IA ACARS在民机运营维修中的应用
飞机通信寻址与报告系统（ACARS）主要是应用航空领域数字式无线通信技术，借助飞机的数据链通信系统，实现飞机与地面之间自动的无线数据交换，使飞机作为移动的终端设备与航空公司地面系统进行连接，从而提高航空公司对机队的监控和运营能力，进而提高飞机利用率、降低运营和维修成本。目前，与该系统相关的机载设备已经成为主流民航客机必装的机载设备之一，而民机制造商对该系统相关应用的开发也日益重视。在数据链系统出现之前，地面人员和飞行人员之间的所有交流只能通过语音进行。这种通信以甚高频或高频语音无线电通信方式实现。20世纪90年代早期卫星通信技术的引入，使这种通信模式得到了进一步加强。航空公司为了减少机组人员的工作负荷，提高数据的完整性，在20世纪80年代末引入了ACARS系统。虽然ACARS通常出现在关于数据链设备（航空电子系统中的一种现场可更换单元）的叙述中，但这个术语实际上是指完整的空中及地面系统。在飞机上，ACARS由一个称为ACARS管理单元(MU)的航电计算机和一个控制显示器单元(CDU)组成。MU用以发送和接受来自地面的甚高频无线电数字报文。在地面，ACARS由一个有多个无线电收发机构成的网络组成，它可以接受（或发送）数据链消息，并将其分发到网络上的不同航空公司。起初，ACARS根据ARINC597标准设计。20世纪90年代所有的数字化飞机都采用了ARINC724B标准。现在，工业领域又出现了新的ARINC规范，称为ARINC758,它是为下一代ACARS管理单元——CMU系统设计的。
ACARS的空地通信网络的示意图。
广义的ACARS由相关机载设备、地面数据服务供应商（DSP）所建设的地面数据服务网络以及地面应用系统三部分组成，可提供空地之间双向的数据通信。
地面数据服务网络主要负责接收和分发飞机下传以及地面上传的ACARS数据，从而支持各种地面应用系统与飞机之间的双向数据通信。目前国内的数据服务主要由民航数据通信有限责任公司（ADCC）负责建设和维护，该公司与美国的罗克韦尔柯林斯旗下的ARINC以及泰国的AEROTHAI组成GLOBALINK/ASIA全球数据服务体系，通过数据共享的方式为飞机提供数据网络服务。其他的数据服务供应商还有欧洲的SITA，日本的AVICOM等。截至2010年年底，我国已建成ACARS VHF地面站122座，覆盖包括香港、澳门在内的主要航路点，用于支持飞机在内陆航线的飞行。
地面应用软件系统主要负责接收来自数据服务供应商的ACARS下传数据，并将其由计算机语言转化为工程值向地面人员进行显示。同时，用户利用地面系统编辑相应的上传ACARS数据，并通过空地数据服务网络上传至指定的飞机，从而实现飞机与地面系统之间的数据通信。目前，飞机制造商、发动机制造商、航空公司以及空管部门等都开发了相应的应用软件系统。
飞机制造商开发的系统有波音的AHM系统、空客的AIRMAN系统以及巴西航空工业公司的AHEAD系统等。这些系统一方面支持航空公司更好地掌握其自身机队的航班运行状态，辅助管理整个机队，并为乘客提供更好的服务；另一方面可实时获取空中飞机的故障信息，辅助地面维修人员掌握飞机的故障状态，以提前安排相关维修工作。
ACARS在航班运行控制中大有可为
航班动态监控
航班动态监控功能主要是利用飞机通信系统产生并自动下传的OOOI报（Out/Off/On/In Report）以及POS报中的工程内容，对航班的运行状态进行全程的监控。地面系统在接收到相应的OUT报文后，即可了解该架飞机所执行的航班的基本信息。航班动态监控功能可以为航空公司签派、机务等部门提供机队飞行运行监视与控制。
地面服务支持
地面服务支持功能主要是利用ACARS上行数据链，将原来需要手动上传或者加载至飞机的信息如舱单、配载平衡数据等电子化，即通过ACARS报文的形式自动上传相应的电子化信息至飞机。如果出现特殊情况，上传的电子化信息有误，地面服务部门也可以与机组通过双向的ACARS数据链进行交流。整个数据传输过程可以1～2min之内完成。该功能可大大简化地面服务流程，提高地面服务效率以及准确率，从而降低相关服务人员的劳动强度。目前，相关地面服务功能已经在国内大部分航空公司运行使用，每天服务国内数千个航班，节约了航空公司的航班运营成本，提高了飞机的正点率。
中转旅客信息服务
中转旅客信息服务功能主要是通过空地ACARS数据链，在飞机落地之前将旅客的中转信息上传至飞机。机载CMU在接收到相关的信息后，将其接至机载娱乐系统，并通过该系统的显示屏显示。相关信息包括后续航班信息（登机口，起飞时间），本次航班进港机位信息，行李提取相关信息等。该功能将原来的地面服务窗口推送至机上，减少了旅客四处查找相关信息的麻烦，目前该服务已经在国内各大航空公司和机场推广应用，提高了旅客对中转服务的满意度。
飞机间数据通信服务
