簡述MOQA的應用和發(fā)展

■ 程偉/東方航空技術有限公司

本文主要介紹了MOQA 在維修領域的應用與存在的問題，提出了幾種解決問題的方法和途徑，討論了MOQA 領域的發(fā)展進程和未來展望。

MOQA，即維修品質監(jiān)控（Maintenance Operation Quality Assurance），它和飛行品質監(jiān)控（FOQA）一樣，都是對飛機QAR 數(shù)據進行研究分析。相較于FOQA，國內關于維修領域MOQA 的研究是近些年逐漸發(fā)展起來的。FOQA 主要是針對飛行員的飛行操作進行跟蹤分析，以提升飛行員的飛行品質，主要是對人的行為的研究；而MOQA 的研究對象是飛機本身，是對飛機各個系統(tǒng)如起落架、液壓、發(fā)動機等的研究。根據空客最新設計理念，為了更多地支撐飛機故障分析數(shù)據監(jiān)控，飛機系統(tǒng)自身主要用于維修領域記錄的QAR 參數(shù)約占所有記錄參數(shù)的80%以上，由此可見，維修領域MOQA 研究的范圍更廣，更深入。QAR 數(shù)據的一個很大的優(yōu)點是數(shù)據量大，記錄完整，便于大量數(shù)據分析和研究以及進行復雜算法演算。但是, 由于維修領域MOQA 起步較晚，相較于FOQA 而言，依然存在標準不統(tǒng)一，參數(shù)不全等各類問題。本文主要從MOQA 的生產應用，存在的問題，以及發(fā)展過程和展望幾方面展開討論。

1 MOQA 在維修領域的應用

在飛機維修領域，MOQA 應用主要集中在故障分析譯碼、數(shù)據監(jiān)控和大數(shù)據分析幾個方面。

1.1 故障譯碼

針對飛機故障的譯碼分析是MOQA最基礎的應用，由于飛機警告系統(tǒng)無法全部呈現(xiàn)故障發(fā)生時刻的具體情況，而為了更精準地重現(xiàn)故障現(xiàn)象和定位故障原因，就需要通過譯碼軟件梳理系統(tǒng)所涉參數(shù)，結合理論和運行經驗，發(fā)現(xiàn)故障的具體原因和過程，為排故方案的制定和故障分析提供數(shù)據支撐。例如，在排除發(fā)動機EGT 超溫的故障時，需要針對EGT 參數(shù)的變化和不同EGT 參數(shù)值的對比來確認超溫現(xiàn)象的真假，從而為后續(xù)的排故工作提供方向性的指導。

1.2 數(shù)據監(jiān)控

對于維修類事件監(jiān)控，傳統(tǒng)方法主要使用ACMS 報文通過ACARS 網絡實時發(fā)送到監(jiān)控平臺，優(yōu)點是實時性高，但是ACARS 報文類數(shù)據的一個重要缺陷是，數(shù)據采樣點少，數(shù)據流量費用昂貴, 對于比較復雜的數(shù)據計算和統(tǒng)計無法實現(xiàn)，且只能顯示故障時刻前后小段時間內的信息，因此ACARS 報文主要適用于故障類監(jiān)控平臺使用，而目前主流的無線QAR 數(shù)據落地后利用手機蜂窩網絡約30 分鐘即可將數(shù)據傳輸至航空公司地面站，對于實時性要求不太嚴格且算法相對復雜的維修監(jiān)控類項目利用譯碼軟件如AGS 和AIRFASE 等軟件后臺實現(xiàn)快速靈活部署，數(shù)據使用費用低，可達到的監(jiān)控效果更為高效。因此，航空公司可以根據不同時限需求以及監(jiān)控的復雜程度，選擇使用ACMS 或QAR 的數(shù)據形式進行維修監(jiān)控項目的制定，建議對于發(fā)動機滑油、EGT 等少部分關鍵數(shù)據可以使用比較簡單實時性高的ACMS 報文，而其他維修類項目如空調引氣等趨勢性監(jiān)控，則完全可以依賴QAR 數(shù)據進行更復雜的監(jiān)控邏輯制定。

1.3 大數(shù)據分析的使用

相比ACMS 以點為主的數(shù)據形式，QAR 數(shù)據的優(yōu)點是數(shù)據記錄完整，數(shù)據質量更高，這也是大數(shù)據分析的基礎，海量數(shù)據存儲和分析技術的發(fā)展也為MOQA 的發(fā)展奠定了技術條件，為了監(jiān)控項目制定更精確和科學的監(jiān)控邏輯，需要積累海量數(shù)據進行初期數(shù)據整理篩查，并通過結合維修記錄等運行類數(shù)據來檢驗和確定監(jiān)控邏輯的科學和有效性。航空公司在具備海量數(shù)據存儲和分析能力的基礎上可以使用統(tǒng)計學和機器學習等新的分析手段優(yōu)化監(jiān)控邏輯，這方面的應用也推進了MOQA 領域特別是側重趨勢監(jiān)控的預測性維修的發(fā)展。

