崔利杰, 祖成昊, 鄭宇洋, 孫曉光, 李 澤

(1. 空軍工程大學(xué) 裝備管理與安全工程學(xué)院， 西安 710051； 2. 中國人民解放軍95885部隊(duì)， 西安 710089；3. 中國人民解放軍95906部隊(duì)， 北京 102211； 4. 中國人民解放軍93420部隊(duì)， 河北 石家莊 050066)

·儀器設(shè)備供應(yīng)與管理·

基于樹莓派的航空維修質(zhì)量檢查手持終端開發(fā)

崔利杰1, 祖成昊2, 鄭宇洋3, 孫曉光4, 李 澤1

(1. 空軍工程大學(xué) 裝備管理與安全工程學(xué)院， 西安 710051； 2. 中國人民解放軍95885部隊(duì)， 西安 710089；3. 中國人民解放軍95906部隊(duì)， 北京 102211； 4. 中國人民解放軍93420部隊(duì)， 河北 石家莊 050066)

為解決航空領(lǐng)域存在的維修質(zhì)量檢查工作不到位進(jìn)而導(dǎo)致安全性事件的問題，根據(jù)持續(xù)適航思想和安全管理體系要求，開發(fā)了一套基于樹莓派的航空維修質(zhì)量檢查手持終端，通過讀取數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)庫，各級(jí)檢查人員能夠快速顯示飛機(jī)的維修質(zhì)量檢查要素以指導(dǎo)檢查過程；基于RFID的位置識(shí)別與基于指紋識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了各類人員權(quán)限和飛機(jī)身份驗(yàn)證及位置識(shí)別，通過現(xiàn)場照相和信息記錄模塊，實(shí)現(xiàn)了檢查記錄的可追溯，為檢查人員提供信息化支持并能實(shí)現(xiàn)對檢查人員工作完成情況的監(jiān)管。結(jié)合實(shí)際工作改進(jìn)完善后，該設(shè)備可以滿足民航機(jī)種較多的使用要求，也能保證并記錄檢查人員的工作情況，從而達(dá)到檢查和提升航空維修質(zhì)量的目的。

航空機(jī)務(wù); 維修復(fù)查; 樹莓派; 射頻識(shí)別; 指紋識(shí)別; 數(shù)據(jù)庫

0 引 言

航空業(yè)的高速發(fā)展為人們帶來便利的出行條件和豐厚的經(jīng)濟(jì)回報(bào)的同時(shí)，也給航空安全提出了新的要求和挑戰(zhàn)[1]。特別是隨著技術(shù)水平的不斷提升，各類民航飛機(jī)復(fù)雜程度日益加深，機(jī)載的信息化設(shè)備不斷增多，設(shè)備的集成度也達(dá)到前所未有的程度，這給各類飛機(jī)維修機(jī)構(gòu)的維修質(zhì)量水平和檢查能力提出了新要求。近年來，由于維護(hù)原因引起的飛行事故和事故征候多次出現(xiàn)，通過分析這些不安全事件可以發(fā)現(xiàn)這些事故或事故征候很多是由于維修人員在機(jī)務(wù)工作中發(fā)生過不必要的錯(cuò)誤引發(fā)的[2]，絕大多數(shù)維護(hù)原因事故或事故征候與維修管理人員能力水平不足、監(jiān)管不到位、不規(guī)范有關(guān)。如果能夠加強(qiáng)對維修質(zhì)量的監(jiān)管和檢查力度，這些事故或事故征候都完全可以避免。

實(shí)際上，民機(jī)的持續(xù)適航定義即確保所有航空器在其整個(gè)使用壽命內(nèi)的任何時(shí)候都能遵守現(xiàn)行有效的適航要求，并處于安全運(yùn)行狀態(tài)的所有工作過程而開展的[2-3]。近年來，各航空公司通過安全管理體系(SMS)[4]，建立了從標(biāo)準(zhǔn)到組織框架，各項(xiàng)機(jī)務(wù)維修質(zhì)量保證系統(tǒng)以及人員培訓(xùn)管控系統(tǒng)，有效解決飛機(jī)在使用維護(hù)中的各類問題。但在實(shí)際工作中，由于機(jī)種增多、任務(wù)加大、培訓(xùn)不足等原因，仍然存在一些維修質(zhì)量檢查不到位、不統(tǒng)一、不規(guī)范的問題[5-7]，這些問題存在可能會(huì)給民航運(yùn)輸安全帶來巨大的安全隱患。

