(57)【要約】  プロセッサ、構造、およびＳＨＭシステムを含む少なくとも１つのモバイルプラットフォームシステムを備えるモバイルプラットフォーム。ＳＨＭシステムは、構造センサに加えプロセッサも含む。ＳＨＭプロセッサは、モバイルプラットフォームシステムのプロセッサとは別個である。他の好ましい実施例において、モバイルプラットフォームは、飛行制御システム、保守情報システム、およびＩＶＨＭシステムを含む。ＳＨＭシステムは、飛行制御システムからパラメータを受信し、当該パラメータから荷重を計算することができる。代替的に、当該センサは構造荷重センサであり得、ＳＨＭプロセッサがこの構造荷重センサをパラメータとともに使用して、他の構造荷重を計算する。さらに別の好ましい実施例では、モバイルプラットフォームシステムのプロセッサからＳＨＭ機能を分離するステップを含む方法が提供される。この方法はまた、ＳＨＭシステムにＳＨＭ機能を専ら実行させるステップと、当該ＳＨＭシステムと当該モバイルプラットフォームシステムとの間に通信を確立するステップとを含む。
2008505004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モバイルプラットフォームであって、
プロセッサを含む少なくとも１つのモバイルプラットフォームシステムと、
モバイルプラットフォーム構造と、
構造健全性管理（ＳＨＭ）システムとを備え、前記ＳＨＭシステムは、
前記モバイルプラットフォームシステムと通信し、かつ、前記モバイルプラットフォームシステムのプロセッサから分離したＳＨＭプロセッサと、
前記ＳＨＭプロセッサと通信し、かつ、前記モバイルプラットフォーム構造の状況を検知するように構成される少なくとも１つのセンサとを含む、モバイルプラットフォーム。
【請求項２】
前記少なくとも１つのモバイルプラットフォームシステムは、飛行パラメータを検知するように構成される飛行制御システムをさらに含む、請求項１に記載のモバイルプラットフォーム。
【請求項３】
前記ＳＨＭプロセッサは、前記飛行制御システムから前記飛行パラメータを受信するように、そして、前記飛行パラメータから、前記モバイルプラットフォーム構造にかかる荷重を計算するように構成される、請求項２に記載のモバイルプラットフォーム。
【請求項４】
前記構造の一部にかかる荷重を検知する荷重センサをさらに備え、前記ＳＨＭプロセッサはさらに、前記荷重センサと通信するように、そして、前記構造の前記一部にかかる前記荷重および前記飛行パラメータから、前記構造の別の部分にかかる荷重を計算するように構成される、請求項２に記載のモバイルプラットフォーム。
【請求項５】
前記モバイルプラットフォームは航空機である、請求項１に記載のモバイルプラットフォーム。
【請求項６】
前記モバイルプラットフォームシステムは、前記ＳＨＭシステムと通信し、かつ、前記ＳＨＭシステムから情報を受信するための保守情報システムをさらに備える、請求項１に記載のモバイルプラットフォーム。
【請求項７】
衝撃に晒される領域をさらに備え、少なくとも１つのＳＨＭセンサは、衝撃を検知するために、前記衝撃に晒される領域に十分近接して位置付けられる衝撃センサを含む、請求項１に記載のモバイルプラットフォーム。
【請求項８】
前記領域は、貨物区画ドア、乗客用ドア、サービスドア、または調理室の少なくとも１つをさらに含む、請求項７に記載のモバイルプラットフォーム。
【請求項９】
前記少なくとも１つのモバイルプラットフォームシステムはさらに、統合されたモバイルプラットフォーム健全性監視システムをさらに含み、前記ＳＨＭシステムは、前記統合されたモバイルプラットフォーム健全性監視システムから分離しており、前記統合されたモバイルプラットフォーム健全性監視システムと通信する、請求項１に記載のモバイルプラットフォーム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのモバイルプラットフォームシステムは、前記少なくとも１つのモバイルプラットフォームシステムに関連する可用性の要件を有し、前記可用性の要件は、前記ＳＨＭシステムに関連する可用性の要件よりも高い、請求項１に記載のモバイルプラットフォーム。
【請求項１１】
前記ＳＨＭプロセッサはさらに、アルゴリズム、ニューラルネットワーク、またはルックアップテーブルの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のモバイルプラットフォーム。
【請求項１２】
前記ＳＨＭシステムに給電するためのバッテリをさらに備える、請求項１に記載のモバイルプラットフォーム。
【請求項１３】
前記ＳＨＭシステムの地上部分によりサンプリングされるＳＨＭセンサをさらに備える、請求項１に記載のモバイルプラットフォーム。
【請求項１４】
前記ＳＨＭシステムは、分散システムである、請求項１に記載のモバイルプラットフォーム。
【請求項１５】
前記センサは、アクセスすることによってモバイルプラットフォームの部品またはモバイルプラットフォームの構造要素の少なくとも１つの取外しが必要となる位置に配置される、請求項１に記載のモバイルプラットフォーム。
