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来源：《科技信息·上旬刊》2017年第04期
摘要：某型民用飞机作为21世纪第一款全新设计的双通道飞机，其出的市场表现不仅代表着某主制造商作为一流民机系统集成商所具备的强大系统综合能力，也为未来民用飞机特别是宽体客机的设计和维护技术奠定坚实基础。该机型飞机机载健康管理系统包括中央维护计算功能和飞机状态监控功能，前者主要通过采集飞机系统的健康状态数据进行故障的诊断和隔离，后者采集飞机系统运行参数信息进行数据的处理和基于地面处理能力的飞机系统运行监控和故障预诊断。本文总结某型民用飞机机载健康管理系统具备的功能和性能，分析其系统架构设计，以期为我国自主研制的宽体客机机载健康管理系统的设计提供有益的指导。
飞机黑匣子能记录多项关键数据 关键词：民用飞机；健康管理；功能；系统架构
0 引言
围绕着改善航空安全水平、降低飞机运营成本这一中心目的，民用飞机健康管理系统历经几十年的发展和沉淀，并率先在某民用飞机项目上得到全面应用和实施，基于飞机健康管理系统的现代维护保障方式逐渐开始取代传统的运营保障方式[1]，航空公司对该机型飞机的日常签派和维护工作越来越多地依赖于健康管理系统，这极大程度提高了航空公司的运营、维护工作效率，得到航空公司的广泛认同并由此带来显著的效益，包括降低航线维护人员资质要求，提高飞机系统的故障隔离准确率，缩短飞机过站短停时间等。某型民用飞机健康管理功能包含在机载维护系统中，由驻留于综合模块化航电（IMA）平台中的两套CMCF和一套ACMF组成，数据的存储、管理、访问等功能驻留于机组信息系统平台上，与CMCF和ACMF一起为飞机提供故障诊断、状态监控、远程维护支持等功能。本文分别就机载健康管理系统的功能、性能和架构进行研究总结，以提取有助于未来宽体客机健康管理功能研制的技术信息。
该型民用飞机机载维护系统主要由机载健康管理功能（OHMF）和高速数据加载功能两大部分组成，机载健康管理功能可进一步划分为中央维护计算功能（CMCF）和飞机状态监控功能（ACMF）两项子功能，提供故障检测、隔离、报告及系统运行与维修确认，参数数据收集与记录等能力。OHMF完成功能需由成员系统BITE提供信息输入[2]，然后由集中式的
健康管理功能进行处理综合以提供飞机层级的健康状态报告，通过实时或非实时的健康数据传输，为航线及车间维护、飞机运行监控等人员执行相关任务提供信息支持。
1 机载健康管理系统功能和性能
1.1 中央维护计算功能（CMCF）
该机型CMCF基于上一型号项目进行优化设计，可以接收成员系统故障报告并进行整合、关联等处理，将故障隔离到LRU层级[3]。具体地讲，CMCF可以实现飞行阶段/航段的计算，故障处理与关联，故障报文生成，启动测试接口与控制，机载构型管理功能，机上发动机配平，输入参数监控，精密传感器调整及其他维护功能。CMCF功能支持通过独立数据库进行配置，以改变功能覆盖的范围或抑制/启用一些功能，配置数据库包括可加载的故障诊断模型，航空公司可更改信息配置表等。
CMCF采用基于故障模型的诊断方法进行故障的处理与隔离。主制造商（OEM）和系统供应商联合开发了诊断模型开发工具（DMDT）以开展诊断模型开发所需的信息收集和模型集成，通过该工具生成可加载到CMCF核心软件上的可加载诊断信息（LDI）。系统正常运
行时，故障诊断模型接收OHMS成员系统的故障报告、机组告警系统驾驶舱效应（FDE）事件以及飞机系统相关运行参数，通过过滤抑制、去级联效应、整合隔离等处理手段将成员系统的根故障报告与故障模型中预先定义的维护消息、驾驶舱效应信息及相关运行参数关联在一起（如图1），方便维护人员进行关键故障的隔离与排除。故障诊断模型算法本质上是一系列过滤器，用于在显示和报告维护消息和FDE数据之前，消除由瞬态和正常的飞机状态触发的错误干扰消息。
