南方航空飛機(jī)健康管理系統(tǒng)移動(dòng)平臺(tái)研究開發(fā)與應(yīng)用

任明翔 魏弘平

隨著民用航空市場(chǎng)的迅猛發(fā)展與機(jī)隊(duì)規(guī)模的快速壯大，大型民用客機(jī)及其部件的安全性、可靠性、持續(xù)適航能力、維護(hù)效率及經(jīng)濟(jì)性等多重需求越來(lái)越受到飛機(jī)制造商及航空公司的重視。基于飛機(jī)健康管理理念設(shè)計(jì)開發(fā)的飛機(jī)健康管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，逐漸成為飛機(jī)設(shè)計(jì)及運(yùn)營(yíng)維護(hù)的重要組成部分。飛機(jī)健康管理系統(tǒng)是能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控飛機(jī)在地面和空中運(yùn)行狀態(tài)及故障狀況的一套綜合管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對(duì)飛機(jī)下發(fā)的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過(guò)數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)分析與診斷、故障預(yù)測(cè)與決斷等，可以快速了解飛機(jī)健康狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并提前制定排故預(yù)案，從而保障飛行安全、提升放行可靠度及飛機(jī)利用率。

為了能快速有效監(jiān)控現(xiàn)如今越來(lái)越多的飛機(jī)及越來(lái)越龐大的故障狀態(tài)數(shù)據(jù)，地面監(jiān)控人員對(duì)飛機(jī)健康管理系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高，好的系統(tǒng)需在具備良好的功能穩(wěn)定性、系統(tǒng)兼容性、操作便捷性的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)清晰明了的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)、全面準(zhǔn)確的信息關(guān)聯(lián)、及快速直觀數(shù)據(jù)分析等功能?，F(xiàn)如今國(guó)際主流的系統(tǒng)大多能完成如上要求，但卻未能與時(shí)俱進(jìn)，忽略了快節(jié)奏社會(huì)的機(jī)動(dòng)性使用需求，故開發(fā)與其匹配的手機(jī)移動(dòng)版（APP）飛機(jī)健康管理系統(tǒng)在移動(dòng)應(yīng)用快速發(fā)展的今天顯得格外重要。

1 飛機(jī)健康管理概述

健康管理的概念最早出現(xiàn)于航空航天領(lǐng)域，是上世紀(jì)90年代由美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）提出的關(guān)于航空航天的飛行器安全飛行計(jì)劃，通過(guò)將飛行器的各類傳感器信號(hào)采集和處理，故障診斷預(yù)測(cè)功能以及后端的地面后勤保障決策執(zhí)行的整個(gè)流程集成為一個(gè)綜合的系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，從而實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測(cè)、診斷預(yù)測(cè)以及后勤維護(hù)決策的高度智能化與自動(dòng)化。飛機(jī)健康管理同樣是通過(guò)類似綜合的系統(tǒng)解讀飛機(jī)傳遞的各類信號(hào)并實(shí)時(shí)跟蹤分析飛機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及故障情況，達(dá)到高質(zhì)高效維護(hù)飛機(jī)，提高飛機(jī)的運(yùn)行效率并保障飛行安全的目的。

1.1 發(fā)展現(xiàn)狀

民用飛機(jī)健康管理技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程。從最初的機(jī)內(nèi)測(cè)試（BIT），依靠單個(gè)系統(tǒng)和設(shè)備自身的電路和程序完成故障診斷和隔離，到上世紀(jì)80年代后發(fā)動(dòng)機(jī)指示與告警系統(tǒng)（EICAS）及中央維護(hù)計(jì)算機(jī)（CMC）的成功應(yīng)用意味著正式邁入飛機(jī)健康監(jiān)控時(shí)代。80年代末90年代初（飛機(jī)航空器尋址通信和報(bào)告系統(tǒng)）ACARS數(shù)據(jù)鏈開始得到廣泛應(yīng)用，之后90年代末波音公司在777機(jī)載維護(hù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上借助數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了民航客機(jī)與地面基站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，將傳統(tǒng)的飛機(jī)落地后維護(hù)變成飛機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)控，有效提高了飛機(jī)維護(hù)效率。飛機(jī)健康管理系統(tǒng)也逐漸演變成如今對(duì)飛機(jī)進(jìn)行全壽命周期健康狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)一有效管理的綜合性系統(tǒng)。

