南方航空飞机健康管理系统移动平台研究开发与应用

任明翔 魏弘平

随着民用航空市场的迅猛发展与机队规模的快速壮大，大型民用客机及其部件的安全性、可靠性、持续适航能力、维护效率及经济性等多重需求越来越受到飞机制造商及航空公司的重視。基于飞机健康管理理念设计开发的飞机健康管理系统应运而生，逐渐成为飞机设计及运营维护的重要组成部分。飞机健康管理系统是能够实时监控飞机在地面和空中运行状态及故障状况的一套综合管理系统，该系统可以对飞机下发的各类数据进行采集，通过数据融合、数据分析与诊断、故障预测与决断等，可以快速了解飞机健康状况，及时发现故障并提前制定排故预案，从而保障飞行安全、提升放行可靠度及飞机利用率。

为了能快速有效监控现如今越来越多的飞机及越来越庞大的故障状态数据，地面监控人员对飞机健康管理系统的要求也越来越高，好的系统需在具备良好的功能稳定性、系统兼容性、操作便捷性的基础上，实现清晰明了的数据呈现、全面准确的信息关联、及快速直观数据分析等功能。现如今国际主流的系统大多能完成如上要求，但却未能与时俱进，忽略了快节奏社会的机动性使用需求，故开发与其匹配的手机移动版（APP）飞机健康管理系统在移动应用快速发展的今天显得格外重要。

1 飞机健康管理概述

健康管理的概念最早出现于航空航天领域，是上世纪90年代由美国国家航空航天局（NASA）提出的关于航空航天的飞行器安全飞行计划，通过将飞行器的各类传感器信号采集和处理，故障诊断预测功能以及后端的地面后勤保障决策执行的整个流程集成为一个综合的系统进行统一管理，从而实现故障预测、诊断预测以及后勤维护决策的高度智能化与自动化。飞机健康管理同样是通过类似综合的系统解读飞机传递的各类信号并实时跟踪分析飞机的运行状态及故障情况，达到高质高效维护飞机，提高飞机的运行效率并保障飞行安全的目的。

1.1 发展现状

民用飞机健康管理技术经历了一个漫长的发展过程。从最初的机内测试（BIT），依靠单个系统和设备自身的电路和程序完成故障诊断和隔离，到上世纪80年代后发动机指示与告警系统（EICAS）及中央维护计算机（CMC）的成功应用意味着正式迈入飞机健康监控时代。80年代末90年代初（飞机航空器寻址通信和报告系统）ACARS数据链开始得到广泛应用，之后90年代末波音公司在777机载维护系统的基础上借助数据链通信技术，实现了民航客机与地面基站的实时数据传输，将传统的飞机落地后维护变成飞机实时运行监控，有效提高了飞机维护效率。飞机健康管理系统也逐渐演变成如今对飞机进行全寿命周期健康状态进行统一有效管理的综合性系统。

现如今全球最为知名的飞机健康管理系统有波音公司的AHM和空客公司的AIRMAN。巴航工业和庞巴迪同样也开发了自己的健康管理系统以监控自有机型。中国商飞公司也同样研发出了PHM（故障预测和健康管理系统），用于监控ARJ21、C919等国产飞机。国内民航业也开始了对飞机健康管理系统的自主性研发，现如今越来越多的航空公司使用自己研发的监控系统去监控飞机，南方航空是较早进入这一领域的航空公司之一，其研发的飞机远程诊断实时跟踪系统（ARMS）是全国民航首个获得国家《发明专利证书》的健康管理系统，填补了我国在这一领域的空白。

南方航空ARMS系统自1999年开始自主研发，单一机型开始起步，历经持续不断的优化发展，现如今已成为国际上唯一可以同时对空客、波音、安博威、商飞等主流机型进行监控的健康管理系统，系统不但能准确监控故障报（CFR/PFR）、飞机状态监控报（ACMS）、航空公司运行控制报（AOC）等典型报文，还具备飞行大地图监控、客户化监控、自主报文触发监控、数据分析监控等特色功能，并根据监控人员使用需求研发出面向基础监控的网页端和深入监控的客户端两个不同的版本。

