基于WAIC的飛機維護數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)設(shè)計

孫志強 姜鴻曄 石旭東

摘 要：本文提出了基于WAIC網(wǎng)絡的飛機維護數(shù)據(jù)系統(tǒng)，實現(xiàn)了維護數(shù)據(jù)在線管理和分析等功能。通過在線數(shù)采和數(shù)據(jù)傳輸，分析系統(tǒng)更新后臺數(shù)據(jù)庫，發(fā)布推送消息，實現(xiàn)維護人員通過智能終端進行數(shù)據(jù)檢索和分析，并且可利用仿真維護數(shù)據(jù)驗證系統(tǒng)的有效性。

關(guān)鍵詞：傳感器數(shù)據(jù);WAIC網(wǎng)絡;SQL語言

引言

飛機維護數(shù)據(jù)是分析飛機安全性的重要依據(jù)。國內(nèi)有關(guān)飛機維護數(shù)據(jù)管理的應用研究相對較少。目前，在維護數(shù)據(jù)管理方面，飛機維修信息管理系統(tǒng)設(shè)計主要對飛機維修過程中的信息數(shù)據(jù)交換和分享，該系統(tǒng)對數(shù)據(jù)分析能力有所欠缺。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，WAIC技術(shù)被運用在機載系統(tǒng)設(shè)備，更好的解決了大量的數(shù)據(jù)信息采集和處理問題。本設(shè)計針對飛機維護工作實際需求，基于WAIC網(wǎng)絡通過應用軟件開發(fā)設(shè)計一種飛機維護數(shù)據(jù)云存儲系統(tǒng)，可滿足飛機維護數(shù)據(jù)接口的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和解碼、記錄、存儲、云備份功能，以此提高飛行數(shù)據(jù)信息監(jiān)測質(zhì)量及維護人員的快速處理能力。

1 ?維護數(shù)據(jù)云存儲系統(tǒng)框架

飛機維護數(shù)據(jù)云存儲系統(tǒng)設(shè)計嚴格依據(jù)飛機維護手冊和ATA規(guī)范，結(jié)合數(shù)據(jù)特點和WAIC網(wǎng)絡通信技術(shù)，通過硬件平臺搭建和應用軟件開發(fā)，實現(xiàn)大型民用客機不同類型的維護數(shù)據(jù)云存儲、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)分析等功能?？傮w架構(gòu)如圖1所示。

通過xml文件配置Flight gear飛行仿真軟件產(chǎn)生所需的維護數(shù)據(jù)信息，并配置WAIC通信協(xié)議實現(xiàn)與飛機維護數(shù)據(jù)云存儲系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對不同類型的數(shù)據(jù)實現(xiàn)采集、界面繪制和同步發(fā)送。分析系統(tǒng)接收和存儲維護數(shù)據(jù)。用戶可以通過用戶數(shù)據(jù)庫增加、刪除管理員操作，形成有效用戶數(shù)據(jù)庫。管理員用戶可以登陸系統(tǒng)后臺，并對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)具備全部的權(quán)限，包括讀/寫/完全等權(quán)限;并在后臺管理中更新數(shù)據(jù)，同時自動推送更新提醒消息到終端系統(tǒng)。普通用戶只能訪問系統(tǒng)前臺，瀏覽數(shù)據(jù)。下面將對云存儲系統(tǒng)進行系統(tǒng)介紹。

2 ?基于Flight gear的飛行仿真

飛行仿真軟件主要仿真飛機傳感器數(shù)據(jù)、飛行狀態(tài)參數(shù)和飛行航路信息等數(shù)據(jù)。該軟件可以按照選定的飛行剖面圖按固定航路點進行模擬飛行，同時將配置好的仿真數(shù)據(jù)通過WAIC網(wǎng)絡傳給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。通過Flight gear軟件二次開發(fā)接口進行將飛行仿真功能進行系統(tǒng)集成，可以真實模擬飛行特性和場景，并通過WAIC協(xié)議訪問存儲ICD文件的數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互功能。從而實現(xiàn)全數(shù)字飛行仿真功能。

飛行仿真軟件接收控制信號，進行飛控模型結(jié)算，并將飛機特性參數(shù)傳輸?shù)揭暰胺抡婺Ｐ?，?qū)動飛機的動作響應和視景顯示。通過調(diào)取航線數(shù)據(jù)庫中航路點信息，計算飛行軌跡和方位，建立GPS、無線電導航系統(tǒng)及其它相關(guān)系統(tǒng)仿真模型，并通過WAIC網(wǎng)絡傳輸。

飛行仿真軟件功能模塊主要由6自由度的飛機仿真模型，飛機非航電系統(tǒng)的各類仿真模型，逼真的3D視景仿真模型，豐富的環(huán)境仿真模型，接口仿真模型組成。

3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計由兩部分組成：通信模塊設(shè)計和虛擬儀表設(shè)計，系統(tǒng)構(gòu)成示意圖如圖2所示。

3.1 通信模塊

通信分為內(nèi)部通信和外部通信，內(nèi)部通信用于編寫數(shù)據(jù)連接;外部通信包括編寫數(shù)據(jù)描述文件、定義收發(fā)端通信協(xié)議、端口、定義映射文件和通信程序，最終完成通信設(shè)計。

