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航空工业上电CPA&DCS专业的自主创新发展之路

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由航空工业上电独立研制的“新舟”700飞机控制板组件及调光控制系统(以下简称CPA&DCS)首飞红标件,以远程视频的形式完成了中国民航局制造符合性审查,顺利交付航空工业西飞民机。

中国航空报讯:6月5日,由航空工业上电独立研制的“新舟”700飞机控制板组件及调光控制系统(以下简称CPA&DCS)首飞红标件,以远程视频的形式完成了中国民航局制造符合性审查,顺利交付航空工业西飞民机。该系统共包含20个航线可更换单元(以下简称LRU),用于保障“新舟”700飞机101架机首飞。此次交付标志着代表我国最新技术和设计理念的CPA&DCS产品完成研制阶段的一个重大里程碑,将助力“新舟”飞机翱翔蓝天。至此,上电在CPA&DCS专业领域实现了C919、“新舟”700、AG600、ARJ21等国内所有重点民机型号的全覆盖,在我国民机领域的核心专业上“打满了全场”。

“新舟”700飞机是全新一代涡桨支线飞机,对飞机整体功能性能、节能环保、人机交互提出了更高的要求。上电独立研制的CPA&DCS系统首次采用一体化设计概念,简化LRU壳体设计、优化材料选型,最大限度优化产品结构和降低产品重量,整个工作包重量比预计降低了15%;采用集中式控制和多余度设计,对重要控制信号采用专用GPIO控制,减少外围电路和电子元器件数量,电路网络节点减少到同类型产品的四分之一,大大降低产品的失效率;整个系统的可靠性更高、性能更优、重量更轻、成本和经济性更具市场竞争力。

上电CPA&DCS专业从无到有、从弱到强,作为国产民机复杂机载系统国产自主保障的又一次成功实践,在“独立自主、创新转型”的改革发展道路上竖起了新的里程碑。

从零开始,在蹒跚学步中萌芽

20世纪50年代初,为适应航空工业辅机生产的需要,解决辅机产品与主机生产不相适应的矛盾,上海弄堂里的四家作坊式私营小厂合并成立公私合营的上海华林电器厂,这就是上电的前身。作为新中国第一批专门试制生产航空电器产品的工厂,在公私合营之初,四家私营小厂都是原始作坊式的生产方式,仅有10名技术人员;合营后,为适应试制、生产多品种、小批量航空产品的需要,工厂从零起步,按照国外样品和主机需求,开始测绘仿制,为主机厂提供航空配电、照明装置等配套产品,这也成了企业后续发展的基础和源头。

经过10多年的发展,企业的生产、技术工作逐步走上轨道,从只能生产10多个品种到最多年产100多个品种,从单一军品生产到军民结合大量生产多种民品,企业逐渐具备稳定的为主机厂生产配套航空电器产品的能力,形成了专业的航空电器厂格局。20世纪70年代末,企业提出了科研先行的方针,产品研制进入自主设计新阶段,整体技术水平不断提高,产品覆盖照明装置、开关、保险丝、可变电阻、飞机照明灯具等。尤其是20世纪80年代,上电接受航空工业部定点研制导光板业务的任务,开始研究国外先进的光电照明系统产品,设立了专门的部门生产导光板,为各主要机型配套,相关产品和技术的积累,为CPA&DCS专业的最终形成奠定了基础。

从无到有,专业格局孕育而生

21世纪初,国家大力发展航空产业的战略决策给迷茫寻找出路的上电打了一剂强心针,乘着中国航空工业大发展的东风,上电逐步打造核心专业优势,体系化推进专业能力建设。

2002年,国家正式立项研制ARJ21-700支线客机,CPA系统作为一个独立系统由国外公司独立研制,没有一家国内企业参与其中。当时,国内飞机座舱操控界面均为分散型操控面板组件,尚停留在单一控制亮度以及集中或区域机械式(手动)调光设计,对于座舱操控界面一体化设计技术还处于摸索和起步阶段,未形成完整技术体系和系统集成能力。

彼时只能研制生产导光板和部分简单开关的上电敏锐地意识到,CPA&DCS这个专业是一次重大战略机遇,上电开始思考逐步把飞机座舱的各独立控制板(盒)进行系统集成、转型成为座舱照明系统供应商的构想,并针对具体架构和布局等技术难题,进行了探索性的预先研究。2007年,上电紧跟国际前沿技术研究,提出了将飞机座舱操控界面作为单独系统开展研究、集成及配套的设计理念,即对飞机座舱中各类分立的控制盒(板)进行集成设计,同时结合自动调光技术,形成国产CPA&DCS。2008年,上电在某项目中正式立项启动CPA&DCS的研制。基于自身国内领先的夜视兼容照明、自动调光等关键技术和导光板、开关等核心技术产品,综合航空心理学、传感技术、数据分析及控制等技术为一体,上电构建了座舱照明系统、操纵控制面板集成一体化设计方案,通过统一设计、布局、验证和评估,实现高效、舒适、安全、个性化友好的座舱人机交互工效设计。该设计理念覆盖了座舱照明系统设计、操纵控制面板集成一体化设计、座舱照明环境虚拟仿真及飞行环境模拟平台验证技术,涵盖座舱布局仿真设计技术、电磁兼容设计及仿真技术、双模式导光板照明技术、组件产品三维设计及性能仿真技术、导光控制盒组件产品生产工艺技术、夜视材料技术、核心器件的研发生产等关键技术的应用。

