民用飞机地面维护软件设计与实现

杨 佳，郑 涛，康 乔

（中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所，陕西 西安 710068）

0 引 言

随着民用飞机信息化的发展，引发飞机故障的因素增多，故障表现也多样化。飞机上驻留大量的应用软件，会产生大量的数据存储。地面服务包括地面接入服务、电子分发、数据分析服务等，为了满足业务需求，设计了民用飞机地面维护软件。为了方便维护人员对机上数据进行操作，提供了数据分析、故障分析以及飞机与地面之间的文件传输等功能。

1 地面维护软件架构设计

信息管理系统（Information Management System，IMS）提供与不同系统之间的交换与路由功能，可以在其模块中添加主机以及路由表等实现网络连接，为航电系统、地面支持网络、客舱系统间提供网络连接和管理，也为信息系统内部设备提供网络连接和管理。IMS通过与航电系统间的网络连接，实现了飞机参数的集中采集和存储。通过与地面支持网络之间的有线和无线连接，实现了机载系统可加载项的快速更新及维护数据的下载，达到空地信息的一体化。

地面维护软件（IMS Maintenance Tool，IMT）驻留于便携式远程维护终端（Portable Maintenance Access Terminal，PMAT）上，可以与信息管理系统上驻留的增强维护软件（Enhanced Maintenance Software，EMS）、BIT软件以及文件传输软件（File Transfer Software，FTS）进行交互。当航空公司或飞机生产商需要确定信息管理系统是否出现故障或需要定位信息管理系统内部故障时，维护人员可携带PMAT通过以太网线连接至信息管理系统，通过IMT软件实时查看信息管理系统的故障和构型信息，并且可以下载信息管理系统各部分的故障历史信息，通过分析工具分析故障历史信息并定位系统故障。当飞机停靠机场时，维护人员可以携带地面维护终端抵达飞机处，通过以太网线将PMAT连接至信息管理系统，进而通过地面维护终端查看信息管理系统文件存储情况、删除信息管理系统存储的数据文件、执行指定文件的传输（包括上传和下载）等[1-3]。图1为地面维护软件的系统架构。

图1 地面维护软件的系统架构

2 地面维护软件功能模块设计

2.1 故障、构型报告

故障、构型报告功能模块通过以太网与信息管理计算机交互，从EMS接收故障、构型报告，以图形界面的方式展现IMS的产品故障状态。其中构型数据主要是用于支持软件的现场加载、飞机构型管理和运行历史。EMS软件会周期的软件部件号、硬件信息、CRC等内容。构型数据的格式是以Label 356的格式进行数据块传输的，每个数据块的最大字节数为255。故障数据主要包括内部故障、外部接口故障、构型故障等信息，不是所有的故障均需要上报，只需要上报便于维护人员定位故障设备的信息。故障数据的格式是以Label 350的格式进行数据块传输。信息管理计算机驻留的EMS软件自启动起，通过用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）周期性向地面维护软件发送故障消息和构型消息，地面维护软件接收并解析此两类消息，实时显示最新的故障参数信息与构型参数信息。地面维护软件应以1s为周期接收来自EMS的构型消息和故障消息。地面维护软件应显示故障消息中的所有参数信息，并保证所显示的参数为最新[4]。故障构型报告功能的流程示意图见图2所示。

图2 故障构型报告功能的流程示意图

2.2 故障历史管理

故障历史管理模块通过以太网与信息管理计算机交互，从系统中的BIT软件下载故障历史信息，并实现向BIT软件发送命令删除信息管理计算机内的故障历史信息。故障历史管理模块包括两种类型的操作，即故障历史获取与故障历史删除。所有操作均基于UDP协议实现，仅在UDP层上又建立了应用层通信协议。与故障历史获取相关的消息有故障历史获取信息命令消息（Fault History Get Information Command Message）和故障历史信息命令（Fault History Information Message）。用户在通过操作界面选择需要获取的模块的故障历史后，IMT会向对应的模块的BIT软件公开地址发送故障历史获取信息命令消息，BIT软件在收到该消息后应将其所属模块的故障历史信息通过故障历史信息命令（该信息中包含数据包的个数Block）发送给IMT。IMT软件向信息管理系统中的BIT软件发起故障历史获取信息命令消息请求，信息管理系统端收到请求则向IMT端发送故障历史信息。根据IMS端的故障历史存储情况确定故障历史信息的Block数量，先发送Block编号最大者，然后依次递减1直至Block编号为1，从而结束此次通信[5-7]。故障历史下载流程如图3所示。

图3 故障历史下载流程

与故障历史删除相关的数据帧有故障历史删除命令（Fault History Clear Command）和故障历史删除响应（Fault History Clear Response）。用户通过操作界面选择需要删除的模块的故障历史后，IMT会向对应的模块的BIT软件公开地址发送故障历史删除命令，BIT软件在收到该消息后应将其所属模块的所有的故障历史删除并向IMT发送故障历史删除响应消息。

2.3 存储管理

存储管理模块通过以太网与信息管理计算机交互，通过文件导入导出协议以及机载数据存储与管理软件（Onboard Storage and Management，OSM）功能实现对信息管理计算机内存储空间进行查询、删除功能。存储管理功能由IMT软件和IMC驻留的FTS、OSM软件共同实现。OSM对外提供了基于以太网的公开地址，用于接收目录请求以及发送目录详细信息；FTS对外提供了基于以太网的公开地址，用于接收文件删除请求，并反馈删除操作执行结果。根据IMC驻留的FTS软件和OSM软件提供的服务，IMT存储管理功能可实现机载文件的存储查询和删除。

2.4 文件传输功能

文件传输模块通过以太网与信息管理计算机交互，通过文件导入导出协议实现与信息管理计算机之间的数据交换，包括数据上传和数据下载。文件传输功能由IMT软件和IMC驻留的FTS软件共同实现，通过UDP协议进行数据通信，基于TFTP协议进行文件传输，并支持断点续传功能。FTS对外提供了基于以太网的公开地址，用于接收IMT的请求连接命令进行文件传输。飞机上的软件向地面维护软件先采用数据签名技术进行身份认证，如果身份认证通过，则机上的FTS软件发布传输命令进行空地间的文件传输。

3 地面维护软件界面设计与实现

地面维护软件是基于QT软件开发框架实现的，共有Mainwindow和UDPSocket两个类，主要实现界面交互和底层数据处理。Mainwindow类主要实现对数据的显示与处理，UDPSocket类主要实现基于UDP的数据接收、发送以及解析。在界面交互中共设计了5个独立的界面，包括软件配置、故障构型报告、故障历史管理、文件下载以及文件上传界面。如图4所示为地面维护软件设计框架。该软件主要通过UDP协议以及TFTP协议进行数据交互，并将所获取的信息在界面上显示。该软件界面设计友好，功能运行稳定，在调试中通过了功能验证。

图4 地面维护软件设计框架

4 结 论

本文设计了一种民用飞机地面维护软件，包括故障构型报告、故障历史管理、存储管理以及文件传输等模块，实现了空地之间的信息交互，提供了机上数据分析、故障分析以及机上与地面之间的文件传输等功能。通过分析机上的故障与维护数据，能够准确的定位系统问题，降低飞机服务和支持成本。该软件已在某民用飞机上应用实现，提高了地面维护人员的工作效率，对民用飞机的维护系统设计有一定的参考价值。