基于數(shù)據(jù)模擬的機載軟件改裝評估方法

陳林烽 任明翔

摘要：隨著機載信息技術(shù)的發(fā)展，越來越多的傳統(tǒng)航空電子組件被功能軟件所代替，飛機制造廠家發(fā)布的機載軟件升級服務(wù)通告也隨之增多。本文通過實際案例探討如何在傳統(tǒng)的改裝評估指標基礎(chǔ)上，對軟件改裝服務(wù)通告中涉及的內(nèi)在邏輯進行數(shù)據(jù)模擬，得出量化指標，以科學(xué)嚴謹?shù)脑u估手段充分評估機載軟件升級后對航空公司運行可能造成的實際影響。

關(guān)鍵詞：機載軟件;數(shù)據(jù)模擬;改裝;評估

1機載軟件升級情況

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，越來越多的傳統(tǒng)航空電子組件被功能軟件所代替。近年來，機載軟件的種類、數(shù)量及重要程度不斷增強。為了增加功能或修復(fù)運行中發(fā)現(xiàn)的已知故障，飛機制造廠家會發(fā)布服務(wù)通告以通知航空公司對相應(yīng)的機載軟件進行升級。

機載軟件服務(wù)通告中涉及的軟件升級，在不考慮執(zhí)行成本的前提下，南航常用的做法是采取“通用綜合指標評估法”進行評估，其結(jié)果往往是接受廠家的建議，執(zhí)行相應(yīng)改裝工作。但是否廠家的建議就準確無誤？以下兩個事例可以印證這一點。

事例一：服務(wù)通告787-42-0022建議航空公司盡快將787飛機的通用核心系統(tǒng)（CCS）軟件升級到8.1M版本，以提高與遠程數(shù)據(jù)采集器（RDC）和通用處理模塊（ GPM）故障相關(guān)的放行可靠度。南航機隊執(zhí)行升級后，地面故障監(jiān)控系統(tǒng)收到大量的“LEFT/RIGHT XX GENERALPROCESSOR MODULE IS INACTIVEOR FAULTED”告警信息，給日常運行造成較大影響。根據(jù)波音調(diào)查^[1]，8.1M軟件為改善GPM和RDC的可靠性，在探測到SEU（ Single Event Upset）時會在30秒內(nèi)完成自動重啟，以嘗試恢復(fù)硬件功能。但在重啟過程中，會觸發(fā)相關(guān)的駕駛艙效應(yīng)和維護信息，同時其他相關(guān)系統(tǒng)也可能瞬時出現(xiàn)維護信息;如果發(fā)生了重啟，即使硬件完成了自恢復(fù)，相關(guān)的維護信息也僅被標記為“INACTIVE”，而不會自動消除。目前波音已通過SB787-42-0032發(fā)布了8.1N版本軟件修復(fù)了上述問題。

事例二：波音從2016年年中開始為生產(chǎn)線上的777飛機安裝了最新版本的飛機信息管理系統(tǒng)（AIMS）軟件BPV17A，南航接收的最后一架777-300ER安裝的就是該版本軟件，投入運行后多次報告數(shù)據(jù)鏈通信異常，且無法自動恢復(fù)，其他早先交付的飛機未收到過類似報告。經(jīng)波音與霍尼韋爾聯(lián)合調(diào)查^[2]，確認安裝了AIMS BPV17A的飛機可能會遇到數(shù)據(jù)鏈通信異?，F(xiàn)象，包括無法通過甚高頻、衛(wèi)星通信系統(tǒng)及高頻系統(tǒng)上下行報文信息。目前，波音已發(fā)布新的服務(wù)通告77731-0293，對AIMS軟件進一步升級。

從以上兩個事例不難看出，升級到廠家發(fā)布的最新版本軟件，給航空公司帶來的并不一定是正向收益。那么，應(yīng)該如何決定是否執(zhí)行、何時執(zhí)行機載軟件服務(wù)通告？下文將介紹一種全新的評估方法，并通過一個實際案例，探討在傳統(tǒng)的改裝評估指標基礎(chǔ)上，對軟件改裝中涉及的內(nèi)在邏輯進行數(shù)據(jù)模擬，得出量化指標，以評價升級改裝對航空公司運行可能造成的實際影響。