OHMS启动测试功能允许用户在飞机处于地面状态时对成员系统或传感器启动地面测试，包括换件验证测试，运行测试和系统测试三种类型。维护人员通过CMCF访问菜单选定某个测试项目后，CMCF将与该测试相关的前置条件显示在屏幕上以提醒操作人员确认所有测试条件得到满足。CMCF与被测系统一起确保所有地面测试项目仅在飞机处于设计规范中定义的安全状态时启动。对于交互式地面测试，CMCF在测试过程中可以为维护人员提供提示信息，待维护人员执行一定操作后再进入下一测试步骤。测试完成后，测试结果可以由CMCF基于此过程中出现的相关故障进行自动判断，也可以基于操作人员的判断以决定测试项目是否通过。CMCF还支持对一些精密传感器件（如接近传感器电子单元、空地传感器等）进行调整校准测试，基于CMCF所显示的数据，如果判断传感器数据超出其正常工作范
围，操作人员可以通过传感器位置调整等方式以使其数据恢复正常。
该机型CMCF收集飞机系统的软、硬构型信息，并创建一个构型报告显示给地面维护人员或下行到地面构型管理系统，以辅助航空公司开展装机件、现场可加载软件的构型管理工作。可以导入到用于机队构型管理的地面工具。
此外，地面人员通过CMCF可以与发动机监视单元进行交互以完成发动机配平任务，而无需专用的地面支援设备。
1.2 飞机状态监控功能（ACMF）
ACMF主要用于监控、处理和存储飞机系统实时参数数据并生成状态监控报文[4]。地面维护人员使用分析工具可以对报文提供的参数进行分析，以监控或预测发动机、APU等飞机系统的异常事件、整体性能及运行趋势情况；另一方面，航空公司运控人员可以使用ACMF提供的系统参数执行飞机的日常监控任务。该机型ACMF与CMCF具有交联关系，CMCF产生的故障消息可以作为ACMF报文产生的触发条件，监控报文包含的参数可以方便维护人员排故时同时查阅必要的系统参数以确定系统产生故障时的运行状态。
ACMF报文的产生主要基于一系列预先定义的飞机状态事件，如检测到发动机产生特定参数超限或报告特定故障等。报文触发事件既包括较简单的触发指令，如按键、上行请求等，也包括复杂的逻辑方程。ACMF产生的报文可以存储于机载文件服务器中，也可以通过维护终端进行显示或通过机载打印机进行打印输出，还可以通过ACARS数据链或空地宽带链接下传到地面系统。
该OEM在上一型号的基础上为新型号项目设计了更新的、功能更强大的地面支持软件工具（GBST），航空公司客户使用GBST可以对报文包含的参数内容、排布格式，报文的触发逻辑和参数采集起始点，报文的显示界面及分发输出设备等进行客户化编辑，以满足不同用户的使用要求。
2 机载健康管理系统架构设计
该机型机载健康管理系统主要由两套CMCF、一套ACMF、驻留于各通用处理模块上的数据采集应用（DGA）、航空公司可更改信息（AMI）、健康管理数据存取管理等功能应用组成（如图2）。两套CMCF分别驻留在左、右IMA平台中，其中驻留于左侧平台中的CMCF默认为“主CMCF”，右侧平台中的应用为“辅CMCF”。正常工作状态下，只有左侧的CMCF应
用接收并处理成员系统提供的故障数据，右侧的应用起热备份的作用，当左侧的CMCF出现故障无法正常工作时，OMS可以自动切换到右侧的CMCF继续执行中央维护计算功能。维护人员通过维护操作页面可将右侧的CMCF手动设置为“主CMCF”。通过CMCF执行交互式功能操作任务之前，需先由维护人员将驾驶舱顶部操作板上的维护开关打到ENABLE位，否则相关的功能模块将处于未激活状态。便携式维护笔记本有线链接或经安全认证的无线链接到飞机上时，可以执行与驾驶舱显示器、电子飞行包（EFB）上同等的交互式操作任务，如启动测试，故障历史数据获取等。
