王健

摘 要：飛機健康實時監(jiān)控技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于民用大型飛機上，美國波音公司以及歐洲空客公司均在其最新機型上使用了該技術(shù)。飛機健康實時監(jiān)控技術(shù)能夠幫助航空公司實時監(jiān)控飛機健康狀態(tài)，降低飛機維修成本，提高飛機運營效率。該文通過分析國內(nèi)外飛機健康實時監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，提出了民用飛機健康實時監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計考慮，包括機上機載維護系統(tǒng)的設(shè)計以及地面支持系統(tǒng)的設(shè)計。

關(guān)鍵詞：飛機健康監(jiān)控 AHM 機載維護系統(tǒng)

中圖分類號：V37 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（c）-0098-02

在民用航空領(lǐng)域，飛機健康實時監(jiān)控是通過機載電子設(shè)備來實現(xiàn)的。機載電子設(shè)備持續(xù)對飛機健康狀態(tài)進行監(jiān)控，并將與飛機健康狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛孢M行分析處理，以保障飛機能夠正常運營和及時維修。

為提高航空公司的運營、維護工作效率，優(yōu)化航空公司的維修模式，提升機型競爭力，大力發(fā)展飛機健康實時監(jiān)控技術(shù)是現(xiàn)代飛機發(fā)展中的重要研究內(nèi)容和迫切需求。

1 飛機健康實時監(jiān)控技術(shù)國內(nèi)發(fā)展

自“十五”以來在軍用飛機領(lǐng)域，我國對健康實時監(jiān)控和故障診斷技術(shù)進行了廣泛研究，研制了飛機故障預(yù)測和健康管理系統(tǒng)（PHMS，Prognostic Health and Monitoring System）、直升機健康與使用監(jiān)控系統(tǒng)（HUMS，Health and Using Monitoring System）、遠程故障診斷系統(tǒng)等。目前在某型號直升機上，飛機健康實時監(jiān)控系統(tǒng)已投入陸航部隊使用，該系統(tǒng)改變了以往直升機地面維修只依靠人工操作的現(xiàn)狀，使維修工作更加科學(xué)化、智能化。

在民用飛機領(lǐng)域，由于我國客機基本依靠進口，故在健康實時監(jiān)控和故障診斷技術(shù)研究方面起步較晚，技術(shù)相對落后。目前我們正處于大型客機的研制階段，對國外飛機健康實時監(jiān)控技術(shù)進行了跟蹤研究，正在建立適用于國產(chǎn)“大飛機”的飛機健康實時監(jiān)控系統(tǒng)。

2 飛機健康實時監(jiān)控技術(shù)國外發(fā)展

20世紀(jì)90年代初期，國外在飛行數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，引入了飛機健康監(jiān)控的概念和技術(shù)。經(jīng)過二十多年的發(fā)展，已發(fā)展出具備空地一體化、飛機實時監(jiān)控、診斷等特點的飛機健康監(jiān)控系統(tǒng)。目前，主要的航空技術(shù)發(fā)達國家均十分重視該系統(tǒng)技術(shù)的研究與應(yīng)用。

歐洲Airbus公司的A400M 上的機載綜合監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)（AIMDS，Aircraft Integrated Monitoring and Diagnostic System）是從A380 客機上衍化而來，AIMDS能對飛機上每個監(jiān)測設(shè)備進行集中控制，并對發(fā)動機、輔助動力裝置以及其它飛機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行采集、記錄和分析。除此之外，AIMDS可以選擇記錄飛機結(jié)構(gòu)載荷，包括過載、強行著陸和總的循環(huán)累計數(shù)，使用戶能跟蹤飛機疲勞方面的真實使用情況。

地勤人員可以使用便攜式維護訪問終端（PMAT，Portable Maintenance Access Terminal）通過飛機內(nèi)、外的接連點訪問機載綜合監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)，查看并下載相關(guān)故障數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)還可下載到A400M地面支持工作站中進行分析、預(yù)測。A400M在執(zhí)行任務(wù)之前，可利用機載綜合監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)查詢機上各系統(tǒng)、設(shè)備的狀態(tài)趨勢數(shù)據(jù)，預(yù)測出在未來的無維護使用周期（長達l5天）內(nèi)可能會出現(xiàn)的故障，提前將“故障隱患”消除掉。對于某些故障，即便在運營周期內(nèi)出現(xiàn)了故障，A400M也可以“帶故障”安全飛行，而將排故工作“推延”至該周期后再進行。

