面向综合模块化航电系统的驻留应用开发平台设计
摘要:综合模块化航电系统采用时间和空间分区技术隔离不同
的应用程序,驻留在分区中应用程序的开发依赖于符合arinc 653
及相关接口和通信规范的开发平台。通过移植传统操作系统的板级支持包和开发驱动程序,使得商业单板计算机c2k支持符合arinc 653规范的vxworks 653分区操作系统并提供afdx网络接口,首次实现了基于商业单板计算机c2k的驻留应用开发平台,其主要功能和性能与目前主流的大型客机综合模块化航电系统相当,可用来支持驻留应用的开发和调试,大幅度降低了成本。
关键词:综合模块化航空电子系统;驻留应用;单板计算机;开发平台;arinc 653;afdx接口
design of development platform for
hosted applications in integrated module avionics system
wang yun sheng 1,2 * , lei hang 1
(
1. school of computer science and engineering, university of electronic science and technology of china, chengdu sichuan 611731, china ;
2.china electronic technology avionics company limited,
chengdu sichuan 611731, china
)
abstract:
the common computing resources in the integrated modular avionics (ima) system provide the hosted applications with temporal and spatial partitioning platform. the platform for applications development should comply with the arinc 653 specification which defines the application executive interfaces for partitioning operation system. by porting and developing the board support package (bsp) and afdx network driver, for the first time, an ima platform solution for hosted application development was achieved based on the c2k, a commercial off the shelf (cots) single board computer. the functionality and performance of the cots based platform are similar to the popular common computing resources in ima of modern civil transportation aircraft, offering a development platform for hosted applications development and debug at a pretty lower costs.
key words:
integrated modular avionics (ima) system; hosted application; single board computer; development platform;
arinc 653; afdx interface
0 引言
综合模块化航空电子(integrated modular avionics, ima)系统
可以看作是嵌入式系统环境下的集中式分时共用系统,各种驻留功
能应用(hosted applications, ha)运行在公共计算资源(common computing resources, ccr)板卡上,其基本特点表现为高性能公共处理资源、高速通用数据网络和开放式的软硬件体系结构 [1] 。ima体系架构改变了以往以传感器为中心的设计方式,通过驻留在通用处理资源上驻留的功能软件实现不同的功能应用,减少了设
备和模块种类,提高了系统的可靠性和稳定性,同时便于升级维护,
降低了航电系统全生命周期的成本,已经在现代航空电子系统中得
到了广泛的应用。
ima的广泛应用与良好的工业标准密不可分。与ima相关的业界标准包括除了航空领域的安全性设计规范、适航认证标准以外,还有
定义系统开放性的航空无线电公司(aeronautical radio inc., arinc)标准和工业标准,例如arinc 653规定了分区技术(partitioning)环境下的应用程序的执行(application executive, apex)接口标准 [2] 、arinc 664第7部分规定了全双工的机
载以太网(avionics full duplex switched ethernet, afdx)接口以及硬件接口标准 [3] 。目前主流的民用航空电子系统体系
结构都遵循arinc 653和arinc 664规范,包括我国正在研制的c919大型客机 [4] 。这也构成了面向ima的驻留应用开发平台的设计要素。
1 分区技术及开发平台
随着处理器能力的不断提高以及软件技术的发展,将多个功能应用集成到一个处理器板卡上运行成为必然的趋势。这种情况下首先要解决的是容错(fault containment)问题,即在一个处理器板卡上的某个应用发生的错误时,一定不能影响到其他的应用。分区技术就是通过时间和空间上的隔离,将多个应用程序限制在属于该应用自身的有限的处理器时间和空间资源中,避免相互之间的干扰,从而方便系统的验证、确认和认证工作。采用分区技术得到的处理器资源的单元就是分区(partition),每个分区就是一个独立的程序运行环境,有自己的数据、上下文环境、配置属性等。
在arinc 653中,明确规定了分区环境下在硬件平台上驻留应用的机制及应用程序执行接口 [5] 。如图1所示,图中各个组成部分的说明如下:
1)驻留应用是各种与航电功能相关的软件部分。这些软件都由特定的应用功能供应商按照其功能需求和适航要求开发,这些程序都在时间和空间分区环境中运行,只能够调用arinc 653规定的接口访问系统和硬件资源。
2)o/s内核提供的api接口函数和分区功能及服务。即apex接口,为应用程序提供标准的和公共的运行环境,包括设备驱动和自检等硬件接口。
3)系统分区需要的apex接口标准以外的接口。这些接口仍然受到时间和空间分区的限制。这些分区需要完成例如管理硬件通信或者故障管理,这些分区是可选的,依赖于模块及操作系统的实现。 4)特定系统功能。包括特定的硬件接口,例如设备驱动(例如afdx 接口)、软件加载、调试接口及自检功能等。
目前,支持arinc 653接口的分区操作系统商业产品包括了windriver的vxworks653、lynxworks的lynxos 178、greenhill 的integrity 178、ddc i的deos等。此外,thales有自己开发的符合arinc 653规范的非商业产品macs2 os,国内电子科技大学等研究机构也研制了部分符合arinc653规范的操作系统。由于出口限制、市场策略、客户支持等方面的原因,国内主要使用的是windriver的vxworks 653分区操作系统。
对于ima中的驻留应用的开发,首先应该具备满足arinc 653接口要求并具有afdx网络接口的分区应用开发平台。但是,由于vxworks 653的使用范围仅限于航空电子等高安全性要求的应用(国外有高铁、电力、医疗等方面的应用案例)、客户群体有限,通常需要定制板卡和板级支持包以支持vxworks 653操作系统,市面上只有少数板卡支持vxworks 653操作系统,且售价昂贵。符合arinc 653应
用程序接口规范并具有afdx网络接口计算机板卡更是凤毛麟角。这样的局面造成用户对特定产品供应商的过分依赖,需要支付高昂的开发平台费用以及维护成本,无形之中提高了分区技术的应用门槛,限制了分区技术和系统的推广应用。
摘自：HLA-RTI仿真平台的设计与实现 1.有关术语： ●联邦(Federation：是指用于达到某一特定仿真目的的分布式仿真系统，它由若干相互作 用的联邦成员(简称成员)构成。 ●联邦成员：所有参与联邦运行的应用程序都可以称为联邦成员。联邦中的成员有多种 类型，如用于联邦数据采集的数据一记录器，用于和实物接口的实物仿真代理成员，用于管理联邦的联邦管理器等等，其中最典型的成员是仿真应用(Simulation)。仿真应用对某个实体的行为进行仿真。 ●OMT ：是一种标准的结构框架，它是描述HLA 对象模型的关键部件。之所以采用标准 化的结构框架，是因为它可以做到以下几点： 1、提供一个通用的、易于理解的机制，用来说明联邦成员之间的数据交换和运行期间的协作。 2、提供一个标准的机制，用来描述一个潜在的、联邦成员所具备的与外界进行数据交换及协作的能力。 3、有助于促进通用的对象模型开发工具的设计和应用。 HLA OMT中，HLA定义了两类对象模型，FOM和SOM ●FOM (Federation Object Model)：是描述仿真联邦的对象模型，主要目的是提供联邦成 员之间用公共的、标准化的格式进行数据交换的规范，它描述了在仿真运行过程中将参与联邦成员信息交换的对象类、对象类属性、交互类、交互类参数的特性。 ●SOM (Simulation Object Model)：是单一联邦成员的对象模型，它描述了联邦成员可以 对外公布或需要订购的对象类、对象类属性、交互类、交互特性，这些反映了成员在参与联邦运行时具有的能力。基于OMT的 SOM开发是一种规范的技术和方法，它便于模型的建立、修改、生成和管理，便于对已开发的仿真资源的再利用，能够促进建模走向标准化。 ●MOM (Management Object Model)：为了便于在仿真运行过程中对RT工、联邦以及联 邦成员进行监控和管理，HLA定义了管理对象模型(MOM )o MOM描述了一种使得对联邦的管理和控制信息能以一种和联邦成员间交互相一致的方式在联邦中传递的机制。联邦成员和RTI可以利用MOM来控制RTI、联邦乃至单个成员的运行，获取状态信息。 ●联邦执行数据文件(FED文件)：是FOM开发的结果，是所有联邦成员间为交互(或互 操作)目的而达成的“协议”。它记录了在联邦运行期间所有参与联邦交互的对象类、交互类及其属性、参数和相关的路径空间信息。 ●对象类和类属性(Object Class&Attribute)：对象类是指参与联邦交互的对象实例所属的 类别，对象类由类属性构成。对象实例是联邦中的交互实体，可持续存在。 ●交互类和参数(Interaction Class & Parameters)：在HLA中，成员间的交互可以通过更新 /反射对象类属性来完成，也可以通过发送/接收交互实例完成。交互类由参数组成。交互类不可持续存在，它可代表瞬间的行为。 2.联邦和联邦成员规则： 规则和术语主要用来描述联邦对象模型FOM o RTI的规则比较简单，包括的联邦规则和联邦成员规则两个部分。可以简单地归纳如下： 联邦规则主要包括： 1、每个联邦必须有一个FOM，它与HLA OMT里定义的兼容。 2、联邦中，所有与仿真有关的对象实例应该在联邦成员中描述，而不是在RTI中。 3、联邦运行过程中，各联邦成员必须通过RTI进行交互。
模块化设计方法及其在机械设计中的应用 摘要：随着社会经济的发展，为了提高企业生产效率，模块化设计理念在机械设计领域日益广泛，其对于整合市场、优化结构具有重要意义。我们要树立创新意识，加强其在机械设计中的研究运用，实现模块化的转变。 关键词：模块化；设计方法；机械设计 随着技术的发展和经验的总结，在机械设计中，越来越多的设计方相继出现，并逐渐得到广泛的运用。在实际工作中传统的机械包装方法的弊端日益显现，越来越多不适应机械设计的需要，而模块化设计方法逐渐得到广泛的运用。 1 机械产品模块化涵义 模块化就是以它的观点去对产品或者系统进行策划和生产方案，在某个限度内的一样或者存在差异的功能、相异规格的产品探究讨论，区分并设计。机械产品的模块化主要可从以下几方面进行分析： （1）功能需求集，指的是市场和客户对模块化产品基本功能要求的合集。产品的功能需求是进行产品模块化的重要内容，是产品发展的重要方向。 （2）功能模块，强调的为产品里所能够充分发挥其性能因素的作用. （3）结构模块，指的是功能模块的具体结构，一般由部件或子结构模块组成。 （4）模块接口，指的是描述结构模块组合时相互间的几何、物理关系的结合面，模块接口是模块组合的重要依据。 （5）基础模块，通用型接口模块，能够满足基本功能，而得以实现的定向模块功能演进的模块形式。 2 模块化设计 2.1 模块划分标准 为了让人们对模块化设计方法在机械设计中运用有更为详细的了解，对模块化的设计进行划分，在数控立式车床设计中，运用模块化设计方法，其中最为关键的内容是进行功能与结构分析，这是决定设计效果的关键内容。因此，设计开始前，要对模块进行处理，详细划分模块。当前，还没有任何一种标准可以作为模块划分原则。这里，依据不同侧重点，对不同模块进行划分。模块具有独立性，