現(xiàn)如今全球最為知名的飛機(jī)健康管理系統(tǒng)有波音公司的AHM和空客公司的AIRMAN。巴航工業(yè)和龐巴迪同樣也開發(fā)了自己的健康管理系統(tǒng)以監(jiān)控自有機(jī)型。中國(guó)商飛公司也同樣研發(fā)出了PHM（故障預(yù)測(cè)和健康管理系統(tǒng)），用于監(jiān)控ARJ21、C919等國(guó)產(chǎn)飛機(jī)。國(guó)內(nèi)民航業(yè)也開始了對(duì)飛機(jī)健康管理系統(tǒng)的自主性研發(fā)，現(xiàn)如今越來(lái)越多的航空公司使用自己研發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)去監(jiān)控飛機(jī)，南方航空是較早進(jìn)入這一領(lǐng)域的航空公司之一，其研發(fā)的飛機(jī)遠(yuǎn)程診斷實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)（ARMS）是全國(guó)民航首個(gè)獲得國(guó)家《發(fā)明專利證書》的健康管理系統(tǒng)，填補(bǔ)了我國(guó)在這一領(lǐng)域的空白。

南方航空ARMS系統(tǒng)自1999年開始自主研發(fā)，單一機(jī)型開始起步，歷經(jīng)持續(xù)不斷的優(yōu)化發(fā)展，現(xiàn)如今已成為國(guó)際上唯一可以同時(shí)對(duì)空客、波音、安博威、商飛等主流機(jī)型進(jìn)行監(jiān)控的健康管理系統(tǒng)，系統(tǒng)不但能準(zhǔn)確監(jiān)控故障報(bào)（CFR/PFR）、飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)控報(bào)（ACMS）、航空公司運(yùn)行控制報(bào)（AOC）等典型報(bào)文，還具備飛行大地圖監(jiān)控、客戶化監(jiān)控、自主報(bào)文觸發(fā)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析監(jiān)控等特色功能，并根據(jù)監(jiān)控人員使用需求研發(fā)出面向基礎(chǔ)監(jiān)控的網(wǎng)頁(yè)端和深入監(jiān)控的客戶端兩個(gè)不同的版本。

1.2 移動(dòng)平臺(tái)理念

隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，手機(jī)越來(lái)越智能化，從過(guò)去打電話、發(fā)短信的簡(jiǎn)單功能延伸至拍照、聽音樂(lè)、玩游戲、看網(wǎng)頁(yè)、看視頻等多種功能，每個(gè)人與手機(jī)都長(zhǎng)期交織一起，手機(jī)已經(jīng)滲透到生活中的方方面面，成為生活中不可或缺的一部分。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，各類手機(jī)操作系統(tǒng)搭載的各類豐富的APP（移動(dòng)智能終端設(shè)備第三方應(yīng)用程序）不斷吸引人們的眼球。手機(jī)便于攜帶，手機(jī)APP使用便捷，功能實(shí)用，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，有著傳統(tǒng)電腦操作不可比擬的優(yōu)勢(shì)。越來(lái)越多的網(wǎng)站、系統(tǒng)、平臺(tái)研發(fā)了基于手機(jī)操作系統(tǒng)的APP版本。

南方航空ARMS系統(tǒng)雖然功能強(qiáng)大，但受限于電腦操作，達(dá)不到隨時(shí)隨地查閱使用的程度。機(jī)務(wù)在執(zhí)行一線維修工作時(shí)，很難攜帶筆記本電腦設(shè)備，而機(jī)務(wù)維修控制中心（MCC）、航線支援、性能監(jiān)控等工程師也難以達(dá)成隨時(shí)隨地使用電腦的頻度要求，故研發(fā)與之匹配的移動(dòng)平臺(tái)（APP應(yīng)用）則越發(fā)重要。國(guó)際上此類系統(tǒng)鮮有制作移動(dòng)平臺(tái)，南方航空作為國(guó)內(nèi)飛機(jī)健康管理系統(tǒng)先行者，有環(huán)境也有條件嘗試移動(dòng)平臺(tái)的開發(fā)，以豐富監(jiān)控人員的操作手段。

