基于WAIC的飛機(jī)維護(hù)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孫志強(qiáng) 姜鴻曄 石旭東

摘 要：本文提出了基于WAIC網(wǎng)絡(luò)的飛機(jī)維護(hù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了維護(hù)數(shù)據(jù)在線管理和分析等功能。通過(guò)在線數(shù)采和數(shù)據(jù)傳輸，分析系統(tǒng)更新后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，發(fā)布推送消息，實(shí)現(xiàn)維護(hù)人員通過(guò)智能終端進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索和分析，并且可利用仿真維護(hù)數(shù)據(jù)驗(yàn)證系統(tǒng)的有效性。

關(guān)鍵詞：傳感器數(shù)據(jù);WAIC網(wǎng)絡(luò);SQL語(yǔ)言

引言

飛機(jī)維護(hù)數(shù)據(jù)是分析飛機(jī)安全性的重要依據(jù)。國(guó)內(nèi)有關(guān)飛機(jī)維護(hù)數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用研究相對(duì)較少。目前，在維護(hù)數(shù)據(jù)管理方面，飛機(jī)維修信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要對(duì)飛機(jī)維修過(guò)程中的信息數(shù)據(jù)交換和分享，該系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)分析能力有所欠缺。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，WAIC技術(shù)被運(yùn)用在機(jī)載系統(tǒng)設(shè)備，更好的解決了大量的數(shù)據(jù)信息采集和處理問(wèn)題。本設(shè)計(jì)針對(duì)飛機(jī)維護(hù)工作實(shí)際需求，基于WAIC網(wǎng)絡(luò)通過(guò)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)一種飛機(jī)維護(hù)數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)系統(tǒng)，可滿足飛機(jī)維護(hù)數(shù)據(jù)接口的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和解碼、記錄、存儲(chǔ)、云備份功能，以此提高飛行數(shù)據(jù)信息監(jiān)測(cè)質(zhì)量及維護(hù)人員的快速處理能力。

1 ?維護(hù)數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)系統(tǒng)框架

飛機(jī)維護(hù)數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)嚴(yán)格依據(jù)飛機(jī)維護(hù)手冊(cè)和ATA規(guī)范，結(jié)合數(shù)據(jù)特點(diǎn)和WAIC網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，通過(guò)硬件平臺(tái)搭建和應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)大型民用客機(jī)不同類(lèi)型的維護(hù)數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)分析等功能。總體架構(gòu)如圖1所示。

通過(guò)xml文件配置Flight gear飛行仿真軟件產(chǎn)生所需的維護(hù)數(shù)據(jù)信息，并配置WAIC通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)與飛機(jī)維護(hù)數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)采集、界面繪制和同步發(fā)送。分析系統(tǒng)接收和存儲(chǔ)維護(hù)數(shù)據(jù)。用戶可以通過(guò)用戶數(shù)據(jù)庫(kù)增加、刪除管理員操作，形成有效用戶數(shù)據(jù)庫(kù)。管理員用戶可以登陸系統(tǒng)后臺(tái)，并對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)具備全部的權(quán)限，包括讀/寫(xiě)/完全等權(quán)限;并在后臺(tái)管理中更新數(shù)據(jù)，同時(shí)自動(dòng)推送更新提醒消息到終端系統(tǒng)。普通用戶只能訪問(wèn)系統(tǒng)前臺(tái)，瀏覽數(shù)據(jù)。下面將對(duì)云存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)介紹。

2 ?基于Flight gear的飛行仿真

飛行仿真軟件主要仿真飛機(jī)傳感器數(shù)據(jù)、飛行狀態(tài)參數(shù)和飛行航路信息等數(shù)據(jù)。該軟件可以按照選定的飛行剖面圖按固定航路點(diǎn)進(jìn)行模擬飛行，同時(shí)將配置好的仿真數(shù)據(jù)通過(guò)WAIC網(wǎng)絡(luò)傳給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。通過(guò)Flight gear軟件二次開(kāi)發(fā)接口進(jìn)行將飛行仿真功能進(jìn)行系統(tǒng)集成，可以真實(shí)模擬飛行特性和場(chǎng)景，并通過(guò)WAIC協(xié)議訪問(wèn)存儲(chǔ)ICD文件的數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互功能。從而實(shí)現(xiàn)全數(shù)字飛行仿真功能。

