支線民用飛機(jī)健康管理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

楊躍奇，牛艷毅

中航飛機(jī)股份有限公司西安飛機(jī)分公司，陜西西安 710089

支線民用飛機(jī)健康管理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

楊躍奇，牛艷毅

中航飛機(jī)股份有限公司西安飛機(jī)分公司，陜西西安 710089

本文介紹了飛機(jī)健康管理系統(tǒng)產(chǎn)生及國內(nèi)外應(yīng)用情況，通過對(duì)典型健康管理系統(tǒng)的架構(gòu)進(jìn)行分析，同時(shí)根據(jù)支線民用飛機(jī)航程短、起降頻繁的特點(diǎn)，提出了采用與無線快取記錄系統(tǒng)共享的地面無線網(wǎng)絡(luò)來取代空地?cái)?shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，進(jìn)行故障數(shù)據(jù)和飛機(jī)狀態(tài)信息的傳輸，從而形成了一套適用于支線民用飛機(jī)的健康管理系統(tǒng)架構(gòu)。

支線民用飛機(jī)；健康管理；自檢測；故障診斷；無線網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)代民機(jī)綜合應(yīng)用了電子、機(jī)械、計(jì)算機(jī)及自動(dòng)控制等多學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)，結(jié)構(gòu)層次多而復(fù)雜，系統(tǒng)耦合度高，在運(yùn)營過程中不可避免地會(huì)發(fā)生各種故障，其故障診斷具有涉及專業(yè)領(lǐng)域多、診斷難度大、要求時(shí)間短等特點(diǎn)，對(duì)診斷人員要求較高，往往需要多位專家共同排故，給實(shí)際工作帶來很多困難。航線排故是飛機(jī)維護(hù)工作中對(duì)時(shí)間要求最苛刻的一個(gè)環(huán)節(jié)，一般發(fā)生在航前、短停、航后時(shí)段。要保證飛機(jī)安全、準(zhǔn)點(diǎn)飛行，機(jī)務(wù)維護(hù)人員必須要及時(shí)、準(zhǔn)確、高效地解決飛機(jī)發(fā)生的各種故障。尤其是飛機(jī)處于外站短停階段，如果出現(xiàn)故障，且不能及時(shí)排除，往往會(huì)造成航班延誤甚至取消，給旅客造成極大的不便，同時(shí)也使航空公司蒙受一定的經(jīng)濟(jì)損失。

我國產(chǎn)某支線飛機(jī)除國內(nèi)使用外，目前銷售到非洲、美洲、東南亞等多個(gè)國家，國際化銷售的現(xiàn)狀是：用戶分布遠(yuǎn)、機(jī)隊(duì)規(guī)模小、用戶技術(shù)力量薄弱，很難在這種現(xiàn)狀下建立起用戶滿意的現(xiàn)場售后服務(wù)體系，急需尋求新的售后服務(wù)解決途徑。因此，先進(jìn)的機(jī)載維護(hù)、遠(yuǎn)程維護(hù)支持與健康管理系統(tǒng)，以及網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)等技術(shù)，是該系列飛機(jī)提高售后服務(wù)能力的有效方法。同時(shí)，支線飛機(jī)具有航程短，起降頻繁，過站時(shí)間短等特點(diǎn)，大型遠(yuǎn)程飛機(jī)中使用的健康管理系統(tǒng)架構(gòu)不能完全適用于支線飛機(jī)，所以需要建立一種適用于支線飛機(jī)的健康管理系統(tǒng)架構(gòu)。