2 移動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)開發(fā)與應(yīng)用

南方航空ARMS系統(tǒng)的移動(dòng)端開發(fā)將采用國(guó)際主流的開發(fā)工具，采用目前的主流穩(wěn)定混合移動(dòng)開發(fā)框架，同時(shí)使用VUE進(jìn)行界面的渲染。管理平臺(tái)應(yīng)用采用JAVA主流架構(gòu)，通過(guò)業(yè)務(wù)分層控制，數(shù)據(jù)加密處理和存儲(chǔ)等技術(shù)手段。Web層服務(wù)器接受客戶端發(fā)送的HTTPS請(qǐng)求，進(jìn)行解密處理，然后調(diào)用業(yè)務(wù)層相關(guān)的接口獲取數(shù)據(jù)并返回。業(yè)務(wù)層從相關(guān)的接口和數(shù)據(jù)庫(kù)表中獲取數(shù)據(jù)，按照業(yè)務(wù)規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，并轉(zhuǎn)換為客戶端需要的格式。

國(guó)際主流的飛機(jī)健康管理系統(tǒng)不開發(fā)移動(dòng)端的其中一項(xiàng)比較重要的原因是系統(tǒng)中呈現(xiàn)的龐大數(shù)據(jù)不利于在手機(jī)端中呈現(xiàn)，數(shù)據(jù)體量也不利于手機(jī)端的快速加載，所以開發(fā)移動(dòng)平臺(tái)不能簡(jiǎn)單照搬電腦版的設(shè)計(jì)方式，而是分析總結(jié)APP系統(tǒng)使用中需要考慮的典型因素，設(shè)計(jì)出更好更人性化的移動(dòng)平臺(tái)。

2.1 設(shè)計(jì)因素考量

內(nèi)容完整：ARMS系統(tǒng)功能人機(jī)界面設(shè)計(jì)復(fù)雜，功能強(qiáng)大，而復(fù)雜的設(shè)計(jì)和功能無(wú)法在手機(jī)屏中簡(jiǎn)單呈現(xiàn)，故移植到平臺(tái)端需優(yōu)化界面設(shè)計(jì)，但不能因此喪失系統(tǒng)核心必要功能。

運(yùn)行性能：在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，數(shù)據(jù)加載時(shí)間與響應(yīng)比，是判斷APP好用不好用的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。如長(zhǎng)時(shí)間加載數(shù)據(jù)或超時(shí)無(wú)響應(yīng)將會(huì)嚴(yán)重影響用戶體驗(yàn)。

簡(jiǎn)潔實(shí)用：手機(jī)屏幕空間有限，加上手機(jī)操作是手指操作，效率不如鍵盤操作高，所以用戶完成的任務(wù)效率不可跟電腦端相比。操作界面與操作步驟需簡(jiǎn)約而不簡(jiǎn)單，有針對(duì)性、快速高效定位關(guān)鍵信息是作為手機(jī)APP是否好用的一個(gè)關(guān)鍵條件。

易看簡(jiǎn)讀：每架飛機(jī)的報(bào)文種類復(fù)雜，報(bào)文數(shù)據(jù)繁多，相對(duì)電腦端，手機(jī)端屏幕小，且操作沒有鼠標(biāo)鍵盤容易，如內(nèi)容像電腦端般呈現(xiàn)，將會(huì)造成文字閱讀困難，頻繁縮放及位移，嚴(yán)重影響用戶操作效率。

交互體驗(yàn)：一個(gè)好的APP是能夠讓用戶感受到服務(wù)與交流的，及時(shí)有效的交互體驗(yàn)將會(huì)極大提高用戶的滿意度，提升用戶粘性。

2.2 針對(duì)性方案設(shè)計(jì)

內(nèi)容完整部分：ARMS移動(dòng)端將完整保留原網(wǎng)頁(yè)端和客戶端所有的核心功能，包括中央故障監(jiān)控、飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)控、駕駛艙通信監(jiān)控、軟件構(gòu)型管理、客戶化監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、大地圖監(jiān)控等功能，功能可覆蓋95%以上監(jiān)控人員需求。