2 存在的問題和解決方案

在MOQA 的發(fā)展和使用過程中會遇到各種問題，如原始記錄數(shù)據不全，啟動和關車階段無法譯碼分析等等情況，導致故障譯碼和維修類監(jiān)控實施困難。一般從以下幾個方面解決。

2.1 譯碼參數(shù)庫擴容和客戶化工作

傳統(tǒng)FOQA 領域關注飛行安全類事件，所需參數(shù)較少，因此QAR 記錄計算機的128/256/512 字幀容量基本已能滿足。隨著機務維修MOQA 對飛機各系統(tǒng)的譯碼要求增多，QAR 記錄計算機存儲容量限制的問題逐漸凸顯，因此需要將QAR記錄計算機的容量進行擴充，以滿足不斷擴展的數(shù)據監(jiān)控需求。目前，東航已率先將波音737NG 機型在將原來的256 和512 字幀逐步擴至1024 字幀的工作，空客A320 機隊也全部覆蓋到1024 字幀，已基本滿足MOQA 領域監(jiān)控需求。今后，隨著MOQA 監(jiān)控需求的發(fā)展，更大容量如2048 字幀的記錄器也逐漸被使用。

QAR 記錄計算機擴幀主要是擴展空間以容納更多系統(tǒng)參數(shù)，因此完成QAR 記錄器擴幀后首先需要查詢所需系統(tǒng)參數(shù)，在這個過程中工程師需要熟悉AMM、AIPL、ELSD、ICD 等涉及的廠家技術手冊并梳理已有的記錄參數(shù)，核對現(xiàn)有譯碼數(shù)據庫，按維修系統(tǒng)或章節(jié)進行劃分。如ATA21 章，主要可以分為空調、電子艙通風、客艙增壓、貨艙通風和加溫系統(tǒng)，按照以上系統(tǒng)找到對應的參數(shù)進行劃分，利用查詢到的所有系統(tǒng)參數(shù)，對已有記錄的參數(shù)進行針對性地增刪，如A320 機型ATA21 章空調系統(tǒng)涉及的重要參數(shù)指標，水分離器出口溫度缺失，則可進行增補，而空調進氣口RAM AIR OUT LET 角度由于目前大部分機型已取消了該功能，可以在原譯碼庫中進行刪除，此過程我們稱之為譯碼庫的客戶化。在譯碼庫的客戶化過程中，需要航空公司維修工程師熟悉系統(tǒng)工作原理，結合機隊運行特點和維修經驗，這個過程對于MOQA 研究來說是一個非常關鍵的基礎性工作。

2.2 飛機線路改裝以滿足維修MOQA 監(jiān)控需求

飛機出廠設計時按照適航法規(guī)要求，譯碼記錄規(guī)范必須滿足FOQA 的監(jiān)控標準，但是很多機型出廠設計時并沒有完全考慮維修領域MOQA 的需求，因此這就造成了除了很多維修需要的系統(tǒng)數(shù)據沒有記錄到QAR 記錄器之外，還會出現(xiàn)盡管飛機安裝了各式各樣的傳感器，但是并不是所有的傳感器數(shù)據都以ARINC429 形式采集且能夠送往相應的數(shù)據采集計算機FDIMU 或DFDAU這種情況。例如，波音737 機型的空調系統(tǒng)因為沒有將傳感器數(shù)據傳輸給采集計算機DFDAU，無法實現(xiàn)數(shù)據記錄，只能通過地面人工記錄或使用測溫記手動采集，這種方式工作效率低且準確率不高。為了提高準確性和實現(xiàn)數(shù)據監(jiān)控，只能通過維修線路改裝將傳感器與數(shù)據采集計算機相連，然后再記錄到QAR 記錄計算機，此項工作過程需要航空公司工程技術部門研究手冊與并與廠家制定線路改裝方案，根據相應系統(tǒng)工作特點，在QAR 記錄計算機獲取傳感器數(shù)據后還要進行如模數(shù)轉換、數(shù)據擬合等方法過程，將傳感器原始數(shù)據轉換成可以辨識的數(shù)字形式，從而實現(xiàn)后續(xù)MOQA 監(jiān)控和分析。

