（航空宇航推进理论与工程专业论文）飞机实时监控与排故系统的研究及实现.pdf

中国民用航空学院硕l 学位论文 捅婴 本文提出了利用a c a r s ( 飞机通信寻址和报告系统) 空地数据链实时下载的c f d 报 文中的有用数据结合飞机维护技术文档以及历史维护经验来建立飞机实时监控与排故 系统( a m t s ) 的设计思想以使得地面维护人员能够实时的掌握飞机发动机的运行状态 信息，从而能够尽早的发现飞机故障，在飞机落地前准备故障解决方案，以减少飞机运 行和维护的费用、提高飞机的利用率和飞行安全性，避免航班延误或停场。 在此构思下，作者基于国航b 7 7 7 飞机的c f d 故障报文，结合相关维护手册以及历 史排故经验( t l b ) ，用j a v a 语言开发并实现了该系统的主要部分。本论文论述了此系 统开发、设计的思想，并详细介绍了该系统的各个组成部分及其实现的原理和方法。 该系统的建立，使维修方式真正变为空地紧密整合的维修，将维修时问的滞后性 转变为实时性，使a c a r s 信息资源得到了充分利用。实现该系统的思想、方法将为国内 民航飞机维护提供重要的参考价值。 【关键词】a c a r s ，实时监控，排故，a m t s 中国民用航空学院硕上学位论文 a b s t r a c t t h i st h e s i sp r o p o s e st ou s eu s e f u ld a t ao fr e a l t i m ec f dr e p o r t sd o w n l o a d e d b ya c a r s ( a i r c r a f tc o r m n u n i c a t i o n sa d d r e s s i n ga n dr e p o r t i n gs y s t e m ) c o m b i n e a i r c r a f tm a i n t e n a n c et e c h n i c a ld o c u m e n t sa n dh i s t o r i c a lt r o u b l e s h o o t i n g e x p e r i e n c e st ob u i l da na i r c r a f tm o r t i t o r i n g t r o u h l e s h o o t i n gs y s t e m ( a j f i t s ) i n o r d e rt om a k e t h eg r o u n dm a i n t e n a n c ep e r s o n n e ls y n c h r o n o u s l yu n d e r s t a n dt h e a i r c r a f t ( e n g i n e ) o p e r a t i n gc o n d i t i o n sa n df i n do u tf a u t so fa i r c r a f ts y s t e m i na d v a n c es oa st od e c i d ea n dp r e p a r ef a u l t si s o l a t i o ns c h e m eb e f o r e1 a n d i n g ， w h i c hc a nr e d u c ec o s t so fa i r c r a f to p e r a t i o n m a i n t e n a n c ea n di n c r e a s ea i r c r a f t u s i n gr a t e f l i g h ts a f e t y ，a n da v o i df l i g h td e l a ya n dc a n c e ll a t i o n u n d e rt h i sv i e w p o i n t ，t h ea u t h o rb a s e so nc f dr e p o r t so fb 7 7 7o w n e db ya i r c h i n a c o m b i n e su s e f u ld a t aw i t hr e l a t e dm a i n t e n a n c em a n u a l sa n dh i s t o r i c a l t r o u b l e s h o o t i n ge x p e r i e n c e s ( t l b ) ，u s i n gj a v al a n g u a g et od e v e l o pa n df u l f i l l t h em a i np a r to ft h i ss y s t e m t h i st h e s i sd e s c r i b e st h ei d e af o rd e s i g n i n ga n d d e v e l o p i n gt h i ss y s t e ma n dg i y e si 1 1 u s t r a t i o n so fe a c hp a r to ft h