由于大型國產民用飛機設備的迅速發展，使得民機維修業不能滿足發展需求。維修人員不僅要花費大量時間查閱各種紙制技術手冊，還要尋找航材、配件和工具，而且維修檢測的數據分散，難以儲存和查找，人為差錯時有發生。為確保維修質量，提高維修效率，設計具有數字化、網絡化的便攜式國產民用大飛機維修輔助設備具有重要意義[1]。
    便攜式維修輔助設備(PMA)的含義：在維修中采用現代化自動處理設備，包括便攜式電子顯示設備、便攜式維修設備、技術數據讀取器/瀏覽器等。PMA在維修信息系統中既是面向維修技術人員的客戶端裝置，也是維修管理人員發出維修指令、采購備件、故障診斷及預測的直接工具。
    本系統為具有無線聯網功能的可穿戴便攜式國產民用大飛機維修輔助設備，實現維修技術信息的快速查詢，建立飛機設備檢修、測試流程規范，在線維修作業培訓，維修任務管理，基于RFID的航材/工具自動化調配等目標，提高民用飛機運營的安全性和維修的經濟性[2]。
1 PMA系統結構
    便攜式維修輔助設備PMA系統總體設計結構包括設備硬件系統組成和設備軟件實現[3，4]。硬件采用核心板加擴展板的結構方式。核心板主要包括處理器、存儲器，其他部分如LCD/觸摸屏、無線通信模塊、網口、串口等放置在擴展板上；軟件包括嵌入式實時操作系統、GUI圖形用戶界面和系統應用軟件等。系統結構圖如圖1所示。

2 PMA系統硬件設計
2.1 PMA系統硬件連接
    PMA可穿戴便攜式維修輔助設備由頭戴和手持兩部分組成，其硬件連接如圖2所示。

    (1)頭戴部分
    頭戴部分主要包括頭帶照明燈、單目顯示器、攝像頭、麥克風、耳機等外接輸入輸出設備。在設計中大量使用可穿戴計算技術[5]，使多種計算機設備結合在頭部，操作直觀方便，維修人員在與外部取得聯系的同時雙手可以從事其他工作，眼睛能照顧周圍環境和手上動作。
    (2)手持部分
    手持部分采用ARM嵌入式系統，包括電源、無線模塊、鍵盤、觸摸屏等部分。使用手持PMA可將有關數據傳輸到本地數據庫系統中或者通過無線局域網傳輸到維修信息中心，也可將大量專用維修數據下載到可穿戴PMA系統內。維修操作人員可通過手持部分PMA隨時查閱維修手冊、查找零件目錄和其他重要數據，并根據維修需要，選擇觸摸屏或單目顯示器進行顯示輸出。
2.2 PMA硬件組成結構
    PMA硬件組成框圖如圖3所示。

2.2.1 嵌入式微處理器
    PMA系統設計采用S3C2440作為系統的核心嵌入式微處理器。S3C2440處理器是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T處理器核，采用0.18 μm制造工藝的32位微處理器。
2.2.2 S3C2440中央系統各部分模塊實現
    (1)存儲模塊。Flash采用Samsung公司的64 MB Flash芯片K9F5608U0C，用來存放操作系統、系統引導程序和其他在系統掉電后需要保存的用戶數據。SDRAM采用Samsung公司64 MB的SDRAM芯片HY57V51620BT，用做系統內存，主要用來存放執行代碼和變量，是系統啟動之后進行存取操作的存儲器，具有容量大、存取速度快、成本低的特點。SD存儲卡利用S3C2440本身的SD卡接口控制器，支持Multi Media Card（MMC）標準V2.2，實現PMA大數據量的存儲。
    (2)電源管理模塊。ARM處理器核心工作電壓為300 MHz
@1.20 V、400 MHz@1.30 V，I/O工作電壓3.3 V，還準備了5 V電源。電源采用高性能鋰電池，對ARM微處理器和頭戴部分供電，采用電壓轉換電路實現，該電源滿足各部分對于不同電源電壓的要求。