1.2 移动平台理念

随着社会科学技术的发展，手机越来越智能化，从过去打电话、发短信的简单功能延伸至拍照、听音乐、玩游戏、看网页、看视频等多种功能，每个人与手机都长期交织一起，手机已经渗透到生活中的方方面面，成为生活中不可或缺的一部分。随着移动互联网的进一步发展，各类手机操作系统搭载的各类丰富的APP（移动智能终端设备第三方应用程序）不断吸引人们的眼球。手机便于携带，手机APP使用便捷，功能实用，机动性强，有着传统电脑操作不可比拟的优势。越来越多的网站、系统、平台研发了基于手机操作系统的APP版本。

南方航空ARMS系统虽然功能强大，但受限于电脑操作，达不到随时随地查阅使用的程度。机务在执行一线维修工作时，很难携带笔记本电脑设备，而机务维修控制中心（MCC）、航线支援、性能监控等工程师也难以达成随时随地使用电脑的频度要求，故研发与之匹配的移动平台（APP应用）则越发重要。国际上此类系统鲜有制作移动平台，南方航空作为国内飞机健康管理系统先行者，有环境也有条件尝试移动平台的开发，以丰富监控人员的操作手段。

2 移动平台设计开发与应用

南方航空ARMS系统的移动端开发将采用国际主流的开发工具，采用目前的主流稳定混合移动开发框架，同时使用VUE进行界面的渲染。管理平台应用采用JAVA主流架构，通过业务分层控制，数据加密处理和存储等技术手段。Web层服务器接受客户端发送的HTTPS请求，进行解密处理，然后调用业务层相关的接口获取数据并返回。业务层从相关的接口和数据库表中获取数据，按照业务规则进行数据整合，并转换为客户端需要的格式。

国际主流的飞机健康管理系统不开发移动端的其中一项比较重要的原因是系统中呈现的庞大数据不利于在手机端中呈现，数据体量也不利于手机端的快速加载，所以开发移动平台不能简单照搬电脑版的设计方式，而是分析总结APP系统使用中需要考虑的典型因素，设计出更好更人性化的移动平台。

2.1 设计因素考量

内容完整：ARMS系统功能人机界面设计复杂，功能强大，而复杂的设计和功能无法在手机屏中简单呈现，故移植到平台端需优化界面设计，但不能因此丧失系统核心必要功能。

运行性能：在当前网络环境下，数据加载时间与响应比，是判断APP好用不好用的重要标准之一。如长时间加载数据或超时无响应将会严重影响用户体验。

简洁实用：手机屏幕空间有限，加上手机操作是手指操作，效率不如键盘操作高，所以用户完成的任务效率不可跟电脑端相比。操作界面与操作步骤需简约而不简单，有针对性、快速高效定位关键信息是作为手机APP是否好用的一个关键条件。

易看简读：每架飞机的报文种类复杂，报文数据繁多，相对电脑端，手机端屏幕小，且操作没有鼠标键盘容易，如内容像电脑端般呈现，将会造成文字阅读困难，频繁缩放及位移，严重影响用户操作效率。

交互体验：一个好的APP是能够让用户感受到服务与交流的，及时有效的交互体验将会极大提高用户的满意度，提升用户粘性。

2.2 针对性方案设计

内容完整部分：ARMS移动端将完整保留原网页端和客户端所有的核心功能，包括中央故障监控、飞机状态监控、驾驶舱通信监控、软件构型管理、客户化监控、数据分析、大地图监控等功能，功能可覆盖95%以上监控人员需求。

运行性能部分：在移动版中精简了报文参数种类和信息关联表，极大节约数据加载响应时间，将数据加载节省至2～3秒。飞机移动地图也将采用消耗内存更低的百度地图，未来将会改成集定位精准度和快速响应于一身的mapbox地图。移动端可记住用户名与密码，在下一次登录中直接跳转监控页面，节省用户时间，提高响应速度。应用仅占用手机25.24MB内部存储空间，实现较小的空间占用与较大的响应效率。