為了應(yīng)對上述問題，考慮采用信息化的理念來加強(qiáng)手段建設(shè)，提升維修質(zhì)量檢查的水平和追溯性，以彌補(bǔ)當(dāng)前部分機(jī)構(gòu)對維修質(zhì)量檢查不足的問題?；诖耍疚脑O(shè)計(jì)一種航空維修質(zhì)量檢查手持終端設(shè)備，滿足各維修機(jī)構(gòu)管理人員開展航空維修質(zhì)量監(jiān)管和檢查過程中尋求標(biāo)準(zhǔn)支持及信息記錄的功能。

1 設(shè)備需求分析及流程設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)備需求分析

通過前期調(diào)研了解到，各維修機(jī)構(gòu)所需的手持終端需要將各機(jī)種、甚至各型機(jī)檢查信息提前注入[8-9]，在監(jiān)管工作中給予相應(yīng)人員必要的信息支持和標(biāo)準(zhǔn)呈現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)對維修質(zhì)量檢查的信息化支持，同時(shí)能通過數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄和上傳功能，將各類管理人員的監(jiān)管和檢查信息上傳，實(shí)現(xiàn)對管理人員開展監(jiān)管工作的管理查詢功能，確保信息的可追溯性。

通過調(diào)研和收集相關(guān)資料了解到[10]，維修管理人員在對維修質(zhì)量進(jìn)行檢查的時(shí)候：① 需要進(jìn)行身份和飛機(jī)信息的確認(rèn)，在核對完權(quán)限之后，才能按照設(shè)備上提示的操作流程，逐步對飛機(jī)的維修工作進(jìn)行檢查;② 在檢查時(shí)，需要通過在飛機(jī)上關(guān)鍵位置預(yù)設(shè)射頻識(shí)別點(diǎn)，在每一步都需要進(jìn)行位置確認(rèn)，以確認(rèn)檢查人員是否到確實(shí)到位檢查，并且在每步工作流程基于必要的提示和判斷標(biāo)準(zhǔn)，以提升檢查的規(guī)范性和標(biāo)準(zhǔn)化程度；③ 對于檢查中出現(xiàn)不符合項(xiàng)要存有記錄，一般通過拍照進(jìn)行記錄；④ 設(shè)備應(yīng)能夠生成一架飛機(jī)的機(jī)務(wù)檢查報(bào)告并輸出相關(guān)的圖片。本設(shè)備不僅實(shí)現(xiàn)了對操作人員的技術(shù)支持，而且更加確保了工作的到位情況。相比于各航空公司普遍使用的工卡式管理，這樣的檢查方法既可以確保維修管理人員真正的對影響飛行安全的關(guān)鍵要素進(jìn)行了檢查，又能夠利用信息化手段實(shí)現(xiàn)對維修管理人員實(shí)現(xiàn)有效的監(jiān)管。在實(shí)施過程中，還可以根據(jù)實(shí)際需求對檢查要素進(jìn)行實(shí)時(shí)更新[11]，以保證檢查工作的即時(shí)性。

1.2 設(shè)備流程設(shè)計(jì)

根據(jù)需求分析對設(shè)備的功能有以下要求：

(1) 通過用戶名和密碼登錄，以及指紋識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對維修質(zhì)量管理人員的識(shí)別。

(2) 通過讀取IC卡，或者是二維碼識(shí)來獲取信息，來判斷當(dāng)前檢查飛機(jī)的型號(hào)，編號(hào)和檢查位置。

(3) 根據(jù)當(dāng)前檢查的位置，顯示必要的檢查提示信息，來幫助維修質(zhì)量管理人員完成檢查工作。

(4) 打開攝像頭，進(jìn)行照相，讀取圖片和保存圖片。

(5) 現(xiàn)實(shí)檢查結(jié)果，并可以記錄檢查過程和檢查結(jié)果并導(dǎo)出。

(6) 通過數(shù)據(jù)庫來讀取飛機(jī)檢查信息，并將數(shù)據(jù)庫連接到網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)及時(shí)更新檢查信息的要求。并將每次檢查的結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫，以實(shí)現(xiàn)未來基于大數(shù)據(jù)下的飛機(jī)維修，提高維修效率。

將上述功能，按照設(shè)計(jì)需求，設(shè)計(jì)如圖1所示的流程，實(shí)現(xiàn)對維修質(zhì)量檢查的支持和監(jiān)督。

圖1 設(shè)備功能流程

2 設(shè)備總體設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)功能流程設(shè)計(jì)，需要實(shí)現(xiàn)的功能有IC卡識(shí)別，照相，指紋識(shí)別，計(jì)算處理，顯示。所以相應(yīng)可以確定出需要的設(shè)備有：計(jì)算機(jī)，顯示器，照相模塊，射頻識(shí)別模塊，指紋識(shí)別模塊，其關(guān)系圖如圖2所示。在這些模塊的硬件設(shè)備基礎(chǔ)之上，進(jìn)行軟件的開發(fā)，以實(shí)現(xiàn)預(yù)計(jì)的功能。

