一种基于ACMS的飞机故障实时监控方法和系统

技术领域

本发明涉及飞机维护技术领域，特别是涉及一种基于ACMS的飞机故障实 时监控方法，和一种基于ACMS的飞机故障实时监控系统。

背景技术

ACMS(AIRCRAFT CONDITION MONITORING SYSTEM)，即飞机状态监 控系统，配备在老式飞机上，例如占据国内民航运输市场一半以上份额的波音 737，其ACMS专门用来采集数据的系统，能以实时方式收集数据，对发动机状 态、飞行性能进行监控以及进行特殊的工程调查。通常情况下，由ACMS所收 集到的各种原始数据，通过数字式飞行数据记录器（DFDR）和快速存取记录器 （QAR）将数据记录保存下来，在飞机过站或航后供航务和机务人员使用。

然而，老式飞机上的ACMS不具备数据的先进飞机（如波音777、787）的 数据分析处理功能，由ACMS所收集到的各种原始数据只能在飞机着陆或者经 过地面端处理后，才能将故障信息通知机组工作人员，飞机在空中发生故障后 地面人员往往无法及时获知，导致飞机落地后才能实施排故工作，容易引发飞 行事故和航班延误，同时还增加地面检修的人力投入，提高机队维修成本。另 一方面，随着国内民航运输的发展，航空公司的机队规模越来越大，航班准点 和安全性的要求也越来越高，虽然对民航运输飞机更新换代能够解决矛盾，但 更替的费用投入巨大，不可能一步实现。

可见，目前国内航空公司共同面临的一个棘手问题是：如何利用现有的老 式飞机实时监测飞机运行状况并在发生异常时出具故障报告，以便及时维护， 尽量确保航班准点和飞行安全。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题，提出了一种基于ACMS的飞机故障 实时监控方法，能够基于飞机上的ACMS，实时监测飞机运行状况并在发生异 常时出具故障报告，及时对飞机进行维护。

相应的，本发明还提供了一种基于ACMS的飞机故障实时监控系统，用以 保证上述方法在实际中的应用。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于ACMS的飞机故障实时监控方法，包括：

获取飞机技术手册和ACMS技术规范；

依据所述飞机技术手册提取飞机故障特征参数；

依据所述ACMS技术规范将所述飞机故障特征参数写入ACMS参数库，建 立ACMS故障参数库；

依据所述飞机故障特征参数和ACMS技术规范，编写飞机故障监控程序；

将所述ACMS故障参数库导入所述飞机故障监控程序中，输出飞机故障信 息。

通过查询飞机技术手册，识别出影响飞机飞行安全的参数，并根据ACMS 技术规范将ACMS数据库未包含的参数导入，构建针对每一个参数的算法逻辑， 集合为一个飞机故障监控程序，从而在参数异常时触发预警。能够在飞机现有 的ACMS上进行功能拓展，实时监控影响飞机安全飞行的参数，发出预警，以 便及时进行维修，提高了飞机的安全性和维修效率，并且改造成本低，作用大， 市场前景好。