【請求項１６】
前記センサは、前記構造に対する損傷を検出するための損傷センサである、請求項１に記載のモバイルプラットフォーム。
【請求項１７】
前記センサは、腐食に関する状況を検知する、請求項１に記載のモバイルプラットフォーム。
【請求項１８】
専用ＳＨＭセンサをさらに備え、前記専用ＳＨＭセンサは、他のモバイルプラットフォームシステムを介して前記ＳＨＭプロセッサと通信する、請求項１に記載のモバイルプラットフォーム。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのセンサは、洗面所、調理室、床梁、ドア、圧力隔壁、胴体、翼の硬着陸検査領域、垂直安定板の取付部、パイロンと翼との取付部、支柱、胴体クラウンの構造、翼と本体とのフェアリング下の胴体構造、翼小骨、コックピットの窓台、翼中央断面、前記翼中央断面の上方の胴体構造、主ランディングギヤ格納部、およびビルジ領域内の胴体構造からなる群から選択されるほぼ少なくとも１つの位置に配置される、請求項１に記載のモバイルプラットフォーム。
【請求項２０】
構造と、プロセッサを含む少なくとも１つのモバイルプラットフォームシステムとを含むモバイルプラットフォームの健全性を監視する方法であって、
前記少なくとも１つのモバイルプラットフォームシステムの前記プロセッサからシステム健全性管理（ＳＨＭ）機能を分離するステップと、
ＳＨＭプロセッサを含むＳＨＭシステムに、前記ＳＨＭ機能を専ら実行させるステップとを含み、それにより別個のＳＨＭプロセッサは、前記ＳＨＭプロセッサに対するオープンなアーキテクチャを可能にし、前記方法はさらに、
前記ＳＨＭシステムと前記少なくとも１つのモバイルプラットフォームシステムとの間に通信を確立するステップを含む、方法。
【請求項２１】
前記少なくとも１つのモバイルプラットフォームシステムから飛行パラメータを受取るステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記飛行パラメータを用いる前記ＳＨＭプロセッサを用いて、モバイルプラットフォーム構造にかかる荷重を計算するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
モバイルプラットフォーム構造の一部にかかる荷重を検知するステップと、飛行パラメータを受取るステップと、前記飛行パラメータおよび前記検知された荷重を用いて、前記モバイルプラットフォーム構造の別の部分にかかる荷重を計算するステップとをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記モバイルプラットフォームは航空機である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記ＳＨＭシステムから、前記少なくとも１つのモバイルプラットフォームシステムの保守情報システムにデータを通信するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記モバイルプラットフォームの、衝撃に晒される領域への衝撃を検知するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
検知が、前記モバイルプラットフォームの貨物区画ドア、乗客用ドア、サービスドア、または調理室の少なくとも１つの付近に生じるステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２８】
前記ＳＨＭシステムと、前記少なくとも１つのモバイルプラットフォームシステムの統合された車両健全性管理システムとの間で通信するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２９】
前記少なくとも１つのモバイルプラットフォームシステムに関連する可用性の要件を満たすステップと、前記ＳＨＭシステムに関連する可用性の要件を満たすステップとをさらに含み、前記ＳＨＭシステムの可用性の要件は、前記少なくとも１つのモバイルプラットフォームシステムの可用性の要件ほど厳しくない、請求項２０に記載の方法。
【請求項３０】
ＳＨＭ機能を実行するために、アルゴリズム、ニューラルネットワーク、またはルックアップテーブルの少なくとも１つを使用するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項３１】
前記ＳＨＭシステムにバッテリで給電するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項３２】
腐食に関する状況を検知するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項３３】
センサによりＳＨＭに関する状況を検知するステップと、前記少なくとも１つのモバイルプラットフォームシステムを介して前記ＳＨＭシステムに、前記検知された状況を通信するステップとをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項３４】
