航空公司利用ACMS和QAR數(shù)據(jù)進(jìn)行故障監(jiān)控的實(shí)施和發(fā)展

史宏偉

1 ACMS和QAR數(shù)據(jù)監(jiān)控的現(xiàn)狀

目前飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)控使用的主要數(shù)據(jù)形式是以ACARS空地?cái)?shù)據(jù)鏈傳輸?shù)母鞣N形式的報(bào)文，包括位置，距離，OOOI信息，AOC通訊短信等等，供航司飛行、運(yùn)控、機(jī)務(wù)等各個(gè)部門使用，飛機(jī)故障狀態(tài)監(jiān)控主要使用的是DFD報(bào)文（ACMS報(bào)文）和CFD報(bào)文（故障報(bào)），DFD報(bào)和CFD報(bào)在所有報(bào)文中的內(nèi)容占比最多，通常在一個(gè)航班全航段內(nèi)可占到70%以上。目前市場(chǎng)上主流的飛機(jī)健康管理監(jiān)控軟件，如空客的AIRMAN、SKYWISE， 波音的AHM等都是利用CFD和DFD報(bào)進(jìn)行解析處理后在網(wǎng)頁(yè)或其他應(yīng)用客戶端進(jìn)行數(shù)據(jù)展示，提供給各類維修人員進(jìn)行監(jiān)控處理。

空客系列飛機(jī)有中央維護(hù)系統(tǒng)CMS，所以全系列空客飛機(jī)均有CFD和DFD報(bào)文，波音系列主流機(jī)型B737機(jī)型由于沒(méi)有中央維護(hù)系統(tǒng)，所以只有DFD報(bào)文，而沒(méi)有CFD報(bào)。而CFD報(bào)文（故障報(bào)）是無(wú)法修改和客戶化的，客戶端只能接收這部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行展示。

因此在故障監(jiān)控部分，DFD報(bào)文（ACMS報(bào)文）的使用率相對(duì)更高，航空公司可以對(duì)DFD報(bào)文（ACMS報(bào)文）進(jìn)行客戶化，以滿足各種形式的監(jiān)控需求。

ACMS報(bào)文主要分為標(biāo)準(zhǔn)化報(bào)文和客戶化報(bào)文，標(biāo)準(zhǔn)化報(bào)文主要是由空客或波音廠家定義的，針對(duì)特定系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，包括環(huán)控系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)、APU等飛機(jī)系統(tǒng)，供重著陸等載荷類事件分析使用的載荷報(bào)文等等，如圖1所示。

發(fā)動(dòng)機(jī)廠家的日常監(jiān)控主要也是使用發(fā)動(dòng)機(jī)的起飛巡航報(bào)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)的日常監(jiān)控和事件監(jiān)控，趨勢(shì)分析根據(jù)收集的ACMS數(shù)據(jù)后臺(tái)分析，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)參數(shù)常態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的異常，判斷發(fā)動(dòng)機(jī)特定系統(tǒng)存在的問(wèn)題，提醒用戶進(jìn)行處理。

如圖2所示，發(fā)動(dòng)機(jī)廠家通過(guò)接收的ACMS報(bào)文數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)CFM56發(fā)動(dòng)機(jī)氣路系統(tǒng)參數(shù)存在異常后，通知提醒航空公司維修部門檢查發(fā)動(dòng)機(jī)VBV相關(guān)部件。

ACMS客戶化報(bào)文主要是航空公司在標(biāo)準(zhǔn)化報(bào)文的基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)充和改進(jìn)，針對(duì)航司自身的需要對(duì)特定飛機(jī)系統(tǒng)事件進(jìn)行監(jiān)控。近年來(lái)隨著預(yù)測(cè)性維修理念的深入和數(shù)據(jù)處理手段的發(fā)展，各個(gè)航司也加快了ACMS報(bào)文的客戶化進(jìn)程，包括對(duì)空調(diào)、引氣、襟縫翼、發(fā)動(dòng)機(jī)滑油等各個(gè)系統(tǒng)涉及參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和故障邏輯制定，當(dāng)?shù)竭_(dá)故障門限時(shí)觸發(fā)報(bào)警事件，提醒工程技術(shù)人員進(jìn)行監(jiān)控和處理?？湛筒ㄒ舻蕊w機(jī)制造廠家也持續(xù)加大了對(duì)預(yù)測(cè)性維修監(jiān)控報(bào)文的開(kāi)發(fā)，空客SKYWISE預(yù)測(cè)性維護(hù)監(jiān)控部分使用的也是通過(guò)重新定義ACMS 38號(hào)報(bào)文，采集各個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)綜合進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和展示。

