航空工程与维修
AVIATION ENGINEERING & MAINTENANCE
1999年　第6期　No.6　1999



中国国际航空公司ACMS系统
张学军　罗喜伶　张其善　潘磊
Aircraft Condition Monitoring System of Air China
ACMS系统发展现状
　　飞机状态监控系统(ACMS)是建立在先进的机载数据采集、通信设备、空地数据通信网络、计算机与计算机网络技术上的全新的飞机状态监控系统。
　　机载数据采集和空地数据通信系统在国外部分航空公司中已经开始使用，特别是应用于飞机、发动机的状态监控。一些航空公司已经摒弃了使用飞行机组记录参数进行发动机状态监控的方法，而改用空地数据通信系统。不但应用于像B747－400这样的新型飞机，甚至推广到DC9/JT8D这样的老飞机、老发动机组合上。
　　国内航空公司对飞机机载数据系统的应用尚十分有限，个别机型(如B737、B757)实现了利用机载DFDMU磁(光)盘数据进行发动机状态监控，但是，通过空地数据通信网进行飞机状态实时监控仍为空白。
　　中国国际航空公司（国航）是国内最早使用飞机通讯寻址和报告系统（ACARS）的航空公司，对下行报文的定义和使用具有丰富的经验。国航目前有13架B747－400、3架A340、10架B737－300装备了ACARS设备。将引进的10架B777也具备这一功能，原有的B767、B737具备改装条件。随着中国民航VHF空地数据通信网的建成、开通，使用ACMS/ACARS系统的条件已经成熟。
　　中国国际航空公司与北京航空航天大学从1998年开始共同研制“中国国际航空公司飞机状态监控系统(ACMS)”。经过1年多的努力，该系统已经投入试运行。
ACMS系统组成
1.模块划分
　　国航机务工程处作为国航安全飞行保障部门，负责对国航飞机飞行动态性能的监控管理、维护和对重要专机的保证以及应急事件的反应和处理。根据这种特殊作用、地位和具有的功能，并考虑业务需求，ACMS信息处理系统包括8个模块，如图1所示。

图1　ACMS系统模块结构
2.计算机系统组成
　　ACMS信息处理系统采用开放式的客户/服务器(C/S)结构。系统使用PC服务器，Windows NT Server操作系统，Oracle 7.3 for NT网络数据库，PowerBuilder6.0前端开发工具。客户端均采用Windows NT WorkStation操作系统。采用Windows NT ServerRAS建立远程访问服务器，对于一些距离较远的客户端，可以通过MODEM联入系统。网络结构采用星型联结，采用交换式集线器。系统连接如图2所示。