es y s t e mi n d e t a i l t h ee s t a b l i s h m e n to ft h es y s t e mm a k e sa i r c r a f tm a i n t e n a n c em o d ec l o s e l y i n t e g r a t e db e t w e e na i ra n dg r o u n d ，c h a n g e st h em a i n t e n a n c ef r o ml i n g e r i n gi n t o r e a l t i m e ，m a k i n gt h ea c a r si n f o r m a t i o nr e s o u r c e sg e tt h ef u l le x p l o i t a t i o n t h ei d e a s m e t h o d sf o rc o n s t r u c t i n gt h es y s t e mw i i1p r o v i d ei m p o r t a n tr e f e r e n c e d v a l u ef o rd o m e s t i cc i v i la v i a t i o na i r c r a f tm a i n t e n a n c e k e y w o r d s 】a c a r s ，r e a l t i m em e n i t o r i n g ，t r o u b l e s h o o t i n g ，a m t s i i 中国民用航卒学院硕士学位论文 缩略语 1 a c a r s - - a i r c r a f tc o m m u n i c a t i o n sa d d r e s s i n ga n dr e p o r t i n gs y s t e m 2 a c m s - - a i r p l a n ec o n d i t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m 3 a i m s - - a i r p a n ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m 4 a m e c o a i r c r a f tm a i n t e n a n c ee n g i n e e r i n gc o l t d 5 a m m a if c r a f tm a i n t e n a n c em a n u a l 6 a m s s - - a i r c r a f tm a i n t e n a n c es u p p o r ts y s t e m 7 a t a a ift r a n s p o r ta s s o c i a t i o n 8 c a a c c i v i la v i a t i o na d m i n i s t r a t i o no fc b i n a 9 c b r- - c a s eb a s e dr e a s o n i n g 1 0 c f d - - c o m p u t a t i o n a lf l u i dd y n a m i c s 1 1 c m c 1 2 c m c f 1 3 c m c s 1 4 c m c f 1 5 d b 1 6 d c m s c e n t r a lm a i n t e n a n c ec o m p u t e r c e n t r a lm a i n t e n a n c ec o m p u t i n gf u n c t i o i 1 c 曲t r a lm a i n t e n a n c ec o m p u t i n gs y s t e m c e n t r a lm a i n t e n a n c ec o m m u n i o a t i o nf u n c t i o n d a t a b a s e d a t ac o m m u n i c a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m 1 7 d m d a t am i n i n g 1 8 d t dd o c u m e n tt y p ed e f i n i t i o n 1 9 e c m e n g i n ec o n d i t i o nm o n i t o r i n g 2 0 e h m e n g i n eh e a l t hm o n i t o r i n g 2 1 e i c a se n g i n ei n d i c a t i n g c r e wa 1 e r r i n gs y s t e m 2 2f d- - f 1i g h td i s p l a y 2 3 f d e f 1i g h td e c ke f f e c t 2 4 f i mf a u lli s 