王健

摘 要：飞机健康实时监控技术目前已广泛应用于民用大型飞机上，美国波音公司以及欧洲空客公司均在其最新机型上使用了该技术。飞机健康实时监控技术能够帮助航空公司实时监控飞机健康状态，降低飞机维修成本，提高飞机运营效率。该文通过分析国内外飞机健康实时监控技术的发展状况，提出了民用飞机健康实时监控系统的设计考虑，包括机上机载维护系统的设计以及地面支持系统的设计。

关键词：飞机健康监控 AHM 机载维护系统

中图分类号：V37 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（c）-0098-02

在民用航空领域，飞机健康实时监控是通过机载电子设备来实现的。机载电子设备持续对飞机健康状态进行监控，并将与飞机健康状态相关的数据传输到地面进行分析处理，以保障飞机能够正常运营和及时维修。

为提高航空公司的运营、维护工作效率，优化航空公司的维修模式，提升机型竞争力，大力发展飞机健康实时监控技术是现代飞机发展中的重要研究内容和迫切需求。

1 飞机健康实时监控技术国内发展

自“十五”以来在军用飞机领域，我国对健康实时监控和故障诊断技术进行了广泛研究，研制了飞机故障预测和健康管理系统（PHMS，Prognostic Health and Monitoring System）、直升机健康与使用监控系统（HUMS，Health and Using Monitoring System）、远程故障诊断系统等。目前在某型号直升机上，飞机健康实时监控系统已投入陆航部队使用，该系统改变了以往直升机地面维修只依靠人工操作的现状，使维修工作更加科学化、智能化。

在民用飞机领域，由于我国客机基本依靠进口，故在健康实时监控和故障诊断技术研究方面起步较晚，技术相对落后。目前我们正处于大型客机的研制阶段，对国外飞机健康实时监控技术进行了跟踪研究，正在建立适用于国产“大飞机”的飞机健康实时监控系统。

2 飞机健康实时监控技术国外发展

20世纪90年代初期，国外在飞行数据采集记录系统的基础上，引入了飞机健康监控的概念和技术。经过二十多年的发展，已发展出具备空地一体化、飞机实时监控、诊断等特点的飞机健康监控系统。目前，主要的航空技术发达国家均十分重视该系统技术的研究与应用。

欧洲Airbus公司的A400M 上的机载综合监测和故障诊断系统（AIMDS，Aircraft Integrated Monitoring and Diagnostic System）是从A380 客机上衍化而来，AIMDS能对飞机上每个监测设备进行集中控制，并对发动机、辅助动力装置以及其它飞机系统的数据进行采集、记录和分析。除此之外，AIMDS可以选择记录飞机结构载荷，包括过载、强行着陆和总的循环累计数，使用户能跟踪飞机疲劳方面的真实使用情况。

地勤人员可以使用便携式维护访问终端（PMAT，Portable Maintenance Access Terminal）通过飞机内、外的接连点访问机载综合监测和故障诊断系统，查看并下载相关故障数据。这些数据还可下载到A400M地面支持工作站中进行分析、预测。A400M在执行任务之前，可利用机载综合监测和故障诊断系统查询机上各系统、设备的状态趋势数据，预测出在未来的无维护使用周期（长达l5天）内可能会出现的故障，提前将“故障隐患”消除掉。对于某些故障，即便在运营周期内出现了故障，A400M也可以“带故障”安全飞行，而将排故工作“推延”至该周期后再进行。

美国Boeing公司已将健康管理技术应用到B747、B777、B787等相关大型客机上。在最新的B787上，Boeing研制出飞机健康管理系统（AHM，Aircraft Health Management），AHM包含机上机载维护系统（OMS，Onboard Maintenance System）以及地面健康管理系统，如图1所示。

据波音的初步估计，通过使用AHM 可使航空公司节省约25%的因航班延误而导致的费用。此外AHM通过帮助航空公司识别重复出现的故障和发展趋势持机队长期可靠性计划的实现。

另外，航空无线电通信公司（ARINC）也在与NASA兰利研究中心合作，研制了与AHM类似的原型机系统——飞机状态分析与管理系统，如图2所示。飞机状态分析与管理系统的功能已在B757飞机上成功地进行了飞行试验演示验证。

3 民用飞机健康实时监控系统设计考虑

现代大型客机均采用了机载维护系统和地面支持系统相结合的方式实现对飞机健康状态的实时监控。其中机载维护系统收集成员系统发出的维护信息并生成故障消息，同时机载维护系统捕获成员系统重要参数数据，飞行中通过飞机通信寻址与报告系統（ACARS，Aircraft Communication Addressing and Reporting System）或无线WIFI将数据传输到地面，地面支持系统利用对接收的信息进行处理、分析，为飞机航线维护和车间维护提供解决方案。

