無人飛行系統（UAS）在情報、監視和偵察（ISR）任務方面的應用已呈現爆炸性增長。隨著無人飛行系統的價值不斷提升，這一增長絲毫沒有顯示放緩的跡象。UAS領域在開發自動控制航空器方面必須解決一系列關鍵技術和人力難題。來自比亞喬航空公司的工程師面臨著將公司的傳統載人P.180 AvantiII行政噴氣機改造成UAS的挑戰。該航空器的指揮控制架構需通過第一代要求的認證，同時按照設計路線圖的要求能夠在將來不斷擴充功能，從而為不同配置提供支持。為了限制經費并在很短的時間內取得成功，這項工作必須由數量嚴格受限的工程師來完成。比亞喬的工程師通過使用新的開發流程實現了上述目標，在該開發流程中，工程師從頭創建了全新的ANSYS SCADE模型，或在有Matlab/Simulink?模型可用的情況下，使用SCADE Suite Gateway for Simulink?將其轉換成ANSYSSCADE模型。

工程師根據SCADE模型，使用SCADE KCG資格認證代碼生成器自動生成嵌入式源代碼。然后先后在模型階段、主機以及目標環境中連續測試航空器控制管理系統（VCMS），即執行航空器命令和控制的數字基礎設施，這樣工程團隊就能夠盡早地發現問題并加以更正。

比亞喬航空工業公司是一家總部位于意大利熱那亞的跨國航空航天制造公司。該公司從事航空器、航空發動機和航空器結構組件的設計、開發、建造和維護工作。比亞喬最新開發的P.1HH HammerHead無人機采用兩臺普拉特·惠特尼加拿大（Pratt&Whitney Canada）公司生產的PT6-66B渦輪螺旋槳發動機，能為任何偵察和安保需求提供頂級對峙能力（在一定距離上部署）。該VCMS可用于管理飛行控制、推進、發電和配電、起落架、制動、結冰檢測和防護、導航和通信系統。使用分區技術創建分隔環境，可讓每種功能的軟件應用都在其中運行而彼此又不會產生干擾，進而避免造成故障擴散。

VCMS架構

軟件開發要求

在項目的開始幾個月里，團隊先開發發動機和飛行控制規則；同時項目組還制定了針對嵌入式軟件的其它要求。VCMS的高級要求以多種不同格式提供。系統工程師還以文本方式采集了一些有關功能、界面和冗余等方面的要求。其它要求則以文本方式從諸如P.180飛行員操作手冊等操作指南中摘錄。駕駛該飛機所涉及的控制規則、算法和方程則在MathWorks?Simulink中完成編寫、仿真和驗證。隨后在IBM? Rational?DOORS?要求管理環境中生成各項要求。此外，測試案例也在DOORS中完成編寫，并使用SCADE要求管理網關連接到操作要求。最后針對每個測試案例定義測試步驟和預期結果。

  P.1HH開發流程

對該項目而言， 軟件必須符合DO-178B標準，即FAA、EASA和其它認證機構用于認證所有航空電子軟件的事實標準。由于SCADE能夠從模型自動生成源代碼，并最大限度地減少驗證對應于系統模型的源代碼的工作量，因此比喬亞選擇ANSYS SCADE作為VCMS的開發環境。ANSYS SCADE KCG代碼生成器是經DO-178B認證的開發工具，因此代碼對應輸入模型的一致性非常可靠，無需在編碼階段開展驗證工作。SCADE基于模型的方法可幫助系統工程師為每一項功能自動建模，并在制作真實硬件之前在主機上檢查其性能狀況。

SCADE模型驗證流程

創建模型

在有文本文檔的情況下，SCADE 模型是由工程師根據功能要求徹底從頭創建而成，而在有可用的Simulink模型的情況下，SCADE模型則是通過Simulink Gateway自動創建而成。SCADE要求管理網關可用于連接要求和SCADE模型中的嵌入式系統。工程師采用SCADE語義檢查器來驗證模型的語義。問題的發現和解決均在PC環境中的主機上完成，而非在成本和復雜程度更高的目標硬件環境中進行。有一小部分代碼（主要是輸入/輸出等低級代碼）是使用傳統方式在C語言環境中完成開發的。

為確保Simulink模型正確地轉換到SCADE環境中，需要將Simulink測試矢量轉換到SCADE 環境。測試案例則被轉換到SCADE輸入情景中。隨后在Simulink和SCADE上同時運行測試矢量，并對比結果，以確保轉換后的SCADE模型具備與原始Simulink模型相同的功能行為。

軟件驗證

DO-178B認證標準需要證明，由測試矢量執行的功能測試可全面覆蓋整個模型功能。SCADE Model Test Coverage工具可用于檢查模型覆蓋情況并發現未被覆蓋的區域。此外工程師還設計和開展了更多測試，以提供所需的覆蓋范圍。

隨著模型數量及各模型輸入數量不斷增多，驗證工作量也呈指數增加。在項目初期階段，測試矢量的生成、驗證和配置曾存在問題。SCADELifeCycle資格認證測試環境（QTE）可在主機環境中自動運行測試、比較預期值的結果并突出顯示任何誤差，從而解決了上述問題。

工程師在目標計算機上也執行了類似工作，同時把測試矢量發送到模型生成的可執行代碼中。比喬亞的工程師編寫了一個簡單的測試應用工具，該工具能夠在目標計算機上運行并發揮與QTE類似的作用。具體做法是先使用SCADE輸入情景運行該應用，然后將得到的結果與在主機上使用相同應用和輸入所生成的輸出進行比較。

系統集成

把用于處理VCMS各項不同功能的模型逐步集成到主機上以構建虛擬VCMS，從而在系統集成之前就提前檢查應用的互操作性。該驗證工作的目的是：在實際硬件上執行系統集成之前發現并解決大部分集成問題。這樣，在系統集成階段發現的問題數量就會大幅減少，而且其原因將主要是硬件/軟件/子系統集成問題，而非設計錯誤。當系統集成完成，且最終測試執行結束后，來自實際測試的數據將被饋送到測試矢量中，用于進一步驗證模型。

整個項目從系統工程師直接執行模型開發開始，到構成VCMS的12.5萬行源代碼的編譯、集成和驗證完成，總共用時大約18個月。工作小組以全職成員計算，規模不超過20名工程師（系統和軟件）。為實現該項目頗具挑戰性的目標，他們從設計階段初期起就開始緊密協作，直至最終系統集成成功完成。最終，該VMCS的開發及驗證時間僅為采用純手動編碼所需時間的三分之一左右。

該無人機于2013年11月成功完成首次飛行，此時距項目啟動不足兩年時間。VCMS運行得非常成功。P.1HH的配置將隨著后續補充軟件版本的發布而不斷豐富，新增功能將使P.1HH具備更多的任務能力。