飛行仿真軟件接收控制信號(hào)，進(jìn)行飛控模型結(jié)算，并將飛機(jī)特性參數(shù)傳輸?shù)揭暰胺抡婺Ｐ停?qū)動(dòng)飛機(jī)的動(dòng)作響應(yīng)和視景顯示。通過(guò)調(diào)取航線數(shù)據(jù)庫(kù)中航路點(diǎn)信息，計(jì)算飛行軌跡和方位，建立GPS、無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)及其它相關(guān)系統(tǒng)仿真模型，并通過(guò)WAIC網(wǎng)絡(luò)傳輸。

飛行仿真軟件功能模塊主要由6自由度的飛機(jī)仿真模型，飛機(jī)非航電系統(tǒng)的各類(lèi)仿真模型，逼真的3D視景仿真模型，豐富的環(huán)境仿真模型，接口仿真模型組成。

3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)由兩部分組成：通信模塊設(shè)計(jì)和虛擬儀表設(shè)計(jì)，系統(tǒng)構(gòu)成示意圖如圖2所示。

3.1 通信模塊

通信分為內(nèi)部通信和外部通信，內(nèi)部通信用于編寫(xiě)數(shù)據(jù)連接;外部通信包括編寫(xiě)數(shù)據(jù)描述文件、定義收發(fā)端通信協(xié)議、端口、定義映射文件和通信程序，最終完成通信設(shè)計(jì)。

3.2 虛擬儀表

針對(duì)飛機(jī)仿真軟件所提供的數(shù)據(jù)參數(shù)和格式，通過(guò)Visual Studio 2012和VAPS軟件在Windows平臺(tái)設(shè)計(jì)飛行數(shù)據(jù)虛擬儀表系統(tǒng)，在保證數(shù)據(jù)真實(shí)以及通信順暢的前提下實(shí)現(xiàn)儀表狀態(tài)的還原、預(yù)警信息和信息通信等功能。實(shí)現(xiàn)飛行仿真軟件和虛擬儀表同步顯示，保證仿真生成的參數(shù)可以及時(shí)與虛擬儀表界面顯示狀態(tài)進(jìn)行核對(duì)檢驗(yàn)。

顯示模塊設(shè)計(jì)包括顯示畫(huà)面繪制和顯示邏輯設(shè)計(jì)，首先根據(jù)解析的飛行數(shù)據(jù)，編寫(xiě)顯示邏輯方程，然后分別繪制數(shù)據(jù)對(duì)象屬性和運(yùn)動(dòng)軌跡特性，實(shí)現(xiàn)顯示，最后通過(guò)與飛行仿真軟件的儀表顯示狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證顯示模塊設(shè)計(jì)的正確性。

顯示界面主要包括主飛行控制顯示、導(dǎo)航顯示、發(fā)動(dòng)機(jī)告警顯示等;利用VAPSXT開(kāi)發(fā)工具完成了對(duì)虛擬儀表的界面開(kāi)發(fā)。

4 分析系統(tǒng)

分析系統(tǒng)將通過(guò)WAIC網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)存儲(chǔ)到本地的存儲(chǔ)單元中，并在開(kāi)發(fā)的軟件程序中完成數(shù)據(jù)的管理、分析和消息推送功能。

4.1 分析系統(tǒng)硬件組成

分析系統(tǒng)硬件主要由一臺(tái)加固計(jì)算機(jī)和2臺(tái)智能PAD終端組成。

加固計(jì)算機(jī)主要作為大容量存儲(chǔ)單位，并為軟件系統(tǒng)提供Windows操作系統(tǒng)平臺(tái)。智能PAD終端接收到軟件系統(tǒng)后臺(tái)推送的數(shù)據(jù)更新提示消息，方便地勤和維護(hù)人員及時(shí)的在線訪問(wèn)數(shù)據(jù)。