2008年,上电将CPA&DCS作为公司四大系统专业之一,并在“十二五”规划中进行了详细的战略规划。随着技术逐步成熟,上电CPA&DCS系统开启了国内项目配套研制和应用的先河,实现了各独立控制面板、开关、导光板等的有机集成,产品逐步推广应用到航空防务、舰船、兵器等多个领域。

从弱到强,技术能力比肩国际

“十三五”以来,上电通过推进科技创新和国家企业技术中心的建设,在CPA&DCS、核心器件等方面形成了广泛的技术储备,多项技术、产品达到国际先进水平。

随着CPA&DCS在航空、船舶、兵器等市场领域的发展,上电的核心器件产品也得到了长足发展,逐步研制出密封开关、信号灯等一系列产品,填补了国内空白。通过以国家重点工程为主的多个重点飞机型号配套任务,上电进一步强化新技术、新材料和新工艺的研究,加强核心器件可靠性提升的测试验证,摸索出了独立创新的正向研发新途径,逐步形成了国内领先的核心器件专业,成功开发出信号灯、波段开关、光编码器、扳动开关等8大谱系16个系列的核心器件。核心器件在多功能集成、快速触发、夜间识别、寿命和可靠性设计等关键技术上取得了突破,形成了丰富的旋转、扳动操作主体形状编码数据库,技术达到国际先进水平。其中,信号灯攻克了触觉反馈高可靠性技术,寿命达到20万级,扳动开关系列攻克了柔性薄壁簧片变形/断裂的难题,寿命达5万级,控制旋钮攻克飞机安全生命周期的2000小时可靠性试验耐开裂考验,达到国际先进水平,填补国内空白。与时俱进,上电不断提高军民机领域操控器件的国产自主保障能力。

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C919飞机CPA&DCS实物图

上电积极对标国外先进航空企业,依托C919、运20、AG600、ARJ21、“新舟”700等重大项目,创造性地建立了一套行业领先的CPA&DCS集成验证平台,构建了从功能到性能的全方位系统验证能力,强化了CPA&DCS的正向研制能力。构建C919模拟驾驶舱、客舱等一系列模拟仿真环境,聚焦前沿技术和新型技术的探索研究,开展满足视觉工效要求的机内照明系统集成设计方法研究,突破机内照明设计实现的核心技术,探索出一套机内照明整体验证技术和验证方法,形成具有自主知识产权的驾驶舱CPA&DCS和照明集成验证规范。

上电在国内各大重要型号飞机驾驶舱操控板集成、调光系统方面,均实现了系统联合定义、联合设计、联合迭代优化,真正体现了系统级供应商的价值和作用。随着“驾驶舱照明自动调光系统设计技术”“CPA&DCS设计技术”“驾驶舱操控界面一体化设计技术”等一批科技创新成果的应用,上电CPA&DCS技术成熟度在大中型飞机应用方面达到8级;首次在大型军用飞机上完成具有整体功能的CPA&DCS设计研发,填补了国内空白;全天候长航时飞行要求的驾驶舱照明自动调光系统,填补了国内在大型军用飞机驾驶舱照明自动调光领域的空白,驾驶舱照明人机工效达到国际先进水平。

2010年初,上电开始涉猎国内民机航空领域,作为国内航空照明和CPA&DCS领域的代表,在深耕国内重要型号军机的基础上,积极探索CPA&DCS的民机之路。依托C919大型客机CPA&DCS项目,上电初步建立了按国际民航要求,自主研发、制造、试验、验证、客户服务的一级供应商体系。以C919项目为开端,CPA&DCS作为上电的核心专业之一,逐步打开了民机市场领域,相继实现了在“新舟”700、AG600、ARJ21等国内所有重点民机型号的全覆盖。上电作为C919项目唯一一家国内一级系统级供应商,3次获中国商飞优秀供应商银奖;成为“新舟”700飞机CPA&DCS和二级配电系统两个工作包的系统级供应商,获2018年度“新舟”系列飞机优秀供应商金奖;“民用飞机机载系统正向研制体系创新研究”成果荣获2019中国企业改革发展优秀成果一等奖。作为国内唯一具备CPA&DCS技术专业化研制能力、序列化生产能力以及配套能力的企业,上电始终坚持引领国内CPA&DCS的发展与突破,军民机“双线作战”成果显著,10年来共申请相关专利166件(含发明专利107件),获得5项国防及集团科学技术进步成果,实现了企业由器件级供应商向系统集成供应商的跨越。

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“新舟”700 飞机CPA&DCS产品

民机产品是按国际标准和规范研制生产的,“新舟”700飞机CPA&DCS系统首飞件的交付,标志着我国最新一代座舱照明和操控产品具备放飞条件,即将随“新舟”700飞机飞上蓝天,这是我国民机机载产业实现国产自主保障的又一重要成果。回顾上电66载发展历程,从上海弄堂里的私营小厂到具有行业影响力的现代化高科技企业,从研制航空熔断器、密封开关、继电器等器件级产品制造商,到成为军民机多个领域的系统级供应商;从没有核心专业定位到核心专业追平世界先进水平,66年的奋斗,上电以CPA&DCS专业发展为范本,走出了一条自主创新、转型升级之路。在新时代建设航空强国的号令下,上电将以更加自信的姿态,在民机复杂机载系统的发展之路上砥砺前行,再创佳绩!

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