美國Boeing公司已將健康管理技術(shù)應(yīng)用到B747、B777、B787等相關(guān)大型客機上。在最新的B787上，Boeing研制出飛機健康管理系統(tǒng)（AHM，Aircraft Health Management），AHM包含機上機載維護系統(tǒng)（OMS，Onboard Maintenance System）以及地面健康管理系統(tǒng)，如圖1所示。

據(jù)波音的初步估計，通過使用AHM 可使航空公司節(jié)省約25%的因航班延誤而導(dǎo)致的費用。此外AHM通過幫助航空公司識別重復(fù)出現(xiàn)的故障和發(fā)展趨勢持機隊長期可靠性計劃的實現(xiàn)。

另外，航空無線電通信公司（ARINC）也在與NASA蘭利研究中心合作，研制了與AHM類似的原型機系統(tǒng)——飛機狀態(tài)分析與管理系統(tǒng)，如圖2所示。飛機狀態(tài)分析與管理系統(tǒng)的功能已在B757飛機上成功地進行了飛行試驗演示驗證。

3 民用飛機健康實時監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計考慮

現(xiàn)代大型客機均采用了機載維護系統(tǒng)和地面支持系統(tǒng)相結(jié)合的方式實現(xiàn)對飛機健康狀態(tài)的實時監(jiān)控。其中機載維護系統(tǒng)收集成員系統(tǒng)發(fā)出的維護信息并生成故障消息，同時機載維護系統(tǒng)捕獲成員系統(tǒng)重要參數(shù)數(shù)據(jù)，飛行中通過飛機通信尋址與報告系統(tǒng)（ACARS，Aircraft Communication Addressing and Reporting System）或無線WIFI將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛?，地面支持系統(tǒng)利用對接收的信息進行處理、分析，為飛機航線維護和車間維護提供解決方案。

3.1 機載維護系統(tǒng)

機載維護系統(tǒng)主要包括中央維護計算功能和飛機狀態(tài)監(jiān)控功能。

3.1.1中央維護計算功能

按照飛機對成員系統(tǒng)的要求，成員系統(tǒng)應(yīng)具備故障檢測能力，將檢測到的故障數(shù)據(jù)報告給中央維護功能，中央維護功能通過故障模型分別對這些數(shù)據(jù)進行處理，產(chǎn)生故障消息。

故障模型是一個獨立的可加載的數(shù)據(jù)庫軟件，是中央維護計算功能的核心部分。故障模型一般包括以下6個處理步驟。

（1）輸入處理：識別和標(biāo)注故障報告、駕駛艙故障效應(yīng)或離散信息中有效信息，濾除無效輸入信息，將有效信息輸入到下一個環(huán)節(jié)進行處理。駕駛艙故障效應(yīng)直接輸入到駕駛艙效應(yīng)和維護信息關(guān)聯(lián)的步驟進行處理。

（2）抑制和特殊事件自檢：由于飛機在特定工作階段而錯誤產(chǎn)生的故障信息，被認定為虛假信息并進行抑制，以免誤導(dǎo)維護人員；對于數(shù)據(jù)類輸入（非故障報告），將使用診斷規(guī)則中預(yù)先設(shè)置方法進行處理，當(dāng)探測到故障，將被視為特殊事件，由故障處理模塊產(chǎn)生特殊事件故障報告并輸入到下一步進行處理。

（3）連鎖效應(yīng)去除：所謂連鎖效應(yīng)引起的故障報告是指在某一個航段中同一時間，某個故障出現(xiàn)在設(shè)備鏈的第一級設(shè)備中，且多次報告。連鎖效應(yīng)去除利用預(yù)先設(shè)定好的診斷規(guī)則判斷該故障處在源設(shè)備還是下游設(shè)備，下游故障將被處理為無效故障，并進行抑制。

