基于数据模拟的机载软件改装评估方法

陈林烽 任明翔

摘要：随着机载信息技术的发展，越来越多的传统航空电子组件被功能软件所代替，飞机制造厂家发布的机载软件升级服务通告也随之增多。本文通过实际案例探讨如何在传统的改装评估指标基础上，对软件改装服务通告中涉及的内在逻辑进行数据模拟，得出量化指标，以科学严谨的评估手段充分评估机载软件升级后对航空公司运行可能造成的实际影响。

关键词：机载软件;数据模拟;改装;评估

1机载软件升级情况

随着信息技术的发展，越来越多的传统航空电子组件被功能软件所代替。近年来，机载软件的种类、数量及重要程度不断增强。为了增加功能或修复运行中发现的已知故障，飞机制造厂家会发布服务通告以通知航空公司对相应的机载软件进行升级。

机载软件服务通告中涉及的软件升级，在不考慮执行成本的前提下，南航常用的做法是采取“通用综合指标评估法”进行评估，其结果往往是接受厂家的建议，执行相应改装工作。但是否厂家的建议就准确无误？以下两个事例可以印证这一点。

事例一：服务通告787-42-0022建议航空公司尽快将787飞机的通用核心系统（CCS）软件升级到8.1M版本，以提高与远程数据采集器（RDC）和通用处理模块（ GPM）故障相关的放行可靠度。南航机队执行升级后，地面故障监控系统收到大量的“LEFT/RIGHT XX GENERALPROCESSOR MODULE IS INACTIVEOR FAULTED”告警信息，给日常运行造成较大影响。根据波音调查^[1]，8.1M软件为改善GPM和RDC的可靠性，在探测到SEU（ Single Event Upset）时会在30秒内完成自动重启，以尝试恢复硬件功能。但在重启过程中，会触发相关的驾驶舱效应和维护信息，同时其他相关系统也可能瞬时出现维护信息;如果发生了重启，即使硬件完成了自恢复，相关的维护信息也仅被标记为“INACTIVE”，而不会自动消除。目前波音已通过SB787-42-0032发布了8.1N版本软件修复了上述问题。

事例二：波音从2016年年中开始为生产线上的777飞机安装了最新版本的飞机信息管理系统（AIMS）软件BPV17A，南航接收的最后一架777-300ER安装的就是该版本软件，投入运行后多次报告数据链通信异常，且无法自动恢复，其他早先交付的飞机未收到过类似报告。经波音与霍尼韦尔联合调查^[2]，确认安装了AIMS BPV17A的飞机可能会遇到数据链通信异常现象，包括无法通过甚高频、卫星通信系统及高频系统上下行报文信息。目前，波音已发布新的服务通告77731-0293，对AIMS软件进一步升级。

从以上两个事例不难看出，升级到厂家发布的最新版本软件，给航空公司带来的并不一定是正向收益。那么，应该如何决定是否执行、何时执行机载软件服务通告？下文将介绍一种全新的评估方法，并通过一个实际案例，探讨在传统的改装评估指标基础上，对软件改装中涉及的内在逻辑进行数据模拟，得出量化指标，以评价升级改装对航空公司运行可能造成的实际影响。

2数据量化分析评估法的解析与实例说明

数据量化分析评估法的基本原理是通过运用大数据挖掘分析、数据译码等多种技术对改装中涉及的数据信息变更进行更深一步的剖析总结，以更加严谨的数据科学手段评估软件升级改装的必要性，是“通用综合指标评估法”的一种有效补充。

2.1案例背景

巴航工业发布了服务通告190-31-0061，建议航空公司将E190飞机的EPIC平台升级到LOAD25.7版本。与前一版本相比，LOAD 25.7的修改包括系统改进和对飞机运行及测试活动期间发现问题的更正，以提升飞机系统的可靠性。主要更正的问题及预期改进包括：

1）飞行管理系统错误转弯、冰点状态下的绿点、到达高度限制和其他小的修正。

2）减少“飞行控制不放行”信息出现的机率。

3）减少“起落架不放行”信息出现的机率。

4）对强风起飞时潜在的自动油门和飞行指引丢失的修正。

5）通信管理功能的改进。

2.2以通用综合指标评估法来评估

1）适用性：根据服务通告有效性判断，该改装适用于公司所属全部E190飞机。

2）安全性：根据服务通告描述的问题或可能造成的后果进行评估，该改装属于“不执行可能导致不构成事故征候的各类故障或结构损伤发生”级别。

3）可靠性：根据服务通告描述的问题收集机队可靠性数据进行评估，该改装至少属于“技术文件描述的措施有助于解决机队潜在故障或结构损伤，该故障可以导致运行中断事件”级别。

4）经济性：根据所需改装器材费用（工时费用由工程师视需考虑）进行评估，该改装属于“改装器材单机10万元人民币以下且机队100万元人民币以下”级别。

根据上述指标，综合评分后得出的结论为“建议执行”。

2.3数据量化分析评估法评估

服务通告中列出的主要改进的问题，厂家通常会在服务信函或专题会议材料中做详细介绍，包括改进方法、设计原理及逻辑等。从图1可以看出，与该服务通告有关且需重点分析的故障包括“FLIGHT CONTROL NO DISPATCH”和“LDG NO DISPATCH”。