机械设计中模块化设计方法的应用 发表时间：2018-08-13T11:38:54.347Z 来源：《基层建设》2018年第21期作者：张冬涛 [导读] 摘要：通过运用模块化的设计方法，在设计的时候运用划分和组合的方式完成所有的工作，不仅有利于提高设计的科学性，还能够提高模块化设计的效果，降低机械设计成本，对促进机械设计的顺利进行具有重要的作用。 身份证号码：44528119820216xxxx 摘要：通过运用模块化的设计方法，在设计的时候运用划分和组合的方式完成所有的工作，不仅有利于提高设计的科学性，还能够提高模块化设计的效果，降低机械设计成本，对促进机械设计的顺利进行具有重要的作用。 关键词：机械设计；模块化；设计方法 从设计层面上看，模块化在技术上的转变已经基本完成了。通过对划分和组合来完成不同的种类的机械包装，这样就可以缩短工期，这样能够减少制造需要的成本。所以说模块化从设计上还是制造上都是机械制造商最后的选择。 一、模块化的设计方法 对模块的划分、和可互换性等方面划分的好坏可以直接影响模块的实际能否成功。在进行划分的时候不仅仅要考虑在制作的时候的方便性、同时也应该考虑到在进行组合的时候是否能够轻易的组合。所以，在设计模块的时候，一定要进行详细的划分。同时，在进行模块划分时，应该考虑到在系统中的可更换性；同时也要保证模块在功能方面要有其独立性；模块之间的结合应该方面分离等等。在进行模块设计的时候应该注意模块的组合，也就是模块之间的结合面。为了能够使，模块之间进行更换，当然不同的模块之间也要保证其能够进行更换。所以，在设计模块的时候，应该保证模块具有可更换性。同时也必须增加接口处的的规格化和标准化。 二、模块化设计方法的概念与特点 （一）概念。模块化设计方法是机械设计的一种重要方法，它是指在进行机械设计的时候，将不同的组成部分划分为相应的模块，对每个模块的设计进行全面的考虑，然后将其进行组装，最后完成机械设计的所有内容。在设计的时候，对模块的划分、可互换性等方面的考虑会影响模块设计的效果，因此在具体的设计工作中，应该进行全面的考虑，不仅需要考虑制作的方便，还需要对不同的模块进行详细的划分，明确每个模块的功能，考虑不同模块组合的方便。同时，还需要确保每个模块功能的独立性，并能够进行相应的更换，从而促进系统功能的升级。 （二）特点。作为一种新的设计理念和设计方法，模块化设计方法具有自身显著的特点。一是模块化设计方法能够方便维修，由于模块化设计具有可更换的功能。因此，在具体运用中，当机械设备发生故障的时候，通过检查和分析，将出现故障的模块进行更换即可。这样大大简化了维修工序，给设备维修带来很大的方便。二是简化了包装过程。以前在包装的时候只能根据产品特点进行指定包装，设计出来的包装只能适用于相同系列的产品，给包装带来很多的不便。而运用模块化设计方法设计出来的产品，在具体运用中，能够满足多种不同产品，从而简化了包装，节约了时间和人力。三是模块化设计方法能够节约成本。在包装的时候，能够根据模块特有的功能进行，通过对各个模块的研究，还可以完善其功能，提高其质量。可以用较少的模块完成更多的机械设备包装，有利于节约设计成本。 （三）设计的特点 1）便于维修，在使用模块化设计的时候，由于模块具有可更换的特点，所以如果在机械包装的过程中发生故障的话，只需要将不合适的模块更换就可以。这样省去了在设计的时间，以及方便维修；2）简化包装设计在过去的包装中，进行设计的人主要根据产品的特点进行指定的包装，所以设计出来的包装只能使用于相同系列的产品，而对其他系列的产品不能够应用。采用模块化设计之后，可以使一种设计满足许多的系列的产品，只要在客户提货的时候进行模块之间的更换即可在对传统的机械化包装进行设计的时候要对每一个零件的设计进行考虑，这样就需要人员掌握的知识面广，这样不单单浪费时间，同时也消耗了人员的精力，这样就导致机械的生产周期短，然而，在采用了模块化之后，技术人员不用再考虑每一个零件的设计，只需要使用现有的模块即可；3）模块化包装的成本低，在进行模块化包装的时候，可以根据模块特有的功能进行。同时也可以通过对模块的不断研究，不断的完善其质量和性能，以此来增加模块化产品的数量。这样就可以用较少的模块组合成最多的机械包装。在减少设计时候的同时，也减少了设计成本。 三、模块化设计方法的具体操作步骤 为了促进模块化设计方法得到更好的运用，在设计的时候需要遵循相应的步骤和方法，确保模块的独立性和完整性，方便模块之间的连接，并力求用最少的模块设计最多的产品，保证结构的精度，性能的稳定。首先应该考虑机械设备的具体需要，合理确定模块的划分，确保模块操作的方便，并保证模块之间能够进行轻易的组合。每个模块既独立又相互依存。然后将不同的模块组合起来，实现机械设计所需要的功能。另外，还要确保每个模块具有可更换的功能，当一个模块在使用中出现问题的时候，可以对其进行更换，不影响其他模块的运行和整个机械设备的运作。 四、模块化设计方法在机械设计中的运用 为了让人们对模块化设计方法在机械设计中的运用有更为详细的了解，下面将通过具体实例，对此进行探讨与分析，具体的机械设计以数控立式车床设计为例。 （一）进行模块划分。在数控立式车床设计中，运用模块化设计方法，其中最为关键的内容是进行功能与结构分析，根据设计的具体需要，对结构的功能进行科学合理的划分，这是决定设计效果的关键内容。根据数控立式车床设计和具体工作的需要，将该模块功能划分为传动模块、执行模块、支承模块、辅助模块、监测模块，每个模块具有自身独特的功能，统一于机械设计中，促进机械设备功能的有效发挥。 （二）确定模块功能。在对模块进行划分之后，接下来进行的工作是确定每个模块的功能。有些模块只有单一的某种功能，而有些模块却有多种功能。例如，工件监测装置模块的功能是工件监测功能，刀具监测装置模块的功能是刀具监测功能，机内对刀装置模块的功能是机内对刀功能，在这些模块中，每个模块单独行使某项功能。同时，有些功能由几个模块完成的，例如，工作台模块、卡爪模块都具有工作定位功能，同时，工作台模块、卡爪模块、主变速箱模块都具有工件旋转功能。有些模块还具有多种功能，在具体运用中能够完成多种功能，例如，刀架模块具有刀具定位、刀具夹紧、刀具松开功能。在确定每个模块的功能之后，明确每个功能的任务，为合理进行模块的组织做好准备。 （三）进行模块组装。功能确定之后进行模块组装，从而确保整个机械设计各模块得到合理配置，在实际运用中发挥更大的作用。组