3.1 机载维护系统

机载维护系统主要包括中央维护计算功能和飞机状态监控功能。

3.1.1中央维护计算功能

按照飞机对成员系统的要求，成员系统应具备故障检测能力，将检测到的故障数据报告给中央维护功能，中央维护功能通过故障模型分别对这些数据进行处理，产生故障消息。

故障模型是一个独立的可加载的数据库软件，是中央维护计算功能的核心部分。故障模型一般包括以下6个处理步骤。

（1）输入处理：识别和标注故障报告、驾驶舱故障效应或离散信息中有效信息，滤除无效输入信息，将有效信息输入到下一个环节进行处理。驾驶舱故障效应直接输入到驾驶舱效应和维护信息关联的步骤进行处理。

（2）抑制和特殊事件自检：由于飞机在特定工作阶段而错误产生的故障信息，被认定为虚假信息并进行抑制，以免误导维护人员；对于数据类输入（非故障报告），将使用诊断规则中预先设置方法进行处理，当探测到故障，将被视为特殊事件，由故障处理模块产生特殊事件故障报告并输入到下一步进行处理。

（3）连锁效应去除：所谓连锁效应引起的故障报告是指在某一个航段中同一时间，某个故障出现在设备链的第一级设备中，且多次报告。连锁效应去除利用预先设定好的诊断规则判断该故障处在源设备还是下游设备，下游故障将被处理为无效故障，并进行抑制。

（4）合并与隔离：对于一个故障引起的多次报告的处理，在同一系统内部，采用连锁效应去除方法可实现，而在多个系统交联状态下，则需由合并和隔离方法来实现。

（5）驾驶舱故障效应和维护信息关联：故障处理模块接收驾驶舱效应和各种故障报告，并与维护信息相关联。这样维护人员可以按照维护信息去排除飞行过程中出现的故障。

（6）驾驶舱故障效应和维护信息存储：维护信息和相关事件在维护信息数据库中进行存储，这些数据（包括历史数据）可以用来显示或者报告。诊断规则定义了维护信息可存储的飞行阶段，存储模块将确定该阶段是否可以进行存储。

波音公司的故障模型被称为可加载诊断信息（LDI， Loadable Diagnostic Information），是波音公司利用霍尼韦尔公司研制的诊断模型开发工具“SAIFR”（System Aide for Integration and Fault Reporting）的工具获取单个子系统故障响应模型，然后SAIFR分析这些子系统模型，并确定与BITE不一致并予以修正。最后生成一个全机级故障诊断模型，用于全机故障诊断。

SAIFR采用模块化标准开放式接口，不同软件模型可由供应商负责技术开发，这种方式允许第三方供应商将各自的技术融入故障诊断技术中，有利于技术的吸纳和改进。波音公司再对SAIFR包含的逻辑关系进行分析和修正并对涉及多个系统故障的隔离关系进行定义，消除故障合并和故障级联效应，建立飞机级故障模型。

3.1.2飞机状态监控功能

飞机状态监控功能监控和记录与飞机维修、性能、故障定位、超限和趋势等重要信息相关的数据，通过逻辑分析，对潜在的故障进行预测。此外，飞机状态监控功能产生ACARS报文，通过ACARS传输到地面。这种方式对提高航班準点率非常关键，因为当飞机仍在空中飞行时，就能将相关信息传输给地勤人员，从而延长了其准备的时间，例如通过提前3.5 h向地勤人员发出通知，使地面维修的可用时间从30 min延长到4 h。

3.2 地面支持系统

地面支持系统应具备通过有线和无线的方式与飞机进行通信，对飞机飞行中传输的健康状态数据进行分析和推理，在飞机没有着陆之前，定位故障，预测飞机性能，以保证飞机的派遣率和经济性。

目前国外很多航空公司开发出具有管理整队飞机健康状态的地面支持系统。

4 结语

飞机健康实时监控技术目前已广泛应用于大型客机上，其对于航空公司来说提高运营效率，降低运营成本有极其重要的意义。该文通过分析国内外飞机健康实时监控技术的状况，提出了民用飞机健康监控系统的设计考虑。

参考文献

[1] Gautham Ramohalli THE HONEYWELL ON-BOARD DIAGNOSTIC& MAINTENANCE SYSTEM FOR THE BOEING777， Honeywell ATSD Gautham Ramohalli，波音777机载诊断和维护系统，霍尼韦尔公司.

[2] ARINC624-1，DESIGN GUIDANCE FOR ONBOARD MAINTENANCE SYSTEM ARINC624-1，机载维护系统设计指南.