機載維護系統發展應用與功能需求淺析

陳韻秋 谷瑞 楊樂文

摘? ?要：我國早期飛機維護功能是通過航電系統數據記錄設備實現的，地面維護人員運用數據記錄設備的查看飛機狀態，開展飛行事故調查，但該設備僅具備數據記錄功能，不能進行故障診斷和趨勢分析，無法開展系統評估和使用壽命判斷。隨著航空電子技術的不斷發展，新一代機載維護系統已經廣泛應用于國內外各型軍、民用飛機。

關鍵詞：機載維護系統? BITE? 故障診斷? 狀態監控

中圖分類號：V267+.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）10（a）-0080-02

隨著航空電子技術的不斷進步，現代飛機航電系統進一步發展，系統整體性能不斷提高，功能高度集成，而隨著系統復雜度的加深，系統的綜合測試和故障定位日趨困難，為解決系統虛警率高和故障難以復現等問題，由美國軍方首先提出了健康管理的概念，研究并開發了機載維護系統應用于各型軍、民用飛機，大大提高了飛機的飛行安全性和任務完成率，是新一代航空電子系統不可缺少的部分。

1? 機載維護系統基本概念及發展歷程

機載維護系統（OMS）是用于收集來自飛機各系統的BIT數據和飛機狀態數據，通過邏輯方程或故障建模等方法準確分析其所屬成員系統（MS）運行狀態，并在需要時進行適當的調整或處理，監控系統狀態并分析性能變化趨勢，根據狀態檢測結果對有維修需求的系統提出維護建議的機載系統。

OMS的發展大致分為五個階段，第一階段主要應用于60年代末的商用飛機，此時的機載維護功能是通過手動按壓各個機載設備的測試按鈕來實現的，維護人員根據設備前面板的指示燈來判斷設備是否存在故障，這一階段是OMS的原始形態;第二階段應用于80年代研制的運輸機和預警機，該階段OMS開始采用數字化系統代替模擬電路，由機載設備的軟硬件實現系統自檢測，采用聯合式航電系統的儀表顯示器顯示故障信息。到80年代中后期，隨著機載系統復雜性的提高，對于自動故障檢測和快速故障隔離的需求越來越迫切，美國首先進行了智能BIT研究，即第三階段的開始，發展至90年代中期，OMS已作為獨立系統進行功能劃分和使用，由兩臺中央維護計算機組成，主要用于完成機載系統故障信息的收集與處理，具有下行傳輸能力，能夠準確地報告和隔離故障，同時指出可以采取的維護措施。隨著航電系統綜合化發展，第四階段的OMS作為功能模塊集成在IMA中，并通過數據鏈技術實現了數據的空地雙向傳輸，加速了故障診斷隔離和維修保障的一體化發展，對提高飛機的任務完成率和地面維護效率起到了重要的作用。

2? 國內外機載維護系統使用現狀

2.1 國外飛機的機載維護系統

國外飛機的OMS主要包括中央維護功能（CMF）和飛機狀態監控功能（ACMF）。其中，CMF主要用于收集飛機運行過程中MS發送的故障信息，修正故障后能夠對故障信息進行顯示或存儲;對MS下達地面測試指令以獲取所需數據，檢查系統構型。ACMF用于收集來自MS的狀態參數，并提供參數的顯示、記錄和報告。

2.2 國內支線客機機載維護系統

國內支線客機的OMS具備MS故障報告生成及管理、監控飛機運行狀態、實現飛機構型管理、執行系統地面測試以及LRU數據顯示記錄等功能，同時為地面維護人員執行維護任務提供了一個集中的人機界面。該系統由中央維護系統軟件、中央維護系統配置表軟件和機載數據加載軟件組成，軟件集成在多功能顯示器中，MS通過ARINC429或離散量接口將維護數據發送至航電核心處理系統的數據采集器，再由數據采集器將數據發送給中央維護系統軟件進行處理進行診斷隔離、存儲故障數據并生成維護報告。

2.3 主要特點

能夠完成從采集、監控、診斷、處理、顯示、傳輸、存儲等一系列智能診斷數據流程;采用本地故障存儲器來存儲數據，簡化了參與系統的故障報告界面，加快了數據檢索過程;

