民用飛機地面維護軟件設計與實現

楊 佳，鄭 濤，康 喬

（中國航空工業集團公司西安航空計算技術研究所，陜西 西安 710068）

0 引 言

隨著民用飛機信息化的發展，引發飛機故障的因素增多，故障表現也多樣化。飛機上駐留大量的應用軟件，會產生大量的數據存儲。地面服務包括地面接入服務、電子分發、數據分析服務等，為了滿足業務需求，設計了民用飛機地面維護軟件。為了方便維護人員對機上數據進行操作，提供了數據分析、故障分析以及飛機與地面之間的文件傳輸等功能。

1 地面維護軟件架構設計

信息管理系統（Information Management System，IMS）提供與不同系統之間的交換與路由功能，可以在其模塊中添加主機以及路由表等實現網絡連接，為航電系統、地面支持網絡、客艙系統間提供網絡連接和管理，也為信息系統內部設備提供網絡連接和管理。IMS通過與航電系統間的網絡連接，實現了飛機參數的集中采集和存儲。通過與地面支持網絡之間的有線和無線連接，實現了機載系統可加載項的快速更新及維護數據的下載，達到空地信息的一體化。

地面維護軟件（IMS Maintenance Tool，IMT）駐留于便攜式遠程維護終端（Portable Maintenance Access Terminal，PMAT）上，可以與信息管理系統上駐留的增強維護軟件（Enhanced Maintenance Software，EMS）、BIT軟件以及文件傳輸軟件（File Transfer Software，FTS）進行交互。當航空公司或飛機生產商需要確定信息管理系統是否出現故障或需要定位信息管理系統內部故障時，維護人員可攜帶PMAT通過以太網線連接至信息管理系統，通過IMT軟件實時查看信息管理系統的故障和構型信息，并且可以下載信息管理系統各部分的故障歷史信息，通過分析工具分析故障歷史信息并定位系統故障。當飛機停靠機場時，維護人員可以攜帶地面維護終端抵達飛機處，通過以太網線將PMAT連接至信息管理系統，進而通過地面維護終端查看信息管理系統文件存儲情況、刪除信息管理系統存儲的數據文件、執行指定文件的傳輸（包括上傳和下載）等[1-3]。圖1為地面維護軟件的系統架構。

圖1 地面維護軟件的系統架構

2 地面維護軟件功能模塊設計

2.1 故障、構型報告

故障、構型報告功能模塊通過以太網與信息管理計算機交互，從EMS接收故障、構型報告，以圖形界面的方式展現IMS的產品故障狀態。其中構型數據主要是用于支持軟件的現場加載、飛機構型管理和運行歷史。EMS軟件會周期的軟件部件號、硬件信息、CRC等內容。構型數據的格式是以Label 356的格式進行數據塊傳輸的，每個數據塊的最大字節數為255。故障數據主要包括內部故障、外部接口故障、構型故障等信息，不是所有的故障均需要上報，只需要上報便于維護人員定位故障設備的信息。故障數據的格式是以Label 350的格式進行數據塊傳輸。信息管理計算機駐留的EMS軟件自啟動起，通過用戶數據報協議（User Datagram Protocol，UDP）周期性向地面維護軟件發送故障消息和構型消息，地面維護軟件接收并解析此兩類消息，實時顯示最新的故障參數信息與構型參數信息。地面維護軟件應以1s為周期接收來自EMS的構型消息和故障消息。地面維護軟件應顯示故障消息中的所有參數信息，并保證所顯示的參數為最新[4]。故障構型報告功能的流程示意圖見圖2所示。