ACMS報(bào)文由于使用的是ACARS空地?cái)?shù)據(jù)鏈通道進(jìn)行傳輸，主要優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性高，航空公司信息部門接收到這些報(bào)文數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)發(fā)給空客波音或發(fā)動(dòng)機(jī)廠家，航空公司通過(guò)ARINC620規(guī)范進(jìn)行解析數(shù)據(jù)，但是限于ACARS網(wǎng)絡(luò)傳輸能力低和傳輸費(fèi)用昂貴，通過(guò)空地?cái)?shù)據(jù)鏈傳送的ACMS報(bào)文內(nèi)容通常只包含事件發(fā)生時(shí)刻前后短時(shí)間內(nèi)涉及系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，這種數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式主要是針對(duì)事發(fā)當(dāng)前時(shí)刻的，無(wú)法覆蓋航班全航段和所有涉及的參數(shù)數(shù)據(jù)，比較典型的如發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)值。發(fā)動(dòng)機(jī)廠家監(jiān)控的數(shù)據(jù)來(lái)源主要是ACMS的標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文起飛巡航報(bào)，在起飛巡航階段的固定工況下采樣數(shù)據(jù)，而發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)值的趨勢(shì)監(jiān)控采樣更有效的監(jiān)控策略是全航段發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)最大值和所持續(xù)的時(shí)間，這樣的監(jiān)控需求，由于現(xiàn)有廠家標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動(dòng)機(jī)起飛巡航報(bào)ACMS報(bào)文采樣時(shí)間點(diǎn)的限制，無(wú)法取樣到航班的最大值，僅僅通過(guò)ACMS報(bào)文監(jiān)控已無(wú)法滿足，往往需要通過(guò) QAR數(shù)據(jù)譯碼來(lái)進(jìn)一步確認(rèn)。

如圖3所示，廠家的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)值趨勢(shì)監(jiān)控使用ACMS報(bào)文由于采樣點(diǎn)的原因造成顯示的數(shù)據(jù)一直都是小于2 unit，而實(shí)際QAR譯碼后發(fā)現(xiàn)振動(dòng)值已在多個(gè)航段大于6 unit，使用QAR數(shù)據(jù)監(jiān)控全航段的最大值，可以有效監(jiān)控此類事件。

QAR數(shù)據(jù)有三個(gè)顯著特點(diǎn)。

1）數(shù)據(jù)記錄時(shí)刻覆蓋全航段，相對(duì)ACMS報(bào)文數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，更加全面；

2）由于主要在飛機(jī)落地后使用手機(jī)網(wǎng)或WIFI網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，實(shí)時(shí)性相對(duì)ACMS來(lái)說(shuō)差一些，但是傳輸費(fèi)用明顯降低；

3）利用QAR數(shù)據(jù)對(duì)故障事件進(jìn)行監(jiān)控，利用QAR數(shù)據(jù)處理軟件在譯碼服務(wù)器端即可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控邏輯設(shè)定并直接部署，無(wú)需在飛機(jī)上裝載ACMS軟件，部署周期非常短，驗(yàn)證和修改邏輯簡(jiǎn)單方便。而ACMS軟件的部署方式則需要在飛機(jī)上完成ACMS軟件的裝載工作，對(duì)于大機(jī)隊(duì)運(yùn)行沒(méi)有LSE等軟件升級(jí)部署方案的航司來(lái)說(shuō)，全機(jī)隊(duì)裝載周期非常長(zhǎng)，客戶化修改和驗(yàn)證監(jiān)控邏輯以及裝載部署更是需要大量的時(shí)間，效率非常低。

由于具備省時(shí)省力費(fèi)用低等的優(yōu)點(diǎn)，且獲取航空公司內(nèi)部QAR數(shù)據(jù)的途徑不存在障礙，航空公司飛機(jī)維修部門可以借鑒飛行操作質(zhì)量保證（FOQA）領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于實(shí)時(shí)性要求不苛刻的監(jiān)控需求可利用QAR數(shù)據(jù)監(jiān)控替代。但是因?yàn)镼AR數(shù)據(jù)記錄計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的限制，并不是飛機(jī)上所有的數(shù)據(jù)都完全記錄到了QAR計(jì)算機(jī)中，為此針對(duì)飛機(jī)維修的QAR數(shù)據(jù)監(jiān)控，很重要的基礎(chǔ)工作是需要將沒(méi)有記錄到QAR中的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充。這個(gè)過(guò)程主要分為兩部分工作。