圖2 模塊關(guān)系圖

樹莓派是設(shè)備的最主要的部分[12-13]。它自身集成了CPU、GPU、內(nèi)存、硬盤、接口等部分。所有的外設(shè)與它進(jìn)行連接，樹莓派來控制這些外設(shè)，獲取并處理數(shù)據(jù)將設(shè)備的各部分整合在一起。

顯示器作為一個(gè)最主要的IO設(shè)備，是操作人員獲取信息的重要接口。由于手持終端的體積限制，很難再安裝鍵盤，故顯示器自身繼承了觸屏功能，來幫助操作人員完成與設(shè)備的交互。

攝像頭用來采集外部圖像。指紋識(shí)別用來識(shí)別用戶指紋，并完成身份的確認(rèn)。RFID模塊用來識(shí)別IC卡上的信息。這些外設(shè)將采集到的信息傳遞給樹莓派，樹莓派采集到這些信息后，將信息加工處理后，反映到用戶界面，以供用戶使用。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

在確定設(shè)備的各個(gè)模塊并和樹莓派連接之后，需要為硬件添加軟件支持，首先配置樹莓派主機(jī)的軟件環(huán)境，然后實(shí)現(xiàn)照相軟件、RFID識(shí)別軟件的功能，設(shè)計(jì)主程序與各模塊的通信方式及代碼以及手持終端適航監(jiān)管設(shè)備的人機(jī)交互界面。

根據(jù)功能流程設(shè)計(jì)，本設(shè)備最終要形成一個(gè)成熟的軟件，相應(yīng)的模塊功能都要集成在這個(gè)軟件中。所以必須要考慮到模塊間的通信方式。樹莓派系統(tǒng)基于Linux，軟件所需的普通表格式數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行儲(chǔ)存和調(diào)用，涉及軟件輸出的數(shù)據(jù)可用臨時(shí)的文本文件進(jìn)行儲(chǔ)存[14]。

所以照相軟件可以調(diào)用攝像頭，并在指定目錄下生成一個(gè)臨時(shí)的圖像文件。RFID模塊可以讀寫IC卡，并將讀入的信息，在指定目錄下生成一個(gè)臨時(shí)的文本文件。指紋模塊可以讀取信息，并在指定目錄下生成一個(gè)文本文件。主程序可以調(diào)用這些程序，并能讀取輸出的文件，顯示在指定界面中。完成檢查之后，在指定目錄下，生成相應(yīng)的檢查記錄的文本文件和圖像文件，最終為解決持續(xù)適航管理工作提供了一整套解決方案。

2.3 圖形界面設(shè)計(jì)

軟件主要通過GUI(圖形用戶界面)與用戶交互，給予用戶必要的顯示信息并提供方便的控制，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的各種功能。嵌入式設(shè)備由于其自身計(jì)算能力的限制，故對GUI有直觀、可靠、占用系統(tǒng)資源小、處理計(jì)算快速的要求，且由于嵌入式系統(tǒng)目前版本各異，為方便以后的平臺(tái)移植，需要軟件有高度可移植性，以適應(yīng)不同的硬件條件下的使用要求。

本設(shè)備的GUI的開發(fā)工具是Qt/Embedded，它是由挪威Trolltech公司開發(fā)的一個(gè)能夠跨平臺(tái)的C++圖形用戶界面應(yīng)用程序開發(fā)框架[15]。Qt擁有直觀、強(qiáng)大的API (應(yīng)用程序接口)，能夠支持非常多的平臺(tái)，并且所有平臺(tái)的API是一致的，也就是說，在一個(gè)平臺(tái)上所寫的應(yīng)用程序，經(jīng)過重新編譯和連接便能運(yùn)行在另外一個(gè)新的平臺(tái)上。

信號(hào)和槽機(jī)制是Qt的核心機(jī)制，它是一種高級(jí)接口，應(yīng)用于對象之間的通信。當(dāng)某個(gè)對象發(fā)送一個(gè)信號(hào)時(shí)，如按鈕的單擊，通過調(diào)用QObject對象的connect函數(shù)來將這個(gè)信號(hào)和另外一個(gè)槽函數(shù)相關(guān)聯(lián)，當(dāng)這個(gè)信號(hào)發(fā)出時(shí)，這個(gè)槽函數(shù)立即執(zhí)行。本系統(tǒng)主要用信號(hào)和槽機(jī)制完成了軟件間的調(diào)用，通信，現(xiàn)實(shí)了預(yù)期的功能。本設(shè)備的各級(jí)頁面及槽函數(shù)的功能示意圖如3所示。

圖3 界面及槽函數(shù)功能示意圖

3 結(jié) 語

本文研究設(shè)計(jì)了基于樹莓派的維修質(zhì)量復(fù)檢手持終端，實(shí)現(xiàn)了設(shè)想的管理需求和功能需求，該系統(tǒng)在最大程度上實(shí)現(xiàn)了維修質(zhì)量復(fù)檢的信息化支持與管理，尤其體現(xiàn)在低成本的硬件方案，以開源樹莓派為核心，通過運(yùn)用RFID識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度、低時(shí)延、低成本的位置檢測，以及指紋識(shí)別的人員權(quán)限管理，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能。

[1] 杰弗里·托馬斯等著. 航空發(fā)展的歷程和真相[M]. 陳迎春，劉洪譯.上海：上海交通大學(xué)出版社，2010.