所述依据飞机技术手册提取飞机故障特征参数的步骤包括：

查找影响飞机安全运行的飞机子系统或部件；

提取反映所述飞机子系统或部件的性能的参数，获得飞机故障特征参数。

所述依据ACMS技术规范将所述飞机故障特征参数写入ACMS参数库，建 立ACMS故障参数库的步骤包括：

将所述飞机特征参数与原ACMS参数库中的参数进行对照，识别出已包含 参数列表和未包含参数列表；

对所述未包含参数列表中的参数进行ACMS技术规范转换，获得ACMS规 范化参数；

将所述ACMS规范化参数与所述已包含参数列表中的参数合并，获得 ACMS故障参数库。

所述依据飞机故障特征参数和ACMS技术规范，编写飞机故障监控程序的 步骤包括：

从所述飞机故障特征参数中提取飞机故障特征参数变化规律的函数和飞机 故障特征参数触发飞机故障的边界值；

依据所述函数和边界值，构建故障监测算法；

按照所述ACMS技术规范，将所述故障检测算法编写为飞机故障监控程序。

所述将ACMS故障参数库导入所述飞机故障监控程序中，输出飞机故障信 息的步骤包括：

将所述ACMS故障参数库中的参数采集为所述飞机故障监控程序的输入 值；

当所述输入值满足所述飞机故障监控程序的预设条件时触发预设格式的故 障报文；

对所述故障报文进行解码，显示飞机故障信息。

所述对故障报文进行解码，显示飞机故障信息的步骤包括：

依据所述预设格式识别并分拣出故障报文；

将所述故障报文分割为故障信息段；

存储所述故障报文及该故障报文的故障信息段；

扫描所述故障信息段并进行解析，输出飞机故障信息。

一种基于ACMS的飞机故障实时监控系统，包括：

手册获取模块，用于获取飞机技术手册和ACMS技术规范；

参数提取模块，用于依据所述飞机技术手册提取飞机故障特征参数；

参数库建立模块，用于依据所述ACMS技术规范将所述飞机故障特征参数 写入ACMS参数库，建立ACMS故障参数库；

程序产生模块，用于依据所述飞机故障特征参数和ACMS技术规范，编写 飞机故障监控程序；

故障信息显示模块，用于将所述ACMS故障参数库导入所述飞机故障监控 程序中，输出飞机故障信息。

所述参数提取模块包括：

参数查找子模块，用于查找影响飞机安全运行的飞机子系统或部件；

参数提取子模块，用于提取反映所述飞机子系统或部件的性能的参数，获 得飞机故障特征参数。

所述参数库建立模块包括：

对照子模块，用于将所述飞机特征参数与原ACMS参数库中的参数进行对 照，识别出已包含参数列表和未包含参数列表；

转换子模块，用于对所述未包含参数列表中的参数进行ACMS技术规范转 换，获得ACMS规范化参数；

合并子模块，用于将所述ACMS规范化参数与所述已包含参数列表中的参 数合并，获得ACMS故障参数库。

所述程序产生模块包括：

函数及边界值提取子模块，用于从所述飞机故障特征参数中提取飞机故障 特征参数变化规律的函数和飞机故障特征参数触发飞机故障的边界值；

监控算法构建子模块，用于依据所述函数和边界值，构建故障监测算法；

程序生成子模块，用于按照所述ACMS技术规范，将所述故障检测算法编 写为飞机故障监控程序。

所述故障信息显示模块包括：

输入值采集子模块，用于将所述ACMS故障参数库中的参数采集为所述飞 机故障监控程序的输入值；

故障报文触发子模块，用于在所述输入值满足飞机故障监控程序的预设条 件时触发预设格式的故障报文；

故障信息显示子模块，用于对所述故障报文进行解码，显示飞机故障信息。

所述故障信息显示子模块包括：

分拣单元，用于依据所述预设格式识别并分拣出故障报文；

分隔单元，用于将所述故障报文分割为故障信息段；

存储单元，用于存储所述故障报文及该故障报文的故障信息段；

解析单元，用于扫描所述故障信息段并进行解析，输出飞机故障信息。

本发明的优点为：

能够基于ACMS实时获取飞机的飞行状况并通过程序监控飞机故障，为排 除故障争取了时间，能够减少飞行事故的发生及航班延误的现象，提高了航空 公司的运行效率和安全水平；并且ACMS是现有老式飞机配备的设备，利用 ACMS进行扩展，实现先进飞机上的中央维护系统的功能，其改进的成本投入 低，市场前景好；ACMS编程是一种厂家公开且技术人员容易掌握的编程技术， 在此基础上实现的飞机故障监控容易扩展到其他系统或其他机型，形成飞机的 综合监控平台，维护效率高，运行成本低。

附图说明

图1为本发明实施例1的步骤流程图；

图2为实施例2中TCAS计算机故障报文快照；

图3为实施例2中TCAS计算机故障信息；

图4为实施例2中引气系统故障报文快照；

图5为实施例2中引气系统故障信息；

图6为实施例2中引气系统显示的故障信息；

图7为本发明实施例3的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和 具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

参照图1，示出了一种基于ACMS的飞机故障实时监控方法的步骤流程图， 包括如下步骤：

步骤101，获取飞机技术手册和ACMS技术规范；

飞机技术手册为厂家提供的技术手册，记载了飞机各个子系统或部件的参 数的技术规格等，ACMS技术规范亦属于公开的范畴。

步骤102，依据所述飞机技术手册提取飞机故障特征参数；

可以从飞机技术手册上确定要监测的飞机的子系统或部件的工作原理及其 数学模型，确定其特征参数，该参数的变化能够反映该子系统或部件的工作性 能或状态。

步骤103，依据所述ACMS技术规范将所述飞机故障特征参数写入ACMS 参数库，建立ACMS故障参数库；

具体而言，查找厂家技术手册，确定特征参数的技术规格，如果是模拟参 数，需要确定该参数的数模转换公式；如果是数字离散参数，需要确定该参数 的字节定义；如果是模拟离散参数，则需要根据ACMS系统的技术规范在 ACMS参数中增加特征参数。