1 健康管理系統(tǒng)國內(nèi)外應(yīng)用情況

20世紀(jì)90年代初期，基于模型的診斷技術(shù)也在不斷的發(fā)展和完善。被稱為測試性之父的Ralph A. De Paul. Jr.于1965年提出了基于邏輯模型的故障診斷概念，并于70年代用于計(jì)算機(jī)、軍事和便攜式計(jì)算機(jī)等。80年代，基于邏輯模型的診斷技術(shù)逐步發(fā)展完善，研發(fā)出了便攜式基于模型的排故，統(tǒng)和卓越的電子設(shè)備維護(hù)和排故原型機(jī)，并將基于模型的診斷技術(shù)應(yīng)用到戰(zhàn)斗毀傷修復(fù)。80年代中后期，發(fā)展出了WSTA（武器系統(tǒng)測試性分析）和IDSS （綜合診斷支持系統(tǒng)），并實(shí)現(xiàn)了與測試程序集的接口。至此，設(shè)計(jì)人員利用IDSS WSTA，通過建立實(shí)際系統(tǒng)的在線實(shí)時(shí)故障診斷模型，能夠?qū)崿F(xiàn)真正的測試性設(shè)計(jì)，并能實(shí)現(xiàn)各種級(jí)別的測試性分析，包括：底層和區(qū)域BIT評(píng)估；系統(tǒng)級(jí)、子系統(tǒng)級(jí)、武器可更換組件（或航線可更換組件）級(jí)的全部測試性驗(yàn)證；通過板卡級(jí)測試性設(shè)計(jì)，能夠準(zhǔn)確而有效地實(shí)現(xiàn)器件級(jí)的故障檢測和隔離。

到了21世紀(jì)，基于模型的診斷技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展，首先是建模技術(shù)從單一的基于診斷的模型拓展為考慮系統(tǒng)測試、功能和故障模式相互關(guān)系的HDM（混合診斷模型）。利用HDM，可以在設(shè)計(jì)早期完成診斷能力評(píng)估、分級(jí)故障模式影響分析、診斷性能預(yù)測和實(shí)際診斷時(shí)間估計(jì)等任務(wù)。

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，國外在民機(jī)維護(hù)支持與健康管理系統(tǒng)研究方面取得了長足的進(jìn)步。例如波音公司的PMA（便攜式維修輔助軟件）、空客公司的AIRMAN@及Honeywell的維護(hù)和AMOSS（操作支持系統(tǒng)），在遠(yuǎn)程客戶維護(hù)支持方面，波音公司提供了myboeingfleet網(wǎng)站，空客公司提供了AIRMAN 2000。

這些國外先進(jìn)民機(jī)維護(hù)支持與健康管理系統(tǒng)均是從獨(dú)立設(shè)備或部件故障診斷逐步擴(kuò)展到全機(jī)系統(tǒng)的故障診斷，從機(jī)上和地面獨(dú)立診斷逐步發(fā)展到空地一體化實(shí)時(shí)故障診斷與維護(hù)支持。

在我們國內(nèi)，由于國內(nèi)民機(jī)維護(hù)支持與健康管理研究方面基礎(chǔ)較差，起步較晚，目前國產(chǎn)飛機(jī)仍然停留在只提供機(jī)載維護(hù)診斷系統(tǒng)，但在健康管理系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程客戶維護(hù)支持領(lǐng)域，還幾乎是空白。因此，設(shè)計(jì)出一種適合國產(chǎn)飛機(jī)特點(diǎn)的健康管理系統(tǒng)對(duì)提高我國民機(jī)售后服務(wù)水平和飛機(jī)的競爭力有著重大意義。

2 典型的健康管理系統(tǒng)架構(gòu)分析

按照國外民機(jī)維護(hù)支持與健康管理系統(tǒng)的一般架構(gòu)，民用飛機(jī)健康管理系統(tǒng)應(yīng)由機(jī)載子系統(tǒng)、空地?cái)?shù)據(jù)鏈和地面子系統(tǒng)三部分組成。

機(jī)載子系統(tǒng)是使用各機(jī)載設(shè)備的BIT信息和存儲(chǔ)的故障模型進(jìn)行故障診斷的機(jī)載設(shè)備系統(tǒng)。在機(jī)載子系統(tǒng)中，根據(jù)飛機(jī)狀態(tài)信息將故障模型分類，當(dāng)各機(jī)載分系統(tǒng)的故障信息準(zhǔn)確時(shí)，可以采用基于系統(tǒng)故障模型的診斷方法，提高診斷的實(shí)時(shí)性；當(dāng)各機(jī)載分系統(tǒng)的故障信息不準(zhǔn)確，或者是由更多原因引起的關(guān)聯(lián)故障，在機(jī)上無法及時(shí)判明故障原因時(shí)，需要將故障信息傳回到地面子系統(tǒng)進(jìn)行故障判斷。