3.2 虛擬儀表

針對飛機仿真軟件所提供的數(shù)據(jù)參數(shù)和格式，通過Visual Studio 2012和VAPS軟件在Windows平臺設(shè)計飛行數(shù)據(jù)虛擬儀表系統(tǒng)，在保證數(shù)據(jù)真實以及通信順暢的前提下實現(xiàn)儀表狀態(tài)的還原、預警信息和信息通信等功能。實現(xiàn)飛行仿真軟件和虛擬儀表同步顯示，保證仿真生成的參數(shù)可以及時與虛擬儀表界面顯示狀態(tài)進行核對檢驗。

顯示模塊設(shè)計包括顯示畫面繪制和顯示邏輯設(shè)計，首先根據(jù)解析的飛行數(shù)據(jù)，編寫顯示邏輯方程，然后分別繪制數(shù)據(jù)對象屬性和運動軌跡特性，實現(xiàn)顯示，最后通過與飛行仿真軟件的儀表顯示狀態(tài)進行對比，驗證顯示模塊設(shè)計的正確性。

顯示界面主要包括主飛行控制顯示、導航顯示、發(fā)動機告警顯示等;利用VAPSXT開發(fā)工具完成了對虛擬儀表的界面開發(fā)。

4 分析系統(tǒng)

分析系統(tǒng)將通過WAIC網(wǎng)絡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)存儲到本地的存儲單元中，并在開發(fā)的軟件程序中完成數(shù)據(jù)的管理、分析和消息推送功能。

4.1 分析系統(tǒng)硬件組成

分析系統(tǒng)硬件主要由一臺加固計算機和2臺智能PAD終端組成。

加固計算機主要作為大容量存儲單位，并為軟件系統(tǒng)提供Windows操作系統(tǒng)平臺。智能PAD終端接收到軟件系統(tǒng)后臺推送的數(shù)據(jù)更新提示消息，方便地勤和維護人員及時的在線訪問數(shù)據(jù)。

分析系統(tǒng)采集高性能的數(shù)據(jù)處理計算機，通過大容量存儲單元將下傳的飛機數(shù)據(jù)進行分類管理，數(shù)據(jù)監(jiān)控，分析和后臺處理。

4.2 分析系統(tǒng)軟件架構(gòu)

依據(jù)總體軟件架構(gòu)和需求，分析系統(tǒng)的軟件功能劃分如圖3所示。

1）用戶登錄

用戶登錄管理功能包括：用戶管理和權(quán)限管理，其中用戶管理針對用戶信息修改和密碼修改管理;權(quán)限管理針對用戶權(quán)限定義和修改，權(quán)限管理模塊通過輸入界面對數(shù)據(jù)查詢權(quán)限進行控制，包括讀/寫/完全等權(quán)限。

2）數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理包括數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)查詢，數(shù)據(jù)管理：通過用戶數(shù)據(jù)庫進行用戶的增加、刪除操作，形成有效用戶數(shù)據(jù)庫;數(shù)據(jù)查詢：根據(jù)用戶管理的關(guān)鍵字查詢SQL數(shù)據(jù)庫，形成管理數(shù)據(jù)庫，為數(shù)據(jù)顯示提供支持。如4所示。

3）終端推送

此外，系統(tǒng)添加了航班信息更新推送功能，當航班信息更新完成時，系統(tǒng)通過WAIC網(wǎng)絡向各終端推送信息更新通知，方便提示地勤和維護人員進行飛機維護數(shù)據(jù)分析。

4）數(shù)據(jù)分析

本模塊SQL語言，將用戶管理信息形成數(shù)據(jù)庫的查詢指令，并對存儲在SQL SERVER數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)針對ATA章節(jié)/信號類型/信號名等關(guān)鍵信息進行排序和管理。

系統(tǒng)對輸入的信息進行分析，確定數(shù)據(jù)的定義是否符合規(guī)范要求，并將分析后規(guī)范的數(shù)據(jù)顯示給終端用戶;數(shù)據(jù)分析模塊判斷數(shù)據(jù)的準確性，形成數(shù)據(jù)分析結(jié)果。表格輸出和圖形輸出模塊為終端用戶提供直觀的數(shù)據(jù)表達形式，在軟件實現(xiàn)上通過Excel外部宏操作，在網(wǎng)頁上形成Excel表格，并通過宏定義生成Excel圖表。終端用戶可以分類瀏覽相關(guān)信息。

6 結(jié)束語

本文基于VAPSXT開發(fā)工具和B/S架構(gòu)的在線訪問技術(shù)設(shè)計了完整的飛機維護數(shù)據(jù)云存儲系統(tǒng)。實物，并利用仿真數(shù)據(jù)對系統(tǒng)進行測試和檢驗。測試結(jié)果滿足系統(tǒng)設(shè)計要求，且數(shù)據(jù)分析正確。與傳統(tǒng)的飛機數(shù)據(jù)維護方式相比，本系統(tǒng)具備更加完善的數(shù)據(jù)管理能力，實現(xiàn)了航空數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡一體化，提高了地面維護運營效率，具有一定的工程應用價值。

飛機維護數(shù)據(jù)云存儲系統(tǒng)用于構(gòu)建新一代基于云計算的民機維護信息一體化平臺，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和分析系統(tǒng)形成空地一體化的維護信息實時支持系統(tǒng)。本系統(tǒng)結(jié)合軟件和硬件開發(fā)完成整體關(guān)鍵技術(shù)的研究，為維護人員提供更加高效的故障診斷方法。

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基金項目：國家重點科研課題資助（MJ-2018-S-33）

作者簡介：

孫志強（1979-），男，江蘇鎮(zhèn)江人，碩士，高級工程師，研究方向為民用飛機航電系統(tǒng)設(shè)計與集成。