民用飛機(jī)地面維護(hù)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊 佳，鄭 濤，康 喬

（中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，陜西 西安 710068）

0 引 言

隨著民用飛機(jī)信息化的發(fā)展，引發(fā)飛機(jī)故障的因素增多，故障表現(xiàn)也多樣化。飛機(jī)上駐留大量的應(yīng)用軟件，會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)存儲。地面服務(wù)包括地面接入服務(wù)、電子分發(fā)、數(shù)據(jù)分析服務(wù)等，為了滿足業(yè)務(wù)需求，設(shè)計(jì)了民用飛機(jī)地面維護(hù)軟件。為了方便維護(hù)人員對機(jī)上數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，提供了數(shù)據(jù)分析、故障分析以及飛機(jī)與地面之間的文件傳輸?shù)裙δ堋?/p>

1 地面維護(hù)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

信息管理系統(tǒng)（Information Management System，IMS）提供與不同系統(tǒng)之間的交換與路由功能，可以在其模塊中添加主機(jī)以及路由表等實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，為航電系統(tǒng)、地面支持網(wǎng)絡(luò)、客艙系統(tǒng)間提供網(wǎng)絡(luò)連接和管理，也為信息系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)連接和管理。IMS通過與航電系統(tǒng)間的網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)參數(shù)的集中采集和存儲。通過與地面支持網(wǎng)絡(luò)之間的有線和無線連接，實(shí)現(xiàn)了機(jī)載系統(tǒng)可加載項(xiàng)的快速更新及維護(hù)數(shù)據(jù)的下載，達(dá)到空地信息的一體化。

地面維護(hù)軟件（IMS Maintenance Tool，IMT）駐留于便攜式遠(yuǎn)程維護(hù)終端（Portable Maintenance Access Terminal，PMAT）上，可以與信息管理系統(tǒng)上駐留的增強(qiáng)維護(hù)軟件（Enhanced Maintenance Software，EMS）、BIT軟件以及文件傳輸軟件（File Transfer Software，F(xiàn)TS）進(jìn)行交互。當(dāng)航空公司或飛機(jī)生產(chǎn)商需要確定信息管理系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障或需要定位信息管理系統(tǒng)內(nèi)部故障時(shí)，維護(hù)人員可攜帶PMAT通過以太網(wǎng)線連接至信息管理系統(tǒng)，通過IMT軟件實(shí)時(shí)查看信息管理系統(tǒng)的故障和構(gòu)型信息，并且可以下載信息管理系統(tǒng)各部分的故障歷史信息，通過分析工具分析故障歷史信息并定位系統(tǒng)故障。當(dāng)飛機(jī)停靠機(jī)場時(shí)，維護(hù)人員可以攜帶地面維護(hù)終端抵達(dá)飛機(jī)處，通過以太網(wǎng)線將PMAT連接至信息管理系統(tǒng)，進(jìn)而通過地面維護(hù)終端查看信息管理系統(tǒng)文件存儲情況、刪除信息管理系統(tǒng)存儲的數(shù)據(jù)文件、執(zhí)行指定文件的傳輸（包括上傳和下載）等[1-3]。圖1為地面維護(hù)軟件的系統(tǒng)架構(gòu)。

圖1 地面維護(hù)軟件的系統(tǒng)架構(gòu)

2 地面維護(hù)軟件功能模塊設(shè)計(jì)

2.1 故障、構(gòu)型報(bào)告

故障、構(gòu)型報(bào)告功能模塊通過以太網(wǎng)與信息管理計(jì)算機(jī)交互，從EMS接收故障、構(gòu)型報(bào)告，以圖形界面的方式展現(xiàn)IMS的產(chǎn)品故障狀態(tài)。其中構(gòu)型數(shù)據(jù)主要是用于支持軟件的現(xiàn)場加載、飛機(jī)構(gòu)型管理和運(yùn)行歷史。EMS軟件會周期的軟件部件號、硬件信息、CRC等內(nèi)容。構(gòu)型數(shù)據(jù)的格式是以Label 356的格式進(jìn)行數(shù)據(jù)塊傳輸?shù)模總€(gè)數(shù)據(jù)塊的最大字節(jié)數(shù)為255。故障數(shù)據(jù)主要包括內(nèi)部故障、外部接口故障、構(gòu)型故障等信息，不是所有的故障均需要上報(bào)，只需要上報(bào)便于維護(hù)人員定位故障設(shè)備的信息。故障數(shù)據(jù)的格式是以Label 350的格式進(jìn)行數(shù)據(jù)塊傳輸。信息管理計(jì)算機(jī)駐留的EMS軟件自啟動(dòng)起，通過用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（User Datagram Protocol，UDP）周期性向地面維護(hù)軟件發(fā)送故障消息和構(gòu)型消息，地面維護(hù)軟件接收并解析此兩類消息，實(shí)時(shí)顯示最新的故障參數(shù)信息與構(gòu)型參數(shù)信息。地面維護(hù)軟件應(yīng)以1s為周期接收來自EMS的構(gòu)型消息和故障消息。地面維護(hù)軟件應(yīng)顯示故障消息中的所有參數(shù)信息，并保證所顯示的參數(shù)為最新[4]。故障構(gòu)型報(bào)告功能的流程示意圖見圖2所示。