空地?cái)?shù)據(jù)鏈?zhǔn)侵竿ㄟ^飛機(jī)的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)進(jìn)行飛行狀態(tài)和故障數(shù)據(jù)的傳輸。機(jī)載子系統(tǒng)利用飛機(jī)的空地?cái)?shù)據(jù)鏈將診斷后的故障數(shù)據(jù)或未判明原因的原始故障信息發(fā)送給地面子系統(tǒng)。同時(shí)，機(jī)載子系統(tǒng)還需要通過空地?cái)?shù)據(jù)鏈將飛機(jī)的飛行狀態(tài)信息傳送到地面子系統(tǒng)。

地面子系統(tǒng)通過強(qiáng)大的計(jì)算和存儲(chǔ)能力實(shí)時(shí)查詢飛機(jī)電子維護(hù)手冊(cè)和更詳盡的故障模式庫，并根據(jù)飛機(jī)歷史故障數(shù)據(jù)庫，采用混合智能故障診斷技術(shù)和專家診斷系統(tǒng)，對(duì)故障原因進(jìn)行定位。地面子系統(tǒng)也可以通過一段時(shí)間的飛機(jī)飛行狀態(tài)信息進(jìn)行故障預(yù)測。

3 支線飛機(jī)的健康管理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

支線飛機(jī)的航程通常為1到2個(gè)小時(shí)，當(dāng)使用數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行故障信息的時(shí)實(shí)傳遞時(shí)，只能節(jié)省航空公司1到2個(gè)小時(shí)的維修時(shí)間。而數(shù)據(jù)鏈通信的價(jià)格昂貴，增加了航空公司的使用成本和購機(jī)成本。另一方面，因?yàn)橹Ь€飛機(jī)每個(gè)航段的飛行時(shí)間短，所以其風(fēng)險(xiǎn)暴露時(shí)間也短，通過對(duì)飛機(jī)的簽派安全性和可靠性進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證支線飛機(jī)任何一個(gè)設(shè)備單獨(dú)發(fā)生故障時(shí)應(yīng)能繼續(xù)簽派1個(gè)或幾個(gè)航班。這樣就可以在飛機(jī)過站停留時(shí)，通過無線網(wǎng)絡(luò)將飛機(jī)的故障信息和飛機(jī)飛行狀態(tài)信息發(fā)送給地面子系統(tǒng)。地面子系統(tǒng)將故障分析結(jié)果和處理措施發(fā)送到飛機(jī)下一個(gè)航站點(diǎn)處的維護(hù)人員，進(jìn)行故障恢復(fù)。

根據(jù)目前中國民航的適航規(guī)章，民用運(yùn)輸類飛機(jī)需要安裝無線快取記錄器。健康管理系統(tǒng)可以與無線快取記錄器使用相同的無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送給機(jī)場的地面系統(tǒng)，無需增加額外的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

因此，支線飛機(jī)的健康管理系統(tǒng)應(yīng)由機(jī)載子系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和地面子系統(tǒng)三部分組成。

4 結(jié)論

激烈的民機(jī)市場競爭，對(duì)飛機(jī)制造商在保障飛行安全、降低維護(hù)成本、提高飛機(jī)可用性等方面提出了新的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的故障診斷和維護(hù)方法，已不能適應(yīng)現(xiàn)代民用飛機(jī)的發(fā)展需求。飛機(jī)健康管理技術(shù)是一項(xiàng)新技術(shù)，是飛機(jī)故障診斷體系的發(fā)展方向，對(duì)提高飛機(jī)安全性能、提高維修保障效率、降低壽命周期費(fèi)用將起到重要作用。

在民用支線飛機(jī)的設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)飛機(jī)航程短、起降頻繁的特點(diǎn)設(shè)計(jì)出適用于支線飛機(jī)的健康管理系統(tǒng)。采用與無線快取記錄系統(tǒng)共享的地面無線網(wǎng)絡(luò)來取代空地?cái)?shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，進(jìn)行故障數(shù)據(jù)和飛機(jī)飛行狀態(tài)信息的傳遞，能有效降低飛機(jī)的使用成本和采購成本。同時(shí)，在飛機(jī)的設(shè)計(jì)過程中需要從初始階段就進(jìn)行簽派安全性和可靠性的設(shè)計(jì)，才能提高飛機(jī)的運(yùn)營效率，真正發(fā)揮健康管理系統(tǒng)的優(yōu)勢。

V2

A

1674-6708（2015）150-0131-01