民航飛機上機載維護設備的發展

徐亞軍

（中國民用航空飛行學院航空工程學院 四川 廣漢 618307）

0 前言

早期的飛機上，幾乎沒有專用的設備用于維修領域。 設備的可維修性極低，裝備的維修工時長，故障檢測及隔離時間在總維修時間中所站的比例較大， 平均為35%。 在Boeing707、DC-8 等運輸機上， 故障檢測及隔離時間甚至占到了總維修時間的70%左右， 且50%左右的設備拆卸是不合理的，嚴重影響了飛機維修及航班正點率。

為改善裝備的維修性，減少故障查找及隔離時間，能夠根據設備的使用情況和狀態進行“視情維修”， 國際航空界很早就進行了機載維護設備方面的相關技術研究，從失效監測及故障檢測到機內測試設備 （Built-In Test Equipment——BITE） 和中央故障顯示系統 （Centralized Fault Display System——CFDS） 到機載維護系統 （Onboard Maintenance System——OMS），機載維修設備的發展經歷了四個階段。

1 第一代機載維修設備

第一代機載維修設備以Boeing747、L-1011、DC—10、A300 等飛機為代表， 為2O 世紀6O 年代末、70 年代初的產品。 由于在這些飛機上普遍安裝的時模擬式或機械式設備，其機載維修設備—般比較簡單、分散，采用分布式故障診斷技術。 這些機載維護設備的啟動通常采用在設備的控制面板上安裝一個“push-to-teat”測試電門，測試的結果也簡單地用紅燈提示故障狀態。 這樣的機載維護設備只能是對整個設備的狀態進行判斷，幾乎不具備故障隔離的能力。 實際使用經驗表明，這些機載維修設備的應用能夠減少故障隔離時間及航班延誤次數。 但是，由于其效率較差，故障檢測技術簡單，虛警率較高，設備誤拆率也較高。

圖1 B757/767 飛機上的機載維護設備（第二代機載維護設備）

2 第二代機載維修設備

第二代機載維修設備，以Boeing757／767、A310 等飛機為代表，是2O 世紀70 年代末、80 年代初的產品。 這一代民機的設計中分析了第一代機載維護設備中虛警率較高等問題，改進了維修硬件和軟件的設計。 在設計之初就遵循ARINC423《機內測試設備的設計和使用指南》規范，并采用數字技術，在設備的多個關鍵點設置了BITE，能夠將故障定位到相關的組件，提高了故障隔離的能力。 并且具有故障存儲器，能夠存儲一定數量的故障。 其故障的診斷和監測通過專用的控制和顯示面板來進行。

如圖1 所示，是波音757/767 飛機上的機載維護設備，該設備通過維修控制顯示板MCDP（Maintenance Control Display Panel）直接與三臺飛行控制計算機、兩臺飛行管理計算機和推力管理計算機連接。 以完成對這三個系統的飛行故障存儲和地面檢測功能。

MCDP 在飛行中是關閉的，僅在著陸后工作。在飛機著陸后，MCDP 會自動接通，從飛行控制計算機和推力管理計算機中讀出故障數據， 并將這些數據存儲在非易失存儲器中，然后斷開。 維修人員可以根據空勤人員的詳細記錄， 并通告MCDP 查詢各系統的故障信息，包括航班號、駕駛艙效應及故障最嚴重的裝置。

3 第三代機載維修設備

第三代機載維修設備， 這一代機載維護設備的代表是A320 飛機上的機載維護設備。 這一代機載維護設備采用多個系統聯合的形式， 由多個系統的組合實現機載維護設備的功能。如圖2 所示是A320 機載維護設備的組合。在A320 飛機上機載維護系統由4 部分組成，即飛機綜合數據系統（AIDS——Aircraft Integrated Data System）、 數字式飛行數據記錄系統（DFDRS——Digital Flight Data Recording System）和中央故障顯示系統（Central Fault Display System——CFDS）。 中央維護系統記錄由各系統的BITE 探測到的故障信息。

圖2 A320 飛機上的機載維護設備的功能特性（第三代機載維護設備）

正常使用時，ECAM 長期顯示飛機的正常參數，DFDRS長期記錄飛機系統參數。 當探測到飛機系統有不正常的情況時，ECAM 顯示不正常的參數或功能，并通告CFDS 形成ECAM 的警告。

在這一代機載維護系統中，起重要作用的設備是中央故障顯示系統（CFDS）。 CFDS 的核心是中央故障顯示接口組件（Central Fault Display Interface Unit——CFDIU）,CFDIU 和飛機各系統的BITE 連接，接收和處理各系統BITE 的信號。 當飛機系統有故障時，通過CFDS 形成相應的報告。這些報告可以用機載打印機打印出來， 也可以通告MCDU 顯示出來，供維護人員進行故障診斷和隔離使用。 如圖3 所示。

