關(guān)于Bell Helicopter開發(fā)世界上第一架電傳直升機(jī)的分析和性能介紹

“Bell 525”是世界上第一架采用電傳控制的商用直升機(jī)。電傳系統(tǒng)將直升飛機(jī)全時置于計算機(jī)控制之下，通過減少飛行員的工作量，增加飛行員的環(huán)境感知能力，提高飛機(jī)的操控質(zhì)量，從而獲得最大程度的安全。

Bell Helicopter 采用基于模型設(shè)計來開發(fā)和實(shí)施 Bell 525 電傳系統(tǒng)的控制律。該項目是 Bell Helicopter 工程師第一次在 DO–178B A 級的工作流中使用自動代碼生成。

"我們在 Simulink 中完成了所有的設(shè)計和大量的仿真，”Bell 525 電傳控制律的負(fù)責(zé)人 Mike Bothwell 說， “第一次用 Embedded Coder 為真正的飛行控制計算機(jī)生成代碼時，我們沒有發(fā)現(xiàn)任何集成問題。這點(diǎn)非常有吸引力，因為在以前的項目中，集成問題確實(shí)拖慢了我們的進(jìn)度。”

The Bell 525 Ships 1 and 2 over the Palo Duro Canyon

挑戰(zhàn)

Bell是第一個將配備電傳飛行控制系統(tǒng)的民用直升機(jī)推向市場的公司。這意味著減少手寫編碼和手動代碼審查，有助于加速DO–178B軟件開發(fā)流程。在過去的流程中，一個手寫代碼的小改動將導(dǎo)致一個復(fù)雜的審查過程。對一個有強(qiáng)烈目標(biāo)的飛行測試開發(fā)流程來講，它花費(fèi)的時間太長。

與之前的 DO–178B 開發(fā)方法相比，Bell 525 工程團(tuán)隊想獲得一些改進(jìn)：

首先，他們試圖減少軟件需求變化時導(dǎo)致的手寫代碼返工；其次，他們希望簡化與飛機(jī)系統(tǒng)其他部分代碼集成所需的步驟；第三，他們希望建立一個穩(wěn)健的開發(fā)過程，讓工程師們?yōu)槠渌麍F(tuán)隊和項目提供的結(jié)果能一致起來。

解決方案

Bell Helicopter 的工程師設(shè)計、實(shí)施并驗證了基于模型設(shè)計的Bell 525電傳系統(tǒng)的控制律。

飛行品質(zhì)工程師們使用Simulink和Stateflow開發(fā)了一種控制律模型，它是基于在 IBMRationalDOORS定義的 900 高級系統(tǒng)需求。該模型被劃分為多個模塊，包括螺距、滾轉(zhuǎn)和偏航軸的模塊，以及用Stateflow開發(fā)的邏輯和模式切換模塊。

他們開發(fā)了一組測試用例，并在Simulink中運(yùn)行仿真來驗證邏輯和功能。

工程師使用Simulink Requirements，將在 DOORS 里定義的需求與對應(yīng)的Simulink和Stateflow對象模型聯(lián)系起來。這種可跟蹤性使團(tuán)隊能夠執(zhí)行影響因素分析，識別出在項目需求發(fā)生后期更改時受影響的Simulink模型區(qū)域。

他們還使用Simulink Check和Simulink Coverage來檢查模塊是否遵守了 Bell Helicopter 關(guān)于 DO-178 的建模規(guī)范，并度量了測試用例的模型覆蓋率。雖然覆蓋率分析并不是資格認(rèn)證中所必須提供的，它仍然起到重要的作用，因為它幫助團(tuán)隊從低層的測試追溯到高級需求。工程師使用Embedded Coder從Simulink控制律模型生成了約 16000 行 C 代碼。

“采用基于模型設(shè)計，我們獲得了第一次飛行的成功，控制和集成方面都沒有任何問題。 使用Embedded Coder ,從Simulink模型生成控制律的代碼，消除了人工編寫代碼導(dǎo)致的進(jìn)度遲緩，解放了團(tuán)隊，使得他們可以實(shí)現(xiàn)更廣泛的目標(biāo)?！?/p>

——Bell Helicopter, Mike Bothwell

該團(tuán)隊使用Simulink Report Generator生成設(shè)計和需求跟蹤報道,可用于指導(dǎo)審查過程中所需的流程復(fù)審。

通過使用Simulink Coder Inspector，以及用 DO Qualification Kit 工具包對生成的代碼進(jìn)行檢測,團(tuán)隊將生成的代碼和控制律模型進(jìn)行自動比較，查找不符合要求塊、驗證可追溯性,達(dá)到 DO-178B 代碼審查的目標(biāo)。

代碼評審之后，完成代碼并使用與Simulink模型相同的測試用例來進(jìn)行測試。然后，軟件團(tuán)隊將控制律代碼與其他飛行控制代碼整合在一起，準(zhǔn)備進(jìn)行“真實(shí)”系統(tǒng)測試。

Bell 525 首次飛行成功，并正在進(jìn)行進(jìn)一步的全速、滿載、極限高度的能力飛行測試。Bell Helicopter 正在將基于模型設(shè)計拓展到將來的 DO-178C 項目中。

結(jié)果

集成時間減少90%?！拔覀兊谝淮巫詣由纱a，并在真實(shí)的硬件上運(yùn)行時沒有任何集成問題，” Bothwell 說?！霸谶^去，完成代碼的初步集成要花大約 10 周的時間，但基于模型設(shè)計中只需要1周時間。”

開發(fā)迭代時間從幾周減少到幾小時 ?！霸谶^去的流程中，當(dāng)我們做一個小的設(shè)計更改時，需要幾周的時間來等待軟件團(tuán)隊完成編碼，”Bell 525電傳控制律設(shè)計師 Jillian Alfred 說。“使用 Simulink 和 Embedded Coder，我們僅需更改模型并重新生成代碼。在一個小時內(nèi)我們就完成了一個新的測試版本?！?/p>

可信賴的代碼質(zhì)量。“基于模型設(shè)計使我們能夠在不影響工作質(zhì)量的情況下減少花在耗時的任務(wù)上的時間，” Alfred 說?！熬拖駥鹘y(tǒng)手寫代碼一樣，我們對自動生成的代碼質(zhì)量有同樣高的信心。使用 Embedded Coder 生成代碼，我們知道代碼正確無誤；通過 Simulink Coder Inspector，我們確保代碼可以追溯到模型?！?/p>