民航飛機(jī)上機(jī)載維護(hù)設(shè)備的發(fā)展

徐亞軍

（中國民用航空飛行學(xué)院航空工程學(xué)院 四川 廣漢 618307）

0 前言

早期的飛機(jī)上，幾乎沒有專用的設(shè)備用于維修領(lǐng)域。 設(shè)備的可維修性極低，裝備的維修工時(shí)長，故障檢測(cè)及隔離時(shí)間在總維修時(shí)間中所站的比例較大， 平均為35%。 在Boeing707、DC-8 等運(yùn)輸機(jī)上， 故障檢測(cè)及隔離時(shí)間甚至占到了總維修時(shí)間的70%左右， 且50%左右的設(shè)備拆卸是不合理的，嚴(yán)重影響了飛機(jī)維修及航班正點(diǎn)率。

為改善裝備的維修性，減少故障查找及隔離時(shí)間，能夠根據(jù)設(shè)備的使用情況和狀態(tài)進(jìn)行“視情維修”， 國際航空界很早就進(jìn)行了機(jī)載維護(hù)設(shè)備方面的相關(guān)技術(shù)研究，從失效監(jiān)測(cè)及故障檢測(cè)到機(jī)內(nèi)測(cè)試設(shè)備 （Built-In Test Equipment——BITE） 和中央故障顯示系統(tǒng) （Centralized Fault Display System——CFDS） 到機(jī)載維護(hù)系統(tǒng) （Onboard Maintenance System——OMS），機(jī)載維修設(shè)備的發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)階段。

1 第一代機(jī)載維修設(shè)備

第一代機(jī)載維修設(shè)備以Boeing747、L-1011、DC—10、A300 等飛機(jī)為代表， 為2O 世紀(jì)6O 年代末、70 年代初的產(chǎn)品。 由于在這些飛機(jī)上普遍安裝的時(shí)模擬式或機(jī)械式設(shè)備，其機(jī)載維修設(shè)備—般比較簡(jiǎn)單、分散，采用分布式故障診斷技術(shù)。 這些機(jī)載維護(hù)設(shè)備的啟動(dòng)通常采用在設(shè)備的控制面板上安裝一個(gè)“push-to-teat”測(cè)試電門，測(cè)試的結(jié)果也簡(jiǎn)單地用紅燈提示故障狀態(tài)。 這樣的機(jī)載維護(hù)設(shè)備只能是對(duì)整個(gè)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行判斷，幾乎不具備故障隔離的能力。 實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)表明，這些機(jī)載維修設(shè)備的應(yīng)用能夠減少故障隔離時(shí)間及航班延誤次數(shù)。 但是，由于其效率較差，故障檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)單，虛警率較高，設(shè)備誤拆率也較高。

圖1 B757/767 飛機(jī)上的機(jī)載維護(hù)設(shè)備（第二代機(jī)載維護(hù)設(shè)備）

2 第二代機(jī)載維修設(shè)備

第二代機(jī)載維修設(shè)備，以Boeing757／767、A310 等飛機(jī)為代表，是2O 世紀(jì)70 年代末、80 年代初的產(chǎn)品。 這一代民機(jī)的設(shè)計(jì)中分析了第一代機(jī)載維護(hù)設(shè)備中虛警率較高等問題，改進(jìn)了維修硬件和軟件的設(shè)計(jì)。 在設(shè)計(jì)之初就遵循ARINC423《機(jī)內(nèi)測(cè)試設(shè)備的設(shè)計(jì)和使用指南》規(guī)范，并采用數(shù)字技術(shù)，在設(shè)備的多個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)置了BITE，能夠?qū)⒐收隙ㄎ坏较嚓P(guān)的組件，提高了故障隔離的能力。 并且具有故障存儲(chǔ)器，能夠存儲(chǔ)一定數(shù)量的故障。 其故障的診斷和監(jiān)測(cè)通過專用的控制和顯示面板來進(jìn)行。

如圖1 所示，是波音757/767 飛機(jī)上的機(jī)載維護(hù)設(shè)備，該設(shè)備通過維修控制顯示板MCDP（Maintenance Control Display Panel）直接與三臺(tái)飛行控制計(jì)算機(jī)、兩臺(tái)飛行管理計(jì)算機(jī)和推力管理計(jì)算機(jī)連接。 以完成對(duì)這三個(gè)系統(tǒng)的飛行故障存儲(chǔ)和地面檢測(cè)功能。