圖3 A320 飛機上的中央故障顯示系統的組成

在這一代機載維護設備中硬件和軟件設計方面遵循ARINC604《機內測試設備的設計和使用指南》的規范，并采用數字技術。 這一代機載維護系統中一般有存儲量較大的非易失性存儲器。存儲器又分為庫中存儲器和地面存儲器兩種。飛機在空中飛行時，故障存儲在空中存儲器中，并送到CFDIU 內形成當前飛行報告。 飛機落地后，這些數據將被移到地面存儲器中，并送到CFDIU 內形成航后報告，當飛機再次起飛后，航后報告又轉變成先前飛行報告。 該系統可以存儲64 個航段的歷史故障。 故障診斷信息通過多功能控制顯示組件發布給維修人員。

4 第四代機載維護設備

圖4 A330 飛機上的機載維護設備的功能特性（第四代機載維護設備）

第四代機載維護設備A330 飛機上的機載維修設備為代表。 這一代機載維護設備采用綜合的中央維護系統和數據鏈技術集中處理、傳輸各系統/設備的故障和狀態信息。

和第三代機載維修設備相比，第四代機載維修設備中用飛機狀態監控系統 （Aircraft Condition Monitoring System——ACMS）取代了飛機綜合數據系統（AIDS——Aircraft Integrated Data System）。 用中央維護系統（Central Maintenance System）取代了中央故障顯示系統。 如圖4 所示。

在第四代機載維護設備中，核心組件時中央維護計算機（Central Maintenance Computer——CMC），一般有兩個中央維護計算機，正常情況下CMC1 處于工作姿態，CMC2 處于熱備份狀態。 中央維護計算機通過數字信號和離散信號與飛機個系統的BITE 連接， 可以接收和處理飛機上70 多個系統的BITE 數據。 中央維護系統的組成如圖5 所示。

圖5 A330 飛機上的機載維護設備（第四代機載維護設備）中央維護系統的組成

如果飛機上安裝有飛機通訊尋址報告系統（Aircraft Communication Addressing Reporting System——ACARS），ACARS 可以將CMS 形成的維護報告和由ACMS 系統形成的飛機狀態參數和發動機狀態參數數據鏈的形式發送到地面維護基地，形成飛機和發動機的遠程實時故障診斷系統。 如果飛機上安裝有多功能磁盤驅動組件，則中央維護系統形成的報告和飛機狀態接口系統監控到的飛機和發動機數據可以下載下來，在維修基地的普通計算機對特定的故障進行進一步的分析和研究。

5 機載維護設備的發展前景

隨著“以可靠性為中心”的維修理念的成熟，現在的飛機上越來越重視對設備狀態的監控，已知設備狀態的情況下實施“視情維修”。 所以，對設備狀態監控成了是否對設備進行維修的重要參考依據。 為此，機載維修設備越來越重視對設備狀態的航空技術的發展。

為此，航空界提出了“飛機健康管理系統Aircraft Health management——AHM）的概念。飛機健康管理是繼故障診斷技術之后的一向新技術。 是先進傳感技術，通信技術與人工智能技術的高度綜合。 以故障診斷，故障隔離和系統重構為基礎，注入了先進的網絡技術、信息技術和推理技術，在機載維修設備的應用中開始應用。

飛機健康管理系能夠對飛行中飛機的完好性狀況進行監測，并將監測數據實時地從空中發回地面，維護人員可根據相關數據做好準備，在飛機著陸后進行及時必要的修理，從而減少飛機簽派延誤； 所提供的信息還可使航空公司減少非例行維護的次數， 并通過識別反復出現的故障和趨勢支持提高機隊可靠性； 此外，AHM 服務還可用來預測零備件可能出現故障的時間， 以便在常規維護檢查時進行更換或維修。S

［1］A320-200 Aircraft Maintenance Manual[J].中國國際航空,2002.

［2］A320-200TECHNICAL TRAINING MANUAL Aircraft Mainten.Jun,1999.

［3］A320 Trouble Shooting Manual[J].中國國際航空,2002.

［4］張潔婧,民用飛機機載維護系統的發展與研究[J].民用飛機設計與研究,2009.

［5］趙瑞云.民用飛機機載維護系統的中央維護功能[J].中國民航大學報,2008.

［6］吳蔚,張寶珍.飛機維修系統的演變[J].航空維修與工程,2007.

［7］楊善水,劉祥,嚴仰光.飛機電源系統B I T 技術的應用及發展[J].南京航空航天大學學報,1998,5（30）：593-596.

［8］彭衛東,姬勞.朱正超.BIT 技術及其在民用飛機上的應用[J].中國民航飛行學院學報,2003,1（14）：17-19.