机载维护系统发展应用与功能需求浅析
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作者:陈韵秋 谷瑞 杨乐文
摘 要：我国早期飞机维护功能是通过航电系统数据记录设备实现的，地面维护人员运用数据记录设备的查看飞机状态，开展飞行事故调查，但该设备仅具备数据记录功能，不能进行故障诊断和趋势分析，无法开展系统评估和使用寿命判断。随着航空电子技术的不断发展，新一代机载维护系统已经广泛应用于国内外各型军、民用飞机。
关键词：机载维护系统 BITE 故障诊断 状态监控
中图分类号：V267+.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）10（a）-0080-02
随着航空电子技术的不断进步，现代飞机航电系统进一步发展，系统整体性能不断提高，功能高度集成，而随着系统复杂度的加深，系统的综合测试和故障定位日趋困难，为解决系统虚警率高和故障难以复现等问题，由美国军方首先提出了健康管理的概念，研究并开发了机载维护系统应用于各型军、民用飞机，大大提高了飞机的飞行安全性和任务完成率，是新一代航空电子系统不可缺少的部分。
1 机载维護系统基本概念及发展历程
机载维护系统（OMS）是用于收集来自飞机各系统的BIT数据和飞机状态数据，通过逻辑方程或故障建模等方法准确分析其所属成员系统（MS）运行状态，并在需要时进行适当的调整或处理，监控系统状态并分析性能变化趋势，根据状态检测结果对有维修需求的系统提出维护建议的机载系统。
OMS的发展大致分为五个阶段，第一阶段主要应用于60年代末的商用飞机，此时的机载维护功能是通过手动按压各个机载设备的测试按钮来实现的，维护人员根据设备前面板的指示灯来判断设备是否存在故障，这一阶段是OMS的原始形态;第二阶段应用于80年代研制的运输机和预警机，该阶段OMS开始采用数字化系统代替模拟电路，由机载设备的软硬件实现系统自检测，采用联合式航电系统的仪表显示器显示故障信息。到80年代中后期，随着机载系统复杂性的提高，对于自动故障检测和快速故障隔离的需求越来越迫切，美国首先进行了智能BIT研究，即第三阶段的开始，发展至90年代中期，OMS已作为独立系统进行功能划分和使用，由两台中央维护计算机组成，主要用于完成机载系统故障信息的收集与处理，具有下行传输能力，能够准确地报告和隔离故障，同时指出可以采取的维护措施。随着航电系统综合化发展，第四阶段的OMS作为功能模块集成在IMA中，并通过数据链技术实现了数据的空地双向传输，加速了故障诊断隔离和维修保障的一体化发展，对提高飞机的任务完成率和地面维护效率起到了重要的作用。
2 国内外机载维护系统使用现状
2.1 国外飞机的机载维护系统
国外飞机的OMS主要包括中央维护功能（CMF）和飞机状态监控功能（ACMF）。其中，CMF主要用于收集飞机运行过程中MS发送的故障信息，修正故障后能够对故障信息进行显示或存储;对MS下达地面测试指令以获取所需数据，检查系统构型。ACMF用于收集来自MS的状态参数，并提供参数的显示、记录和报告。
2.2 国内支线客机机载维护系统
国内支线客机的OMS具备MS故障报告生成及管理、监控飞机运行状态、实现飞机构型管理、执行系统地面测试以及LRU数据显示记录等功能，同时为地面维护人员执行维护任务提供了一个集中的人机界面。该系统由中央维护系统软件、中央维护系统配置表软件和机载数据加载软件组成，软件集成在多功能显示器中，MS通过ARINC429或离散量接口将维护数据发送至航电核心处理系统的数据采集器，再由数据采集器将数据发送给中央维护系统软件进行处理进行诊断隔离、存储故障数据并生成维护报告。
2.3 主要特点
能够完成从采集、监控、诊断、处理、显示、传输、存储等一系列智能诊断数据流程;采用本地故障存储器来存储数据，简化了参与系统的故障报告界面，加快了数据检索过程;