0 1 a t i o nm a n u a l 2 5 f r m - - f a u l tr e p o r tm a n u a l 2 6 g b s t 2 7 g m t 2 8 h t m l 2 9 i d s 3 0 j d b c 3 1 k d d 3 2 l d i 3 3 m a t 3 4 m e l g r o u n db a s e ds o f t w a r et o o l ( ；r e e n w i c hm e a n r i m c h y p e rt e x tm a r k u pl a n g u a g e i n t e g r a t e dd i a g n o s t i cs y s t e m j a v ad a t a b a s ec o n n e c t i v i t y k n o w l e d g ed a t ad is c o v e r e d l o a d a b l ed i a g n o s t i ci n f o r m a t i o n m a n t e n a n c ea c c e s st e r m i n a l m i n i m a le q u i p m e n tl i s t v 中国民用航空学院硕上学位论文 3 5 m mm a i n t e n a n c em e s s a g e 3 6 m s g - - m a i n t e n a n c em e s s a g e 3 7 n c m m - - n o n c o r r e l a t e dm a i n t e n a n c em e s s a g e 3 8 n d - - n a v i g a t i o nd i s p l a y 3 9 n r cn a tio n a r e s e a r c hc o u n c il j 0 p d sr li i i i l l fyd js p l a ys y s t o m 4 1 q s i q u a l t e c hs y s t e m si n c 4 2 s g m l s t a n d a r dg e n e r a lm a r kl a n g u a g e 4 3 s o c - - s y s t e mo p e r a t i o n sc o n t r o i 4 4 t d m s - - t e c h n i c a ld o c u m e n tm a n a g e m e n ts y s t e m 4 5 t l b - - t e c h n i c a ll o g ob o o k 4 6 v h f - - v e c yh i g hf r e q u e n c y 4 7 w t ow o r l dt r a d eo r g a n i z a t i o n 中国民用航空学院学位论文独创性声明 本人声明所 变的学位论文是我个人在导师指导f 进行的研究t 作及取得的研究成果。尽我所 知，除_ 文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果 也不包含为获得中国k 用航空学院或其它教育机构的学位或证书而使e j 过的材料。与我一同丁作的 同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了_ 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：雏当日期：扣噬：f ：z ! 中国民用航空学院学位论文使用授权声明 中国l 屯棚航空学院、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复 e p t q ：, l l 电子文档，一叮以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文 的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文 的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权中国民用航空学院研究生部办理。 研究生签名 寺、扇 导师签名：号牟荔陛日期：，泸心i 。 中国民用航字学院硕士学位论文 刖舌 1 引言 当今民航运输市场、民航维修业快速发展，航空公司之间竞争激烈，增收节支已成 为航空公司生存和发展的关键”“。飞机的维修成本几乎占据航空公司2 0 的营业额，因 此减少飞机维修成本是航空公司节支的重要渠道，同时也是增强航空公司市场竞争力的 有效途径之一。 根据a m e c o 的维修经验，大量的维修成本来自于飞机维修过程中所产生的非例行工 作。由于非例行工作的突发性，往往无法预先安排工作计划，而且经常要求在短时间内 完成，工作强度大，航材订购费用高，有时甚至引起飞机缺件停场，这使得航空公司的 营运维修成本一直处于较高的水平”“。 控制非例行工作量、提高排故效率的有效途径是尽早预测故障，快速准确地判断故 障。