洗面所、調理室、床梁、ドア、圧力隔壁、胴体、翼の硬着陸検査領域、垂直安定板の取付部、パイロンと翼との取付部、支柱、胴体クラウンの構造、翼と本体とのフェアリング下の胴体構造、翼小骨、コックピットの窓台、翼中央断面、前記翼中央断面の上方の胴体構造、主ランディングギヤ格納部、およびビルジ領域内の胴体構造からなる群から選択されるほぼ少なくとも１つの場所に、ＳＨＭセンサを配置するステップをさらに含む、請求項２０に記載のモバイルプラットフォーム。
【請求項３５】
航空機であって、
プロセッサを含む少なくとも１つの航空機システムを備え、前記少なくとも１つのシステムは、統合された車両健全性管理システムと、飛行パラメータを検知する飛行制御システムとを含み、前記航空機はさらに、
構造と、
構造健全性管理（ＳＨＭ）システムとを備え、前記ＳＨＭシステムは、
前記少なくとも１つの航空機システムプロセッサから分離しており、前記飛行制御システムと通信して前記飛行パラメータから荷重を計算し、ニューラルネットワークを含み、地上に配置されたＳＨＭプロセッサと、
少なくとも１つのセンサとを含み、前記少なくとも１つのセンサは、前記ＳＨＭプロセッサと通信し、かつ、前記航空機の構造の状況を検知するように構成され、前記少なくとも１つのセンサは、衝撃を検知するために、前記航空機の構造の、衝撃に晒される領域の付近に位置付けられた衝撃センサを含み、前記ＳＨＭプロセッサは、前記衝撃の場所を突止めるためのものであり、前記ＳＨＭシステムはさらに、
前記ＳＨＭシステムに給電するためのバッテリを含む、航空機。
【請求項３６】
一群のモバイルプラットフォームのためのシステムであって、
少なくとも１つのモバイルプラットフォームを備え、前記少なくとも１つのモバイルプラットフォームは、
プロセッサを含む少なくとも１つのモバイルプラットフォームシステムと、
モバイルプラットフォーム構造と、
モバイルプラットフォームベースの構造健全性管理（ＳＨＭ）システムとを含み、前記モバイルプラットフォームベースのＳＨＭシステムは、
前記モバイルプラットフォームシステムと通信し、かつ、前記モバイルプラットフォームシステムのプロセッサから分離するＳＨＭプロセッサと、
前記ＳＨＭプロセッサと通信し、かつ、前記モバイルプラットフォーム構造の状況を検知するように構成される少なくとも１つのセンサとを含み、前記システムはさらに、
前記モバイルプラットフォームＳＨＭシステムと通信する、地上ベースのＳＨＭシステムを備える、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
この発明は一般に、構造健全性の管理に関し、より特定的には、航空機等のモバイルプラットフォームの構造健全性を管理するためのシステム、アーキテクチャ、および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
保守費用は、商用航空機および軍用航空機に付随するライフサイクルコストの重要な要素になっている。さらに、金属アルミニウム製航空機の保守経費のほとんどが、腐食防止および腐食制御に関連する。一般的な航空機群に関し、構造上の保守経費全体の７０％は、定期的な（頻度に基づく）保守作業中における、機体の検査時に生じる。より特定的には、検査にかかる経費の大半が、機体の隠れた部分へのアクセスに関連する。保守経費の残り３０％は、検査中に発見された疲労亀裂および他の構造損傷を実際に修復する際に生じる。これらの経費を大局的に見た場合、損傷の修正に費やされる金額の２倍を上回る金額が、当該領域へのアクセス、および損傷を見付けるための検査の実行に費やされる。したがって、総保守費用は、定期的な（頻度に基づく）検査の代わりに、構造損傷および劣化（に加え、それらを生じるおそれのある事象の発現）の自動的な検出と、これらの状況に基づいた保守（すなわち、状況に基づいた保守）との組合せを使用することにより、削減することができる。
【０００３】
従来にはない材料（複合材料等）の使用量が増大することにより、構造全体の健全性を監視するために所望される保守情報の種類が変わりつつある。たとえば、金属腐食に関する情報が次第に所望されなくなっているのに対し、複合部材の健全性を把握するために、さらに別の他の種類の情報が所望される。したがって、所望の情報の組合せの変化により、さまざまなセンサ、特に複合材料を監視するためのセンサを増設することによる、統合型車両健全性管理（ＩＶＨＭ）システムの変更が必要とされる。これらのさらに別のセンサには、以下のものに限定されないが、高帯域構造センサ、腐食センサ、荷重、および慣性センサが含まれる。
【０００４】