例如，垂直加速度G是二进制模拟参数，依据ACMS技术规范写入ACMS 参数库时，转化前其表现为直流电压信号，对应的数模转换公式为G=-3.375+ 1.875V。空中防撞系统TCAS（Traffic Collision Avoidance System）维护总线信 号的第11位-28位为数字离散信号，写入ACMS参数库时，当每一个字置“1” 时，表示相应的故障发生。APU火警警告为模拟离散信号，转化前表现为0-32V 直流电压信号，根据其技术规格进行转换时，令电压小于7V时，用“0”状态表 示，当电压大于或等于7V时，用“1”状态表示。

步骤104，依据所述飞机故障特征参数和ACMS技术规范，编写飞机故障 监控程序；

在实际应用中，可根据飞机维护手册、系统原理图等所体现出来的数学模 型，确定待监控故障与特征参数的函数关系图及触发条件；或者如果所监控的 设备与ACMS有线路接口，则从飞机的维护总线获取维护状态的离散信号，该 信号一般置“1”时表示故障出现。进而，用ACMS技术规范化的方式编写监测故 障算法程序，同时规定程序对应的故障报文格式，如在故障报文中定义唯一的 标志字，以便能够正确识别并筛选。

步骤105，将所述ACMS故障参数库导入所述飞机故障监控程序中，输出 飞机故障信息。

编写好飞机故障监控程序后，利用该程序判断ACMS采集的数据是否异常。 在数据异常时生成故障报文，同时从ACMS中采集排故需要的参数快照，如飞 机号、飞行阶段、航班号、故障ID、故障名称、触发时间、接收时间等，附加 在故障报文内，通过飞机通讯链路发送到地面端进行处理，如经机载的飞机通 讯寻址与报告系统(ACARS)通过甚高频地空数据链发送到地面接收站，最后传 送到航空公司的终端，最终这些信息解析为可读形式，通过机载打印机、多功 能控制与显示组件等显示在飞机的输出设备上。

通过本实施例，能够基于ACMS实时获取飞机的飞行状况并通过程序监控 飞机故障，为排除故障争取了时间，能够减少飞行事故的发生及航班延误的现 象，提高了航空公司的运行效率和安全水平；并且ACMS编程是一种厂家公开 且技术人员容易掌握的编程技术，在此基础上实现的飞机故障监控可以很容易 扩展到其他系统或其他机型，形成飞机的综合监控平台，维护效率高，运行成 本低。

实施例2

一种基于ACMS的飞机故障实时监控方法，包括如下步骤：

步骤201，获取飞机技术手册和ACMS技术规范；

步骤202，依据所述飞机技术手册查找影响飞机安全运行的飞机子系统或部 件；

这些飞机子系统或部件有：飞行操纵系统、导航系统、空调系统、引气系 统等等。

步骤203，提取反映所述飞机子系统或部件的性能的参数，获得飞机故障特 征参数；

步骤204，将所述飞机特征参数与原ACMS参数库中的参数进行对照，识 别出已包含参数列表和未包含参数列表；

具体而言，就是区分出步骤203获得的全部飞机故障特征参数中，哪些已 经包含在原ACMS参数库中，哪些是原ACMS参数库中没有的。

步骤205，对所述未包含参数列表中的参数进行ACMS技术规范转换，获 得ACMS规范化参数；

飞机上的ACMS可以监控很多数据，但部分ACMS可监控的数据没有按照 ACMS技术规范写入ACMS参数库中，因此现有的ACMS无法利用这些参数实 时监控飞机状态，这部分参数包括：