现代的飞机已经装备了先进的机载数据采集、管理系统，也已具备空地数据传输的 通讯系统“。飞机的运行过程中产生大量的信息和数据，可经a c a r s 等采集并向地面传 输。如果能够有效地利用a c a r s 空地数据链实时下载的故障信息并结合相关的飞机维护 手册以及历史排故经验对飞机进行实时状态监视，及时地发现和报告飞机故障，在飞机 落地前提供出相关的维护方案就能够极大地减少非例行工作量所占的比例。 本文对飞机实时监控与排故技术进行了有益的探索和研究，设计并实现了飞机实时 监控与排故系统的一个主要部分。 2 国内、外现状 2 1 国外现状 a r i n c ( 美国航空无线电公司) 公司丌发的飞机状态分析和管理系统( a c a m s ) ，可 以从飞机上的多种信息源采集并分析数据，识别并预测故障判断即将发生故障的部件将 对飞机运行带来何种影响。该系统可将信息传送到地面，飞机落地后，技术人员就可以 准备好备件。a c a m s 系统可以是独立的电子部件，也可以嵌入现有的系统中。以后该系 统还可以识别机身裂纹和腐蚀。但a c a m s 系统的结构分析功能至少还需要6 年以上的时 间才能开发出来。 波音公司研发的飞机健康监视( a h m ) 系统能通过采集飞行数据来预测故障，再将 信息传送到航空公司。航空公司根据这些信息就可以制定出最佳维修计划。据波音的初 步估计，通过使用a h m 可使航空公司节省约2 5 的因航班延误和取消而导致的费用。波 音公司用了几年时间分析波音7 7 7 和波音7 4 7 4 0 0 飞机自服役起的所有数据，寻找最主 要的指标。预计这一系统将于2 0 0 3 年末或2 0 0 4 年初交付首家用户。波音公司目前正致 力于结构分析技术的丌发，但此技术何时成熟还较难预测。 中国民用航空学院硕士学位论文 加拿大国家研究委员会( n a t i o n a lr e s e a r c hc o u n c i l ) 于1 9 9 2 年决定在民航领域 开发综合诊断系统( i n t e g r a t e dd i a g n o s t i cs y s t e m ) 作为航空公司的维护支持工具， 以提高加拿大航空公司的工作效率1 。现在开发成功的i d s 主要采用基于w i n d o w s 系统 的软件显示a c a r s 从空中传到地面的故障信息，航线维护人员可以在地面通过计算机实 时监控这些信息并将其与相关数据库连接，从而确认这些故障的级别、内容以决定维修 计划1 。 2 2 国内现状 中国南方航空集团的飞机远程诊断实时跟踪系统( a c r d r t s ) 利用机载设备a c a r s 可以实时传送飞行数据，通过接收和转换空地数据链下传数据，监控飞机和发动机运行 状态，同时接收来自飞行员、机务人员、a c a r s 和安全监测部门等多方面故障信息，利 用已有的排故经验，经人工智能算法分析，向维修人员提供必要的参考信息，辅助提高 维修水平和排故效率，并向现有地面其它飞机监控系统提供实时数据。 中国国际航空公司的飞机状态监视系统( a c m s ) 使基地控制中心能够实时掌握飞机 故障情况，索取c m c 历史故障记录，进行故障分析；自动化的监控系统省略了大量人工 记录参数和输入计算机的过程，极大地提高了工作效率；自动化机载数据系统能够提供 大量参数，通过空地数据通讯传送到地面监控系统，这是传统的手工记录参数进行监控 的方法无法实现的。“。然而解析后的故障信息却是独立的，无法实时地支持飞机维护工 作，作者正是基于此未被利用数据源柬进行研究工作。 3 本文课题来源 3 1 课题来源 课题来源于中国国际航空公司机务工程部，北京飞机维修工程有限公司，哈尔滨工 业大学，以及中国民用航空学院共同合作的科研项目“民航发动机全寿命管理系统”以 实现建立基于国航和a m e c o 计算机局域网的远程监控和实时状态监控模块，建立联合发 动机监控中心，提供飞机落地前维护方案到位服务，并且为其它客户提供机队委托管理 服务。 3 2 民航发动机全寿命管理系统 本课题以航空公司和维修公司的发动机机队管理和维护工作为中心，建设适应现代 民航技术发展要求的发动机全寿命状态信息计算机管理系统。利用智能化发动机监控技 术和信息管理技术，提高发动机管理、使用和维修技术水平，实现机队资源的优化利用， 以适应机队规模的扩大和飞机发动机数据电子化发展的客观要求，提高发动机的工作 可靠性，提高经济效益，保证飞行安全。 中国民用航空学院硕十学位论文 本课题的技术内容： 1 发动机管理信息和状态信息集成。建设由数据源、数据管理，评估决策、工程 反馈等部分组成的信息管理体系。 2 规范数据采集和传输程序，实现数据格式的标准化。 3 发动机状态信息数据优化，健康状态评估程序标准化，建立各机型发动机状态 综合评估准则。 4 与e c m i i 、s a g e 和c o w p a s s 等由发动机厂商提供的分析软件的数据接口。 5 开发数据管理系统，实施发动机飞行参数、健康状态参数、维修维护参数以及 履历构型等数据的计算机综合管理。 6 ，丌发发动机状态评估专家系统，实现发动机状态评估手段的自动化、智能化。 7 建设由工程管理、航线维护、技术支援、车间修理、e c m 等部门组成的计算机 网络。 