一航空电子系统的组成：1,各种机载信息采集设备 2，信息处理设备 3，信息管理和显示控制设备 4，相关的软件 二航电系统的发展大致可以分为四个阶段 1，分立式航空电子系统，代表机型为F-100，F-101， 2，联合式航空电子系统，代表机型为F-16C/D 3，综合航空电子系统，代表机型为F-22，F-35 综合航电系统的结构特点如下： 系统按功能区划分 采用高度模块化设计 采用高速数据总线 采用高度综合的座舱显示系统 采用大规模软件技术 采用先进的传感器并进行多传感器的信息融合 实现了系统容错和重构功能 4先进综合航空电子系统 三航空电子系统的发展方向 1智能化 电子计算机已成为现代化机载电子设备的核心, 电子计算机的发展已经并将继续不断地改变着机载电子系统的面貌。当前计算机的发展正面临着重大突破—人工智能计算机的出现。目前人工智能研究主要集中在专家系统、模式识别系统、机器人等三方面 2综合化 采用高级复杂软件增扩最佳控制技术以保证容错, 采用标准化部件, 以减少备件、简化维修、
降低全寿命费用。系统的综合能力依赖于先进的技术支援, 其中包括高速数据总线、超高速集成电路（VHSIC）和人工智能等。 3全频谱化 现代局部战争表明, 电子战已越演越烈,而电子战的实质就是对电磁频谱的激烈争夺。由于无线电频段和微波频段已拥挤不堪因此航空电子设备的工作频率正逐渐向毫米波、红外、激光、可见光等领域扩展, 从而使航空电子系统趋于全频谱化。 4隐蔽化 在导航系统中采用惯导—全球定位系统组合，惯导—天文导航组合等方案, 构成载机不辐射电磁波的“隐蔽导航系统”。采取这种组合方式。”既能保持惯导的近距导航较高的精度又可校正远距飞行中惯导的累积定位误差。 当前正在研制的全地形航空电子系统（T２A）就具有隐蔽导航功能,其核心部件为一个存贮地形三维数据的数据库, 数据库内存有航线中的所有地形的数据,如一些基本点的海拔高度参数、森林、河流、道路、障碍物的信息数据等。利用该数据库在飞行中能够获得一个不断变化的地形轮廓图。从而, 在其它设备的配合下, 实现“隐蔽导航”。 四航空电子系统的安全技术 随着航空电子系统的综合化程度的不断提高，不同级别的任务共享硬件、软件和数据资源，各个模块之间进行相互资源调度和访问，给综合化航空电子系统的安全性和可靠性带来了重大的隐患，主要表现为信息窃听、病毒攻击、非授权访问、非法篡改、故障等。一下为业界为解决安全问题所提出的部分技术研究。 个人总结：近年来的安全技术应该是基于分区管理、分层防御等技术，主要是在高度综合的航电系统中，由于是分区管理，所以安全性主要集中在不同的安全级别构件间数据传输的安全性。这应该也是我们软件安全的切入口。（完全是个人看论文之后的总结，可能错的离谱，别笑话哈）1，Trustable Computing in Next-Generation Avionic Architectures（1992）未来的智能武器中，在更加主张敏感信息的安全性、关键数据的完整性以及系统运行和其他一
在全球倡导发展文化创意产业的背景下，大型机械设备产品设计领域对于文化因素产生的设计意义重视程度不足，难以满足不同地域文化背景下客户的多样化需求。目前还没有一种成熟的模块化设计系统满足所有客户的模块化设计需求。因此，在模块化设计中加入地域文化背景因素的考量，充分理解、尊重本土知识，以此为基础应用到产品设计中去，完善模块化设计理论系统，以期更科学专业地指导产品设计，为企业赢得更大市场。 一、地域文化内容 区域文化组成内容复杂，文化形成过程受到的影响包括地理因素、文化融合、政治因素和民俗宗教，在组成内容上分别表现为物态意象、社会制度、行为表现、思想意识四个方面，共同组成了文化的三个基本层次。物态意象是指人们日常生产生活中的可看见能触摸到的实际上存在的物品和工具，通常是物理性的和可以被直接感受的，除了器物本身的物理属性，其他方面如器物的肌理材质、产品结构、和具有装饰性的色彩搭配等；社会制度和行为表现两方面作为一个层次理解，主要指人们在各种社会关系之间的习惯约定和规范化行为，具有独特的民族性和地域特色鲜明的文化背景，比如文明礼仪、道德风范和风俗习惯；思想意识层面指人类在社会制度下处理与他人关系中形成的观念、思维和审美等，包括社会心理和意识形态。不同的文化类别由不同的维度对应不同的设计应用。 二、地域文化对大型机械设备模块化产品设计产生的影响
大型机械设备的首要因素就是要适合在大型工厂中使用，并符合工人操作的大型机械设备的模块化设计原则。在调研分析用户本土文化背景时，针对大型机械设备设计领域，地域文化对于其产品设计的影响主要在人机要素、造型要素、色彩搭配要素三个方面。1.地域文化对大型机械设备模块化产品设计的人机影响。不同区域的客户在人机使用过程中的需求不同。不如国内南方人的身高跟北方人的身高不同，在大型机械使用过程中生由于身高不同操作起来使用感不同，影响设备用户体验，进而对企业品牌形象和售后产生影响。大型机械设备要销往国外的话，除了身高问题，还有习惯使用左手操作和右手操作等的操作习惯、人机交互界面位置等的方面，都是需要在用户调研时考虑的文化背景因素。因此，在对大型机械设备产品进行模块化设计时，考虑不同的地域文化影响产品的人机设计的不同，以迎合当地人们的需求，设计出适合市场的产品设备。2.地域文化对大型机械设备模块化产品设计的造型影响。不同区域的文化氛围中，人们对于自己心中的文化的理解不同。针对不同地区的使用者操作使用的大型机械设备产品在造型的风格和造型感觉上很有可能存在很大差异，造型设计根据产品面向的主要消费主体及其所在文化背景调研总结的特点进行设计，对造型风格的认识感受是用户直观的判断产品定位的主要方式之一。因此，在产品设计确定造型元素前，对当地的本土文化进行详细全面的了解，分析探索出哪些元素在当地的受欢迎程度相对越大，对于后期的产品设计和营销越容易成功。3.地域文化对大型机械设备模块化产品设计的色彩影响。大型机械设备产品的使用环境为
