基于WAIC的飞机维护数据分析系统设计

孙志强 姜鸿晔 石旭东

摘 要：本文提出了基于WAIC网络的飞机维护数据系统，实现了维护数据在线管理和分析等功能。通过在线数采和数据传输，分析系统更新后台数据库，发布推送消息，实现维护人员通过智能终端进行数据检索和分析，并且可利用仿真维护数据验证系统的有效性。

关键词：传感器数据;WAIC网络;SQL语言

引言

飞机维护数据是分析飞机安全性的重要依据。国内有关飞机维护数据管理的应用研究相对较少。目前，在维护数据管理方面，飞机维修信息管理系统设计主要对飞机维修过程中的信息数据交换和分享，该系统对数据分析能力有所欠缺。

随着物联网技术的快速发展，WAIC技术被运用在机载系统设备，更好的解决了大量的数据信息采集和处理问题。本设计针对飞机维护工作实际需求，基于WAIC网络通过应用软件开发设计一种飞机维护数据云存储系统，可满足飞机维护数据接口的数据采集、数据分析和解码、记录、存储、云备份功能，以此提高飞行数据信息监测质量及维护人员的快速处理能力。

1  维护数据云存储系统框架

飞机维护数据云存储系统设计严格依据飞机维护手册和ATA规范，结合数据特点和WAIC网络通信技术，通过硬件平台搭建和应用软件开发，实现大型民用客机不同类型的维护数据云存储、数据管理和数据分析等功能。总体架构如图1所示。

通过xml文件配置Flight gear飞行仿真软件产生所需的维护数据信息，并配置WAIC通信协议实现与飞机维护数据云存储系统中的数据采集系统进行数据交互。数据采集系统对不同类型的数据实现采集、界面绘制和同步发送。分析系统接收和存储维护数据。用户可以通过用户数据库增加、删除管理员操作，形成有效用户数据库。管理员用户可以登陆系统后台，并对数据库数据具备全部的权限，包括读/写/完全等权限;并在后台管理中更新数据，同时自动推送更新提醒消息到终端系统。普通用户只能访问系统前台，浏览数据。下面将对云存储系统进行系统介绍。

2  基于Flight gear的飞行仿真

飞行仿真软件主要仿真飞机传感器数据、飞行状态参数和飞行航路信息等数据。该软件可以按照选定的飞行剖面图按固定航路点进行模拟飞行，同时将配置好的仿真数据通过WAIC网络传给数据采集系统。通过Flight gear软件二次开发接口进行将飞行仿真功能进行系统集成，可以真实模拟飞行特性和场景，并通过WAIC协议访问存储ICD文件的数据库实现数据交互功能。从而实现全数字飞行仿真功能。

飞行仿真软件接收控制信号，进行飞控模型结算，并将飞机特性参数传输到视景仿真模型，驱动飞机的动作响应和视景显示。通过调取航线数据库中航路点信息，计算飞行轨迹和方位，建立GPS、无线电导航系统及其它相关系统仿真模型，并通过WAIC网络传输。

飞行仿真软件功能模块主要由6自由度的飞机仿真模型，飞机非航电系统的各类仿真模型，逼真的3D视景仿真模型，丰富的环境仿真模型，接口仿真模型组成。

3 数据采集系统

数据采集系统设计由两部分组成：通信模块设计和虚拟仪表设计，系统构成示意图如图2所示。

3.1 通信模块

通信分为内部通信和外部通信，内部通信用于编写数据连接;外部通信包括编写数据描述文件、定义收发端通信协议、端口、定义映射文件和通信程序，最终完成通信设计。

3.2 虚拟仪表

针对飞机仿真软件所提供的数据参数和格式，通过Visual Studio 2012和VAPS软件在Windows平台设计飞行数据虚拟仪表系统，在保证数据真实以及通信顺畅的前提下实现仪表状态的还原、预警信息和信息通信等功能。实现飞行仿真软件和虚拟仪表同步显示，保证仿真生成的参数可以及时与虚拟仪表界面显示状态进行核对检验。