圖2 故障構型報告功能的流程示意圖

2.2 故障歷史管理

故障歷史管理模塊通過以太網與信息管理計算機交互，從系統中的BIT軟件下載故障歷史信息，并實現向BIT軟件發送命令刪除信息管理計算機內的故障歷史信息。故障歷史管理模塊包括兩種類型的操作，即故障歷史獲取與故障歷史刪除。所有操作均基于UDP協議實現，僅在UDP層上又建立了應用層通信協議。與故障歷史獲取相關的消息有故障歷史獲取信息命令消息（Fault History Get Information Command Message）和故障歷史信息命令（Fault History Information Message）。用戶在通過操作界面選擇需要獲取的模塊的故障歷史后，IMT會向對應的模塊的BIT軟件公開地址發送故障歷史獲取信息命令消息，BIT軟件在收到該消息后應將其所屬模塊的故障歷史信息通過故障歷史信息命令（該信息中包含數據包的個數Block）發送給IMT。IMT軟件向信息管理系統中的BIT軟件發起故障歷史獲取信息命令消息請求，信息管理系統端收到請求則向IMT端發送故障歷史信息。根據IMS端的故障歷史存儲情況確定故障歷史信息的Block數量，先發送Block編號最大者，然后依次遞減1直至Block編號為1，從而結束此次通信[5-7]。故障歷史下載流程如圖3所示。

圖3 故障歷史下載流程

與故障歷史刪除相關的數據幀有故障歷史刪除命令（Fault History Clear Command）和故障歷史刪除響應（Fault History Clear Response）。用戶通過操作界面選擇需要刪除的模塊的故障歷史后，IMT會向對應的模塊的BIT軟件公開地址發送故障歷史刪除命令，BIT軟件在收到該消息后應將其所屬模塊的所有的故障歷史刪除并向IMT發送故障歷史刪除響應消息。

2.3 存儲管理

存儲管理模塊通過以太網與信息管理計算機交互，通過文件導入導出協議以及機載數據存儲與管理軟件（Onboard Storage and Management，OSM）功能實現對信息管理計算機內存儲空間進行查詢、刪除功能。存儲管理功能由IMT軟件和IMC駐留的FTS、OSM軟件共同實現。OSM對外提供了基于以太網的公開地址，用于接收目錄請求以及發送目錄詳細信息；FTS對外提供了基于以太網的公開地址，用于接收文件刪除請求，并反饋刪除操作執行結果。根據IMC駐留的FTS軟件和OSM軟件提供的服務，IMT存儲管理功能可實現機載文件的存儲查詢和刪除。

2.4 文件傳輸功能

文件傳輸模塊通過以太網與信息管理計算機交互，通過文件導入導出協議實現與信息管理計算機之間的數據交換，包括數據上傳和數據下載。文件傳輸功能由IMT軟件和IMC駐留的FTS軟件共同實現，通過UDP協議進行數據通信，基于TFTP協議進行文件傳輸，并支持斷點續傳功能。FTS對外提供了基于以太網的公開地址，用于接收IMT的請求連接命令進行文件傳輸。飛機上的軟件向地面維護軟件先采用數據簽名技術進行身份認證，如果身份認證通過，則機上的FTS軟件發布傳輸命令進行空地間的文件傳輸。

3 地面維護軟件界面設計與實現

地面維護軟件是基于QT軟件開發框架實現的，共有Mainwindow和UDPSocket兩個類，主要實現界面交互和底層數據處理。Mainwindow類主要實現對數據的顯示與處理，UDPSocket類主要實現基于UDP的數據接收、發送以及解析。在界面交互中共設計了5個獨立的界面，包括軟件配置、故障構型報告、故障歷史管理、文件下載以及文件上傳界面。如圖4所示為地面維護軟件設計框架。該軟件主要通過UDP協議以及TFTP協議進行數據交互，并將所獲取的信息在界面上顯示。該軟件界面設計友好，功能運行穩定，在調試中通過了功能驗證。

圖4 地面維護軟件設計框架

4 結 論

本文設計了一種民用飛機地面維護軟件，包括故障構型報告、故障歷史管理、存儲管理以及文件傳輸等模塊，實現了空地之間的信息交互，提供了機上數據分析、故障分析以及機上與地面之間的文件傳輸等功能。通過分析機上的故障與維護數據，能夠準確的定位系統問題，降低飛機服務和支持成本。該軟件已在某民用飛機上應用實現，提高了地面維護人員的工作效率，對民用飛機的維護系統設計有一定的參考價值。