机械设计制造及其自动化专业模块化人才培养方案一、专业人才培养目标 （一）专业培养目标 培养德、智、体、美全面发展，具有较强的工程实践能力及创新精神，能够适应较复杂的工程技术环境，在机械工程及相关领域从事机械设计工作、科技开发、应用研究；从事制造加工工艺规程的编制与实施、工艺工装的设计、数控编程工作；从事机械、电气、PLC、液压、气压等工业设备的使用、保养、维修、管理工作；从事工业产品制造的现场技术管理工作和营销等方面工作的高级应用型人才。 （二）专业培养思路 树立“面向工业界、面向未来、面向世界”的工程教育理念，借鉴世界先进国家尤其是德国应用科学大学培养应用型工程师的成功经验，结合我院“地方性、应用型、国际化”的办学定位，创建具有一定特色的工程教育模式。通过我院与相关行业和企业的密切合作，以社会需求为导向，以工程实际为背景，以工程技术为主线，着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力；培养造就创新能力强、适应企业发展需要的本专业优秀工程师。 二、培养规格和要求 1、热爱社会主义祖国，拥护共产党的领导，具有敬业爱岗、艰苦求实、遵纪守法、团结合作的品质；具有良好的思想品德、社会公德和职业道德。 2、有较强的专业心、自主发展意识、创新精神、社会意识、团队合作精神和一定的社会活动能力。 3、系统地掌握数理、机械设计、机械制造、机电控制技术、工程科学技术等基础知识。 4、能正确阅读和绘制机械加工零件图和产品装配图，能使用计算机进行机械产品的辅助设计和制造； 5、具备较强的工程实践能力和工程素养及初步的科技开发、工程研究和组织管理能力。具有独立获取知识、提出问题、分析问题和解决问题的基本能力以及较强开拓创新的精神，具备较强的社会适应能力、从事本专业业务工作的能力和适应相邻专业业务工作的基本能力与素质，受到工程设计方法和科学研究方法的初步训练。 6、系统地掌握一门外语，具备良好的外语读写和口语交流技能。 7、具有较好的文化素养、生理与心理素质以及一定的美学修养。 三、学制和学分要求 学制：四年九学期，其中第五学期为认知实习学期。 学分要求：共240学分。
仿真测试系统 系统概述 FireBlade系统仿真测试平台基于用户实用角度，能够辅助进行系统方案验证、调试环境构建、子系统联调联试、设计验证及测试，推进了半实物仿真的理论应用，并提出了虚拟设备这一具有优秀实践性的设计思想，在航电领域获得了广泛关注和好评 由于仿真技术本身具备一定的验证功能，因此与现有的测试技术有相当的可交融性。在航电设备的研制和测试过程中，都必须有仿真技术的支持：利用仿真技术，可根据系统设计方案快速构建系统原型，进行设计方案的验证；利用仿真验证成果，可在系统开发阶段进行产品调试；通过仿真功能，还可对与系统开发进度不一致的子系统进行模拟测试等。 针对航电设备产品结构和研制周期的特殊性，需要建立可以兼顾系统方案验证、调试环境构建、子系统联调联试、设计验证及测试的系统仿真平台。即以半实物仿真为基础，综合系统验证、系统测试、设备调试和快速原型等多种功能的硬件平台和软件环境。 目前，众多研发单位都在思索着如何应对航电设备研制工作日益复杂的情况。如何采取高效的工程技术手段，来保证系统验证的正确性和有效性，是航电设备系统工程的重要研究内容之一，FireBlade 系统仿真测试平台正是在这种大环境下应运而生的。 在航电设备研制工程中的定位设备可被认为是航电设备研制工程中的终端输出，其质量的高低直接关系到整个航电设备系统工程目标能否实现。在传统的系统验证过程中，地面综合测试是主要的验证手段，然而，它首先要求必须完成所有分系统的研制总装，才能进行综合测试。如果能够结合面向设备的仿真手段，则可以解决因部分设备未赶上研发进度导致综合测试时间延长的问题。在以往的开发周期中，面向设备的仿真技术并没有真正得到重视： （1）仿真技术的应用主要集中在单个测试对象上，并且缺乏对对象共性的重用； （2）仿真技术缺乏对复杂环境与测试对象的模拟； （3）仿真技术的应用缺乏系统性，比如各个阶段中仿真应用成果没有实现共享，
战斗机航空电子革命――F-35综合航空电子系统综述 通常认为美国F-15和F-16是典型的高低搭配的第三代战斗机，而F-22和F-35则分别是它们的后继机，因此从辈分上讲F-22和F-35 当属第四代战斗机。但从开发时间和进入服役时间看，F-35要远远晚于F-22。经过了近20年的努力，F-22最近才刚刚进入初始作战状态（IOC），而F-35 要到2010年以后才能进入现役。由于电子技术发展迅速，更新换代周期远远短于飞机本身，这就注定了在F-35战斗机上的电子系统要比F-22更先进和具有更高的性价比。 F-35 联合攻击战斗机（JSF）是一种多用途、并能服务于空军、海军和海军陆战队的多兵种作战飞机。他最具特点的进步是开发和采用了高度综合化的航空电子系统，因而，使战斗机具有全新的作战模式。 为了满足21世纪作战需要，战斗机所最需要性能特征是什么？简而言之，就是大量采集飞机内部和飞机外部的各种数据、并对其进行融合处理，形成对战场环境的正确感知，以及实现对飞机和武器系统的智能化控制。
研制F-35的目标是取代F-16、A-10、F/A-18A/B/C/D、F-14和AV-8B，以及英国的GR-7和"海鹞"等现役战斗机。美国空军计划采购1763架、海军和海军陆战队680架、英国皇家空军90架和皇家海军60架。F-35 共分三种型别：常规起降型（CTOL）、短距离起飞/垂直降落型（STOVL）和舰载型。这三种型别的航空电子设备的90%以上是通用的。 虽然JSF飞机是由多国开发，但是高水平的探测传感器和电子信息的综合处理则由美国掌控。在任务系统软件控制下的有源相控阵（AESA）将能执行电子战（EW）功能，同时，还将执行部分通信、导航和识别（CNI）的功能。JSF的红外传感器将采用通用设计的红外探测和冷却组件。所有关键电子系统，其中包括综合核心处理机（ICP）大量采用通用模块和商用货架产品（COTS）。在ICP和每个传感器、CNI系统和各显示器之间的通信采用速度为2Gigabit/s的光纤总线。 在对飞机的作战环境和态势的显示方面，F-35已经取得了突破性的发展。从雷达、光电系统、电子战系统和CNI系统以及从外部信息源（预警机和卫星等）的各种信息通过任务系统软件进行融合，最终通过直觉的大屏幕座舱显示器向飞行员显示。同时，在飞行员的头盔显示器（HMDS）上显示各种投影信息，其中包括红外图像、紧急的战况、飞行和安全信息。 共有6个分布式孔径系统（DAS）传感器用来实现围绕飞机360o的红外探测保护，为飞行员提供更高的视觉灵敏度，并能实现夜间飞机近距编队飞行。还可在夜间和烟尘覆盖情况下为飞行员在头盔显示器上显示飞机下方目标图像。飞机内部安装的光电目标定位系统（EOTS）对DAS的导弹来袭告警能力进行了增强。EOTS提供窄视场，但距离较远的目标探测能力。根据任务软件的指令，EOTS可以在雷达不开机的情况下提供目标信息。 1.更为先进的机载AESA多功能雷达 比较典型的例子是美国最新一代战斗机F-35的多功能综合射频系统（MIRFS）。它是建立在APG-81 AESA雷达的基础上的一个功能广泛的系统。它不仅能够提供雷达的各种工作方式，它还能提供有源干扰、无源接收、电子通信等能力。MIRFS 频带较一般机载AESA要宽得多，同时能够以各种不同的脉冲波形工作，保证了雷达信号的低截获概率（LPI）。同F-22的APG-77 AESA
