“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(shí)置于計(jì)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(jì)來開發(fā)和實(shí)施 Bell 525 電傳系統(tǒng)的控制律。該項(xiàng)目是 Bell Helicopter 工程師第一次在 DO–178B A 級(jí)的工作流中使用自動(dòng)代碼生成。

"我們?cè)?Simulink 中完成了所有的設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)生成代碼時(shí)，我們沒有發(fā)現(xiàn)任何集成問題。這點(diǎn)非常有吸引力，因?yàn)樵谝郧暗捻?xiàng)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(gè)將配備電傳飛行控制系統(tǒng)的民用直升機(jī)推向市場(chǎng)的公司。這意味著減少手寫編碼和手動(dòng)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(gè)手寫代碼的小改動(dòng)將導(dǎo)致一個(gè)復(fù)雜的審查過程。對(duì)一個(gè)有強(qiáng)烈目標(biāo)的飛行測(cè)試開發(fā)流程來講，它花費(fèi)的時(shí)間太長(zhǎng)。

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

首先，他們?cè)噲D減少軟件需求變化時(shí)導(dǎo)致的手寫代碼返工；其次，他們希望簡(jiǎn)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(gè)穩(wěn)健的開發(fā)過程，讓工程師們?yōu)槠渌麍F(tuán)隊(duì)和項(xiàng)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(jì)、實(shí)施并驗(yàn)證了基于模型設(shè)計(jì)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(jí)系統(tǒng)需求。該模型被劃分為多個(gè)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(cè)試用例，并在Simulink中運(yùn)行仿真來驗(yàn)證邏輯和功能。

工程師使用Simulink Requirements，將在 DOORS 里定義的需求與對(duì)應(yīng)的Simulink和Stateflow對(duì)象模型聯(lián)系起來。這種可跟蹤性使團(tuán)隊(duì)能夠執(zhí)行影響因素分析，識(shí)別出在項(xiàng)目需求發(fā)生后期更改時(shí)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(cè)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?yàn)樗鼛椭鷪F(tuán)隊(duì)從低層的測(cè)試追溯到高級(jí)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(jì)，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(duì)，使得他們可以實(shí)現(xiàn)更廣泛的目標(biāo)。”

——Bell Helicopter, Mike Bothwell

該團(tuán)隊(duì)使用Simulink Report Generator生成設(shè)計(jì)和需求跟蹤報(bào)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(duì)生成的代碼進(jìn)行檢測(cè),團(tuán)隊(duì)將生成的代碼和控制律模型進(jìn)行自動(dòng)比較，查找不符合要求塊、驗(yàn)證可追溯性,達(dá)到 DO-178B 代碼審查的目標(biāo)。

代碼評(píng)審之后，完成代碼并使用與Simulink模型相同的測(cè)試用例來進(jìn)行測(cè)試。然后，軟件團(tuán)隊(duì)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(cè)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(cè)試。Bell Helicopter 正在將基于模型設(shè)計(jì)拓展到將來的 DO-178C 項(xiàng)目中。

結(jié)果

集成時(shí)間減少90%。“我們第一次自動(dòng)生成代碼，并在真實(shí)的硬件上運(yùn)行時(shí)沒有任何集成問題，” Bothwell 說。“在過去，完成代碼的初步集成要花大約 10 周的時(shí)間，但基于模型設(shè)計(jì)中只需要1周時(shí)間。”

開發(fā)迭代時(shí)間從幾周減少到幾小時(shí) 。“在過去的流程中，當(dāng)我們做一個(gè)小的設(shè)計(jì)更改時(shí)，需要幾周的時(shí)間來等待軟件團(tuán)隊(duì)完成編碼，”Bell 525電傳控制律設(shè)計(jì)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(gè)小時(shí)內(nèi)我們就完成了一個(gè)新的測(cè)試版本。”

可信賴的代碼質(zhì)量。“基于模型設(shè)計(jì)使我們能夠在不影響工作質(zhì)量的情況下減少花在耗時(shí)的任務(wù)上的時(shí)間，” Alfred 說。“就像對(duì)傳統(tǒng)手寫代碼一樣，我們對(duì)自動(dòng)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。”