1）全面深度客戶化QAR數(shù)據(jù)庫(kù)，彌補(bǔ)各機(jī)型譯碼數(shù)據(jù)庫(kù)的不足。例如2020年?yáng)|航技術(shù)與航科院合作進(jìn)行波音737機(jī)型譯碼數(shù)據(jù)庫(kù)的擴(kuò)充升級(jí)，增加了AOA角度、空速、引氣溫度壓力等系統(tǒng)參數(shù)。

2）對(duì)于飛機(jī)原先沒(méi)有記錄的參數(shù)通過(guò)采取線路改裝、加裝傳感器等方式使其記錄在QAR計(jì)算機(jī)中，如波音737空調(diào)系統(tǒng)，加裝了T471、T451、T481等空調(diào)系統(tǒng)溫度傳感器線路，通過(guò)ARINC429總線傳輸至DFDAU，并記錄至QAR計(jì)算機(jī)，彌補(bǔ)了空調(diào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控的不足。

2 部分典型的監(jiān)控方案的實(shí)施

完成數(shù)據(jù)的采集和前期準(zhǔn)備之后，航空公司飛機(jī)維修部門就可以針對(duì)實(shí)際運(yùn)行中存在的機(jī)隊(duì)問(wèn)題，根據(jù)系統(tǒng)工作原理，確定需要統(tǒng)計(jì)的指標(biāo)值，實(shí)施具體的監(jiān)控項(xiàng)目。以如下幾個(gè)指標(biāo)的監(jiān)控為例進(jìn)行說(shuō)明。

1） A320空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)控由于該監(jiān)控項(xiàng)目涉及傳感器眾多，根據(jù)空客廠家的建議，對(duì)于空調(diào)性能監(jiān)控，需要地面開(kāi)APU引氣并將空調(diào)流量放在最大位穩(wěn)定工作5分鐘以上記錄空調(diào)的各種參數(shù)，這種方式的缺陷是需要手動(dòng)人工采集數(shù)據(jù)。實(shí)際工作中，對(duì)于大機(jī)隊(duì)運(yùn)行，這樣的人工采集方式存在誤差大、不規(guī)范等問(wèn)題，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確度不高。對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)數(shù)據(jù)監(jiān)控而言，由于整個(gè)航班飛行過(guò)程空調(diào)系統(tǒng)中受外界環(huán)境影響變化很大，根據(jù)系統(tǒng)工作原理和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定監(jiān)控的時(shí)間窗口應(yīng)選擇在地面穩(wěn)定階段，在空調(diào)穩(wěn)定工作后，旁通活門和空調(diào)進(jìn)口風(fēng)門均穩(wěn)定的情況下自動(dòng)采樣數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，采樣的數(shù)據(jù)基本與人工采集的數(shù)據(jù)一致。

2） 機(jī)組氧氣壓力值監(jiān)控

機(jī)組氧氣壓力值監(jiān)控即如何定義不同航班之間壓力的消耗和單次航班的消耗。通過(guò)確定采樣點(diǎn)，通過(guò)比較不同航班的壓力數(shù)值，當(dāng)壓力數(shù)值連續(xù)超過(guò)定義的范圍，提示需要盡快介入進(jìn)行檢查排故，確認(rèn)是否存在慢慢滲漏的可能，而通過(guò)對(duì)單個(gè)航班數(shù)據(jù)的定義，確定單個(gè)航班過(guò)程中壓力數(shù)據(jù)的變化率，進(jìn)而確定是否存在氧氣快速滲漏的可能。

3） 737襟翼角度不一致問(wèn)題

通過(guò)查看故障樣本歷史數(shù)據(jù)，確認(rèn)將角度差值作為統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，對(duì)全機(jī)隊(duì)襟翼差值歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，確定并過(guò)濾掉差值范圍，最終確認(rèn)“持續(xù)大于4度”作為觸發(fā)警告的預(yù)警門限。

4） 起落架收放時(shí)序問(wèn)題

因?yàn)槠鹇浼芘R近電門過(guò)多，需要將起落架在收放各個(gè)階段涉及的臨近電門分類梳理，找出監(jiān)控的具體參數(shù)指標(biāo)，從而縮小故障部件的可能。