    (3)音視頻編解碼接口模塊。PMA頭戴部分實現語音圖像的輸入輸出。S3C2440內嵌音頻接口電路，支持AC97音頻接口，只需外接音頻編解碼電路即可完成系統的音頻輸入輸出。本系統采用外接編解碼芯片CS4299，CS4299是基于多媒體應用的立體聲編解碼器，兼容AC97 2.2規范，內嵌20位立體聲D/A轉換器和18位立體聲A/D轉換器，可提供高質量音頻輸入輸出。S3C2440內嵌攝像頭接口CAMIF，支持最大4 096×4 096的輸入，2 048×2 048縮放輸入。攝像頭選用中微星ZC301P，30萬像素USB攝像頭。
    (4)無線模塊。無線模塊選用802.11n無線網卡，實現PMA設備與航空維修信息中心無線通信，保證大量數據的上傳下載。系統采用TP-Link的TL-WN821N 11n USB無線網卡，支持協議IEEE 802.11n/g/b，傳輸速率最高可達300 Mb/s，接口為USB，工作在2.4 GHz頻段，覆蓋范圍最遠300 m(因環境而異)。
    (5)LCD/觸摸屏接口模塊。S3C2440A內部有LCD控制器，可以支持STN和TFT屏，還提供了觸摸屏接口外設，可直接與觸摸屏外設進行連接。采用NEC 256K色240×320/3.5英寸TFT真彩液晶屏，帶觸摸屏，用于實現系統界面的顯示。
    (6)以太網接口模塊。在PMA系統中實現與PC機通信的網絡功能，采用DM9000作為以太網的處理芯片。DM9000是一個高度集成而且功耗很低的高速網絡控制器，可以和CPU直接相連，支持10/100 M以太網連接，芯片內部自帶4 K雙字節的SRAM。
3 PMA系統軟件設計
3.1 系統軟件總體框架設計
    選用嵌入式Linux作為操作系統，選用Qt/Embedded作為系統圖形用戶界面。在嵌入式Linux操作系統和Qt/Embedded圖形用戶界面基礎上設計PMA的各部分應用程序軟件。
3.2 嵌入式操作系統
    目前國內外比較流行的嵌入式操作系統有VxWorks、pSOS、Win CE、?滋c/os-II和Linux等。
    考慮到Linux的各種優點，本系統采用嵌入式Linux作為PMA的操作系統。嵌入式Linux管理整個PMA系統的硬件設備并對所有程序進行調度，是軟件系統的核心。Linux移植一般包括啟動加載代碼（Boot loader）的移植、內核移植、驅動程序的編寫、文件系統的構建等。
    Boot loader首先完成硬件設備的初始化，然后設置Linux 內核的啟動參數，最后調用Linux 內核，直接跳轉到Linux 內核的第一條指令處。
    在Linux操作系統上編寫各部分硬件系統的驅動程序，包括LCD觸摸屏顯示驅動、以太網驅動程序、SD卡驅動程序、USB驅動無線網絡驅動等。
    文件系統構成了Linux系統所有數據的基礎。系統設計選用CramFS文件系統，Linux啟動時自動加載文件系統，完成系統的啟動。
3.3 圖形用戶界面
    目前發展比較成熟的GUI系統有MiniGUI、MicroWindows、OpenGUI、Qt/Embedded等。
    Qt/Embedded是為嵌入式設備上的圖形用戶接口和應用開發而定制的C++工具開發包。它通常運行在為多種不同的處理器部署的嵌入式Linux操作系統上。由于Qt/Embedded的良好特性，本系統設計選用Qt/Embedded作為PMA嵌入式系統的圖形用戶界面。
    PMA系統主要展示系統起始用戶登錄界面、IETM技術文檔查詢顯示界面、備件工具查詢申領界面，維修人員與遠程專家交互界面等。在實現系統時要進行界面的不斷切換和刷新，Qt/Embedded的良好特性給系統提供了可靠的顯示。
3.4 系統應用軟件功能實現
    在Linux系統中實現PMA。PMA系統管理應用軟件主要包括用戶基本信息管理、交互式電子技術手冊(IETM)查詢、備件工具查詢申領、維修文檔實時記錄分析、維修監控、遠程技術支持、故障診斷[6]。PMA應用軟件框架結構圖如圖4所示。

3.4.1 電子技術文檔的交互式查詢系統