配置在高速數據網絡，可接收來自飛機航電系統和駕駛艙系統的數據，并進行自由存取，在飛行過程中可實時進行空地傳輸;

采用基于邏輯方程的智能診斷系統，可對故障信息進行深入分析、診斷和運算，報告大故障的可能性、排故措施和最優化的維修時機。

3? 機載維護系統主要功能

根據OMS的發展歷程和國內外使用情況研究我們可以看出，OMS是建立在先進的計算機、通信、數據處理和故障診斷技術基礎上的，是當前飛機上使用的BIT/BITE和狀態監控能力的進一步拓展，其功能需求主要包括：

（1）OMS應能夠不間斷的采集MS發送的各類故障信息，對其進行集中顯示和存儲，并自動生成的故障分析報告供人員參考;

（2）OMS應能夠實時監控MS發送的的狀態數據，分析飛機各系統的使用性能及趨勢信息，以進行計劃性和預防性的維護;

（3）OMS應具備構型管理能力，同時具備用戶自定義系統功能配置功能;

（4）OMS應具備空地雙向傳輸的實時通信能力，在飛行過程中能夠根據相關控制命令，執行上傳或下載信息的功能;

（5）OMS應采用模塊化綜合航空電子體系結構和高速數據總線網絡，可配置在航電系統綜合處理設備中，也可作為單獨系統管理。

基于以上功能需求，OMS應至少包括中央維護功能（CMF）、飛機狀態監控功能（ACMF）和數據加載功能（DLF）。

CMF主要用于收集飛機運行過程中MS發送的故障信息和參數數據，根據故障邏輯或模型，進行故障分析、定位和隔離，關聯故障數據和FDE，剔除級聯故障，生成維護建議，并進行存儲、顯示和下傳等;同時具備對MS下達地面測試指令以獲取所需數據，檢查系統構型等功能。

ACMF主要于監視和記錄與飛機維護、性能、故障分析和趨勢相關的飛機數據，通過對飛機狀態參數和事件監控，分析飛機各系統的性能趨勢，監視需要降級運行的系統的狀況，提前預告潛在的功能障礙，制定預防性的維修計劃，提高飛機出勤率和任務完成率。

DLF主要用于OMS數據加載和系統配置，包含針對MS數據庫和軟件的加載以及CMF和ACMF報告的下載，同時提供飛機構型管理功能，能夠發送各系統硬、軟件配置信息，查看飛機配置狀態。

除上述功能外，為實現飛機級的綜合維護診斷功能，OMS對MS也有一定的功能需求。MS是通過數據總線直接向OMS報告的相關系統，根據各型飛機任務需求的不同，MS通常包括任務系統、座艙顯示與控制系統、飛行管理系統、飛行參數記錄系統、導航系統、通信系統、環控氧氣系統、動力燃油系統、液壓操縱系統、防冰滅火系統、照明系統、電源系統、綜合機電控制系統等。其主要功能需求如下：

（1）MS的BITE應負責識別MS的任何故障狀況，以及與其他MS和傳感器之間外部接口的故障狀況;

（2）為提高故障檢測的完整性，MS的BITE應具備上電自檢、周期自檢和啟動自檢能力，對于容錯的MS，能評定其降級使用的狀況;

（3）在多LRU系統中，MS的BITE應能準確指示發生故障的LRU;

（4）MS應具備存儲各種內部的故障和失效數據，包括容錯LRU內的故障數據的能力。

4? 結語

本文從機載維護系統的基本概念出發，介紹了機載維護系統的發展歷程和國內外使用現狀，并根據主要功能需求，對機載維護系統的功能設計進行了說明。從上述內容可以看出，機載維護系統已成為現代飛機設計過程中關鍵的一環，其對飛機平臺的安全性、可靠性、維修性、測試性和保障性都有著重要影響。

參考文獻

[1] 趙瑞云.民用飛機機載維護系統的中央維護功能[J].中國民航大學學報，2008，26（5）：39-42.

[2] 曾聲奎，吳際.故障預測與健康管理（PHM）技術的現狀與發展[J].航空學報，2005，26（5）：626-632.