MCDP 在飛行中是關(guān)閉的，僅在著陸后工作。在飛機(jī)著陸后，MCDP 會(huì)自動(dòng)接通，從飛行控制計(jì)算機(jī)和推力管理計(jì)算機(jī)中讀出故障數(shù)據(jù)， 并將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在非易失存儲(chǔ)器中，然后斷開。 維修人員可以根據(jù)空勤人員的詳細(xì)記錄， 并通告MCDP 查詢各系統(tǒng)的故障信息，包括航班號(hào)、駕駛艙效應(yīng)及故障最嚴(yán)重的裝置。

3 第三代機(jī)載維修設(shè)備

第三代機(jī)載維修設(shè)備， 這一代機(jī)載維護(hù)設(shè)備的代表是A320 飛機(jī)上的機(jī)載維護(hù)設(shè)備。 這一代機(jī)載維護(hù)設(shè)備采用多個(gè)系統(tǒng)聯(lián)合的形式， 由多個(gè)系統(tǒng)的組合實(shí)現(xiàn)機(jī)載維護(hù)設(shè)備的功能。如圖2 所示是A320 機(jī)載維護(hù)設(shè)備的組合。在A320 飛機(jī)上機(jī)載維護(hù)系統(tǒng)由4 部分組成，即飛機(jī)綜合數(shù)據(jù)系統(tǒng)（AIDS——Aircraft Integrated Data System）、 數(shù)字式飛行數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)（DFDRS——Digital Flight Data Recording System）和中央故障顯示系統(tǒng)（Central Fault Display System——CFDS）。 中央維護(hù)系統(tǒng)記錄由各系統(tǒng)的BITE 探測(cè)到的故障信息。

圖2 A320 飛機(jī)上的機(jī)載維護(hù)設(shè)備的功能特性（第三代機(jī)載維護(hù)設(shè)備）

正常使用時(shí)，ECAM 長期顯示飛機(jī)的正常參數(shù)，DFDRS長期記錄飛機(jī)系統(tǒng)參數(shù)。 當(dāng)探測(cè)到飛機(jī)系統(tǒng)有不正常的情況時(shí)，ECAM 顯示不正常的參數(shù)或功能，并通告CFDS 形成ECAM 的警告。

在這一代機(jī)載維護(hù)系統(tǒng)中，起重要作用的設(shè)備是中央故障顯示系統(tǒng)（CFDS）。 CFDS 的核心是中央故障顯示接口組件（Central Fault Display Interface Unit——CFDIU）,CFDIU 和飛機(jī)各系統(tǒng)的BITE 連接，接收和處理各系統(tǒng)BITE 的信號(hào)。 當(dāng)飛機(jī)系統(tǒng)有故障時(shí)，通過CFDS 形成相應(yīng)的報(bào)告。這些報(bào)告可以用機(jī)載打印機(jī)打印出來， 也可以通告MCDU 顯示出來，供維護(hù)人員進(jìn)行故障診斷和隔離使用。 如圖3 所示。

圖3 A320 飛機(jī)上的中央故障顯示系統(tǒng)的組成

在這一代機(jī)載維護(hù)設(shè)備中硬件和軟件設(shè)計(jì)方面遵循ARINC604《機(jī)內(nèi)測(cè)試設(shè)備的設(shè)計(jì)和使用指南》的規(guī)范，并采用數(shù)字技術(shù)。 這一代機(jī)載維護(hù)系統(tǒng)中一般有存儲(chǔ)量較大的非易失性存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器又分為庫中存儲(chǔ)器和地面存儲(chǔ)器兩種。飛機(jī)在空中飛行時(shí)，故障存儲(chǔ)在空中存儲(chǔ)器中，并送到CFDIU 內(nèi)形成當(dāng)前飛行報(bào)告。 飛機(jī)落地后，這些數(shù)據(jù)將被移到地面存儲(chǔ)器中，并送到CFDIU 內(nèi)形成航后報(bào)告，當(dāng)飛機(jī)再次起飛后，航后報(bào)告又轉(zhuǎn)變成先前飛行報(bào)告。 該系統(tǒng)可以存儲(chǔ)64 個(gè)航段的歷史故障。 故障診斷信息通過多功能控制顯示組件發(fā)布給維修人員。