配置在高速数据网络，可接收来自飞机航电系统和驾驶舱系统的数据，并进行自由存取，在飞行过程中可实时进行空地传输;
采用基于逻辑方程的智能诊断系统，可对故障信息进行深入分析、诊断和运算，报告大故障的可能性、排故措施和最优化的维修时机。
3 机载维护系统主要功能
根据OMS的发展历程和国内外使用情况研究我们可以看出，OMS是建立在先进的计算机、通信、数据处理和故障诊断技术基础上的，是当前飞机上使用的BIT/BITE和状态监控能力的进一步拓展，其功能需求主要包括：
（1）OMS应能够不间断的采集MS发送的各类故障信息，对其进行集中显示和存储，并自动生成的故障分析报告供人员参考;
（2）OMS应能够实时监控MS发送的的状态数据，分析飞机各系统的使用性能及趋势信息，以进行计划性和预防性的维护;
（3）OMS应具备构型管理能力，同时具备用户自定义系统功能配置功能;
（4）OMS应具备空地双向传输的实时通信能力，在飞行过程中能够根据相关控制命令，执行上传或下载信息的功能;
（5）OMS应采用模块化综合航空电子体系结构和高速数据总线网络，可配置在航电系统综合处理设备中，也可作为单独系统管理。
基于以上功能需求，OMS应至少包括中央维护功能（CMF）、飞机状态监控功能（ACMF）和数据加载功能（DLF）。 CMF主要用于收集飞机运行过程中MS发送的故障信息和参数数据，根据故障逻辑或模型，进行故障分析、定位和隔离，关联故障数据和FDE，剔除级联故障，生成维护建议，并进行存储、显示和下传等;同时具备对MS下达地面测试指令以获取所需数据，检查系统构型等功能。
ACMF主要于监视和记录与飞机维护、性能、故障分析和趋势相关的飞机数据，通过对飞机状态参数和事件监控，分析飞机各系统的性能趋势，监视需要降级运行的系统的状况，提前预告潜在的功能障碍，制定预防性的维修计划，提高飞机出勤率和任务完成率。
DLF主要用于OMS数据加载和系统配置，包含针对MS數据库和软件的加载以及CMF和ACMF报告的下载，同时提供飞机构型管理功能，能够发送各系统硬、软件配置信息，查看飞机配置状态。
除上述功能外，为实现飞机级的综合维护诊断功能，OMS对MS也有一定的功能需求。MS是通过数据总线直接向OMS报告的相关系统，根据各型飞机任务需求的不同，MS通常包括任务系统、座舱显示与控制系统、飞行管理系统、飞行参数记录系统、导航系统、通信系统、环控氧气系统、动力燃油系统、液压操纵系统、防冰灭火系统、照明系统、电源系统、综合机电控制系统等。其主要功能需求如下：
（1）MS的BITE应负责识别MS的任何故障状况，以及与其他MS和传感器之间外部接口的故障状况;
（2）为提高故障检测的完整性，MS的BITE应具备上电自检、周期自检和启动自检能力，对于容错的MS，能评定其降级使用的状况;
（3）在多LRU系统中，MS的BITE应能准确指示发生故障的LRU;
（4）MS应具备存储各种内部的故障和失效数据，包括容错LRU内的故障数据的能力。
4 结语
本文从机载维护系统的基本概念出发，介绍了机载维护系统的发展历程和国内外使用现状，并根据主要功能需求，对机载维护系统的功能设计进行了说明。从上述内容可以看出，机载维护系统已成为现代飞机设计过程中关键的一环，其对飞机平台的安全性、可靠性、维修性、测试性和保障性都有着重要影响。
参考文献
[1] 赵瑞云.民用飞机机载维护系统的中央维护功能[J].中国民航大学学报，2008，26（5）：39-42.
[2] 曾声奎，吴际.故障预测与健康管理（PHM）技术的现状与发展[J].航空学报，2005，26（5）：626-632.
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