修正平均排气温度APUCT5-APU；

发动机4号轴承外环衰减信号EVM1.144#BEARING OUTER RACE ENG1；

发动机4号轴承转子衰减信号EVM2.14#BEARING ROLL ENG1；

反推衬套位置信号T/R POSN LEFT SLEEVE#1等等。

依次对这些未包含参数列表中的参数按照ACMS技术规范进行转换，获得 一个ACMS规范化的参数集合。

步骤206，将所述ACMS规范化参数与所述已包含参数列表中的参数合并， 获得ACMS故障参数库；

步骤207，依据所述飞机故障特征参数和ACMS技术规范，编写飞机故障 监控程序；

在本实施例中，所述步骤207包括：

从所述飞机故障特征参数中提取飞机故障特征参数变化规律的函数和飞机 故障特征参数触发飞机故障的边界值；

依据所述函数和边界值，构建故障监测算法；

按照所述ACMS技术规范，将所述故障检测算法编写为飞机故障监控程序。

其中，厂家技术手册在系统原理中具体描述了触发飞机故障的边界值，可 从中提取。

步骤208，将所述ACMS故障参数库中的参数采集为所述飞机故障监控程 序的输入值；

ACMS故障参数库中的参数由飞机的ACMS监控，可从中提取并通过与飞 机故障监控程序的数据交互线路导入飞机故障监控程序中，作为飞机故障监控 程序的输入值。

步骤209，当所述输入值满足所述飞机故障监控程序的预设条件时触发预设 格式的故障报文；

亦即由ACMS监控的飞机故障特征参数达到飞机故障监控程序设置的限制 值时，立即发出相应的故障报文。针对每个飞机故障特征参数，均由飞机故障 监控程序设置了对应的触发故障报文的条件。

步骤210，对所述故障报文进行解码，显示飞机故障信息。

在本实施中，所述步骤210包括：

依据所述预设格式识别并分拣出故障报文；

将所述故障报文分割为故障信息段；

存储所述故障报文及该故障报文的故障信息段；

扫描所述故障信息段并进行解析，输出飞机故障信息。

具体而言，在发出故障报文后，由地面端从飞机端发出的所有报文中筛选 出带有预设的标志字段的故障报文，进而从筛选的故障报文中解析故障的常规 信息，然后保存到故障存储设施中，故障存储设施可用于保存故障报文的所有 信息供历史查询、统计、分析，再经故障显示设施定时扫描而显示最新的故障 信息，也可查询历史故障信息；针对故障报文中附加的故障快照，则套用预设 的报文模板，将故障快照的参数转换为易读格式。

为了使本领域技术人员能更好地理解本发明，下面通过本发明实施例的两 个具体应用场景加以说明。

应用场景1

1、在TCAS计算机部件维修手册中查看系统接口定义，获知计算机状态在 维护总线ARINC429信号LABEL350上，确定LABEL350BIT11为特征参数；

2、确定计算机故障状态信息由LABEL350BIT11定义，当该字节为真时， 表示TCAS计算机故障；在ACMS数据库中增加新参数TCCF，输入信号定义 为LABLE350,第11BIT位；

3、设计ACMS监控算法，当TCCF为真且飞机空地信号在空中时，输出 故障报文：

IF TCCF=1AND AIR/GND=1THEN，

TRIGGER FAULT:344501TCAS COM FAULT。

4、编程监控算法，并规定报文唯一标志字为：“TCAS”，如图2所示；

5、从所有飞机ACMS报文筛选出标志字“TCAS”的报文；

6、将TCAS计算机故障报文解析后存储起来，解析内容有飞机号B-5358， 航班号XX7784，航班日期为MM月09日（MM代表报文接收的月份），触发 时间0020，飞行阶段ER（巡航），故障ID344501，故障信息TCAS COM FAULT 等；

7、故障显示单元每三分钟扫描一次故障存储单元，将最新收到的故障信息 显示在首页，如图3所示。

通过本具体应用场景，可在3至5分钟内接收到空中飞机的TCAS系统故 障的信息和故障原因，由此地面人员可在飞机落地前制定保障计划，准备好器 材，及时将故障排除；而传统方式只有在航班落地后由机组口头报告系统故障， 且地面技术人员需要检查后才能获知故障原因是TCAS计算机故障造成的。可 见利用本发明，能够实现信息获取迅速、排故准确、避免航班延误的目的和有 益的效果。

应用场景2

1、根据厂家技术手册内公布的发动机引气系统数学模型，确定特征参数为 引气压力DUCT PRESSURE-1，发动机推力N1；

2、由于原ACMS参数库没有引气压力参数，故根据技术手册提供的引气信 号转换公式Pressure=16.66667*Vdc-6.66667，增加模拟参数引气压力参数，将 引气压力传感器的电压模拟信号转化为数字信号DP1；