2數(shù)據(jù)量化分析評估法的解析與實例說明

數(shù)據(jù)量化分析評估法的基本原理是通過運用大數(shù)據(jù)挖掘分析、數(shù)據(jù)譯碼等多種技術(shù)對改裝中涉及的數(shù)據(jù)信息變更進行更深一步的剖析總結(jié)，以更加嚴謹?shù)臄?shù)據(jù)科學(xué)手段評估軟件升級改裝的必要性，是“通用綜合指標評估法”的一種有效補充。

2.1案例背景

巴航工業(yè)發(fā)布了服務(wù)通告190-31-0061，建議航空公司將E190飛機的EPIC平臺升級到LOAD25.7版本。與前一版本相比，LOAD 25.7的修改包括系統(tǒng)改進和對飛機運行及測試活動期間發(fā)現(xiàn)問題的更正，以提升飛機系統(tǒng)的可靠性。主要更正的問題及預(yù)期改進包括：

1）飛行管理系統(tǒng)錯誤轉(zhuǎn)彎、冰點狀態(tài)下的綠點、到達高度限制和其他小的修正。

2）減少“飛行控制不放行”信息出現(xiàn)的機率。

3）減少“起落架不放行”信息出現(xiàn)的機率。

4）對強風(fēng)起飛時潛在的自動油門和飛行指引丟失的修正。

5）通信管理功能的改進。

2.2以通用綜合指標評估法來評估

1）適用性：根據(jù)服務(wù)通告有效性判斷，該改裝適用于公司所屬全部E190飛機。

2）安全性：根據(jù)服務(wù)通告描述的問題或可能造成的后果進行評估，該改裝屬于“不執(zhí)行可能導(dǎo)致不構(gòu)成事故征候的各類故障或結(jié)構(gòu)損傷發(fā)生”級別。

3）可靠性：根據(jù)服務(wù)通告描述的問題收集機隊可靠性數(shù)據(jù)進行評估，該改裝至少屬于“技術(shù)文件描述的措施有助于解決機隊潛在故障或結(jié)構(gòu)損傷，該故障可以導(dǎo)致運行中斷事件”級別。

4）經(jīng)濟性：根據(jù)所需改裝器材費用（工時費用由工程師視需考慮）進行評估，該改裝屬于“改裝器材單機10萬元人民幣以下且機隊100萬元人民幣以下”級別。

根據(jù)上述指標，綜合評分后得出的結(jié)論為“建議執(zhí)行”。

2.3數(shù)據(jù)量化分析評估法評估

服務(wù)通告中列出的主要改進的問題，廠家通常會在服務(wù)信函或?qū)ｎ}會議材料中做詳細介紹，包括改進方法、設(shè)計原理及邏輯等。從圖1可以看出，與該服務(wù)通告有關(guān)且需重點分析的故障包括“FLIGHT CONTROL NO DISPATCH”和“LDG NO DISPATCH”。

1）飛行控制不放行（FLIGHTCONTROL NO DISPATCH）

廠家在專題會議材料^[3]中介紹，設(shè)計邏輯上要求飛機在液壓系統(tǒng)接通前執(zhí)行一系列的自檢，其中包括MSV和LEAKOP TEST。如有測試異常，將觸發(fā)“MSV/LEAK OP TEST”信息，并導(dǎo)致飛控不放行故障的產(chǎn)生。LOAD25.7軟件設(shè)計中對液壓系統(tǒng)自檢邏輯進行了優(yōu)化，取消了LEAK OP TEST的要求，如圖2所示。

檢索地面監(jiān)控系統(tǒng)實時故障數(shù)據(jù)庫，2017年全年共記錄44個航班出現(xiàn)過“FLT CTRL NO DISPATCH”機組警告信息，其中與“MSV/LEAK OPS TEST”維護信息有關(guān)聯(lián)的記錄只有1條。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，LEAK OP TEST測試取消與否對“飛控不放行”故障的探測影響不大，但從降低故障出現(xiàn)可能性的目的出發(fā)，盡管改善效果不明顯，還是可以建議執(zhí)行的。