運(yùn)行性能部分：在移動(dòng)版中精簡(jiǎn)了報(bào)文參數(shù)種類和信息關(guān)聯(lián)表，極大節(jié)約數(shù)據(jù)加載響應(yīng)時(shí)間，將數(shù)據(jù)加載節(jié)省至2～3秒。飛機(jī)移動(dòng)地圖也將采用消耗內(nèi)存更低的百度地圖，未來(lái)將會(huì)改成集定位精準(zhǔn)度和快速響應(yīng)于一身的mapbox地圖。移動(dòng)端可記住用戶名與密碼，在下一次登錄中直接跳轉(zhuǎn)監(jiān)控頁(yè)面，節(jié)省用戶時(shí)間，提高響應(yīng)速度。應(yīng)用僅占用手機(jī)25.24MB內(nèi)部存儲(chǔ)空間，實(shí)現(xiàn)較小的空間占用與較大的響應(yīng)效率。

簡(jiǎn)潔實(shí)用部分：ARMS移動(dòng)端設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，僅有FLEETS、TOOLS、USERS三個(gè)模塊。FLEETS體現(xiàn)監(jiān)控功能、TOOLS體現(xiàn)客戶化功能、USERS體現(xiàn)用戶管理功能?？蛻艋δ芸梢宰灾鬟x擇監(jiān)控機(jī)隊(duì)，在有限大小的手機(jī)屏幕中更能多體現(xiàn)重點(diǎn)監(jiān)控機(jī)隊(duì)。FLEETS即能滿足大多監(jiān)控要求。操作簡(jiǎn)潔，無(wú)需說(shuō)明書即可摸透使用方法。

易看簡(jiǎn)讀部分：移動(dòng)端對(duì)每架飛機(jī)報(bào)文采用分層式設(shè)計(jì)，逐步深入的模式，以故障報(bào)為例，在每架飛機(jī)第一層設(shè)計(jì)中，僅僅簡(jiǎn)單體現(xiàn)飛機(jī)號(hào)、航班號(hào)、出發(fā)到達(dá)機(jī)場(chǎng)、報(bào)文觸發(fā)時(shí)間、ETA時(shí)間、OOOI時(shí)間等要素，并將電腦端用顏色字母顯示故障等級(jí)的提醒效果設(shè)計(jì)改成用顏色框架（紅>紫>橙>白）直觀體現(xiàn)，便于在有限大小的手機(jī)屏幕中，更多地呈現(xiàn)飛機(jī)故障，以及更快速地定位監(jiān)控飛機(jī)。如圖1、圖2所示。

在第二層設(shè)計(jì)中，如圖3所示，才開始體現(xiàn)更多的報(bào)文信息，搭配大地圖監(jiān)控按鈕，故障手冊(cè)關(guān)聯(lián)按鈕等實(shí)用功能。在第三層設(shè)計(jì)中，才會(huì)顯示打印機(jī)完整故障信息、手冊(cè)數(shù)據(jù)信息、大地圖信息。其中信息展現(xiàn)時(shí)會(huì)自動(dòng)橫屏，讓監(jiān)控人員閱讀更為方便。

交互體驗(yàn)部分：在電腦端的ARMS系統(tǒng)中，重點(diǎn)故障以郵件發(fā)送，而在移動(dòng)端中，將會(huì)改成重點(diǎn)故障手機(jī)狀態(tài)欄提醒模式，比郵件發(fā)送更直觀、高效。設(shè)計(jì)中還會(huì)仿造微信交互形式，發(fā)現(xiàn)故障可直接手機(jī)拍攝上傳至相關(guān)技術(shù)人員手中，關(guān)聯(lián)手冊(cè)故障鏈接同樣可一鍵發(fā)送，傳遞溝通更為簡(jiǎn)潔高效，同時(shí)避免重要數(shù)據(jù)外泄風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)在此功能還在開發(fā)中，未來(lái)將會(huì)投入使用。

2.3 開發(fā)總體架構(gòu)

ARMS移動(dòng)版在開發(fā)時(shí)將會(huì)采用前端服務(wù)層與后臺(tái)支撐層設(shè)計(jì)的主流開發(fā)技術(shù)，在保證核心功能完整的基礎(chǔ)上，體現(xiàn)便捷簡(jiǎn)約的設(shè)計(jì)理念，內(nèi)置ACARS多路分發(fā)系統(tǒng)以保證空地?cái)?shù)據(jù)鏈傳輸穩(wěn)定正常。如圖4所示。

