关于Legacy 500 飞控系统的需求工程和原型设计分析和应用

巴西航空工业公司的 Legacy 500 是第一款使用了智能控制和电传技术的中型商务喷气飞机。这种技术取代了飞控系统（FCS）中的机械控制，使得更多的操控面可以同时执行，从而使飞行更顺畅，降低了飞行员的工作量，提高了安全性。

巴西航空工业公司使用 MATLAB 和 Simulink 加速 Legacy 500 飞控系统定义良好的低层级需求的开发和验证，并提高了需求质量。

“有了 Simulink，我们可以快速建立几个解决方案的原型，测试它们，然后选出最好的一个，”巴西航空工业公司的产品开发工程师 Rodrigo Fontes Souto 说，“这样的结果是，开发 FCS 的供应商报告的问题显著减少。需要解决的问题更少，我们有更多的时间来开发新功能，能按时交付更成熟的产品，成本更低。”

巴西航空工业公司的Legacy 500

挑战

巴西航空工业公司和客户一起开发 Legacy 500 的高层级需求。他们使用客户的输入来生成飞机的无失误的设计。工程团队面临的一个主要挑战是把高层级的需求转换成书写良好的低层级需求，提供给开发 FCS 软件的供应商。

Legacy 450 和 Legacy 500 都是无失误的设计，在技术和飞行特性上都有广泛的创新，包括在中轻型和中型喷气式飞机中从未使用过的最先进的全数字控制系统。将成熟的产品按时投入到服务中的设计目标和最后期限意味着设计团队必须创建一个非常详细的产品开发计划，并寻找能够缩短开发周期、降低开发风险的工具和合作伙伴。

在早期的设计中，没有大量使用建模和仿真，很难确保低层级需求中的一致性。因此，在交付给供应商后，有时需要重写需求，这会浪费时间，推高成本。

解决方案

巴西航空工业公司使用Simulink 建模和仿真为 Legacy 500 飞控系统 (FCS) 定义低层级需求。

建模小组使用Simulink建立 FCS 的详细模型，以及飞行动力学、飞行员输入的模型。完整的模型包含了超过一百万个模块和数十个组件，其中许多组件包含了超过 700 个输入和 500 个输出。

建模小组建立了功能测试用例，以确认高层级需求得到满足，并验证了低层级需求。

测试自动化是开发成功的另一个关键。该小组设立工作站，连续运行超过 1500 个测试用例，编写MATLAB脚本，以便在测试过程中自动运行任务。使用Simulink Coverage，工程师分析模型覆盖率，并确定模型的未测试元素，改进和扩展他们的测试用例，直至达到 100% 的覆盖率。

模型重用显著节省了时间、提高质量。Simulink Coder被用于从 Simulink模型生成代码，该模型在他们的飞行模拟器和系统级硬件在环测试环境中使用。

在内部完成低层级需求的验证后，巴西航空工业公司向供应商提交了书面需求。供应商在执行自己的验证后，使用 Simulink 和 Embedded Coder 按照 DO-178 级别 A 和其他航空标准进行系统实现。

使用Simulink建模有助于我们团队的ARP 4754工作，特别是系统级需求的验证、开发基于需求的测试、定义低层级的软件需求。我们的供应商使用Simulink和Embedded Coder生成DO-178级别A的飞行代码。

—— Rodrigo Fontes Souto, Embraer

Legacy 500 如期获得了联邦航空管理局（FAA）和巴西民用航空管理局的认证，飞机目前正在生产中。

开发时间缩短至少六个月。“我们估计，与传统方法相比，使用 Simulink 建模及仿真让我们可以提前三个月向供应商提交需求。”S outo 说，“由于我们提交的需求是成熟的，供应商的问题和错误更少，又节省了三个月的开发时间。”

最小化需求问题导致的延误。“与传统的方式进行开发和验证需求的典型相比，我们组产生了两倍的需求，每项需求的问题少了 50 倍。”产品开发工程师 Julio Graves 说，“使用基于模型设计，与需求相关的最长延迟是一天，而基于文档的设计最短延迟是两周。”

实时测试中重用模型。“我们使用 Simulink Coder 从用于需求验证的模型中生成代码，用于实时测试。”产品开发工程师 Miguel Teruel 说，“我们计划再次重用模型，通过使用 Embedded Coder 为不同的系统生成产品代码的方式加速开发过程。”