ＩＶＨＭシステムは、モバイルプラットフォームの運用者が、自分自身のモバイルプラットフォームの能動部品（観察可能な出力、すなわち信号を生じるという点で機能上能動である電子部品を含む）の作動状態を記述する情報を、収集、記録、および分析することを可能にする。たとえば、最新のターボジェット機には、エンジンを監視し、かつ、その初期不良を検出するためのセンサが備え付けられている。運用者は、初期不良を検出すると、当該初期不良を時間内に是正して、スケジュールの中断を回避することができる。しかしながら、運用者は、ＩＶＨＭが出現するまで、大規模な検査および予防保守のためにエンジンの稼働を定期的に停止しており、このことは、エンジンの稼働停止に値する状況が存在しない場合でも行なわれていた。頻度に基づく検査の手法は、その検査により構造の損傷または劣化が判明したか否かにかかわらず、エンジンの検査による費用を運用者が負担することを求める。また、頻度に基づく検査の手法は、運用者に対し、エンジンの稼働停止による機会費用の負担を強いる。しかしながら、運用者は、エンジンにＩＶＨＭを実装してからは、エンジンの稼働を停止する前に、ＩＶＨＭシステムがエンジンの稼働停止に値する状況を検出するまで一般に待つようになった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＩＶＨＭシステムが対処しない１つの領域が、モバイルプラットフォームの受動構造部材の健全性である。ＩＶＨＭシステムが構造健全性の監視（ＳＨＭ）に対処することができない理由には、ＳＨＭが必要とする大量のデータの操作、およびそれに関する処理の困難性が含まれる。ＩＶＨＭセンサが一般に、相対的に低周波数（すなわち、数十から数百ヘルツ以下）でサンプリングされるのに対し、ＳＨＭセンサは、有用な情報を生じるために、高速サンプリングレート（すなわち、数百から数千ヘルツ以上）を必要とすることが多い。さらに、ＩＶＨＭシステムが一般に、数百からおそらくは千個のセンサを監視するのに対し、効果的なＳＨＭシステムは、その作動範囲内で数万個の構造部材を有し得る。構造センサに関連する、構造部材のこのような数および高いデータレートを考慮した場合、完全に装備された従来のＳＨＭシステムは、飛行用に認定された今日のプロセッサおよびネットワークが提供するスループットを圧倒してしまう。さらに、ＩＶＨＭシステムは、どのようなモバイルプラットフォームシステムとも同様に、費用、重量、電力、および空間を節約する要望により制約を受ける。したがって、ＩＶＨＭのサイズの拡大は望ましいものではない。
【０００６】
したがって、モバイルプラットフォーム用の実用的なＳＨＭシステムを提供する必要性が存在する。
【０００７】
発明の概要
上述の問題に鑑みて、この発明が考案された。この発明は、改善されたＳＨＭシステム、アーキテクチャ、ネットワーク、および方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、構造健全性を監視する必要性に対処するために、自律的なＳＨＭシステム、アーキテクチャ、ネットワーク、および方法を提供し、それにより、状況に基づいた航空機構造の保守を可能にする。したがって、この発明は、保守人員が構造上の劣化および損傷を識別する労作を補助する。また、この発明は、モバイルプラットフォームの構造に必要とされる、頻度に基づく保守の量を減じる。
【０００９】
第１の好ましい実施例において、この発明は、プロセッサを含む少なくとも１つのモバイルプラットフォームシステムを備えるモバイルプラットフォームを提供する。このモバイルプラットフォームは、構造およびＳＨＭシステムも含む。ＳＨＭシステムは、別のプロセッサおよび構造センサを含む。専用のＳＨＭプロセッサは、モバイルプラットフォームシステムのプロセッサとは別個である。別の特定の実施例において、ＳＨＭシステムは、現行のモバイルプラットフォームパラメータを処理して、構造荷重の状況を求めることもできる。特に、飛行機のパラメータは、構造荷重モデルを介してモバイルプラットフォームの荷重に相関していることが考えられるため、どの荷重が興味の対象となっているかに依存して、構造センサを増設する必要なく、当該荷重についての見識を得ることができる。他の好ましい実施例において、モバイルプラットフォームは、飛行制御、保守情報、およびＩＶＨＭシステムを含む。飛行制御システムを有する実施例において、ＳＨＭシステムは、飛行制御システムからパラメータを受信し、当該パラメータから、構造体にかかる荷重を求めることができる。代替的に、センサは構造荷重センサであり得、ＳＨＭプロセッサがこの構造荷重センサをパラメータとともに使用して、さらに他の荷重を求める。さらに別の好ましい実施例において、この発明は、モバイルプラットフォームシステムの既存のプロセッサからＳＨＭ機能を分離するステップを含む方法を提供する。この方法はまた、ＳＨＭシステムにＳＨＭ機能を専ら実行させるステップと、ＳＨＭシステムとモバイルプラットフォームシステムとの間に通信を確立するステップとを含む。
【００１０】
好ましい一実施例において、ＳＨＭシステムは、航空機構造の多数の領域を監視して、日常的な検査を低減または省略することにより、ならびに、偶発的な損傷に対する非破壊
