大量的试飞元数据,是未来业务系统建设的核心支撑库。
3.实现基于分布式计算的试飞数据处理能力
将各类异构的数据处理程序升级为可支持分布式计算的数据处理组件,充分利用多节点环境下的计算资源,大幅度减少试飞数据处理所消耗的时间,提升试飞分析效率。
4.建立集成化试飞研发管理环境实现试飞数据管理与异构系统的数据通信。基于单一数据源,实现试飞数据管理平台与公司的各类专业设计、仿真工具的集成;保证平台中数据格式与时标信息统一等;通过打通异构工具和系统之间的数据通道,为不同试飞业务提供数据支撑,提升试飞数据复用能力和数字化协同试验能力。
5.提高试飞过程和试飞数据的安全管理能力
试飞数据是公司宝贵的企业资源,为防止数据的非法生成、变更、泄露、丢失与破坏,必须对系统中数据的输入、存储、处理及输出进行严格的安全管理,确保数据的有据性、准确性、完整性、及时性、保密性,提升试飞数据的安全管理能力。
6.实现试飞大数据的分析能将试飞任务实施过程中产生和沉淀的数据及知识进行统一管理。对试飞大数据进行预处理(解码、校限、转换、滤波、模态参数辨识等)和专业处理和分析(载荷、振动、稳定性、性能、品质、航电、武器、火控、飞控、动力、传动、燃油、液压、电气等),挖掘数据更深层次的价值;同时为构建试飞知识库和试飞任务执行提供支撑。
试飞数据管理平台建设
为了提升整体飞行试验信息化管理水平,针对试飞数据管理的特点,联合金航数码,建立了一套基于试飞数据管理的数字化试飞管理平台,以有效加强飞行试验资源的管理和调配、飞行试验计划的执行和落实,切实提高飞行试验相关数据的综合处理能力、科研试飞各个环节上的信息互通和协同能力。
1.基础平台本系统的门户基于金航工业软件基础平台V6 开发,可实现业务集成和融合,具有较强的可管理、可维护能力和需求变化响应能力,并可通过构件积累来持续积累软件知识财富。
2.总体结构试飞数据管理平台以并行工程思想为指导,以协同开发过程管理为核心,可提供统一的数据访问接口,对试飞相关业务对象进行结构化管理,为面向试飞领域复杂的数据管理和多部门协同处理分析数据提供一个完整的工作平台。包括对试飞计划、进度、资源统一管控和数据信息的共享,实现内部的多专业、多学科的协同工作;实现单点登录及待办集成;建立飞行试验信息存储中心,进行各种数据管理和处理工作;建立客户端软件平台,提供统一数据访问接口,支持专业课题软件的网络化改造;实现对数据、用户及操作的安全保密管理。
3.主要功能根据不同目标及用户需求,试飞数据管理平台分为以下几个部分:试飞门户管理系统、试飞客户端应用系统、系统集成。
(1)试飞门户管理系统试飞门户管理系统可实现试飞文档及数据访问、试飞状态、试飞统计和系统管理。
(2)试飞客户端应用系统支持对试飞数据的综合管理,基于客户端应用系统实现对试飞数据的查看、编辑和应用。客户端严格定义了用户和角色信息,进行不同数据的展示和推送,用户可以通过统计规则查看本系统自有和外部系统导入的试飞数据统计分析结果,并进行相关数据的下载。
(3)系统集成试飞数据管理平台需要打通与公司已有信息系统的关联关系,与公司其他业务系统进行数据交互。通过试飞数字化平台与试飞MES、ePDM(Windchill)、HR系统、公司门户的集成,实现设计与试飞数据、项目数据、档案信息、厂外审签等数据的快速有效传递。
统一用户及访问入口,整合相关信息资源,实现与公司门户的无缝集成,达成资源的有效利用,提高工作效率。
与综合设计平台的集成,可采用多种技术手段来访问和传输飞机设计数据。
人力资源系统作为提供企业员工信息来源的入口,为多个系统提供了人员数据支持。
通过企业级ePDM提供的API,将试飞业务部分文档提交到ePDM系统统一归档。
通过兰台档案系统(LANTOP)提供的数据接口提取档案数据或向其传送文档数据信息。
应用成效
试飞数据管理平台上线后,目前已成为试验试飞业务运行与数据管理的支撑平台,针对试飞大纲、委托任务书、试飞任务单等主要业务单据,在工作现场已实现业务数字化和全流程贯通,各类试飞数据包括原始数据(飞参数据、音视频数据、PCM、1553B、422/429数据)、工程结果数据累计上传。平台的快速数据检索和分布式数据处理能力满足了试飞工程人员、试飞机务人员等的数据使用需求,解决了历史数据检索困难、试飞数据共享困难、试飞数据处理慢的老大难问题。
试飞数据管理平台的设计与实现,提升了基于网络的数字化试飞数据管理能力和数据处理能力,实现了数据共享和数据源的唯一。
提升建议
试飞数据管理需要对专业知识的扎实掌握,要能辨识试飞过程中的各类问题并从原理上分析其影响因素;除此之外,需要对空气动力学领域的知识有深刻的掌握,以分析影响因素的气动机理,准确定位问题源头;同时,还要有计算评估做配合,以给出定量分析,支撑理论推断,增强专业信心。因此,试飞数据管理平台建设需要基于业务需求进行不断完善和提高。
数据管理系统是整个公司数字化试飞平台的基础,目前客户端和门户端都主要是把试飞相关数据规范地管理起来,从业务中提取出相关的基础数据。未来要不断结合具体问题、专业知识和计算方法进行更深入的数据挖掘,将已经规范收集整理的数据变成可读性、时效性更高的报告提供给试飞相关用户。