表1 ：发动机全寿命管理系统体系结构图 与角色相关的用户界面界面层 发动机全寿命管理 航线数据处理车间数据处理车台数据处理系统管理 1 航线信息管理。 1 时寿管理。l 单元体性能评估。1 用户管理。 应 2 机队性能趋势预 2 维修信息管理。2 初始权值计算。2 数据库维护。 用 刁一e 3 自动报警。 3 信息录入管理。3 试车报告生成。3 特殊报告生成。 层 4 报告生成。 4 接口管理。4 接口管理。4 接口管理。 5 接口管理。 发动机数据管理 支 撑 航线数据库 车间数据库车台数据库 层 数据库管理系统、网络环境、计算机软硬件 基础层 中国民用航空学院磺士学位论文 表2 ：航线数据处理分系统体系结构图 与角色相关的用户界面 界面层 航线数据处理 航线信息管理机队性能趋势预示自动报警报告生成 接口管理 1 机队备发状1 线性拟合。1 趋势报1 机群排队报 1 输入数据接口。 态管理。 2 二次拟合。警。 告生成。2 内部数据接口。 2 航线故障管3 起e 参数趋势2 参数突 2 性能拆发预3 外部数据接口。 理。 预示。变报报生成。 3 当前机群时警。3 故障统计报应 间分布。3 综合权告生成。 刚 4 滑油消耗量值报4 拆发统计报 层 管理。警。 告生成。 5 金属元素污5 拆发评估报 染物分析。 告生成。 6 振动信息管 理。 7 孔探信息管 理。 发动机数据管理 1 发动机工作时间报告库。1 装机时间库。 1 车间数据库。 2 航线故障库。2 装机时间库。2 车台数据库。支 3 滑油消耗量库。3 起飞参数库。 撑 4 e n go i lt r e n d 库。 5 振动信息库。 层 6 孔探报告库。 数据库管理系统、网络环境、计算机软硬件 基础层 对于飞机发动机实时故障诊断系统的建立其主要信息源来自于e h m 、s a g e 的分析 报告。对于飞机发动机的故障监视与诊断可以从热力气动性能和机械状况两个方面来 考虑，而对于机械状况的故障监视与诊断其主要信息源是基于a c a r s 链路下载的故障报 告数据以及相关的飞机维护手册。 4 。本文的主要研究内容及其意义 4 1 研究内容 本文详细说明了利用a c a r s 动态信息源结合相关飞机维护手册与历史排故经验来建 立飞机实时监控与排故系统( a m t s ) 的原理和方法”1 。研究内容涉及b 7 7 7 维护数据的 产生、a c a r s 的组成及原理、相关飞机维护手册及历史排故经验信息数据库的建立、飞 机实时监控与排故系统的建设等。 4 中国民用航宁学院硕j ：学位论文 要实现飞机的实时监控与排故，提供飞机落地前维护方案到位服务，就必须充分利 用飞机上已经具备的机载数据采集、管理系统和a c a r s 的实时故障报文信息，在a m e c o 现有飞机状态监视系统( a c m s ) 的基础上数据结构化相关的飞机维护手册( f i m 、a m m 等) 与历史排故经验( t l b ) 信息，并编写相关的软件程序。 4 2 研究意义 飞机实时监控与排故系统的建立实王兕了： 1 飞机的实时监控与排故。 2 飞机落地前相关的维护方案到位。 3 提高维修的效率。 4 ，减少飞机运行和维护的费用。 5 将为国内民航飞机维护提供重要的参考价值。 飞机实时监控与排故系统的建立对于促进航空公司的维修模式向高度科学化、现代 化、信息化、智能化发展具有重要意义。 中目民用航守学院饿。i ：学位论文 第一章b 7 7 7 实时维护数据的产生及含义 1 1a i m s ( a i r p l a n ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ) 主要功能 a i m s 的主要功能是收集和计算大量的一匕机数据。它管理几个航空电子系统的数据， 包括p d s ( 主显示系统) 、c m c s ( 中央维护处理系统) 、a c m s ( 飞机状念监视系统) 、f d r s ( 飞行记录器系统) 、d c m s ( 数据通讯管理系统) 、f m c s ( 飞行管理计算系统) 、t m c s ( 推 力管理计算系统) 。 a i m s 主要通过四个i o m ( 输入输出组件) 转换这些系统的数据到a l m s 的四类c p m ( 核心处理组件) 中，由c p m 提供软件和硬件处理计算这些系统的数据。 1 2b 7 7 7 c m c s 介绍 1 _ 2 1b 7 7 7 c m c s 的组成与功能 波音7 7 7 的c m c s 的组成： 1 a i m s ( 飞机信息管理系统) 舱内的c m c f ( 中央维护计算功能模块) 。 2 维护进入终端m a t ( m a i n t e n a n c ea c c e s st e r m i n a ) 。 3 便携式维护进入终端p m a t 及其接口。 4 地面测试电门。 m a t 和p m a t 是专为飞机维修人员维护飞机而设置的维护终端( 其他型号飞机尚不具 备该功能) ，m a t 位于驾驶舱右后侧，p m a t 的功能与m a t 一样，在飞机上有四个接口， 位于飞机的四个不同部位以方便维护检查，维护人员通过m a t 或p m a t 上的菜单选择对 c m c s 进行操作以支持飞机的航线维护和内场维护。 