検査の評価および査定、または、規制当局により義務付けられた特定の検査を補助することにより、保守を最小限にする。理想的には、低コストかつ低重量のシステムが、あらゆる種類の損傷に対して１００％の監視を可能にする。しかしながら、ＳＨＭシステムの高い初期費用（センサ費用、ＳＨＭプロセッサ、ソフトウェアおよびネットワークの費用、ＳＨＭの設置費用、および保守費用）は、実装するのに実用的ではない。したがって、好ましい一実施例において、ＳＨＭシステムは、低コストリスクで高リターンを有する領域、たとえば、検査のためのアクセスが難しい領域、または、頻繁な検査もしくは他のコスト要因により高コスト効果を有する領域、たとえば、航空機の洗面所および調理室、床梁、ドア周辺部、圧力隔壁、胴体および翼の硬着陸検査領域、垂直安定板の取付部、パイロンと翼との取付部および支柱、胴体クラウン（fuselage crown）の構造、翼と本体とのフェアリング下の胴体構造、翼小骨、コックピットの窓台、翼中央断面、当該翼中央断面および主ランディングギヤ格納部上方の胴体構造、ならびにビルジ領域内の胴体構造の、付近、上、下、または背後の領域の監視をサポートする。好ましい実施例では、疎らな（または密な）アレイ状のＳＨＭシステムセンサを用いて、問題の管理、非安全性の課題、たとえば音響振動を突止めるための課題をサポートすることもできる。別の好ましい実施例は、飛行機の耐用年数にわたって追加の監視機器を増設するための措置も含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明のさらに別の特徴および利点、ならびに、この発明のさまざまな実施例の構造および動作を、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。
【００１２】
明細書に含まれており、かつ、明細書の一部をなす添付の図面は、この発明の実施例を例示し、説明とともに、この発明の原理を説明する働きを有する。
【００１３】
好ましい実施例の詳細な説明
同じ参照番号が同じ要素を示す添付の図面を参照すると、図１は、この発明の原理に従って構築されたモバイルプラットフォームの平面図を示す。示されるこの例示的なモバイルプラットフォームは、能動部品および受動構造要素を一般に含む商用輸送航空機１０である。しかしながら、モバイルプラットフォーム１０は、航空機、宇宙船、または地上車両もしくは海上車両等のあらゆる種類のモバイルプラットフォームであり得る。航空機１０上のＩＶＨＭシステムは、能動部品の健全性を監視し、専用ＳＨＭシステム（明細書においてより詳細に説明する）は、構造要素の健全性を監視する。監視される構造要素は、胴体１２、１対の翼１４、垂直安定板１６、および１対の水平安定板１８を含む。これらの主要構造要素１２から１８はさらに、当該技術で周知の多くのアセンブリ、サブアセンブリ、および個別部品を含む。一般に、構造要素１２から１８は、互いに対して静止しているが、たとえば翼が曲がることにより明示されるように、何らかの相対運動が、要素間において本質的に生じる。これらの構造要素は、定荷重（航空機１０の重量等）、動荷重（エンジンからの推力等）、過渡荷重（ショック、振動、および衝撃による衝動）を分散させる働きをする。従来より、構造要素１２から１８は、さまざまな金属、特にアルミニウムで形成されている。しかしながら、要素１２から１８は、荷重がかかると従来の材料よりも複雑な態様で作用する複合材料で形成されることが多くなった。すなわち、従来の材料がひずみまたは撓みを呈し得る場合に、複合材料は、たとえば層状に剥離することも考えられる。構造の健全性についての見識が増大するにつれて検査費用が減少するため、航空機の運用者は、機体構造１２から１８、およびそれらのサブアセンブリの監視量を維持するか、または増大させることにより、総保守費用を削減することができる。
【００１４】
図１に示すように、航空機１０は、当該航空機１０にエネルギを付与するか、当該航空機１０を基準として動くか、またはさまざまな他の機能を実行する多くの能動部品も含む。一般的な能動部品またはアセンブリは、１対のエンジン２０、エルロン２２、昇降舵２４、ならびに、それぞれノーズランディングギヤおよびウィングランディングギヤ２６お
よび２８を含む。従来、能動部品２０から２８（およびそれらのサブアセンブリ）を充分に監視するのに必要とされるデータレートが比較的低く、かつセンサ数が比較的少ないことにより、航空機１０に搭載される従来のデータシステムは、航空機１０の能動部分に対してＩＶＨＭを実行することができる。
【００１５】
対照的に、構造部材１２から１８は、数千個の個別部材（たとえば載荷本体パネル、トラス、ストリンガ、小骨等）を含む。多くのＳＨＭセンサ（ひずみセンサ等）が、ＩＶＨＭセンサに類似する比較的低いサンプリングレートで作動する一方で、他の多くのＳＨＭセンサは、より一層高い周波数で作動する。たとえば、ショックセンサ、振動センサ、および超音波非破壊検査用センサは、監視が意図される現象についての適切な見識を提供するために、迅速にサンプリングされなければならない。それとは対照的に、腐食センサは、少ない頻度で（一分間、一週間、または一ヶ月に一度等）サンプリングされてよく、それでもなお、より頻度の低いベースでの（一年に一度等）分析時には、構造の健全性についての適切な知識を提供することができる。したがって、一群として捉えた場合、ＳＨＭセンサは、現行の航空機データシステムが収容するように経済的または実際的に構成され得ない、大量（すなわち高帯域幅）のデータを生成する。
【００１６】