图2　系统连接图
ACMS系统功能描述
　　ACMS信息处理系统作为机务管理系统，不仅有航务的航班动态航迹显示，而且具有强大、全面的机务信息管理功能。ACMS信息处理系统分为地面处理系统和机载系统两大部分。下面着重阐述这些系统的功能。
1.系统数据源
　　ACMS信息处理系统的数据来源有3个：
　　●飞机上的数据通过SITA网传至航空公司终端，通过通信接口子系统提交到ACMS信息处理系统；
　　●飞机上的数据经由中国民航VHF数据链，最后进入ACMS系统；
　　●机载DFDMU磁(光)盘设备记录航班ADL数据，将数据磁(光)盘送ACMS系统计算机，系统自动识别、格式转换、解析、处理并入库，这样扩大了对整个公司航班监控的范围。
2.获取报文Map格式定义
　　读取TeledyneADS软件处理的Map文件，自动获取最新报文格式定义(B747－400报文)，生成相应的地面最新报文ISD和PTR配置文件，并且存入属性配置文件库。
3.用户自定义模板
　　这是国航ACMS系统最具特色的功能，它提供一个用户可定义报文属性配置的模板工具。当机载设备的下行报文类型改变时，用户可以使用自定义模板工具，将标准的已定义的属性工具条，如“MACH”、“ALT”、“EPR”等随意拖动，即可改动或定义出新报文ISD、PTR属性。当报文格式变化时，只需要修改数据库配置，而无需重新修改程序。这也是后续工作的基础，这一功能使得ACMS系统在完成后，还可推广至其他航空公司(包括外航)。
4.畸形报自动修正和人工干预
　　对于畸形报文，根据不同的误码程度，采用最大似然度和模式识别算法，同时，配合报文的特征参数(如马赫数、N1、N2、TAT等)来修正识别。对于自动修正识别不了的报文，分类后进入人工干预。畸形报文、自动修正后的报文和人工干预的报文都有各自的标记标识。
5.上行通信、地－地通信功能
　　按照SITA电报的格式，制作和发送固定格式及自由格式的报文，包括M31、M33、CMD、CFD等常用报文的编辑及发送模板，对于所有上行电报，存入发送报文数据库中。具体功能如下：
　　●提供按指定电报格式、种类制作的模板，自动生成发送报文的能力；
　　●提供检验发送电报格式合法性的能力；
　　●提供将数据处理结果写入数据库服务器的能力。
6.发动机重要参数、换发记录
　　(1)发动机最新参数记录
　　对于某一个发动机，连续记录并保留其最新的30个航班的发动机起飞报和发动机稳态报的所有数据，供地面维护人员进行故障分析、排故时使用。
　　(2)发动机更换数据记录
　　每次更换发动机后，向系统输入换发指令。系统将换下的发动机最后10个航班的性能数据与换上的发动机前10个航班的性能数据分别进行平均，作为换下发动机的历史数据和换上发动机的初始数据，对照飞机/发动机序号对照表，按发动机序号分别将数据存入该发动机数据档案中。发动机更换数据记录至少有两个功能：一是通过对比一台发动机换下前的历史数据和新装机的初始数据可以评价发动机在维修厂的修理工作质量；二是通过对比最新性能数据和装机的初始数据，可以分析发动机性能的衰退量。
7.与发动机状态监控软件ECM的接口
　　ECM软件是普·惠公司提供的一套用来分析、监控飞机发动机性能的软件。利用ACMS系统中的转换程序，从发动机稳态报中提取出所需数据，编译输入至几种ECM指定的格式文件中，在操作人员的指令控制下，系统自动调用ECM软件，可打印出趋势图，进行发动机巡航性能监控。
8.发动机趋势监控
　　利用ACARS起飞报文，能够实现ECM程序无法实现的发动机起飞性能监控。通过连续记录发动机的起飞EGT裕度，监控发动机的性能衰退，同时打印起飞状态N1、N2、EGT裕度和燃油流量的趋势图，同一个或几个参数不同状态的趋势对比，将对发动机的故障分析提供帮助。
9.APU使用情况监控
　　APU是机载后备电源，它为航班提供临时或紧急电源供应。ACMS系统为所有APU建立了一个管理数据库，每一台APU都有一组独立的连续历史报告，分别记录了APU的使用日期、总小时数、总循环、最新时间、最新循环等参数。利用各台APU使用循环/小时数据，掌握维修基地对APU的使用情况，杜绝APU滥用的发生。
10.航班动态航迹显示
　　从网络数据库中取得经分类和解析的动态报文，从中得到飞机下发位置报中的飞机经纬度数据，在地图窗口实时显示飞机飞行动态；根据操作人员选择，将基本数据显示在数据窗口中，并将相对应的地理信息显示在地图窗口中。
11.超限/异常情况报警
　　在地图动态航迹显示的基础上增加下述功能：
　　●发动机超限报警(如N1超出X值，EGT超出Y值等均可发生报警)；
　　●劫机报警；
　　●硬着陆报警(HARD－LANDING)；
　　●EEC超限报警(EEC Alert)。
　　在接收到报警报文或是监测到飞机稳态报、发动机稳态报提供的参数值有超限时，系统给出报警音响并显示和打印出报警原因。
　　超限报警不局限于对现有发动机/飞机稳态报文的分析，飞行人员可以人工触发下行报警报文，或是向地面发送自由格式报描述故障情况。
　　一旦地面得知飞机故障情况，即可根据具体情况，通过上行报文报索取与故障有关的CMC信息，参考MEL/CDL决定是否放行；迅速组织技术人员分析、讨论故障原因，制定排故方案；根据ACMS系统提供的最优备降机场方案户选择，及时通知机组备降，与目的地/备降机场当地办事处、机务代表、委托维修单位建立联系，事先安排排故事宜。
12.航班技术状况综述
　　根据起飞报、飞机稳态报、发动机稳态报、发动机巡航趋势报等报文所提供的大量参数，系统自动分析起飞状态、发动机运行状态、飞机/发动机性能变化、超限/异常、APU使用状态等监控情况，同时通过对历史数据的连续纵向比较，综合分析评定在一段时期内各个航班飞机的飞行技术状况，并统计异常情况，给出一个综合评价指标，提供机务管理及相关部门作决策参考。
13.机载系统方面
　　确定国航现有机载数据通信设备的数据采样条件和计算方法，确定报文格式定义、触发条件，开发出能够处理国航目前已有报文的系统。在此基础上，进一步研究和改进现有的机载系统，合理定义适合国航机队的采样条件，触发条件的报文，研究增加报文的稳定性，最大限度地统一报文定义和类型，增开适合公司机队构型特点、营运政策的下行报文，尽量发掘机载数据通信系统对机务管理的潜力，保障航班的安全、有效运营。
　　总结国航ACMS具备实时性强、自动化程度高、功能强大、准确可靠的特点。由于充分利用了地空－地地通信网络、先进的机载电子设备和地面计算机，系统可以实时接收和处理各种数据，及时掌握飞机的状态，并且可以实施指挥。地面系统采用最新的计算机和网络设备、优化算法，在最大程度上减少了工作人员的负担，实现了准自动化处理。通过与国航机务部门深入的业务分析，系统具有多项功能，已经覆盖了机务部门的日常工作。由于采用了人工智能的思想，尽量减少了人为差错，系统具有很高的可靠性。
　　国航ACMS系统的建设，首先提供了实时监控飞机状态的手段，提高了国航机务部门的快速反应能力。其次，ACMS系统集成了现有的分散的各个小系统，提高了对数据共享和分析处理能力，保护并增加了原有投资的回报。最后ACMS系统提供了许多管理功能，如APU监控、航班评估等，使原先的粗放式管理走向集约式管理，提高了机务部门的管理水平。□
作者单位：张学军　罗喜伶　张其善　北京航空航天大学
　　　　　潘磊　中国国际航空公司