分析系統(tǒng)采集高性能的數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，通過(guò)大容量存儲(chǔ)單元將下傳的飛機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)管理，數(shù)據(jù)監(jiān)控，分析和后臺(tái)處理。

4.2 分析系統(tǒng)軟件架構(gòu)

依據(jù)總體軟件架構(gòu)和需求，分析系統(tǒng)的軟件功能劃分如圖3所示。

1）用戶登錄

用戶登錄管理功能包括：用戶管理和權(quán)限管理，其中用戶管理針對(duì)用戶信息修改和密碼修改管理;權(quán)限管理針對(duì)用戶權(quán)限定義和修改，權(quán)限管理模塊通過(guò)輸入界面對(duì)數(shù)據(jù)查詢(xún)權(quán)限進(jìn)行控制，包括讀/寫(xiě)/完全等權(quán)限。

2）數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理包括數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)查詢(xún)，數(shù)據(jù)管理：通過(guò)用戶數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行用戶的增加、刪除操作，形成有效用戶數(shù)據(jù)庫(kù);數(shù)據(jù)查詢(xún)：根據(jù)用戶管理的關(guān)鍵字查詢(xún)SQL數(shù)據(jù)庫(kù)，形成管理數(shù)據(jù)庫(kù)，為數(shù)據(jù)顯示提供支持。如4所示。

3）終端推送

此外，系統(tǒng)添加了航班信息更新推送功能，當(dāng)航班信息更新完成時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)WAIC網(wǎng)絡(luò)向各終端推送信息更新通知，方便提示地勤和維護(hù)人員進(jìn)行飛機(jī)維護(hù)數(shù)據(jù)分析。

4）數(shù)據(jù)分析

本模塊SQL語(yǔ)言，將用戶管理信息形成數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢(xún)指令，并對(duì)存儲(chǔ)在SQL SERVER數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)針對(duì)ATA章節(jié)/信號(hào)類(lèi)型/信號(hào)名等關(guān)鍵信息進(jìn)行排序和管理。

系統(tǒng)對(duì)輸入的信息進(jìn)行分析，確定數(shù)據(jù)的定義是否符合規(guī)范要求，并將分析后規(guī)范的數(shù)據(jù)顯示給終端用戶;數(shù)據(jù)分析模塊判斷數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，形成數(shù)據(jù)分析結(jié)果。表格輸出和圖形輸出模塊為終端用戶提供直觀的數(shù)據(jù)表達(dá)形式，在軟件實(shí)現(xiàn)上通過(guò)Excel外部宏操作，在網(wǎng)頁(yè)上形成Excel表格，并通過(guò)宏定義生成Excel圖表。終端用戶可以分類(lèi)瀏覽相關(guān)信息。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文基于VAPSXT開(kāi)發(fā)工具和B/S架構(gòu)的在線訪問(wèn)技術(shù)設(shè)計(jì)了完整的飛機(jī)維護(hù)數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)系統(tǒng)。實(shí)物，并利用仿真數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試和檢驗(yàn)。測(cè)試結(jié)果滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，且數(shù)據(jù)分析正確。與傳統(tǒng)的飛機(jī)數(shù)據(jù)維護(hù)方式相比，本系統(tǒng)具備更加完善的數(shù)據(jù)管理能力，實(shí)現(xiàn)了航空數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)一體化，提高了地面維護(hù)運(yùn)營(yíng)效率，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。

飛機(jī)維護(hù)數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)系統(tǒng)用于構(gòu)建新一代基于云計(jì)算的民機(jī)維護(hù)信息一體化平臺(tái)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和分析系統(tǒng)形成空地一體化的維護(hù)信息實(shí)時(shí)支持系統(tǒng)。本系統(tǒng)結(jié)合軟件和硬件開(kāi)發(fā)完成整體關(guān)鍵技術(shù)的研究，為維護(hù)人員提供更加高效的故障診斷方法。

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基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)科研課題資助（MJ-2018-S-33）

作者簡(jiǎn)介：

孫志強(qiáng)（1979-），男，江蘇鎮(zhèn)江人，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)槊裼蔑w機(jī)航電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與集成。