現在、航空機１０の構造の予定された検査は、環境上の考慮事項に対する所定の要素の感受性により主に実施されているが、疲労および偶発的な損傷に対する感受性も同様に、検査の頻度に重要な意味を有する。この発明は、これらの定期的な検査に対する必要性を減じるためのシステム、アーキテクチャ、ネットワーク、および方法を提供する。またこの発明は、戦略的に配置されたセンサおよび自律型ＳＨＭシステムを提供して、予定外の検査に値する事象および状況を検出する。より特定的に、センサは、アクセスが困難な場所に含まれており、これらの領域を検査する必要性を減じる。したがって、この発明は、アクセスすることが難しいこれらの領域へのアクセスおよび検査に必要とされる時間および労力を省略する。また、このアクセスの労作に付随する、航空機の損傷の修復に必要な時間および労力も同様に省略される。さらに、これらの領域の多くが一般に、工場出荷時に封止されている（または環境から保護されている）ため、介入に値する状況が検知されるまで、この優れた工場出荷時の保護シールが維持される。
【００１７】
上で論じた、予定された検査とは対照的に、予定外の検査は現在、偶発的な損傷に対する構造部材の感受性により主に実施される。したがって、この発明は、偶発的な損傷を検出および査定するのに有用なシステム、アーキテクチャ、ネットワーク、および方法も提供する。この発明はまた、予定外の検査の発生が、実際の損傷および劣化に対応するのに必要とされる検査のみになるようにする。「硬着陸」は、このような偶発的損傷を生じ得る事象の一例を表わす。これらの硬着陸は現在、硬着陸により生じた力に晒されたランディングギヤおよび他の構造の、介入性かつ時間のかかる予定外の検査を必要とする。しかしながら、硬着陸の検査のうち、平均で９８から９９％においては損傷が発見されない。したがって、この発明の原理に従うと、影響を受けた領域の検査が望ましいことをＳＨＭシステムが示す硬着陸のうち、１から２％の結果を明示するのに足りる数の予定外の検査のみを実施することが望ましい。これらの利点により、この発明は、航空機の動作不能時間および保守経費を削減する。
【００１８】
次に図２を参照すると、この発明の好ましい一実施例の航空機レベルの図が示される。図示される航空機システムの全体１００は、図示されるように、システムが設けられたネットワーク、またはシステムにより設けられたネットワークを介して通信を行なうシステム１０６、１０８、および１１０を含む。図示されるシステムおよびネットワークのさらに別の詳細は、この明細書に提示される説明の以降の部分に見ることができる。より特定的に、システムデータネットワーク１０６は、健全性管理、アビオニクス、飛行制御、および他の機能と通信することが示される。しかしながら、航空機によっては、これらのさ
まざまなシステムが、データシステムネットワーク１０６等の媒介物を介さずに、互いに直接通信し得ることが考えられる。専用ＳＨＭネットワーク１１０Ａは、保守情報システム１０８とも通信する。保守情報システム１０８は、航空機および地上間のリンク１２８、保守要員のステーション１３０Ａ、航空乗務員のステーション１３０Ｂ、および好ましくはＩＶＨＭ機能１３２を含む。代替的に、ＩＶＨＭアプリケーション（または機能）は、既存のデータネットワーク全体１０６の一部であり得る。航空機および地上間のリンク１２８は、ＳＨＭプロセッサ１３４と地上ＳＨＭシステム１３８との間でＳＨＭデータおよび情報を通信する。代替的に、ＳＨＭシステム１１０は、ＩＶＨＭアプリケーション１３２と並行して、地上ＳＨＭシステム１３８と通信し得る。したがって、航空乗務員が（一般にフライトデッキ上の）航空乗務員のステーション１３０Ｂを介して行い得るように、保守要員は、（地上ベースの保守要員にとって容易にアクセス可能な航空機の領域に配置される）保守要員のステーション１３０Ａを介して、（ＳＨＭデータおよび情報を含む）構造保守に関する情報にアクセスすることができる。
【００１９】
この明細書で論じる「システム」は一般に、さらに説明するように、ソフトウェアアプリケーション、ファームウェア、ニューラルネットワーク、アルゴリズム、ネットワーク、プロセッサ、センサ、データ集線装置、シグナルコンディショナ、および他のハードウェアの組合せを含む。さらに、これらのシステムにより実行される機能が、含まれるこの発明の特定用途に依存してさまざまな態様で分散され得ることを、当業者は認識するであろう。したがって、「システムが機能を実行する」等の句は、システムの一部またはすべてが当該機能の実行に関与し得ることを意味するものと認識されるであろう。たとえば、システムが「ネットワーク」を含み得るため、システムは、当該システムのネットワークを介して他のシステムと通信し得る。当然ながら、ネットワークは一般に、さまざまなノード（または点）、それらの間の通信路、および関連するソフトウェアからなる。したがって、明瞭にするために、システムの特定の議論に含まれる主機能が通信を含む場合、「ネットワーク」という用語は通常、当該機能を実行する「システム」の一部を示すために使用される。したがって、任意のシステムのデータシステム１０６がシステム間での通信を主に提供するため、これらのシステムのデータシステム１０６は通常、ネットワークと呼ばれる。さらに、論じられる他のシステム（ＳＨＭシステム１１０等）が一般に、通信以外にも機能を実行するため、これらの他のシステムは通常、ネットワークではなくシステムと呼ばれる。