2.3 依據維修領域特點修改QAR 數(shù)據記錄時刻

傳統(tǒng)FOQA 主要滿足飛行領域監(jiān)控需求，對于發(fā)動機啟動前和關車后的數(shù)據一般不做記錄，但是就維修領域而言，飛機系統(tǒng)只要通電就會工作，就有出現(xiàn)故障的可能，但是定義記錄時刻的邏輯不能簡單地以通電就開始記錄，這樣會出現(xiàn)大量地面無效數(shù)據，導致在數(shù)據分析時辨識困難，且無謂增加數(shù)據流量費用。按照飛機維修領域的工作特點，發(fā)動機啟動階段是故障率相對較高的時間段，啟動活門、高壓燃油關斷活門、低壓燃油關斷活門，以及發(fā)動機啟動手柄模式電門等的狀態(tài)可以反映該階段發(fā)動機和燃油系統(tǒng)很多部件的性能指標，而發(fā)動機關車后大約5 分鐘，發(fā)動機滑油量和液壓油量、壓力等其他勤務數(shù)據相對其他階段也更穩(wěn)定準確，非常具有監(jiān)控價值。因此，以發(fā)動機開始啟動指令到關車5 分鐘來定義QAR 的起止記錄時刻，基本可以做到在不增加無效數(shù)據的同時，又能滿足維修領域監(jiān)控的大部分需求。

3 變革與發(fā)展

3.1 新的譯碼形式的應用

傳統(tǒng)機型MOQA 譯碼方式主要是對于QAR 數(shù)據的應用。在譯碼過程中，需要梳理各種機型各系統(tǒng)數(shù)據并且有針對性地進行系統(tǒng)劃分，從而為故障分析和數(shù)據監(jiān)控建立模板，但是由于工程師對系統(tǒng)和記錄參數(shù)的認知不同，譯碼數(shù)據模板常會出現(xiàn)遺漏缺失的情況。目前空客新機型如空客A350/A380 的SAR已逐漸取代QAR 實現(xiàn)飛機系統(tǒng)狀態(tài)和故障的譯碼，如圖1 所示。SAR 簡稱SMART ACCESS RECORDER，將主要的章節(jié)參數(shù)按系統(tǒng)劃分成不同的通道，當特定系統(tǒng)事件發(fā)生時，只需要下載相應的SAR 通道數(shù)據進行分析即可，SAR通道數(shù)據與傳統(tǒng)的QAR譯碼模板類似，將涉及系統(tǒng)參數(shù)整合在一個通道內，節(jié)省了參數(shù)篩選甄別的時間，且相較傳統(tǒng)QAR 數(shù)據，SAR 針對單系統(tǒng)可記錄的參數(shù)和記錄頻率更高，標準更規(guī)范，提高了譯碼分析的效率和準確性。

圖1 A350 SAR 通道列表

為了推進MOQA 的發(fā)展，譯碼軟件紛紛推出了更方便工程師查詢和使用的軟件，如AGS 譯碼軟件ALPHA 網頁版，逐漸減少用戶權限和使用限制，讓越來越多的維修工程師將來能更便捷、全面地接觸和了解維修譯碼，一定程度上也推進了MOQA 的發(fā)展。

3.2 新的數(shù)據傳輸形式的發(fā)展

傳統(tǒng)領域的民航飛機數(shù)據記錄格式主 要 是 以ARINC573 和ARINC717 的規(guī)范為準，近年來帶寬更大，效率更高，更安全的ARINC767 格式逐漸在波音787、空客350 等先進機型上實現(xiàn)使用。另外，隨著衛(wèi)星寬帶技術和高速傳輸技術的發(fā)展，如5G ATG 網絡運用后，飛機存儲記錄的數(shù)據（如QAR 數(shù)據）可以通過高速衛(wèi)星或地面ATG 網絡在飛行過程直接中發(fā)送至地面端，兼具傳統(tǒng)ACARS 的數(shù)據實時傳輸且數(shù)據容量大的優(yōu)點，而地面接收端處理數(shù)據的方法也隨之發(fā)生新的變化，如空客推廣的FOMAX，便是這方面的應用和嘗試。因此新技術的應用也為維修領域MOQA的研究帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。

4 總結

MOQA 的發(fā)展源于飛機維修領域譯碼分析和數(shù)據監(jiān)控需求的不斷擴展，大量的排故工作需要嚴謹?shù)墓收戏治龊团殴史桨?，MOQA 研究提供了數(shù)據支撐，對于故障排除來說更快捷準確，航空公司工程師的技能和對飛機系統(tǒng)知識的理解也在數(shù)據分析的基礎上得到提升。當然MOQA 的發(fā)展和工程師的技能和經驗提升也是相輔相成的，隨著經驗的積累和對理論知識的提煉，又逐漸衍生出針對特定故障的監(jiān)控需求。近年來百萬級大數(shù)據分析技術的發(fā)展和普及，也為維修領域MOQA 的發(fā)展開拓了思路, 特別是在基于MOQA大數(shù)據研究的預測性維修得到了迅速的發(fā)展。 航空公司以實際運行中發(fā)現(xiàn)的問題為導向，利用MOQA 的研究成果快速應用和指導生產，為航空公司的安全平穩(wěn)運行夯實了基礎。將來，新的技術手段和工程技術人員的成長也必將帶來MOQA 領域的不斷革新和變化發(fā)展。