2）起落架不放行（LDG NODISPATCH）

廠家在服務(wù)信函SNL190-32-0046中對因剎車溫度監(jiān)控系統(tǒng)導(dǎo)致的起落架不放行故障做了詳細介紹。剎車溫度監(jiān)控系統(tǒng)（BTMS）由安裝在每個剎車組件上的溫度傳感器（BTS，共4個）組成，用于監(jiān)控剎車是否作動及溫度傳感器是否工作正常。原有邏輯是在航段全程比較4個傳感器的溫度，如果其中一個的數(shù)值低于70℃而其他三個的數(shù)值高于175℃，則認定該傳感器不正常，觸發(fā)“LG NO DISPATCH”的CAS警告信息。升級到LOAD25.7之后，BTMS的監(jiān)控邏輯變更為：飛機觸地后，空地狀態(tài)由“空中”變?yōu)椤霸诘孛妗?，且輪速大?5節(jié)，記錄此刻4個剎車組件溫度傳感器的值;5分鐘后再記錄一次剎車組件溫度傳感器的值。如果有任意一個剎車組件溫度傳感器第二次記錄的值相較第一次記錄的值沒有上升25℃，就觸發(fā)“LG NO DISPATCH”信息。

通過對過去一年飛機的QAR數(shù)據(jù)譯碼，可以獲得相關(guān)傳感器指定時刻的參數(shù)記錄值，加上上述服務(wù)信息給出的明確的故障觸發(fā)邏輯，可以通過數(shù)據(jù)模擬，計算出過去一段時間內(nèi)的航班按新的觸發(fā)邏輯產(chǎn)生故障信息的比率。

本文以AGS（譯碼工具^[4]）為例，介紹如何批量獲取所需航班的指定參數(shù)，并進行數(shù)據(jù)分析。

a.在AGS中增加一個維護程序（ Produce-For-Maintenance），其作用是在每個航班自動譯碼后，將滿足上文邏輯要求的參數(shù)插入數(shù)據(jù)表中。該維護程序的代碼如圖3所示。

b.對保存在數(shù)據(jù)表中的剎車組件溫度傳感器參數(shù)值，通過公式自動計算出每個航班每個傳感器前后兩次記錄值的差值，以圖標的形式展示差值的分布，如圖4所示。

用上述方法，對機隊2017年下傳的QAR數(shù)據(jù)進行了譯碼分析，共計27462個有效航班數(shù)據(jù)。根據(jù)LOAD25.7中BTMS監(jiān)控邏輯（落地后剎車溫度上升應(yīng)大于25℃）進行了模擬計算，將有469個航班在落地后出現(xiàn)“LG NO DISPATCH”信息，故障比率為17‰。

未升級LOAD25.7前，世界機隊“LGNO DISPTACH”故障信息出現(xiàn)比率為2‰，南航機隊的故障比率約為1‰ （2017年共收集到31條實時故障信息，11條機組報告）。

通過上述數(shù)據(jù)分析預(yù)測，機隊執(zhí)行LOAD25.7升級后，“LDG NODISPTACH”故障將顯著增多，增加機組及維護人員的工作量，結(jié)果與廠家的期望值截然相反;同時，升級對“FLIGHTCONTROL NO DISPATCH”故障的改善效果不明顯，其優(yōu)勢不足以覆蓋“LDGNO DISPACH”故障增多帶來的劣勢，故得出的結(jié)論為“暫不執(zhí)行”。

2.4評估結(jié)論

兩種不同的評估方法得出了不同的結(jié)論，但是由于“通用綜合指標評估法”的評估結(jié)論是基于技術(shù)通告給予的文字描述中產(chǎn)生的，而“數(shù)據(jù)量化分析評估法”在一定程度上推翻了文字描述中廠家的期望設(shè)想，所以綜合考慮，建議暫不執(zhí)行該服務(wù)通告。

之后南航收到廠家提供的信息，當前全球范圍內(nèi)有57架飛機安裝了LOAD25.7，多家航空公司報告飛機完成升級后“LG NO DISPATCH”故障增多，其中兩家已要求廠家提供降級服務(wù)通告，以便退回升級前的LOAD版本。由于靈活運用了“數(shù)據(jù)量化分析評估法”，南航避免了執(zhí)行升級后不利情況的發(fā)生。

3結(jié)束語

軟件類服務(wù)通告通常因改裝費用相對較少，升級相對方便，且大多帶來功能性或可靠性的提升，會建議執(zhí)行。但通過上文所述三個案例可以看出，該類型服務(wù)通告（適航指令相關(guān)的除外）沒有必要安排盡快執(zhí)行，尤其是與機載平臺系統(tǒng)相關(guān)的操作軟件（OPS），建議在初始版本發(fā)布后6個月左右并在收集到世界機隊運行數(shù)據(jù)后，運用數(shù)據(jù)量化分析評估法等多種評估方法對飛機改裝文件進行多角度全方位的評估，統(tǒng)籌考慮評估結(jié)論，以提高評估的正確性，避免出現(xiàn)不必要的升級。

參考文獻

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