【００２０】
ＳＨＭシステム１１０に戻ると、専用ＳＨＭシステム１１０は、専用ＳＨＭプロセッサ１３４、構造データモジュールまたは集線装置１３６（マルチプレクサ／デマルチプレクサ等）、運用者が航空機の構造を監視するために所望するだけの数のＳＨＭセンサ１４２、および、これらの間での通信を可能にする専用ネットワーク１１０Ａを含む。データモジュール１３６は、センサ１４２と通信して、所定のアプリケーションに対して選択された機能の分配に従い、状況を信号により伝え、センサデータの収集、記録、予備処理、および処理を行なう。ＳＨＭプロセッサ１３４は、データモジュール１３６からセンサデータを受信して操作し、監視された構造の健全性を確認する。ＳＨＭプロセッサ１３４はまた、システムデータネットワーク全体１０６を介し、（飛行制御システム１１２を含む）他のシステム１１５内のセンサ１４４からもデータを受信し得る。さらに、ＳＨＭシステム１１０が航空機の電力系統から独立し得るように、バッテリがＳＨＭシステム１１０のハードウェア、またはその一部に給電し得る。当然ながら、ＳＨＭシステム１１０は、航空機搭載の電力系統から電力を引込むことも可能である。
【００２１】
ＳＨＭシステムは、他の態様で他のシステム１１５に依存することも考えられる。ＳＨＭシステムがこれらの他のシステム１１５に依存し得る１つの態様が、ＳＨＭシステム１１０が、他のシステム１１５に関連するセンサ１４４により検知された状況に関するデータ（または情報）を受信し得ることである。アビオニックユニットおよび油圧路の温度は
、ＳＨＭシステム１１０がそこからデータおよびＳＨＭ関連情報を受信し得るセンサ１４４の、特定的な例である。加えて、ＳＨＭセンサ１４２がＳＨＭシステム１１０またはそのいずれかの部分から離れた航空機の領域に配置され得ることが時として生じ得る。このような状況において、ＳＨＭセンサ１４２をＳＨＭシステム１１０に直接接続することは実行不能であり得る。したがって、ＳＨＭセンサ１４２は、他のシステム１１５の１つに接続され得、この他のシステム１１５の１つが次いで、センサ１４２からＳＨＭシステム１１０にデータおよび情報を通信する。さらに、ＳＨＭシステム１１０に専用の別個のセンサ１４２が、他のシステム１１５の１つのセンサ１４４と重複することが時として好ましい場合がある。たとえば、ＳＨＭシステム１１０は、このようなデータまたは情報を得るために、飛行制御システム１１２に依存せずに、航空機のピッチレートセンサ１４２を含み得る。
【００２２】
さらに図２は、航空機搭載ＳＨＭシステム１１０と通信して、航空機群のデータベースへのＳＨＭデータのダウンロード、ならびに、ＳＨＭシステム１１０の航空機搭載部分への、ＳＨＭ関連データ、ソフトウェア、および他の情報またはファイルのアップロードを可能にする、地上ベースのＳＨＭデータシステム１３８を示す。他の好ましい実施例において、ＳＨＭシステム１１０の多くは、ノミナル飛行中に航空機から外して位置付けられており、所望される際にＳＨＭシステム１１０の残りの部分に接続される。たとえば、ＳＨＭプロセッサ１３４ならびにいくつかのセンサおよびデータモジュール１３６は、航空機が地上にあるとき、センサ１４２を監視するために作成される適切な接続により、地上ベースにされ得る。これらの実施例において、ＳＨＭシステム１１０に必要とされる重量、電力、および空間の多くは、ノミナル飛行中に、他の場所で利用され得る。
【００２３】
航空機群に関連するＳＨＭシステムの全体は、地上ＳＨＭシステム１３８と、個々の航空機群に関連するＳＨＭシステム１１０の各々とを含む。したがって、ＳＨＭシステムの全体は、地上ＳＨＭシステム１３８（好ましくは、航空機群内のすべての航空機に共通）、乗務員および保守ターミナル１３０Ａおよび１３０Ｂ、ＳＨＭプロセッサ１３４、構造データモジュール１３６、センサ１４２、ならびに、航空機の各々に関連するＳＨＭシステム１１０の他の部分を含む。
【００２４】
図３は、ＳＨＭソフトウェアのいくつかの例示的な入力および出力とともにＳＨＭネットワーク１１０上に存在するＳＨＭソフトウェアの例示的な一実施例を示す。当然ながら、図３により示される機能は、当該システムにより生じるデータおよびネットワークのトラフィックを最適化するように分散され得る。ＳＨＭアプリケーションは、参照番号２００において概略的に示され、図示されるように、使用監視推論器（reasoner）２０２、損傷監視推論器２０４、寿命管理推論器２０６、損傷の診断および予測推論器２０８、航空機群全体に及ぶデータベース２１０、ならびに動向推論器２１２を含む。一般に、使用推論器２０２は、構造が受ける荷重環境に関連する構造の状況を監視および査定することに専念する。したがって、使用推論器２０２は、たとえばひずみセンサ２１４および加速度計２１６と通信して、圧縮荷重、引張り荷重、せん断荷重、振動荷重、衝撃荷重、およびショック荷重を含む、当該構造にかかる荷重に関するリアルタイムのデータを収集する。