3、当左发推力N1-1>60%，发动机使用5级引气，根据引气系统数学模型， 系统设计标准为42±8PSI，5级引气压力的监控算法为：

IF N1-1>60%AND DP1<34AND AIR/GND=1THEN

TRIGGER FAULT:361101L BLEED PRESSURE LOW(5TH)；

IF N1-1>60%AND DP1<50AND AIR/GND=1THEN

TRIGGER FAULT:361102L BLEED PRESSURE HIGH(5TH);

4、编程监控算法，并规定故障报文唯一标志字为“ECS”；

5、采集左发推力N1-1，左发引气压力DP1等参数的快照，用于故障分析， 附加在故障报文中，如图4所示；

6、从所有的ACMS报文筛选出标志字为“ECS”的故障报文；

7、将筛选出的关于引气系统的故障报文解析后存储起来，解析内容有飞机 号B‐5625，航班号XX7345，航班日期为MM月01日（MM代表报文接收 的月份），触发时间0813，飞行阶段ER（巡航），故障ID361101，故障信息L BLEED PRESSURE LOW(5TH)等，解析后的结果如图5所示；

8、每三分钟扫描一次，将最新收到的故障信息显示在首页，该信息显示附 加参数N1.1=86%,DP1=27PSI，如图6所示。

实施例3

参照图7，示出了一种基于ACMS的飞机故障实时监控系统的结构框图， 包括：

手册获取模块301，用于获取飞机技术手册和ACMS技术规范；

参数提取模块302，用于依据所述飞机技术手册提取飞机故障特征参数；

在本实施例中，所述参数提取模块302包括：

参数查找子模块，用于查找影响飞机安全运行的飞机子系统或部件；

参数提取子模块，用于提取反映所述飞机子系统或部件的性能的参数，获 得飞机故障特征参数。

参数库建立模块303，用于依据所述ACMS技术规范将所述飞机故障特征 参数写入ACMS参数库，建立ACMS故障参数库；

所述参数库建立模块303包括：

对照子模块，用于将所述飞机特征参数与原ACMS参数库中的参数进行对 照，识别出已包含参数列表和未包含参数列表；

转换子模块，用于对所述未包含参数列表中的参数进行ACMS技术规范转 换，获得ACMS规范化参数；

合并子模块，用于将所述ACMS规范化参数与所述已包含参数列表中的参 数合并，获得ACMS故障参数库。

程序产生模块304，用于依据所述飞机故障特征参数和ACMS技术规范， 编写飞机故障监控程序；

所述程序产生模块304包括：

函数及边界值提取子模块，用于从所述飞机故障特征参数中提取飞机故障 特征参数变化规律的函数和飞机故障特征参数触发飞机故障的边界值；

监控算法构建子模块，用于依据所述函数和边界值，构建故障监测算法；

程序生成子模块，用于按照所述ACMS技术规范，将所述故障检测算法编 写为飞机故障监控程序。

故障信息显示模块305，用于将所述ACMS故障参数库导入所述飞机故障 监控程序中，输出飞机故障信息。

所述故障信息显示模块305包括：

输入值采集子模块351，用于将所述ACMS故障参数库中的参数采集为所 述飞机故障监控程序的输入值；

故障报文触发子模块352，当所述输入值满足所述飞机故障监控程序的预设 条件时触发预设格式的故障报文；

故障信息显示子模块353，用于对所述故障报文进行解码，显示飞机故障信 息。

所述故障信息显示子模块353包括：

分拣单元，用于依据所述预设格式识别并分拣出故障报文；

分隔单元，用于将所述故障报文分割为故障信息段；

存储单元，用于存储所述故障报文及该故障报文的故障信息段；

解析单元，用于扫描所述故障信息段并进行解析，输出飞机故障信息。

本发明实施例能够基于ACMS实时获取飞机的飞行状况并通过程序监控飞 机故障，为排除故障争取了时间，能够减少飞行事故的发生及航班延误的现象， 提高了航空公司的运行效率和安全水平；并且ACMS是现有老式飞机配备的设 备，利用ACMS进行扩展，实现先进飞机上的中央维护系统的功能，其改进的 成本投入低，市场前景好；ACMS编程是一种厂家公开且技术人员容易掌握的 编程技术，在此基础上实现的飞机故障监控容易扩展到其他系统或其他机型， 形成飞机的综合监控平台，维护效率高，运行成本低。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易 想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。