探究模块化设计方法在机械设计中的要点 发表时间：2019-12-18T09:52:07.737Z 来源：《基层建设》2019年第26期作者：陈京刘仁 [导读] 摘要：随着时代的不断进步，人们的生活水平也随之逐渐提高，从原有的群居式的生活方式慢慢向个体式的生活方式转变，而传统的生产方式已达不到如今工业生产的要求。 深圳市联建光电股份有限公司 518101 摘要：随着时代的不断进步，人们的生活水平也随之逐渐提高，从原有的群居式的生活方式慢慢向个体式的生活方式转变，而传统的生产方式已达不到如今工业生产的要求。在工业生产的进程中，决定其生产数值的主要因素就是企业的生产机器，已经陈旧老化的机器必然是无法达到现今社会生产要求的。因此，为顺应时代的发展，达到当今社会的生产需求量，则需要从机械设计方面着手，引入新型设计理论，从实际使用性能上对机械进行改善，以此减少机械设计的资金投入，并为企业谋取更多的经济利益。 关键词：模块化设计方法；机械设计；要点 引言：随着市场经济的不断深入，当前机械制造行业间的市场竞争已经变得十分激烈，企业要想在这一市场环境中生存下去，就必须要在设计、生产成本以及市场需求等方面进行努力。而模块化设计作为一种能够节约资源、缩短设计周期的设计方法，恰恰能够为机械产品的设计生产提供很大帮助，并使企业的市场竞争力得到提升。因此，对于机械设计对于模块化设计方法的应用是非常具有现实意义的。 1、模块化设计方法的相关概述 1.1模块化设计方法的概念 模块化设计方法简单来说就是对不同功能、不同规格、不同性能的模块进行设计、分析、选择，并最终将所选模块进行组合的一种设计方法。这种方法能够通过模块组合的方式将多种产品要素联系在一起，从而使多种产品元素共同构成的子系统能够具有特定的功能，同时在这一子系统的基础上，模块化设计还可以将其与其他产品要素进行灵活的组合，进而构成多种不同功能或性能的系统，以满足当前市场上多样化的设计需求与产品需求[1]。另外从功能上来看，模块化设计方法主要是围绕基本功能、辅助功能、特殊功能以及适应功能几方面进行设计，而在这些功能都嫩巩固得到完善的情况下，模块化产品的优势也就能够充分体现出来。 1.2模块化设计方法的特点 作为一种新的设计理念和设计方法，模块化设计方法具有自身显著的特点。一是模块化设计方法能够方便维修，由于模块化设计具有可更换的功能。因此，在具体运用中，当机械设备发生故障的时候，通过检查和分析，将出现故障的模块进行更换即可。这样大大简化了维修工序，给设备维修带来很大的方便。二是简化了包装过程。以前在包装的时候只能根据产品特点进行指定包装，设计出来的包装只能适用于相同系列的产品，给包装带来很多的不便。而运用模块化设计方法设计出来的产品，在具体运用中，能够满足多种不同产品，从而简化了包装，节约了时间和人力。三是模块化设计方法能够节约成本。在包装的时候，能够根据模块特有的功能进行，通过对各个模块的研究，还可以完善其功能，提高其质量。可以用较少的模块完成更多的机械设备包装，有利于节约设计成本。 2、机械模块化设计的作用分析 相关设计人员在充分的调查和分析市场产品功能的基础上，进行设计，通过组合模块，以形成特定的产品，充分发挥模块化设计的作用。可立足于实际情况变更模块化体系，也可优化模块设计理念。机械设计中的模块化设计方法能使设备运行效率提升，在使设计周期减少的同时，能对产品的性能提供保障，真正实现集成设计和知识管理的目标。对于维修工作而言，利用机械设计模块，能提供很大的便利。无需在进行大面积和大规模的维修任务，实施工作只需要在具体的部位进行。在机械模块化设计中，具有相对简单的模块结构，拆卸和安装都非常方便。在模块化的设计中，更进一步突出了包装设计的简化作用。通过引入模块化技术，不仅能提供了技术支持，还能使设计人员的工作效率进一步提升。模块化设计不单单使包装流程大大简化，还使设计成本有效降低，对于成本支出，发挥有效的促进作用。 3、模块化设计方法在机械设计中的要点分析 3.1模块架构设计 产品的整体架构是模块化机械设计的前提，只有明确了整体架构要求，后续的设计工作才能够围绕这一架构要求展开并顺利进行下去。因此在设计前期，企业必须要进行详细的市场调研工作，获得明确、详细的调研数据，并以此为基础展开深入分析，明确当前市场对于产品的具体需求，从而将产品的整体架构要求确立下来。需要注意的是，架构要求的明确除了要考虑到市场需求，还要对企业自身的生产规模、技术水平等实际情况进行充分考虑。 3.2模块区分设计 在明确产品所需要实现的功能后，还要根据产品结构对功能与模块进行具体区分。首先，基于市场或客户的产品需求，需要先将产品的各类功能进行细分，并与具体的结构一一进行对应，这样就能够保证所有功能需求都能够在产品设计中得到实现并构成一个整体。其次，在功能得到区分的基础上，还要对具体的模块进行区分，在这一过程中，不仅要保证产品整体功能、性能的完整性以及结构的独立性，同时也要对模块连接部分进行合理设计。此外，整个模块的数量要进行严格的控制，模块间的结构也要尽量简单，这样才能够利用最少的投入来达到更多的功能，从而保证的模块化机械设计的经济性。 3.3模块编码设计 在模块区分的基础上，还要对各个模块属性、参数等进行明确，并标注好名称，此外还要对不同模块间的关系进行考虑，从实现模块的合理编码。这样一来，产品的各个模块都具有着明确的标准，而研发、生产等环节的合理性也能够得到充分保证。 3.4模块接口管理 模块化产品由各个模块构成，而接口各个模块间能够实现连接与有效协调的关键所在，因此，接口管理对于模块化机械设计来说是非常关键的，而要想保证模块接口的正常，则需要进行模块接口的集中管理。首先，要根据各模块特点以及产品的具体要求进行全面考虑，从而将接口的设计标准确立下来，使各个模块间的接口都能够处于统一的状态下，进而实现对模块接口的有效控制。同时，还要利用矩阵分析法对模块的基准零点进行计算，并以此为基础来确定各个模块接口的传输内容，这样一来，接口设计与管理的科学性就都能够得到充分的保正。 3.5模块组装设计 模块组装是模块化机械设计的最终环节，同时也是模块化产品生产的重要保障，因此模块组装设计的要求也是非常严格的。首先，在
