支線民用飛機健康管理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

楊躍奇，牛艷毅

中航飛機股份有限公司西安飛機分公司，陜西西安 710089

支線民用飛機健康管理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

楊躍奇，牛艷毅

中航飛機股份有限公司西安飛機分公司，陜西西安 710089

本文介紹了飛機健康管理系統(tǒng)產(chǎn)生及國內(nèi)外應(yīng)用情況，通過對典型健康管理系統(tǒng)的架構(gòu)進行分析，同時根據(jù)支線民用飛機航程短、起降頻繁的特點，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)來取代空地數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，進行故障數(shù)據(jù)和飛機狀態(tài)信息的傳輸，從而形成了一套適用于支線民用飛機的健康管理系統(tǒng)架構(gòu)。

支線民用飛機；健康管理；自檢測；故障診斷；無線網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)代民機綜合應(yīng)用了電子、機械、計算機及自動控制等多學(xué)科的先進技術(shù)，結(jié)構(gòu)層次多而復(fù)雜，系統(tǒng)耦合度高，在運營過程中不可避免地會發(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、要求時間短等特點，對診斷人員要求較高，往往需要多位專家共同排故，給實際工作帶來很多困難。航線排故是飛機維護工作中對時間要求最苛刻的一個環(huán)節(jié)，一般發(fā)生在航前、短停、航后時段。要保證飛機安全、準點飛行，機務(wù)維護人員必須要及時、準確、高效地解決飛機發(fā)生的各種故障。尤其是飛機處于外站短停階段，如果出現(xiàn)故障，且不能及時排除，往往會造成航班延誤甚至取消，給旅客造成極大的不便，同時也使航空公司蒙受一定的經(jīng)濟損失。

我國產(chǎn)某支線飛機除國內(nèi)使用外，目前銷售到非洲、美洲、東南亞等多個國家，國際化銷售的現(xiàn)狀是：用戶分布遠、機隊規(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，先進的機載維護、遠程維護支持與健康管理系統(tǒng)，以及網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)等技術(shù)，是該系列飛機提高售后服務(wù)能力的有效方法。同時，支線飛機具有航程短，起降頻繁，過站時間短等特點，大型遠程飛機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，所以需要建立一種適用于支線飛機的健康管理系統(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年代用于計算機、軍事和便攜式計算機等。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)備維護和排故原型機，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)），并實現(xiàn)了與測試程序集的接口。至此，設(shè)計人員利用IDSS WSTA，通過建立實際系統(tǒng)的在線實時故障診斷模型，能夠?qū)崿F(xiàn)真正的測試性設(shè)計，并能實現(xiàn)各種級別的測試性分析，包括：底層和區(qū)域BIT評估；系統(tǒng)級、子系統(tǒng)級、武器可更換組件（或航線可更換組件）級的全部測試性驗證；通過板卡級測試性設(shè)計，能夠準確而有效地實現(xiàn)器件級的故障檢測和隔離。

到了21世紀，基于模型的診斷技術(shù)得到了進一步的發(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)計早期完成診斷能力評估、分級故障模式影響分析、診斷性能預(yù)測和實際診斷時間估計等任務(wù)。

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，國外在民機維護支持與健康管理系統(tǒng)研究方面取得了長足的進步。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的維護和AMOSS（操作支持系統(tǒng)），在遠程客戶維護支持方面，波音公司提供了myboeingfleet網(wǎng)站，空客公司提供了AIRMAN 2000。

這些國外先進民機維護支持與健康管理系統(tǒng)均是從獨立設(shè)備或部件故障診斷逐步擴展到全機系統(tǒng)的故障診斷，從機上和地面獨立診斷逐步發(fā)展到空地一體化實時故障診斷與維護支持。

在我們國內(nèi)，由于國內(nèi)民機維護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)飛機仍然停留在只提供機載維護診斷系統(tǒng)，但在健康管理系統(tǒng)以及遠程客戶維護支持領(lǐng)域，還幾乎是空白。因此，設(shè)計出一種適合國產(chǎn)飛機特點的健康管理系統(tǒng)對提高我國民機售后服務(wù)水平和飛機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

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

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

空地數(shù)據(jù)鏈是指通過飛機的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)進行飛行狀態(tài)和故障數(shù)據(jù)的傳輸。機載子系統(tǒng)利用飛機的空地數(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，機載子系統(tǒng)還需要通過空地數(shù)據(jù)鏈將飛機的飛行狀態(tài)信息傳送到地面子系統(tǒng)。

地面子系統(tǒng)通過強大的計算和存儲能力實時查詢飛機電子維護手冊和更詳盡的故障模式庫，并根據(jù)飛機歷史故障數(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)，對故障原因進行定位。地面子系統(tǒng)也可以通過一段時間的飛機飛行狀態(tài)信息進行故障預(yù)測。

3 支線飛機的健康管理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

支線飛機的航程通常為1到2個小時，當(dāng)使用數(shù)據(jù)鏈進行故障信息的時實傳遞時，只能節(jié)省航空公司1到2個小時的維修時間。而數(shù)據(jù)鏈通信的價格昂貴，增加了航空公司的使用成本和購機成本。另一方面，因為支線飛機每個航段的飛行時間短，所以其風(fēng)險暴露時間也短，通過對飛機的簽派安全性和可靠性進行設(shè)計，保證支線飛機任何一個設(shè)備單獨發(fā)生故障時應(yīng)能繼續(xù)簽派1個或幾個航班。這樣就可以在飛機過站停留時，通過無線網(wǎng)絡(luò)將飛機的故障信息和飛機飛行狀態(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)送到飛機下一個航站點處的維護人員，進行故障恢復(fù)。

根據(jù)目前中國民航的適航規(guī)章，民用運輸類飛機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)送給機場的地面系統(tǒng)，無需增加額外的設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳輸。

因此，支線飛機的健康管理系統(tǒng)應(yīng)由機載子系統(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

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

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

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A

1674-6708（2015）150-0131-01