飞机间数据通信服务功能是指利用ACARS双向数据链实现不同飞机机组之间的实时数据通信，与日常使用的手机的微信功能类似。飞行员通过MCDU选择编辑相应的自由报文信息，其中包括目标飞机的航班号或者机尾号，然后通过ACARS数据链发送至地面。地面数据服务供应商就会按照报文内容，将相关的数据路由至指定的目标飞机。整个通信过程可以在30s内完成，并且不受空域、飞行区域、飞机以及机载设备型号的影响，飞行机组效率显著提升。
ACARS提升维修效率
故障信息的实时监控
对于飞机故障信息的实时监控功能是目前ACARS应用最为广泛的领域。飞机的中央维修系统（CMS）或者机载维修系统（OMS）可以收集各个机载系统的故障数据，并选择其中比较重要的故障信息（如对后续签派放行有影响），通过ACARS数据链实时下传至地面。地面维修人员在接收到相应的故障信息后，可在飞机落地之前安排好合适的维修人员以及所需要的航材和工具，从而在飞机落地的第一时间有效地组织排故工作，提高排故效率和飞机的准点率。
例如，波音777飞机所定义的故障相关报文多达10种（表1）。对于前9种故障报文，航空公司可以选择在某一飞行阶段（比如下降起点、着陆滑跑以及发动机关车等）触发并通过ACARS数据链自动下传至地面。对于实时事件（RTE）报文，如果航空公司选择通过ACARS数据链实时下传，那么当飞机发生某一故障时，与该故障相关的所有维修信息将被立即打包并通过该报文下传至地面。目前，在国内航空公司应用比较广泛的是当前航段故障总结报（PLF）以及实时事件报（RTE）两种报文，对应的ACARS报文触发逻辑分别为着陆滑跑飞行阶段以及实时下传。
空客系列机型的故障相关报文比较简单，对于实时故障和实时警告，如果航空公司选择通过ACARS数据链实时下传，那么当飞机发生某一故障或者警告时，与该故障或者警告相关的所有信息将被立即打包，并通过对应的报文下传至地面。而对于航后报，通常是在飞行结束以后，通过ACARS数据链实时下传当前航段所发生的所有故障和警告信息。
地面系统在接收到相应的ACARS报文并对其进行解码后，维修人员可以利用报文中的维修代码对需要做的维修工作在故障隔离手册（FIM/TSM）以及飞机维修手册（AMM）进行定位，并提前安排相应的维修工作。同时，对于无法隔离到单个数据处理模块的故障信息，部分先进的地面系统还可以提供其全球机队的维修历史统计数据作为参考，以便更好地定位失效航线可更换装置（LRU）。
勤务信息的实时监控
勤务信息主要包括辅助动力装置（APU）起动机滑油、发动机滑油、氧气、轮胎胎压和液压油等。CMS以及机组告警系统（CAS）探测到相应信息后，会通过ACARS报文的形式将相关信息打包并下传至地面。勤务信息的实时监控功能实际是ACARS在故障实时监控功能基础上的功能拓展，主要利用ACARS数据链实时下传飞机的勤务数据，远程监控并及时识别需要进行的勤务工作，方便用户减少不必要的勤务检查工作来合理安排飞机的日常维修，提高效率。
部分地面系统还可以利用飞机状态监控系统（ACMS）产生的发动机相关ACARS报文中的勤务状态数据，对勤务信息的发展趋势进行提前预测，从而提前制订相应的勤务工作计划，确保勤务相关故障或者警告信息被探测到之前完成相应的勤务工作，以免影响飞机的正常运行。
辅助故障诊断
对于某些复杂的故障（如系统交联故障）来说，地面维修人员仅仅依靠故障代码无法将故障隔离至单个LRU。而统计的历史故障数据对特定故障信息的支持也是非常有限的。因此，地面维修人员就需要获得更多的实时机载数据，用于支持对复杂故障的进一步诊断。而ACARS可以帮助地面人员实时获取飞机上指定时间区间内的指定参数，从而辅助进行深入的故障诊断。
在部分波音飞机上，支持数据请求功能集中于CMS中。CMS可以根据上传请求从航电总线上采集ARINC429、ARINC629、离散量以及模拟量数据等各种格式的数据，并通过ACARS报文下传至地面。同时，CMS还支持地面人员对于各个系统的维修参数页（Maintenance Page）中所有参数的实时采集和下传功能。
运行状态监控
系统运行状态监控功能主要是通过机载的飞机状态监控系统（ACMS）来实现的。该系统利用其内部的监控逻辑，实时监控重要系统的运行状态，并在逻辑条件满足时采集对应的系统运行参数，通过ACARS报文的形式实时下传至地面。
报文数据一部分可以用于支持地面系统对重要系统运行状态趋势的预测，另一部分可以作为系统维修和检查工作的输入条件，以便维修人员在飞机落地之前做好相应的准备工作。
综上所述，ACARS在飞机运行领域的有效利用，可以大大减轻航空公司地面人员和飞行员的工作负担，提高数据的完整性和准确性，进而提高航空公司地面服务和旅客服务的水平。同时，地面维修人员还可以通过ACARS实时获取飞机的故障、勤务以及飞机运行状态信息，有效地提高维修工作的信息化、科学化水平，提高维修效率，降低维修成本，并保障飞行安全。
（高飞鹏、黄加阳、陈新霞，上海民用飞机健康监控工程技术研究中心）
版权声明：原文刊载于《国际航空》2016年第1期。欢迎分享，请注明出处。
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