    維修技術資料的數字化是航空維修系統的發展趨勢，PMA可以提供實時的維修技術資料支持，提供技術資料的交互式查詢、檢索以及更新，以提供部件的詳細數據，縮短維修時間。實際維修現場可以通過紅外條碼掃描儀或者語音圖像輸入輸出設備將維修部件的信息通過無線局域網發送到維修信息中心，經過IETM信息數據庫查詢將維修部件詳細數據發送到PMA系統交互界面上顯示。
3.4.2 維修技術人員基本信息管理系統
    維修技術人員基本信息管理系統包括用戶密碼修改、維修人員個人基本信息、維修計劃任務和維修日志查詢等。將這些基本信息直接以文本形式存儲于本地存儲單元內或通過用戶登錄的同時將數據傳送到PMA上進行臨時保存，主要是便于維修技術人員了解維修情況和管理人員進行管理。
3.4.3 備件工具查詢申領系統
    當維修過程中需要更換維修器件時，在備件工具查詢申領系統中輸入維修需要的器件、工具，通過無線局域網發送到維修信息中心，維修信息中心將這些信息傳送到備件工具管理系統庫，使用RFID等物聯網技術查詢定位，取得備件工具后通過后勤管理部門進行物品的運送，實現備件工具查詢申領需求。
3.4.4 維修技術文檔實時記錄分析系統
    在維修過程中會出現技術人員沒有碰到的一些技術難點，或者是剛上崗的新員工對維修過程經驗不足的情況，這就有必要對維修技術文檔進行實時記錄分析和管理。維修技術文檔實時記錄分析系統有助于維修部門對于維修技術難點、創新點、經驗等各方面的積累。
3.4.5 維修監控系統
    維修人員可以在維修現場以文字或圖像的形式實時地將維修信息輸入到PMA，供維修信息中心維修管理人員對維修活動和航空設備狀態進行監控。
3.4.6 遠程技術支持專家系統
    通過無線網絡技術，PMA可以為維修人員提供詳細的技術數據和遠程技術支持，指導現場維修工作，提高維修效率，降低維修人員的勞動強度和技術要求。遠程技術支持專家系統可以采用文本短消息、語音、視頻圖像的方式在維修人員和遠程專家系統之間進行交互。
3.4.7 常見技術故障診斷系統
    故障診斷與航空設備直接連接，PMA為維修技術人員進行故障診斷，特別對那些沒有內嵌故障診斷與預測的大型復雜航空設備的故障診斷提供方便。診斷過程包括原始數據獲取、信號分析、特征提取、故障推理診斷并給出診斷報告等。故障診斷系統將常見技術故障癥狀和維修處理過程保存在維修信息中心的技術故障數據庫中。
    本文設計了一種便攜式的國產民用大飛機維修輔助設備，詳細介紹了系統的硬件構成及軟件實現，并在S3C2440的開發平臺上對系統進行了具體實現。隨著國產民用大飛機的快速發展，開發具有無線聯網功能的可穿戴便攜式國產民用大飛機維修輔助設備，將有助于整體提高航空維修業的發展水平，保證民用飛機運營的安全性，提高民用飛機維修的效率，降低維修成本。
參考文獻
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[2] 曹原，杜曉明.便攜維修輔助設備(PMA)的應用研究[J].  第一屆維修工程國際學術會議論文集，2006：358-360.
[3] 姜志宏，王暉，孫曉，等.穿戴式輔助維修終端系統KD- PMA的設計[J].兵工自動化，2006，25(9)：21-22.
[4] 蘇建軍，朱紅，劉繼偉，等.便攜式維修檢測組合(PMA-PIP)系統的設計[J].計算機測量與控制，2009，17(12)：2394-2396.
[5] HENDRIK W，TOM N，HOLGER K.Designing a wearable user interface for hands-free interaction in maintenance applications.Proceedings-Fourth Annual IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications Workshops，PerCom Workshops 2006.
[6] 孟飛，呂永健.飛機維修保障中開發和應用PMA的幾點思考建議[J].航空維修與工程，2008(4)：44-47.