民用飞机BITE技术研究

摘 要：随着航空电子设备复杂化和集成化，民用飞机机载设备的维修已由面向单独的机载电子设备，转变为基于机载维护系统的维修。其中BITE技术是机载维护系统的重要组成部分。文章描述了机载维护系统与BITE之间的关系，中央维护系统和BITE的类型，最后提出了当前BITE设计过程中应考虑的内容。

关键词：BITE；机载维护系统；中央维护系统

1 概述

在上世纪八十年代到九十年代初，航空电子设备都是基于多个单独的航线可替换组件（LRU， Line Replaceable Unit），在维修上也是面向LRU。随着航空电子设备复杂度和集成度的提高以及航空维修技术的发展，从上世纪九十年代开始，在很多大型客机上航空电子设备的维护大多是基于使用机载维护系统。机载维护系统主要包含一个飞机状态监控系统，一个中央维护系统（CMS， Central Maintenance System）以及每个系统内的自检测（BITE， Built-in Test Equipment）。文章的主要目的是为飞机系统BITE的设计提出总体要求。

2 CMS与BITE

中央维护系统最主要的目的就是当系统/设备发生故障或失效时，通过显示故障和失效数据的方式提示维修人员发生故障和失效的系统/设备或飞机线路，帮助维修人员对飞机进行维修，减轻维修人员的工作负担。

中央维护系统主要包含两种形式，一种是独立的中央维护计算机（CMC，Central Maintenance Computer），另一种是驻留于其他机载设备平台中的中央维护功能（CMF，Central Maintenance Function）。

成员系统是指直接或间接与CMC 或CMF 有接口的飞机系统。非成员系统是指那些与CMC或CMF没有电子接口，不能向CMC或CMF报告故障或失效状态的系统。非成员系统一般没有自动BITE，其维修活动通过机载维护文档实现。

BITE与CMC或CMF之间的通信主要有两种模式：（1）正常模式：报告从BITE传输至CMC/CMF的一种方式；（2）交互模式：在BITE与CMC/CMF之间，对测试和特定的BITE数据存储进行双向通信。

3 CMS标准

CMS有两种标准形态，标准A和标准B。

3.1 标准A

标准A基于中央维护计算机的使用。中央维护计算机的基本功能如下：（1）接收来自于成员系统的故障和失效数据；（2）分类、整合故障和失效数据；（3）将故障和失效数据与驾驶舱效应相关联；（4）按照标准格式存储、显示和下载故障和失效数据；（5）帮助制定成员系统执行地面测试，如更换验证测试，系统操作测试，系统功能测试，调整测试等；（6）显示所有成员系统的软硬件设备的构型数据，包括件号和序列号。

在AIRBUS 340/330以及BOEING 747上，中央维护系统是由安装在电子电气设备舱的两台CMC组成，两台CMC可以获得所有电子设备的BITE信息。正常模式下，两台CMC中的主CMC（CMC1）会通过单独的数据总线与成员系统进行通信，若CMC1失效，则内部转换装置就会连接数据总线到备用CMC（CMC2）。

3.2 标准B

标准B基于以机载服务器为平台的中央维护功能的使用。中央维护功能具备所有标准A中CMC的功能。

BOEING 777/787以及AIRBUS 380/350均采用了这种形式。

3.3 BITE类型

按照BITE如何与CMC或CMF通信方式的标准，BITE分为以下三种类型：（1）类型1：BITE与CMC或CMF双向数字通信，如：两条ARINC429总线或一条ARINC664总线；（2）类型2：BITE向CMC或CMF单向数字通信且至少有一个CMC或CMF发出的离散信号，如：一条ARINC429总线和至少一个离散信号。离散信号可以是开始一个试验或开始传输额外的航线维护信息数据；（3）类型3：BITE仅通过离散信号与CMC或CMF通信。既没有输入总线也没有输出总线，并且有有限个离散连接的系统。

对于类型1，成员系统应能与CMC或CMF进行正常模式和交互模式的通信；对于类型2，成员系统应能与CMC或CMF进行正常模式的通信，并且能在交互模式的试验中发送离散信息。

4 BITE设计考虑

4.1 设计原理

针对维护工作，BITE 需具备以下功能：（1）分析、合并和处理系统故障，并将其隔离到产生故障的根源LRU上； （2）控制和执行系统测试；（3）记录和存储所有的故障数据和测试结果到设备非易失存储器中。

4.2 监控与测试

BITE有两种技术方法检测故障：（1）监控技术。监控是一种非干扰技术，主要是基于对命令信号和模型（物理上硬件冗余或理论上的软件模型）进行对比。监测被认为是一种程序的运行。（2）测试技术。这种测试被认为是一种干扰技术，测试时产生激励信号来检测故障。测试可以是自动或手动的。测试包含三种类型。（3）通电自检测试-安全性测试。无论对于“标准A”还是“标准B”的中央维护系统，该种测试都是必须的。（4）循环测试。除非有特殊需求，否则不需要使用循环测试。（5）手动测试。在交互模式中，这些测试被手动激励。无论对于“标准A”还是“标准B”的中央维护系统，该种测试都是必须的。

4.3 内置备用容量

除非有硬件技术上面的规定，否则内置备用容量的失效一定不能导致拆除LRU。

4.4 故障隔离

故障隔离能确定或识别故障或失效的LRU＼以及有问题的飞机线路。故障隔离程序是故障或失效检测所要求的。在检测过程中，应该分析所有与故障或失效相关的数据，故障隔离过程的结果就是一条失效信息。如果组件内部故障检测工作是供应商负责的，那么供应商也应对故障隔离程序负责。对组件内的故障或失效信息，供应商须证明故障隔离的准确性。

4.5 CMS BITE要求

CMS BITE需要具有以下特性：（1）通电自检测试。通电自检测试必须在地面上进行，并且要符合下列条件之一：a.电源持续断开超过5秒后；b.硬件自动重启时；c.手动重启时；d.在交互模式下发出请求时。（2）BITE数据定义。BITE必须包含检测和存储两种类型的数据：a.故障或失效数据：BITE的故障隔离过程产生的结果；b.原始数据：BITE进行故障隔离过程使用的主要数据，主要用于车间维修。对于“标准B”的中央维护系统，BITE还应存储监控CMF软件运行状态的参数。（3）数据存储。对测试出的故障或失效，其数据应存储在设备非易失性存储器中。存储逻辑应必须使飞行中存储的信息不受地面操作（例如排故，检查单，电源中断等）的影响。这就需要用地面或飞行其他信息来防止存储的飞行故障被覆盖。（4）数据传输。类型1，类型2和类型3的BITE应按照总线协议与“标准A”以及“标准B”的中央维护系统进行数据的双向或单向传输。

5 结束语

现代大型客机中已越来越重视机载维护系统的使用，而BITE是机载维护系统重要的组成部分，如何研制出高性能的BITE设备，已成为各大飞机制造商以及航空公司关注的焦点。文章描述了机载维护系统与BITE之间的关系，中央维护系统和BITE的类型，最后提出了当前BITE设计过程中应考虑的内容。

参考文献

[1]ARINC604-1， GUIDANCE FOR DESIGN AND USE OF BUILT-IN TESTEQUIPMENT[Z].

[2]ARINC624-1， DESIGN GUIDANCE FOR ONBOARD MAINTENANCE SYSTEM[Z].

作者简介：王健（1983，4-），男，汉，籍贯：安徽省淮北市，单位：上海飞机设计研究院总体气动设计部，职称：工程师，学位：硕士，研究方向：飞机健康管理技术研究、机载维护系统设计。