处理故障时，c m c f 从飞机各相关系统得到故障报告，主飞行显示系统p f d 将故障情 况以驾驶舱效应f d e 的形式显示出来。a i m s 舱内的主显示功能将f d e 传递到c m c f ，c m c f 将故障与f d e 关联。维护人员可根据飞行阶段和航段的需要，从m a t 上查看故障信息。 c m c f 有2 1 项子功能，分别是多余度管理、内嵌自检测系统、通电配罱检查、通电 硬件故障检查、故障数据检查、故障数据处理、故障与f d e 关联、数据表格生成、航段 和航行阶段计算、地面测试、输入监控、特殊功能、地面测试、接近传感电子组件p s e d 和空地调节校正、空中发动机平衡、系统配置、软件控制操作、内场故障处理、航线 数据库、报告生成、数据装载网关及接口协议。 这些功能协同完成对飞机各相关系统的数据计算、状态监测、故障诊断、故障信息 处理，为m a t 或p m a t 提供维护人员所需的航线维护、内场维护数据、信息、测试和报 告。 中国民用航宅学院硕上学位论文 1 2 2c m c s 对故障的处理和显示 c m c s 通过c m c f 进行故障处理。c m c s 有两个c m c f ，每个c m c f 都有相应的b i t e ( 内 嵌式自检设备) 对其自身的软件故障进行测试并把故障显示在m a t 上。 c m c f 的故障处理功能又包括6 项子功能： 1 输入处理。 2 抑制无效故障报告。 3 生成特定故障报告。 4 删除级联影响。 5 关联f d e 与维护信息。 6 存储f d e 和维护信息。 c m c f 通过这些子功能接收来自飞机各系统的故障报告以及来自p d s ( 主显示系统) 的 f d e 和离散信号，对飞机在飞机形态、l r u ( 航线可更换件) 连接、l r u s 、故障报告抑制状 态、维护信息定义、关联信息等方面的故障进行处理，故障子功能使用可装载诊断查询 ( l d i ) 的规定进行故障处理。 根据维护人员的需要，c m c s 在m a t 或p m a t 上可以按时间顺序、航段以及a t a 章节 显示故障信息、维护信息和维护记录。c m c s 每秒钟可接受2 5 0 0 0 条故障报告，处理5 0 0 0 多条故障报告，可存储1 0 0 个航段的故障和维护记录。 1 2 3 应用c m c s 排故 c m c s 各子系统b i t e 检测到故障并进行隔离后，分别以f d e 数据的形式送到p f d ， 以f d e 显示和以维护信息数据的形式传给系统m a t 或p m a t ，当系统把维护信息与f d e 关联后，又把f d e 分为需立即维修的和可保留放飞的两种f p e ，后一种f d e 需记录在飞 行记录薄上以供维修人员确定是保留放飞还是立即进行维修，如果是保留放飞则需查看 缺件放飞指南，否则进入m a t ，跟前一种f o e 一样，通过枞t 操作，查询相关维护信 息、故障信息和维护记录，然后查阅f i m 和a m m ，再根据f i m 和a m m 的要求进行排故。 1 2 3 1f d e ( 驾驶舱效应) f d e 提醒飞行和机务人员与飞机运行安全相关的状况。当飞机系统探测到某个系统 发生故障需要修理或影响签派时，飞机系统会发f d e 数据给a i m s 的p d s ( 主显示系统) 显示。 地面人员在放行前要对f d e 进行分析和检查。f d e 包 酿e i c a s 信息、p f d 故障信号 旗、n d 故障信号旗和定检维护工卡等。f d e 的显示为8 位故障代码和故障描述。 中国民用航守学院颁十学位论文 1 2 3 2m m m s g ( 维护信息) 维护信息提供详细故障信息给机务人员，支持其维修工作。如果飞机系统探测到某 个系统故障时，c m c s 会接收到咖，c m c s 处理这些数据并显示维护信息，维护人员根据 删制定维修措施。 删显示7 位数字，如果m m 与f d e 是相关的，c m c s 会将f d e 与m m 关联起来显示。 维护人员可以根掘f d e 或m m 提供的故障代码和维护号、或者故障描述去查f i m ( 故障隔 离手册) 的任务号迸行排故。f d e 和m m 都可以通过d c m s 传到地面。 1 2 4c m c s 对于维修发展的影响 c m c s 的设计在技术上主要涉及如下方面的内容： 1 先进的计算机硬件设备。 2 先进的状态监控与故障诊断技术与设备。 3 具有神经网络功能的智能化信息处理专家系统。 对于我国购买的波音7 7 7 飞机，第一项尚不足以反映当前计算机发展的水平，第二、 三项只能从功能上了解其技术水平，而对其技术内容尚需进行努力的研究。7 7 7 在这两 方面采用了目前最先进的技术，许多系统故障及所有l r u 故障均可借助c m c s 进行状态 维修，从技术的角度看，以目前的计算机硬件设备和7 7 7 所采用的专家系统软件已能满 足对飞机完全进行状态维修的需要，主要是受第二项技术水平所限，像结构损伤一类的 故障，其诊断与监控较困难，需要将先进的人工智能型材料用作飞机结构材料，或者发 展更先进的监控和诊断技术，才能满足这种需要。