简洁实用部分：ARMS移动端设计简洁，仅有FLEETS、TOOLS、USERS三个模块。FLEETS体现监控功能、TOOLS体现客户化功能、USERS体现用户管理功能。客户化功能可以自主选择监控机队，在有限大小的手机屏幕中更能多体现重点监控机队。FLEETS即能满足大多监控要求。操作简洁，无需说明书即可摸透使用方法。

易看简读部分：移动端对每架飞机报文采用分层式设计，逐步深入的模式，以故障报为例，在每架飞机第一层设计中，仅仅简单体现飞机号、航班号、出发到达机场、报文触发时间、ETA时间、OOOI时间等要素，并将电脑端用颜色字母显示故障等级的提醒效果设计改成用颜色框架（红>紫>橙>白）直觀体现，便于在有限大小的手机屏幕中，更多地呈现飞机故障，以及更快速地定位监控飞机。如图1、图2所示。

在第二层设计中，如图3所示，才开始体现更多的报文信息，搭配大地图监控按钮，故障手册关联按钮等实用功能。在第三层设计中，才会显示打印机完整故障信息、手册数据信息、大地图信息。其中信息展现时会自动横屏，让监控人员阅读更为方便。

交互体验部分：在电脑端的ARMS系统中，重点故障以邮件发送，而在移动端中，将会改成重点故障手机状态栏提醒模式，比邮件发送更直观、高效。设计中还会仿造微信交互形式，发现故障可直接手机拍摄上传至相关技术人员手中，关联手册故障链接同样可一键发送，传递沟通更为简洁高效，同时避免重要数据外泄风险，现在此功能还在开发中，未来将会投入使用。

2.3 开发总体架构

ARMS移动版在开发时将会采用前端服务层与后台支撑层设计的主流开发技术，在保证核心功能完整的基础上，体现便捷简约的设计理念，内置ACARS多路分发系统以保证空地数据链传输稳定正常。如图4所示。

现南方航空已根据此架构设计出初始版的移动应用并已投入真实监控使用。

2.4 监控场景模拟

某机务支援人员在使用手机中突然看到手机状态栏跳出红色警告信息，之后立即登录ARMS移动端APP，APP直接进入到主页面，后点击TOOLS工具栏中的客户化飞机监控列表，在第一层故障监控界面中看到此飞机的飞机号、航班号、起飞机场、到达机场、OOOI状态显示飞机还未落地，点击故障框进入第二层故障监控界面，看到核心故障信息“APU AUTO SHUT DOWN”，点击进入第三层故障监控页面，看到故障完整打印机页面，点击手册关联按钮，查询相应排故手册，同时点击大地图监控按钮查询飞机具体位置。

3 总结与展望

飞机健康管理系统移动端设计与应用是现今“互联网+”经济形态发展的必然趋势，是飞机健康监控领域的一种全新操作模式。本文通过梳理系统移动应用需考虑的典型因素，提出一种系统移动平台设计与开发的简要架构方案，并研发出初始移动版本应用到南方航空机队监控中。

现南方航空研发的版本还有很多缺陷不足，除了交互体验部分还尚未完善之外，关联手册部分也因原厂的代码封锁未能较好地实现关联，南方航空正在着手进行全新手册查阅平台AAMM移动版设计，届时此系统将会对接AAMM系统，实现手册部分的稳定关联。总之，设计一个完美的飞机健康管理移动版本应用任重而道远，本文仅对此领域作了初步探索，各航空公司与飞机供应商可结合更先进的技术与更完美的设计理念研发符合自身运行且简洁实用的移动版系统应用。

参考文献

[1] BELCASTRO C.M. . Aviation Safety Program： Integrated Vehicle Health Management Technical Plan Summary[C]. NASA Technology Report， 2006.

[2] 熊天翔.飞机健康管理综述[J].科技咨讯，2011（29）.

[3] 凯 S.霍斯特曼（Cay S.Horstmann ）. Java核心技术 [M] 北京：机械工业出版社.

作者简介

任明翔，中国民航局高级工程师任职资格，主要从事机载信息领域工程技术管理工作。

魏弘平，中级工程师，主要从事飞机健康管理产品规划与设计、飞机故障大数据分析、机务数字化建设、技术支援等工作。