显示模块設计包括显示画面绘制和显示逻辑设计，首先根据解析的飞行数据，编写显示逻辑方程，然后分别绘制数据对象属性和运动轨迹特性，实现显示，最后通过与飞行仿真软件的仪表显示状态进行对比，验证显示模块设计的正确性。

显示界面主要包括主飞行控制显示、导航显示、发动机告警显示等;利用VAPSXT开发工具完成了对虚拟仪表的界面开发。

4 分析系统

分析系统将通过WAIC网络传输的数据存储到本地的存储单元中，并在开发的软件程序中完成数据的管理、分析和消息推送功能。

4.1 分析系统硬件组成

分析系统硬件主要由一台加固计算机和2台智能PAD终端组成。

加固计算机主要作为大容量存储单位，并为软件系统提供Windows操作系统平台。智能PAD终端接收到软件系统后台推送的数据更新提示消息，方便地勤和维护人员及时的在线访问数据。

分析系统采集高性能的数据处理计算机，通过大容量存储单元将下传的飞机数据进行分类管理，数据监控，分析和后台处理。

4.2 分析系统软件架构

依据总体软件架构和需求，分析系统的软件功能划分如图3所示。

1）用户登录

用户登录管理功能包括：用户管理和权限管理，其中用户管理针对用户信息修改和密码修改管理;权限管理针对用户权限定义和修改，权限管理模块通过输入界面对数据查询权限进行控制，包括读/写/完全等权限。

2）数据管理

数据管理包括数据管理和数据查询，数据管理：通过用户数据库进行用户的增加、删除操作，形成有效用户数据库;数据查询：根据用户管理的关键字查询SQL数据库，形成管理数据库，为数据显示提供支持。如4所示。

3）终端推送

此外，系统添加了航班信息更新推送功能，当航班信息更新完成时，系统通过WAIC网络向各终端推送信息更新通知，方便提示地勤和维护人员进行飞机维护数据分析。

4）数据分析

本模块SQL语言，将用户管理信息形成数据库的查询指令，并对存储在SQL SERVER数据库中的数据针对ATA章节/信号类型/信号名等关键信息进行排序和管理。

系统对输入的信息进行分析，确定数据的定义是否符合规范要求，并将分析后规范的数据显示给终端用户;数据分析模块判断数据的准确性，形成数据分析结果。表格输出和图形输出模块为终端用户提供直观的数据表达形式，在软件实现上通过Excel外部宏操作，在网页上形成Excel表格，并通过宏定义生成Excel图表。终端用户可以分類浏览相关信息。

6 结束语

本文基于VAPSXT开发工具和B/S架构的在线访问技术设计了完整的飞机维护数据云存储系统。实物，并利用仿真数据对系统进行测试和检验。测试结果满足系统设计要求，且数据分析正确。与传统的飞机数据维护方式相比，本系统具备更加完善的数据管理能力，实现了航空数据信息网络一体化，提高了地面维护运营效率，具有一定的工程应用价值。

飞机维护数据云存储系统用于构建新一代基于云计算的民机维护信息一体化平台，通过数据采集系统和分析系统形成空地一体化的维护信息实时支持系统。本系统结合软件和硬件开发完成整体关键技术的研究，为维护人员提供更加高效的故障诊断方法。

参考文献：

[1]蔡复青，王戈，王悦.基于使用与维修数据的飞机使用可靠性研究[J].系统工程与电子技术， 2018，40（10）：2388-2392.

[2]石鑫.飞机维修信息管理系统设计[J].自动化与仪器仪表，2017（08）：47-49.

[3]Henry Canaday，孙立.维修数据的云应用[J].航空维修与工程，2012（06）：32-33.

[4]牛文生.基于天地一体化信息网络的智能航空客运系统[J].航空学报，2019，40（01）：236-249.

[5]董羽，皮德常.基于FlightGear的飞行数据管理与分析系统[J].南京航空航天大学学报，2015，47（03）：446-452.

[6]汪亚杰.基于VAPSXT的民机显示系统需求确认方法研究[J].中国高新技术企业，2015（30）：26-27.

基金项目：国家重点科研课题资助（MJ-2018-S-33）

作者简介：

孙志强（1979-），男，江苏镇江人，硕士，高级工程师，研究方向为民用飞机航电系统设计与集成。