ACMF功能应用驻留在右侧CCR平台上，通过驻留在各GPM模块中的数据收集应用（DGA）接收并处理飞机各系统状态数据，处理完的状态数据或产生的状态监控报文将发送到机组信息系统平台进行存储、访问、下传等数据管理服务。ACMF的参数、报文等功能可以由航空公司用户使用地面软件工具（GBST）进行客户化，包括报文的内容、触发逻辑、显示界面、发送机制等。GBST生成的客户化内容以航空公司可修改信息（AMI）的形式驻留于IMA平台中，如果没有AMI，ACMF的能力将大为减弱。ACMF的参数采集功能由数据采集应用（DGA）软件承担， DGA分布于每块通用处理模块（GPM）中。
维护系统接收或生成的维护数据均存储在机组信息系统平台中的存储器，可以进行后续的显示、打印、下载、远程访问等操作，便携式维护终端既可以采用有线方式访问机载数据库，也可以通过无线方式连接到机上数据库，不同的无线认证级别下，便携式终端可以访问的维护数据或允许执行的维护活动不同。
3 OHMS人数据访问和客户化设计
该机型飞机机组信息系统（CIS）提供的数据访问接口及机上网络服务，允许地面维护设备与机上的功能应用直接交联。CIS平台环境允许驻留RTCA/ DO-178C D级和E级软件应用，包括维护系统，电子飞行包（EFB），数据加载应用，驾驶舱打印机和无线局域网单元（TWLU）。早期维护系统与飞机通信系统、航空公司应用信息系统之间的接口设计，在该机型飞机上得到很好的继承与发展。通过多个用户访问界面，维护人员可以进入并控制维护系统的显示界面。
该型飞机维护系统的人机界面设计以Web访问技术为主，A661显示技术为辅。维护系统的主要访问界面是一台使用Web浏览器的商用笔记本电脑，与该主制造商前一型号项目不同的是，这些接入设备不需要安装在飞机上并经过局方批准，航空公司为了方便起见可能在
飞机上放置一台便携式笔记本作为维护终端使用，在没有便携笔记本作为维护终端的情况下，驾驶舱中的多功能显示器（MFD）可以为维护人员提供最基本的用以支持飞机派遣准备的CMCF显示功能。
该型民用飞机的另外一个基础功能是无线访问和传输的能力，当飞机落地后，维护人员可以通过飞机上配置的WLAN单元访问飞机上的维护数据，执行所有允许的维护系统控制与显示功能。WLAN单元提供必要的安保性防护措施，并且允许多个用户通过该单元同时接入一架飞机。
4 结束语
该型民用飞机机载健康管理功能（OHMF）不仅仅提供针对单架飞机的实时监控及故障诊断功能，还与地面健康管理系统一起作为OEM针对该型民用飞机项目开发的维护保障服务决策支撑技术已经延伸至维修工程、集成航材供应领域，是该OEM强力推进的”E化”战略的核心技术之一。该OEM借助先进的机载健康管理系统和地面电子化技术手段，整合了MRO、供应商服务及航材支援服务，全方位负责航空公司飞机的维修计划、航线维修、AOG支援、基地大修、综合航材供应服务[5]，简化了维护支持程序，使得航空公司能够专注
于客运核心业务，大大减轻航空公司维护管理、航材供应人员和基础设施需求与成本。未来，随着结构监测技术的成熟与应用，民用飞机机载健康管理系统将在具备该型民用飞机OHMF全部功能的基础上，将结构部分的健康监控能力纳入系统设计，为航空公司用户维护检测及地面保障任务带来更大的想象空间。
参考文献：
[1] 姚斌. 民用飞机机载维护系统发展过程研究[J]. 科技创新导报，2013（16）.
[2] ARINC 624-1. Design Guidance for Onboard Maintenance System. 1993.
[3] 王健. 民用飞机机载维护系统故障诊断技术研究[J]. 科技创新导报，2011（34）.
[4] 李春生，张磊，张雷. 飞机健康实时监控技术现状[J]航空技术，2013（10）.
[5] 叶峰，从B787飞机看维修性设计的发展方向[J]，民用飞机设计与研究，2010（3）.
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