1模块化机械设计 1.1模块及模块化的概念 模块是一组具有同一功能和结合要素(指联接部位的形状、 尺寸、连接件间的配合或啮合等),但性能、规格或结构不同却能 互换的单元。模块化则是指在对产品进行市场预测、功能分析的基础上划分并设计出一系列通用的功能模块,然后根据用户的 要求,对模块进行选择和组合,以构成不同功能或功能相同但性 能不同、规格不同的产品。 1.2模块化机械设计相关性 模块化设计所依赖的是模块的组合,即结合面,又称为接 口。为了保证不同功能模块的组合和相同功能模块的互换,模块 应具有可组合性和可互换性两个特征。这两个特征主要体现在 接口上,必须提高模块标准化、通用化、规格化的程度。对于模块化机械设计,可见其关键是怎样划分模块,这里主要通过综合考 虑零部件在功能、几何、物理上存在的相关性来划分模块。 (1)功能相关性零部件之间的功能相关性是指在模块划分 时,将那些为实现同一功能的零部件聚在一起构成模块,这有助 于提高模块的功能独立性。 (2)几何相关性零部件之间的几何相关性是指零部件之间 的空间、几何关系上的物理联接、紧固、尺寸、垂直度、平等度和同轴度等几何关系。 (3)物理相关性零部件之间的物理相关性是指零部件之间 存在着能量流、信息流或物料流的传递物理关系。 1.3模块化机械设计的优点 模块化机械设计在技术上和经济上都具有明显的优点,经 理论分析和实践证明,其优越性主要体现在下述几方面: (1)可使现在机械工业得到振兴,并向高科技产业发展; (2)减轻机械产品设计、制造及装配专业技术人员的劳动强 度; (3)模块化机械产品质量高、成本低,并且妥善解决了多品 种小批量加工所带来的制造方面的问题; (4)有利于企业根据市场变化,采用先进技术改造产品、开 发新产品; (5)缩短机械产品的设计、制造和供货期限,以赢得用户; (6)模块化机械产品互换性强,便于维修。 2模块化机械设计在UG中的实现 2.1总体构思 在用UG进行机械设计时,为了将常用件模块化,首先要把 常用件的三维模型表达出来。对于系列产品,可按照成组技术的 原理进行分类,一组相似的常用件建立一个三维模型,即所谓的 三维模型样板。根据UG参数化设计思想,一个三维模型样板可 认为是一组尺寸不同、结构相似的系列化零部件的基本模型。把
第30卷 第10期航 空 学 报 Vol 130No 110 2009年 10月ACTA A ERONAU TICA ET ASTRONAU TICA SIN ICA Oct. 2009 收稿日期:2008208228;修订日期:2008211218 基金项目:总装备部预研基金(9140A17020307JB3201);空军工程 大学工程学院优秀博士论文创新基金(BC07003) 通讯作者:褚文奎E 2mail :chuwenkui @1261com 文章编号:100026893(2009)1021912206 综合模块化航空电子系统软件体系结构综述 褚文奎,张凤鸣,樊晓光 (空军工程大学工程学院,陕西西安 710038) Overvie w on Soft w are Architecture of Integrated Modular Avionic Systems Chu Wenkui ,Zhang Fengming ,Fan Xiaoguang (Institute of Engineering ,Air Force Engineering University ,Xi ’an 710038,China ) 摘 要:作为降低系统生命周期费用(L CC )、控制软件复杂性、提高软件复用程度的重要手段之一,软件体系结构已成为航空计算领域的一个主要研究方向。阐述了综合模块化航空电子(IMA )的理念,分析了推动 IMA 产生和发展的主要因素。总结了ARINC 653,ASAAC ,GOA 以及F 222通用综合处理机(CIP )上的软件 体系结构研究成果,并讨论了IMA 软件体系结构需要解决的若干问题及其发展趋势。在此基础上,对中国综合航电软件体系结构研究提出了一些见解。 关键词:综合模块化航空电子;软件体系结构;开放式系统;软件工程;军事工程中图分类号:V247;TP31115 文献标识码:A Abstract :As an important means to decrease system life cycle cost (L CC ),control software complexity ,and improve the extent of software reuse ,software architecture has been a mainstream research direction in the aeronautical computer field.This article expatiates the concept of integrated modular avionics (IMA ).Three major factors are analyzed which promote the development of IMA architecture.IMA software architectures presented by ARINC specifications 653,ASAAC ,GOA ,and F 222common integrated processor (CIP )are summarized.Discussion about some problems to be solved and the development trend is made for IMA soft 2ware architecture.Finally ,some views are presented about IMA software architecture research in China.K ey w ords :integrated modular avionics (IMA );software architecture ;open systems ;software engineering ;military engineering 军用航空电子系统(以下简称:航电)是现代 战机的“中枢神经”,承载了战机的绝大部分任务,比如电子战、通信导航识别(CN I )系统等,是决定战机作战效能的重要因素。 