1）飞行控制不放行（FLIGHTCONTROL NO DISPATCH）

厂家在专题会议材料^[3]中介绍，设计逻辑上要求飞机在液压系统接通前执行一系列的自检，其中包括MSV和LEAKOP TEST。如有测试异常，将触发“MSV/LEAK OP TEST”信息，并导致飞控不放行故障的产生。LOAD25.7软件设计中对液压系统自检逻辑进行了优化，取消了LEAK OP TEST的要求，如图2所示。

檢索地面监控系统实时故障数据库，2017年全年共记录44个航班出现过“FLT CTRL NO DISPATCH”机组警告信息，其中与“MSV/LEAK OPS TEST”维护信息有关联的记录只有1条。从统计数据可以看出，LEAK OP TEST测试取消与否对“飞控不放行”故障的探测影响不大，但从降低故障出现可能性的目的出发，尽管改善效果不明显，还是可以建议执行的。

2）起落架不放行（LDG NODISPATCH）

厂家在服务信函SNL190-32-0046中对因刹车温度监控系统导致的起落架不放行故障做了详细介绍。刹车温度监控系统（BTMS）由安装在每个刹车组件上的温度传感器（BTS，共4个）组成，用于监控刹车是否作动及温度传感器是否工作正常。原有逻辑是在航段全程比较4个传感器的温度，如果其中一个的数值低于70℃而其他三个的数值高于175℃，则认定该传感器不正常，触发“LG NO DISPATCH”的CAS警告信息。升级到LOAD25.7之后，BTMS的监控逻辑变更为：飞机触地后，空地状态由“空中”变为“在地面”，且轮速大于45节，记录此刻4个刹车组件温度传感器的值;5分钟后再记录一次刹车组件温度传感器的值。如果有任意一个刹车组件温度传感器第二次记录的值相较第一次记录的值没有上升25℃，就触发“LG NO DISPATCH”信息。

通过对过去一年飞机的QAR数据译码，可以获得相关传感器指定时刻的参数记录值，加上上述服务信息给出的明确的故障触发逻辑，可以通过数据模拟，计算出过去一段时间内的航班按新的触发逻辑产生故障信息的比率。

本文以AGS（译码工具^[4]）为例，介绍如何批量获取所需航班的指定参数，并进行数据分析。

a.在AGS中增加一个维护程序（ Produce-For-Maintenance），其作用是在每个航班自动译码后，将满足上文逻辑要求的参数插入数据表中。该维护程序的代码如图3所示。

b.对保存在数据表中的刹车组件温度传感器参数值，通过公式自动计算出每个航班每个传感器前后两次记录值的差值，以图标的形式展示差值的分布，如图4所示。

用上述方法，对机队2017年下传的QAR数据进行了译码分析，共计27462个有效航班数据。根据LOAD25.7中BTMS监控逻辑（落地后刹车温度上升应大于25℃）进行了模拟计算，将有469个航班在落地后出现“LG NO DISPATCH”信息，故障比率为17‰。

未升级LOAD25.7前，世界机队“LGNO DISPTACH”故障信息出现比率为2‰，南航机队的故障比率约为1‰ （2017年共收集到31条实时故障信息，11条机组报告）。

通过上述数据分析预测，机队执行LOAD25.7升级后，“LDG NODISPTACH”故障将显著增多，增加机组及维护人员的工作量，结果与厂家的期望值截然相反;同时，升级对“FLIGHTCONTROL NO DISPATCH”故障的改善效果不明显，其优势不足以覆盖“LDGNO DISPACH”故障增多带来的劣势，故得出的结论为“暂不执行”。

2.4评估结论

两种不同的评估方法得出了不同的结论，但是由于“通用综合指标评估法”的评估结论是基于技术通告给予的文字描述中产生的，而“数据量化分析评估法”在一定程度上推翻了文字描述中厂家的期望设想，所以综合考虑，建议暂不执行该服务通告。

之后南航收到厂家提供的信息，当前全球范围内有57架飞机安装了LOAD25.7，多家航空公司报告飞机完成升级后“LG NO DISPATCH”故障增多，其中两家已要求厂家提供降级服务通告，以便退回升级前的LOAD版本。由于灵活运用了“数据量化分析评估法”，南航避免了执行升级后不利情况的发生。

3结束语

软件类服务通告通常因改装费用相对较少，升级相对方便，且大多带来功能性或可靠性的提升，会建议执行。但通过上文所述三个案例可以看出，该类型服务通告（适航指令相关的除外）没有必要安排尽快执行，尤其是与机载平台系统相关的操作软件（OPS），建议在初始版本发布后6个月左右并在收集到世界机队运行数据后，运用数据量化分析评估法等多种评估方法对飞机改装文件进行多角度全方位的评估，统筹考虑评估结论，以提高评估的正确性，避免出现不必要的升级。

参考文献

[1] Boeing. 787-FTD-42-17002CCS8.1M Software GPM/RDC ResetAwareness[2].2018.

[2] Boeing. 777-FTD-23-16001 777Datalink Issues with Airplane InformationManagement System （AIMS）-2 BlockPoint （BP） 17A[2].2018.

[3] EMBRAER. Flight ControlsSystem Technical Workshop[Z]. 2018-4/5.

[4] SAFRAN.ANALYSIS GROUNDSTATION V14 USER MANUAL[Z].2012-2-13.