此外，系统对故障诊断的可靠性也还 需经过实践的充分验证，但较之以前只有系统b i t e 的机型( 只能对部分飞机系统与l r u 进行检测，发现故障后，以f d e 和故障码的形式显示在p d s 上) ，7 7 7 的c m c s 前进了一 大步，这种进步主要体现在两个方面，一是增加了f d e 与维护信息数据的关联功能，从 而可删除故障的级联影响，提高故障诊断的可靠性；二是其为维护人员配置了具有强大 功能的专家系统及操作设备，使维护人员可以对c m c s 监控范围内的飞机系统与设备进 行“状念维修”，而毋需经历目前定检维修方式下飞机系统或设备分解一检测查找故障 源一排故维修一装配这样个复杂过程，使飞机的安全性和运营的经济性得以大幅提 高。可以说7 7 7 飞机c m c s 的功能，标志着飞机的状奈维修已进入实用阶段，在不远的 将来，飞机维修人员只需直接到m a t 或p m a t 上查阅工卡( j c ) ，然后按工卡排故即可。 要实现这一点，只需要在c m c s 中增加一个智能化的集f i m ( 故障分析手册) 手册、a m m 手 册管理、相关维修资料管理和j c 生成为一体的专家系统即可。 波音7 7 7c m c s 达到的水平，说明进入2 1 世纪，飞机维修将依赖机载计算机维护系 统，向以状念维修为主的智能化方向发展，我国的飞机维修业也将面临维修方式发生根 本变革的挑战。 中国民用航窄学院硬1 学位论文 旺 回 图1 1 ：c m c s 故障处理概念图 1 3 国航飞机状态监控系统( a c m s ) 该系统使基地控制中心能够实时掌握飞机故障情况，索取c m c 历史故障记录，进行 故障分析：自动化的监控系统省略了大量人工记录参数和输入计算机的过程，极大地提 高了工作效率；自动化机载数据系统能够提供大量参数，通过空地数据通讯传送到地面 监控系统。 其功能模块： 1 d 口端处理子系统。 2 报文格式定义。 3 电报与数据处理子系统。 4 可视化应急处理子系统。 5 飞机性能监控及事务管理。 6 报文查询。 7 服务器系统管理子系统。 该系统的报文格式定义与报文查询坊能模块是本文研究工作的软件基础。 1 4 小结 通过分析a i m s 、c m c s 、a c m s 这些系统的原理及功能，可以看出a i m s 是一种集成 的航空电子系统，c m c s 、a c m s 等这些子系统给a i m s 提供了硬件支持能力。维护数据包 括a c m s 的各种报文、c m c s 产生的f d e 以及m m m s g 信息，这些维护数据统一由a i m s 提 供的c p m 硬件及相关软件来管理。a i m s 可以选择a c a r s 传输路径( v h f 收发机或s a t c o m ) ， 将维护数据传到地面基地。 9 中国民用航守学院顾卜学位论文 第二章a c a r s ( 飞机通信寻址与报告系统) 2 1a c a r s 概述 a i r c r a f tc o m m u n i c a t i o n sa d d r e s s i n ga n dr e p o r t i n gs y s t e m ( a c a r s ) ，是航空 公司飞行控制部门与飞行飞机之间通过v h f 无线电或s a t c o m 传输信息的数据连接( 数 据链) 系统，是一种双向空地通信系统。它具有传输速率快、误码率低等优点。使用 a c a r s ，飞行中的飞机就犹如移动通讯终端，一些定期报文( 出发报、到达报、发动机 性能报、发动机故障报、旅客载重、燃油数据报等) 都可以自动下载到相应的地面服务 器。 a c a r s 的组成： 1 飞机机载系统，负责通过v h f 或s a t c o m 接收、发送空地信息，同时给机组人员 提供显示界面。如b 7 7 7 的a i m s 。 2 a r i n c ( 航空无线电公司) 地面系统，由a r i n ca c a r s 远程传输接收站、a r i n c 计算机交换系统组成。如a ri n c 地面站和中国的a d c c 设备。 3 飞机运营者c 2 ( 指挥与控制) 、管理子系统，主要是航空公司的运行控制、维护、 签派等系统。如国航的a c m s 。 图2 1 ：a c a r s 结构图 中国民用航窀学院 嘶：j ：学位论文 2 2a c a r s 功能 a c a r s 数掘链是随着空中交通密度自辱增加，为提高航空运输的安全性和经济效益而 建立的全数字化，使用宽带信号等新技术- 刀：发发展起来的无线电通信系统。它具有寻址 特征，用v h f 或s a t c o m ，沟通了整个航空的空地通信网。 其基本功能： 1 飞行前初始化。 飞行员在飞行前从c d u ( c o n t r o ld i s p l a yu n i t ) 输入飞行航班号、机上乘客人 数、始发站终点站、机上燃油、机组人员等原始数据。 2 离场起飞着陆回场报告功能。 与机舱门、发动机燃油活门、空地传感器开关相连的0 0 0 i 传感器收集机载系统 信号，经a r i n c 4 2 9 总线传输到a i m s 以采集飞机当前的飞行状态。 3 提供起飞航路延迟信息。 4 话音连接功能。 