隨著數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析工具的發(fā)展，GE的發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（EMS）和東航的維修信息管理系統(tǒng)（MSAP）等QAR海量存儲(chǔ)和大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)也被逐漸運(yùn)用到飛機(jī)維修數(shù)據(jù)監(jiān)控領(lǐng)域，這類大數(shù)據(jù)平臺(tái)將海量歷史QAR數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)，在此平臺(tái)上航空公司飛行、運(yùn)控、機(jī)務(wù)等各部門均可按照自己的需求進(jìn)行百萬(wàn)級(jí)別航班數(shù)據(jù)量的分析整理，通過(guò)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出初步監(jiān)控結(jié)論，極大地縮短了故障分析和驗(yàn)證的過(guò)程，比如可以統(tǒng)計(jì)飛機(jī)的燃油消耗率、飛機(jī)起落架時(shí)序、飛行員特定航路著陸的下滑角度等監(jiān)控項(xiàng)目，均可在在海量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上再進(jìn)行監(jiān)控模型邏輯的優(yōu)化提升。

由圖4可知，98.17%的數(shù)據(jù)集中在13.0～14.5秒之間，因此可以初步制定以下監(jiān)控門限，見(jiàn)表1。

目前航空公司使用QAR數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控的主要方法是，利用QAR大數(shù)據(jù)平臺(tái)完成數(shù)據(jù)的梳理之后，通過(guò)AGS、AIRFASE等QAR譯碼監(jiān)控軟件制定監(jiān)控的邏輯門限，后續(xù)不斷驗(yàn)證修正逐步實(shí)現(xiàn)監(jiān)控項(xiàng)目的優(yōu)化。

3 結(jié)束語(yǔ)

長(zhǎng)期以來(lái)，QAR數(shù)據(jù)主要用于飛行FOQA領(lǐng)域的飛行品質(zhì)監(jiān)控和分析，F(xiàn)OQA領(lǐng)域主要使用的是飛機(jī)姿態(tài)、速度高度、載荷等飛行操作類數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，而對(duì)于飛機(jī)系統(tǒng)本身的數(shù)據(jù)則較少涉及，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)在所有QAR參數(shù)中，用于飛行品質(zhì)監(jiān)控使用的數(shù)據(jù)在整個(gè)飛機(jī)可被監(jiān)控和記錄數(shù)據(jù)中占比不足20%，而剩余的80%以上的大量飛機(jī)系統(tǒng)本身的數(shù)據(jù)長(zhǎng)期以來(lái)都沒(méi)有被很好地使用。隨著各譯碼監(jiān)控分析軟件在機(jī)務(wù)維修領(lǐng)域的推廣普及，這類數(shù)據(jù)可以廣泛地使用于故障分析、維修數(shù)據(jù)監(jiān)控和預(yù)測(cè)性維修。在機(jī)務(wù)維修領(lǐng)域，目前主流的飛機(jī)健康管理軟件使用的還都是ACMS數(shù)據(jù)，航空公司由于獲取QAR和ACMS等數(shù)據(jù)沒(méi)有途徑障礙，在建立大的數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)方面相對(duì)制造廠家來(lái)說(shuō)也有一定的優(yōu)勢(shì)。所以航空公司在完成大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和能力建設(shè)后，可以利用這些數(shù)據(jù)完成海量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和故障邏輯的驗(yàn)證，根據(jù)實(shí)際的實(shí)時(shí)性需求，確定是使用ACMS還是使用QAR手段實(shí)現(xiàn)監(jiān)控方案的部署。

隨著民航數(shù)據(jù)通訊手段的進(jìn)步，地空無(wú)線寬帶系統(tǒng)ATG網(wǎng)絡(luò)以及衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)鏈的不斷發(fā)展和開(kāi)放，海量數(shù)據(jù)的空地快速互聯(lián)也必將成為可能?？湛虵OMAX等新的機(jī)載飛機(jī)數(shù)據(jù)采集和記錄系統(tǒng)也不斷更新迭代，不管是飛行領(lǐng)域還是機(jī)務(wù)維修領(lǐng)域的數(shù)據(jù)監(jiān)控管理手段將會(huì)隨之不斷豐富和變化，航空公司各部門都要做好迎接這一切的準(zhǔn)備和挑戰(zhàn)。