現(xiàn)南方航空已根據(jù)此架構(gòu)設(shè)計(jì)出初始版的移動(dòng)應(yīng)用并已投入真實(shí)監(jiān)控使用。

2.4 監(jiān)控場(chǎng)景模擬

某機(jī)務(wù)支援人員在使用手機(jī)中突然看到手機(jī)狀態(tài)欄跳出紅色警告信息，之后立即登錄ARMS移動(dòng)端APP，APP直接進(jìn)入到主頁(yè)面，后點(diǎn)擊TOOLS工具欄中的客戶化飛機(jī)監(jiān)控列表，在第一層故障監(jiān)控界面中看到此飛機(jī)的飛機(jī)號(hào)、航班號(hào)、起飛機(jī)場(chǎng)、到達(dá)機(jī)場(chǎng)、OOOI狀態(tài)顯示飛機(jī)還未落地，點(diǎn)擊故障框進(jìn)入第二層故障監(jiān)控界面，看到核心故障信息“APU AUTO SHUT DOWN”，點(diǎn)擊進(jìn)入第三層故障監(jiān)控頁(yè)面，看到故障完整打印機(jī)頁(yè)面，點(diǎn)擊手冊(cè)關(guān)聯(lián)按鈕，查詢相應(yīng)排故手冊(cè)，同時(shí)點(diǎn)擊大地圖監(jiān)控按鈕查詢飛機(jī)具體位置。

3 總結(jié)與展望

飛機(jī)健康管理系統(tǒng)移動(dòng)端設(shè)計(jì)與應(yīng)用是現(xiàn)今“互聯(lián)網(wǎng)+”經(jīng)濟(jì)形態(tài)發(fā)展的必然趨勢(shì)，是飛機(jī)健康監(jiān)控領(lǐng)域的一種全新操作模式。本文通過(guò)梳理系統(tǒng)移動(dòng)應(yīng)用需考慮的典型因素，提出一種系統(tǒng)移動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)與開發(fā)的簡(jiǎn)要架構(gòu)方案，并研發(fā)出初始移動(dòng)版本應(yīng)用到南方航空機(jī)隊(duì)監(jiān)控中。

現(xiàn)南方航空研發(fā)的版本還有很多缺陷不足，除了交互體驗(yàn)部分還尚未完善之外，關(guān)聯(lián)手冊(cè)部分也因原廠的代碼封鎖未能較好地實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)，南方航空正在著手進(jìn)行全新手冊(cè)查閱平臺(tái)AAMM移動(dòng)版設(shè)計(jì)，屆時(shí)此系統(tǒng)將會(huì)對(duì)接AAMM系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)手冊(cè)部分的穩(wěn)定關(guān)聯(lián)?？傊O(shè)計(jì)一個(gè)完美的飛機(jī)健康管理移動(dòng)版本應(yīng)用任重而道遠(yuǎn)，本文僅對(duì)此領(lǐng)域作了初步探索，各航空公司與飛機(jī)供應(yīng)商可結(jié)合更先進(jìn)的技術(shù)與更完美的設(shè)計(jì)理念研發(fā)符合自身運(yùn)行且簡(jiǎn)潔實(shí)用的移動(dòng)版系統(tǒng)應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] BELCASTRO C.M. . Aviation Safety Program： Integrated Vehicle Health Management Technical Plan Summary[C]. NASA Technology Report， 2006.

[2] 熊天翔.飛機(jī)健康管理綜述[J].科技咨訊，2011（29）.

[3] 凱 S.霍斯特曼（Cay S.Horstmann ）. Java核心技術(shù) [M] 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

作者簡(jiǎn)介

任明翔，中國(guó)民航局高級(jí)工程師任職資格，主要從事機(jī)載信息領(lǐng)域工程技術(shù)管理工作。

魏弘平，中級(jí)工程師，主要從事飛機(jī)健康管理產(chǎn)品規(guī)劃與設(shè)計(jì)、飛機(jī)故障大數(shù)據(jù)分析、機(jī)務(wù)數(shù)字化建設(shè)、技術(shù)支援等工作。