4 第四代機(jī)載維護(hù)設(shè)備

圖4 A330 飛機(jī)上的機(jī)載維護(hù)設(shè)備的功能特性（第四代機(jī)載維護(hù)設(shè)備）

第四代機(jī)載維護(hù)設(shè)備A330 飛機(jī)上的機(jī)載維修設(shè)備為代表。 這一代機(jī)載維護(hù)設(shè)備采用綜合的中央維護(hù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)鏈技術(shù)集中處理、傳輸各系統(tǒng)/設(shè)備的故障和狀態(tài)信息。

和第三代機(jī)載維修設(shè)備相比，第四代機(jī)載維修設(shè)備中用飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng) （Aircraft Condition Monitoring System——ACMS）取代了飛機(jī)綜合數(shù)據(jù)系統(tǒng)（AIDS——Aircraft Integrated Data System）。 用中央維護(hù)系統(tǒng)（Central Maintenance System）取代了中央故障顯示系統(tǒng)。 如圖4 所示。

在第四代機(jī)載維護(hù)設(shè)備中，核心組件時(shí)中央維護(hù)計(jì)算機(jī)（Central Maintenance Computer——CMC），一般有兩個(gè)中央維護(hù)計(jì)算機(jī)，正常情況下CMC1 處于工作姿態(tài)，CMC2 處于熱備份狀態(tài)。 中央維護(hù)計(jì)算機(jī)通過數(shù)字信號(hào)和離散信號(hào)與飛機(jī)個(gè)系統(tǒng)的BITE 連接， 可以接收和處理飛機(jī)上70 多個(gè)系統(tǒng)的BITE 數(shù)據(jù)。 中央維護(hù)系統(tǒng)的組成如圖5 所示。

圖5 A330 飛機(jī)上的機(jī)載維護(hù)設(shè)備（第四代機(jī)載維護(hù)設(shè)備）中央維護(hù)系統(tǒng)的組成

如果飛機(jī)上安裝有飛機(jī)通訊尋址報(bào)告系統(tǒng)（Aircraft Communication Addressing Reporting System——ACARS），ACARS 可以將CMS 形成的維護(hù)報(bào)告和由ACMS 系統(tǒng)形成的飛機(jī)狀態(tài)參數(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)鏈的形式發(fā)送到地面維護(hù)基地，形成飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)故障診斷系統(tǒng)。 如果飛機(jī)上安裝有多功能磁盤驅(qū)動(dòng)組件，則中央維護(hù)系統(tǒng)形成的報(bào)告和飛機(jī)狀態(tài)接口系統(tǒng)監(jiān)控到的飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)可以下載下來，在維修基地的普通計(jì)算機(jī)對(duì)特定的故障進(jìn)行進(jìn)一步的分析和研究。

5 機(jī)載維護(hù)設(shè)備的發(fā)展前景

隨著“以可靠性為中心”的維修理念的成熟，現(xiàn)在的飛機(jī)上越來越重視對(duì)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控，已知設(shè)備狀態(tài)的情況下實(shí)施“視情維修”。 所以，對(duì)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控成了是否對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修的重要參考依據(jù)。 為此，機(jī)載維修設(shè)備越來越重視對(duì)設(shè)備狀態(tài)的航空技術(shù)的發(fā)展。

為此，航空界提出了“飛機(jī)健康管理系統(tǒng)Aircraft Health management——AHM）的概念。飛機(jī)健康管理是繼故障診斷技術(shù)之后的一向新技術(shù)。 是先進(jìn)傳感技術(shù)，通信技術(shù)與人工智能技術(shù)的高度綜合。 以故障診斷，故障隔離和系統(tǒng)重構(gòu)為基礎(chǔ)，注入了先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)和推理技術(shù)，在機(jī)載維修設(shè)備的應(yīng)用中開始應(yīng)用。

飛機(jī)健康管理系能夠?qū)︼w行中飛機(jī)的完好性狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地從空中發(fā)回地面，維護(hù)人員可根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)做好準(zhǔn)備，在飛機(jī)著陸后進(jìn)行及時(shí)必要的修理，從而減少飛機(jī)簽派延誤； 所提供的信息還可使航空公司減少非例行維護(hù)的次數(shù)， 并通過識(shí)別反復(fù)出現(xiàn)的故障和趨勢(shì)支持提高機(jī)隊(duì)可靠性； 此外，AHM 服務(wù)還可用來預(yù)測(cè)零備件可能出現(xiàn)故障的時(shí)間， 以便在常規(guī)維護(hù)檢查時(shí)進(jìn)行更換或維修。S

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