（4）合并與隔離：對于一個故障引起的多次報告的處理，在同一系統(tǒng)內(nèi)部，采用連鎖效應(yīng)去除方法可實現(xiàn)，而在多個系統(tǒng)交聯(lián)狀態(tài)下，則需由合并和隔離方法來實現(xiàn)。

（5）駕駛艙故障效應(yīng)和維護信息關(guān)聯(lián)：故障處理模塊接收駕駛艙效應(yīng)和各種故障報告，并與維護信息相關(guān)聯(lián)。這樣維護人員可以按照維護信息去排除飛行過程中出現(xiàn)的故障。

（6）駕駛艙故障效應(yīng)和維護信息存儲：維護信息和相關(guān)事件在維護信息數(shù)據(jù)庫中進行存儲，這些數(shù)據(jù)（包括歷史數(shù)據(jù)）可以用來顯示或者報告。診斷規(guī)則定義了維護信息可存儲的飛行階段，存儲模塊將確定該階段是否可以進行存儲。

波音公司的故障模型被稱為可加載診斷信息（LDI， Loadable Diagnostic Information），是波音公司利用霍尼韋爾公司研制的診斷模型開發(fā)工具“SAIFR”（System Aide for Integration and Fault Reporting）的工具獲取單個子系統(tǒng)故障響應(yīng)模型，然后SAIFR分析這些子系統(tǒng)模型，并確定與BITE不一致并予以修正。最后生成一個全機級故障診斷模型，用于全機故障診斷。

SAIFR采用模塊化標(biāo)準(zhǔn)開放式接口，不同軟件模型可由供應(yīng)商負責(zé)技術(shù)開發(fā)，這種方式允許第三方供應(yīng)商將各自的技術(shù)融入故障診斷技術(shù)中，有利于技術(shù)的吸納和改進。波音公司再對SAIFR包含的邏輯關(guān)系進行分析和修正并對涉及多個系統(tǒng)故障的隔離關(guān)系進行定義，消除故障合并和故障級聯(lián)效應(yīng)，建立飛機級故障模型。

3.1.2飛機狀態(tài)監(jiān)控功能

飛機狀態(tài)監(jiān)控功能監(jiān)控和記錄與飛機維修、性能、故障定位、超限和趨勢等重要信息相關(guān)的數(shù)據(jù)，通過邏輯分析，對潛在的故障進行預(yù)測。此外，飛機狀態(tài)監(jiān)控功能產(chǎn)生ACARS報文，通過ACARS傳輸?shù)降孛?。這種方式對提高航班準(zhǔn)點率非常關(guān)鍵，因為當(dāng)飛機仍在空中飛行時，就能將相關(guān)信息傳輸給地勤人員，從而延長了其準(zhǔn)備的時間，例如通過提前3.5 h向地勤人員發(fā)出通知，使地面維修的可用時間從30 min延長到4 h。

3.2 地面支持系統(tǒng)

地面支持系統(tǒng)應(yīng)具備通過有線和無線的方式與飛機進行通信，對飛機飛行中傳輸?shù)慕】禒顟B(tài)數(shù)據(jù)進行分析和推理，在飛機沒有著陸之前，定位故障，預(yù)測飛機性能，以保證飛機的派遣率和經(jīng)濟性。

目前國外很多航空公司開發(fā)出具有管理整隊飛機健康狀態(tài)的地面支持系統(tǒng)。

4 結(jié)語

飛機健康實時監(jiān)控技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于大型客機上，其對于航空公司來說提高運營效率，降低運營成本有極其重要的意義。該文通過分析國內(nèi)外飛機健康實時監(jiān)控技術(shù)的狀況，提出了民用飛機健康監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計考慮。

參考文獻

[1] Gautham Ramohalli THE HONEYWELL ON-BOARD DIAGNOSTIC& MAINTENANCE SYSTEM FOR THE BOEING777， Honeywell ATSD Gautham Ramohalli，波音777機載診斷和維護系統(tǒng)，霍尼韋爾公司.

[2] ARINC624-1，DESIGN GUIDANCE FOR ONBOARD MAINTENANCE SYSTEM ARINC624-1，機載維護系統(tǒng)設(shè)計指南.