F 222的航电综合了硬件资源,重新划分了任务功能,标志着战机的航电结构正式演变为综合式。在此基础上,F 235将航电硬件综合推进到传感器一级,并用统一航电网络取代F 222中的多种数据总线,航电综合化程度进一步提高[1]。 与此同时,航电软件化的概念逐渐凸现。F 222上由软件实现的航电功能高达80%,软件代码达到170万行,但在F 235中,这一数字刷新为800多万行。这表明,软件已经成为航电开发和实现现代化的重要手段[2] 。 航电综合化和软件化引申的一个重要问题是如何合理组织航电上的软件,使之既能够减少生 命周期费用(Life Cycle Co st ,L CC )和系统复杂度,同时又能在既定的约束条件下增强航电软件的复用性和经济可负担性。此即是航电软件体系结构研究的主要内容。 1 综合模块化航空电子 111 综合模块化航空电子理念 综合模块化航空电子(Integrated Modular Avi 2onics ,IMA )(注:该结构在国内一般称为综合航 电)是目前航电结构发展的最高层次,旨在降低飞机LCC 、提高航电功能和性能以及解决软件升级、硬件老化等问题。与联合式航电“各子系统软硬件专用、功能独立”的理念不同,IMA 本质上是一个高度开放的分布式实时计算系统,致力于支持不同关键级别的航电任务程序[3]。其理念概括如下: (1)系统综合化。IMA 最大限度地推进系 统综合,形成硬件核心处理平台、射频传感器共享;高度融合各种传感器信息,结果为多个应用程
河北科技大学 学生个性化教育实训报告 题目：搬运单元模块设计 学生姓名： 指导教师： 日期：2016年1月15日
目录 1 第一章模块化生产系统的简介 (1) 1.1 第1节系统的特点和作用 (1) 1.2 第2节系统的组成 (2) 1.3 第3节MPS的发展 (6) 2 第二章物流过程 (7) 3 第三章MPS单元的结构与控制 (8) 3.1 第1节搬运单元简介 (8) 3.2 第2节搬运单元的机械结构 (9) 3.3 第3节搬运单元的气动控制 (10) 3.4 第4节制定I/O表 (11) 4 第四章材料的选型 (23) 4.1 第1节气缸的选择 (23) 4.2 第2节传感器的选择 (25) 4.3 第3节电磁阀的选用 (26) 5第5章参考文献 (27)
第一章模块化生产系统的简介 第1节系统的特点和作用 模块化生产培训系统：Modular Production Training System,简称MPS。模块化生产培训系统是应用于机电一体化、自动化等相关专业的专业技术职业培训和继续教育的模块化教学培训系统模块化生产培训系统可以从基础部分的简单功能及加工顺序，逐步扩展到复杂的集成控制系统。模块化生产培训系统是为提高学生动手能力和实践技能而设计、生产的一套实用性实验设备。该装置由多套各自独立而又紧密相连的工作站组成。各个功能站分别为：上料站、检测站、上料检测站、搬运站、加工检测站安装站、操作手站、传送单元、搬运分拣站和分类存储站。 该实验装置的一大显著特点是：它具有综合性、模块化以及易扩充等特点。它针对学员不同的技术基础进行培训，具有良好的适用性。具有较好的柔性，即每站各有一套PLC控制系统独立控制将各个模块分开培训可以容纳较多的学员同时学习。在基本本单元模块培训完成以后，又可以将相邻的两站三站……直至八站连在一起学习复杂系统的控制编程装配和调试技术。由于该系统囊括了机电一体化专业学习中所涉及的诸如电机驱动、气动、PLC（可编程控制器）传感器等多种技术，给学员提供了一个典型的综合科技环境，使学生将学过的诸多单科专业知识在这里得到全面认识综合训练和相互提升。因此该套装置非常适合对在校学生和初上岗位的工程技术人员进行培训，是培养机电一体化人才的理想设备。系统的实体图如图1-1所示 图1-1
3 基于GUI的《信号与系统实验》仿真平台的设计 设计思想 3.1.1 设计步骤 本课题设计的界面布局是先设计GUI总界面，然后设计子界面，再在子界面上设置按钮、坐标轴、文本框等一系列控件，最后借助于callback函数调用程序。在函数调用程序的设计中先编写各个子界面中的回调函数下的程序，再编写GUI界面的回调函数下的程序。 1. 用MATLAB的GUIDE提供的创建图形界面工具设计整个实验仿真界面的主界面，在设计子界面； 2. 在实验子界面中添加各个控件对象，编写控件按钮回调函数，实现每个控件的控制功能，直接通过界面上的控件实现对结果的分析； 3. 最后编写GUI总界面的回调函数程序，把所有的子界面集合在总界面中，通过总界面可以进入任意子界面中并可以进行操作； 4. 退出实验界面。 设计流程如图3-1： 3.1.2
验界面、快速傅里叶实验界面。在菜单设计时，在实验子界面中除了使用系统约定的 菜单条外，还增加了几个控制背景和退出实验的菜单。系统的整体结构如图3-2所示： 图3-2 实验系统的整体结构 基于的系统总界面的设计 3.2.1 设计步骤 在GUIDE 的编辑界面中，在空白处双击或者单机右键选择property inspector ， 出现属性设置对话框，可以对GUI 的属性风格进行个性化。Color 选项可以改变背景 颜色，选择自己喜欢的颜色，本课题是插入图片。Position 选项可以对界面窗口的大小进行调整，窗口的大小可以通过设置width 和height 进行调整，也可以用鼠标拖拽窗口，用鼠标拖拽窗口设置比较方便、快捷，也更容易设置适合于实验设计内容的大 小GUI 界面。 下面详细介绍主界面的设计过程： 点击运行MATLAB 软件后，在软件界面中直接点击GUIDE 工具，选择Create New GUI 中的Blank GUI(Defarlt)点击OK ，在弹出的新建窗口中拖入7个静态文本框 （Statec Text ）和7个按钮（Push Button ）如图3-4所示。设置静态文本的String 为“基于GUI 的信号与系统仿真实验平台的设计”Background Color 为浅红色， FontSize 为，Foreground Color 位黑色。依次设置另外六个静态文本框String 为“实 验一基本信号的产生”、“实验二信号的基本运算”、“实验三卷积”、“实验四傅里叶变 换”、“实验五连续系统零状态响应”、“实验六低通滤波器”这几个实验的Fonsize 为， 另外的六个按钮依次设计的Fonsize 为。点击每个实验后的按钮编写回调函数进入相 应的实验子界面中，也可参考图3-3流程： 的产生。 基 本信号信号的 基卷积 傅立叶变连续系统 低通滤波 主界面 退出界