[2] 張曉全，曹 鈞.機(jī)務(wù)維修差錯(cuò)管理新趨勢[J].中國民用航空，2012(5)：15-17.

[3] 趙越讓.適航理念與原則[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2013.

[4] 李書全，錢利軍.航空安全文化運(yùn)行模式研究[J].中國安全科學(xué)報(bào)，2009(9):64-68.

[5] 楊立飛，陳農(nóng)田，趙俊然，等.航空維修單位安全管理體系的構(gòu)建與實(shí)施[J].科技視野，2015(2)：36-38.

[6] 許沁瑩. 淺析民航飛機(jī)的持續(xù)適航管理[J]. 價(jià)值工程，2011(28): 47.

[7] 潘 超.中國持續(xù)適航與維修行業(yè)的現(xiàn)狀分析[J]. 航空維修與工程,2013(4):20-22.

[8] 于志強(qiáng)，溫志渝，謝瑛珂，等.基于樹莓派的多參數(shù)水質(zhì)檢測儀控制系統(tǒng)[J]. 儀表技術(shù)與傳感器,2015(6):20-27.

[9] 李 頎，周 維，薛宇航，等.基于RFID的油田鉆具巡檢手持終端的開發(fā)[J]. 電子器件,2013，36(6):864-868.

[10] 唐有才,王占勇,劉振崗,等. 航空維修差錯(cuò)統(tǒng)計(jì)分析及預(yù)防研究[J]. 航空維修與工程,2012(5)：92-93.

[11] 李龍棋，方美發(fā)，唐曉騰.樹莓派平臺(tái)下的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)[J]. 閩江學(xué)院學(xué)報(bào),2014(5):67-72.

[12] 程國鋼.樹莓派就這么玩[M].北京：電子工業(yè)出版社，2015.

[13] 柯博文.樹莓派(Raspberry Pi)實(shí)戰(zhàn)指南：手把手教你掌握100個(gè)精彩案例[M].北京：清華大學(xué)出版社，2015.

[14] 華清遠(yuǎn)見嵌入式培訓(xùn)中心.嵌入式Linux應(yīng)用程序開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)教程 [M]. 2版. 北京：人民郵電出版社，2009.

[15] Jasmin Blanchette, Mark Summerfield.C++ GUI Qt4編程 [M]. 2版. 北京：電子工業(yè)出版社，2013.

The Development of Handheld Aeronautical Maintenance Quality Inspection Equipment Based on Raspberry Pi

CUILijie1,ZUChenghao2,ZHENGYuyang3,SUNXiaoguang3,LIZe1

(1. Equipment Management and Safety Engineering College, Air Force Engineering University,Xi’an 710051, China; 2. Unit 95885 of PLA, Xi’an 710089, China; 3. Unit 95906 of PLA,Beijin 102211, China; 4. Unit 93420 of PLA, Shijiazhuang 050066, Hebei, China)

To solve the safety problems resulted from the weakness existed in aeronautical maintenance quality inspection, according to continue airworthiness ideology and requirement of safety management system, the authors developed a set of handheld aeronautical maintenance quality inspection equipment. By means of reading data, updating the database in real time, all inspectors with different levels can review the maintenance quality inspection factors and instruct the maintaining process rapidly. Based on the position and fingerprint identification of RFID, the functions of identifying personal status and position and authentication of aircraft are achieved. By using scene photography and information record module, the traceability of the check records is realized, information support for inspectors is provided, and the supervising of the performance of work of inspectors is also achieved. After completion of the produce combined with work experience, this equipment can meet various requirements of civil aircraft, can also record the performance of work of inspectors, thereby it achieved the purpose of checking and improving the quality of aeronautical maintenance.

aviation maintenance; maintenance review; Raspberry Pi; radio frequency identification (RFID); fingerprint identification; database

2016-10-15

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(71401174)

崔利杰(1979-)，男，河南許昌人，博士，副教授，研究方向?yàn)楹娇瞻踩?、適航管理與技術(shù)。

Tel.：13488192369; E-mail：lijie_cui@163.com

TP 277

A

1006-7167(2017)06-0278-03