机组或地面要求进行话音联系时，a i m s 中d c m s 从数据通信方式转变为话音方式 工作。 5 上行链传输时，识别信息地址。 6 自动或在命令方式下启动下行链信息。 7 对接收到的信息识别、响应，并自动产生一个a c k ( 正确收到) n a k ( 没有币确 收到) 字符。 8 对要求工作方式转换的上行链命令识别、响应，由数据方式转化为话音方式， 并动调谐v h f 收发机。 9 接收上行链g m t 时间信息。 2 3 国航a c a r s 实时信息 国航a c m s 能够自动获取a c a r s 实时下载的故障报文信息，可以分为以下几类： 1 当前航段故障报文( p l f ) 。 2 现存故障报文( e f f d e ) 。 3 实时故障报文( r t e ) 。 这些故障报文信息都是以自由文本形式呈现的非结构化数据，有必要对其进行数据 结构化。 中国民用航空学院颅1 ：学位论文 2 。4 小结 本章介绍了a c a r s 的概貌及功能，并分析了国航a c a r s 实时下载的故障报文信息， 说明通过a c a r s 空地数据链可以传输a t a i a t ai c m 定义的具有一定规则的大量飞机信 息。航空公司可以通过建立地面维护系统实时接收、处理这些数据，形成空地一体化的 管理、控制链。 1 2 中国民用航空学院硕l 学位论文 第三章故障报文结构及b 7 7 7 航线故障分类 3 1 故障报文结构 一个故障报文主要由报文头部分、f d e 部分、n c m m 部分以及e o r 部分组成。 3 i 1 报文头部分 报文头部分主要包括报文的总体信息：报文类型标识、页号、产生日期及时间、飞 机号、航班号、航段起止代码号以及c m c f ( c e n t r a lm a i n t e n a n c ec o m m u n i c a t i o n f u n c t i o n ) 软件版本号和c m c s 左右两系统的识别号，对基于飞机章节号排列的故障报 文还有章节号，本文处理的报文都是基于f d e 排列的，所以没有这部分。 3 1 2f d e ( f l i g h td e c ke f f e c t ) 部分 一个报文里可以不包含或者包含多个f d e 部分，每个f d e 部分包括f d e 代码( 故障 代码f a u l tc o d e ) 、相关联的删m s g ，和d b 行( 它描述了由什么部件或系统探测到了 该故障) ，m m m s g 和d b 行是根据故障发生的情况有零个或几个。 3 1 3n c m m ( n o n - c o r r e l a t e dm a i n t e n a n c em e s s a g e ) 部分 n c m m 部分，它是指非f d e ，主要有多个删和相关的d b 行组成。这些部分是指等级 较低的，对飞行安全性和签派没有直接影响的故障，这些部分的信息数据量通常都比较 大。 3 i 4e o r ( e n do fr e p o r t ) 部分 e o r 部分是用来表示一个完整报文的结束，如果没有e o r 表示，说明这个报文在 a c a r s 链路下载过程中出现了传输错误，是一个残报，应该以无效来处理。 明确故障报文的结构对于正确分析飞机航线故障具有重要的指导意义，同时也是建 设飞机实时监控与排故系统的重要前提之一。 3 2b 7 7 7 航线故障分类 对飞机航线故障的认识，有助于实时监控飞机的运行状况和及时采取必要的维护措 施。飞机的故障类型非常繁杂，因此明确飞机故障及其之间关系是非常必要的。 通过解析国航a c m s 获取的a c a r s 故障报文信息，飞机航线故障可分为f d e 故障 ( f d e + ) 和非f d e 故障( 删) 两大类。f d e 故障将影响飞机飞行安全可靠性或飞行签 派，而非f d e 故障等级较低一般是由非故障因素或驾驶时选择的飞行条件引起的。 中国民用航空学院颂j ：学位论文 3 2 if d e 故障 3 2 1 1 有e i c a s ( e n g i n ei n d i c a t i n g c r e wa 1 e r r i n gs y s t e m ) 显示的f d e 故障 根据e i c a s 显示消息分为以下六个故障等级o “： 1 w a r n i n g 级别告诉机组立即采取行动。 2 c a u t i o n 级别告诉机组人员立即提高警惕和适当时候要采取行动。 3 s t a t u s 级别把飞机的影响签派的状态告诉给维护人员，维护人员把该信息和 m m e l ( 主最小设备清单) 信息结合考虑。 4 a d v i s o r y 级别告诉机组人员有这样的情况。 5 c o m m 级别告诉机组有信息传递到飞机上。 6 m e m o 级别表示某种正常的飞机状况指示，该指示是机组人员手工选择的。 其中w a r n i n g 和c a u t i o n 级别故障直接影响飞机飞行安全可靠性；s t a t u s 级别故 障影响飞行签派必要时需要考虑m e l ( 最小设备清单) ；a d v is o r y 、c o m m 、m e m o 级别的 e i c a