圖2 故障構(gòu)型報(bào)告功能的流程示意圖

2.2 故障歷史管理

故障歷史管理模塊通過以太網(wǎng)與信息管理計(jì)算機(jī)交互，從系統(tǒng)中的BIT軟件下載故障歷史信息，并實(shí)現(xiàn)向BIT軟件發(fā)送命令刪除信息管理計(jì)算機(jī)內(nèi)的故障歷史信息。故障歷史管理模塊包括兩種類型的操作，即故障歷史獲取與故障歷史刪除。所有操作均基于UDP協(xié)議實(shí)現(xiàn)，僅在UDP層上又建立了應(yīng)用層通信協(xié)議。與故障歷史獲取相關(guān)的消息有故障歷史獲取信息命令消息（Fault History Get Information Command Message）和故障歷史信息命令（Fault History Information Message）。用戶在通過操作界面選擇需要獲取的模塊的故障歷史后，IMT會向?qū)?yīng)的模塊的BIT軟件公開地址發(fā)送故障歷史獲取信息命令消息，BIT軟件在收到該消息后應(yīng)將其所屬模塊的故障歷史信息通過故障歷史信息命令（該信息中包含數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)Block）發(fā)送給IMT。IMT軟件向信息管理系統(tǒng)中的BIT軟件發(fā)起故障歷史獲取信息命令消息請求，信息管理系統(tǒng)端收到請求則向IMT端發(fā)送故障歷史信息。根據(jù)IMS端的故障歷史存儲情況確定故障歷史信息的Block數(shù)量，先發(fā)送Block編號最大者，然后依次遞減1直至Block編號為1，從而結(jié)束此次通信[5-7]。故障歷史下載流程如圖3所示。

圖3 故障歷史下載流程

與故障歷史刪除相關(guān)的數(shù)據(jù)幀有故障歷史刪除命令（Fault History Clear Command）和故障歷史刪除響應(yīng)（Fault History Clear Response）。用戶通過操作界面選擇需要?jiǎng)h除的模塊的故障歷史后，IMT會向?qū)?yīng)的模塊的BIT軟件公開地址發(fā)送故障歷史刪除命令，BIT軟件在收到該消息后應(yīng)將其所屬模塊的所有的故障歷史刪除并向IMT發(fā)送故障歷史刪除響應(yīng)消息。

2.3 存儲管理

存儲管理模塊通過以太網(wǎng)與信息管理計(jì)算機(jī)交互，通過文件導(dǎo)入導(dǎo)出協(xié)議以及機(jī)載數(shù)據(jù)存儲與管理軟件（Onboard Storage and Management，OSM）功能實(shí)現(xiàn)對信息管理計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲空間進(jìn)行查詢、刪除功能。存儲管理功能由IMT軟件和IMC駐留的FTS、OSM軟件共同實(shí)現(xiàn)。OSM對外提供了基于以太網(wǎng)的公開地址，用于接收目錄請求以及發(fā)送目錄詳細(xì)信息；FTS對外提供了基于以太網(wǎng)的公開地址，用于接收文件刪除請求，并反饋刪除操作執(zhí)行結(jié)果。根據(jù)IMC駐留的FTS軟件和OSM軟件提供的服務(wù)，IMT存儲管理功能可實(shí)現(xiàn)機(jī)載文件的存儲查詢和刪除。

2.4 文件傳輸功能

文件傳輸模塊通過以太網(wǎng)與信息管理計(jì)算機(jī)交互，通過文件導(dǎo)入導(dǎo)出協(xié)議實(shí)現(xiàn)與信息管理計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換，包括數(shù)據(jù)上傳和數(shù)據(jù)下載。文件傳輸功能由IMT軟件和IMC駐留的FTS軟件共同實(shí)現(xiàn)，通過UDP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，基于TFTP協(xié)議進(jìn)行文件傳輸，并支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳功能。FTS對外提供了基于以太網(wǎng)的公開地址，用于接收IMT的請求連接命令進(jìn)行文件傳輸。飛機(jī)上的軟件向地面維護(hù)軟件先采用數(shù)據(jù)簽名技術(shù)進(jìn)行身份認(rèn)證，如果身份認(rèn)證通過，則機(jī)上的FTS軟件發(fā)布傳輸命令進(jìn)行空地間的文件傳輸。

3 地面維護(hù)軟件界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

地面維護(hù)軟件是基于QT軟件開發(fā)框架實(shí)現(xiàn)的，共有Mainwindow和UDPSocket兩個(gè)類，主要實(shí)現(xiàn)界面交互和底層數(shù)據(jù)處理。Mainwindow類主要實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示與處理，UDPSocket類主要實(shí)現(xiàn)基于UDP的數(shù)據(jù)接收、發(fā)送以及解析。在界面交互中共設(shè)計(jì)了5個(gè)獨(dú)立的界面，包括軟件配置、故障構(gòu)型報(bào)告、故障歷史管理、文件下載以及文件上傳界面。如圖4所示為地面維護(hù)軟件設(shè)計(jì)框架。該軟件主要通過UDP協(xié)議以及TFTP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，并將所獲取的信息在界面上顯示。該軟件界面設(shè)計(jì)友好，功能運(yùn)行穩(wěn)定，在調(diào)試中通過了功能驗(yàn)證。

圖4 地面維護(hù)軟件設(shè)計(jì)框架

4 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)了一種民用飛機(jī)地面維護(hù)軟件，包括故障構(gòu)型報(bào)告、故障歷史管理、存儲管理以及文件傳輸?shù)饶K，實(shí)現(xiàn)了空地之間的信息交互，提供了機(jī)上數(shù)據(jù)分析、故障分析以及機(jī)上與地面之間的文件傳輸?shù)裙δ堋Ｍㄟ^分析機(jī)上的故障與維護(hù)數(shù)據(jù)，能夠準(zhǔn)確的定位系統(tǒng)問題，降低飛機(jī)服務(wù)和支持成本。該軟件已在某民用飛機(jī)上應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，提高了地面維護(hù)人員的工作效率，對民用飛機(jī)的維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。