また、使用推論器２０２は、システムデータネットワーク１０６（図２を参照）と通信して、リアルタイムの飛行パラメータ２１８を受信する。これらの飛行パラメータ２１８は、以下のものに限定されないが、剛体加速（rigid body acceleration）、慣性の測定値、対気速度、温度、圧力、ならびに、操縦面およびランディングギヤの位置を含む。使用モニタ２０２は、監視されたデータから、構造にかかる現時点での荷重と、構造の荷重履歴とに関する情報を生じる。たとえば、使用モニタは、当該構造の疲労査定モデルを含み得、使用モニタは、この疲労査定モデルを使用して、当該構造が受けた疲労に照らして当該構造を評価する。
【００２５】
好ましい一実施例において、使用モニタ２０２は、インテリジェントな荷重監視アルゴリズム、ニューラルネットワーク、または、使用モニタを開発するために使用されたアルゴリズムもしくはニューラルネットワークの結果から導出されるルックアップテーブルを含む。このアルゴリズム、ニューラルネットワーク、またはルックアップテーブルは、ひずみセンサ、加速度計、およびさまざまな飛行パラメータ（以下のものに限定されないが、シンクレート、ロールレート、ピッチ、ピッチレート、対気速度、操縦面の位置、燃料の重量および配分、格納装置、ならびに貨物の構成を含み得る）を監視し、航空機全体の構造部材が受けた荷重に関する情報へと、当該データを変形する。使用モニタ２０２がニューラルネットワークを含む場合、このニューラルネットワークは、機器が備え付けられた構造が受ける、より直接的に検知された荷重から、機器が備え付けられていない構造部材が受けた荷重を求めるように設定されている。したがって、（使用モニタ２０２の）インテリジェントな荷重モニタは、航空機の構造の健全性を監視するのに必要とされる荷重センサの数の削減を可能にする。
【００２６】
図３の使用推論器２０２とは対照的に、損傷推論器２０４は一般に、構造上、損傷または劣化を生じる事象および状況に関連する状況の監視および査定に専念する。したがって、損傷推論器２０４は、亀裂モニタ２２０（受動音響センサ、能動音響センサ、および超音波センサ等）、腐食センサ２２２（湿度センサ、相対湿度センサ、親和性センサ、および腐食副生成物センサ等）、ならびに、能動損傷呼掛器（interrogators）２２４（能動音響センサ等）と通信する。損傷推論器２０４は、監視されたデータから、構造の見込み損傷および劣化、初期損傷および劣化、ならびに実際の損傷および劣化に関する情報を生じる。特に、損傷推論器２０４は、損傷の程度を検知し、当該程度と、容認可能な損傷限度とを比較して、是正動作が所望される損傷（および劣化）を識別する。衝撃に晒される領域の非限定的な例には、以下のドアおよび周辺構造、すなわち、乗客用ドア、サービスドア、および貨物用ドアが含まれる。しかしながら、これらの（および他の）領域は、腐食を助長する環境状況にも遭遇し得る。したがって、使用モニタ２０２は確率的腐食モデルを含んで、腐食の開始を予測し、かつ、それ以降の腐食の進行を査定し得る。
【００２７】
損傷推論器２０４（および使用推論器２０２）、ならびに損傷診断および予測推論器２０８により生じる情報を使用することにより、検査および保守の動作が誘発される。損傷推論器２０８はまた、損傷推論器２０４により検出された損傷および劣化を修復するための予測に関する報告も作成する。重要な点は、この発明が、初期損傷の検出に備えているために、構造の検査および査定が通常よりも早期に生じることである。その結果、生じる修復の殆どは、現在の慣習が要求する修復に比べて相対的に軽微である。この発明が提供する別の利点は、航空機が地上に存在する間に多くのＳＨＭ関連データが収集され得ることにより生じる。たとえば、亀裂センサ２２０、腐食センサ２２２、および能動損傷呼掛器２２４は、地上ベースのＳＨＭデータネットワーク１３８によってのみ呼び掛けられ得、それにより、ＳＨＭシステム１１０の飛行部分から、航空機上で必要とされていた、関連するデータスループットおよび処理を軽減する。
【００２８】
損傷推論器２０４のさらに別の好ましい実施例では、衝突検出アルゴリズム、ニューラルネットワーク、またはルックアップテーブル（損傷推論器２０４を生じるのに使用されるアルゴリズムまたはニューラルネットワークにより生じた結果から導出される）が、損傷推論器２０４に含まれる。損傷推論器２０４と通信するひずみセンサ２１４は、衝撃損傷を受けやすい構造の上および周囲に配置される。衝撃に晒される例示的な構造には、貨物用ドアおよび調理室付近の胴体１２（図１）が含まれる。衝撃が生じると、衝撃点から当該構造を通ってひずみ波が伝播する。影響を受けた図３のひずみセンサ２１４の各々にひずみ波が到達した時点を検出することにより、地震計のデータにより地震の震央を突止めるのと同様の態様で、衝撃が生じた場所を損傷推論器２０４が求めることが可能となる。しかしながら、多くの航空機の構造が、複雑で、非等方性かつ非均質な（たとえば複合
）部材を含むため、波の速度の正確な知識を得ることが難しい。したがって、ニューラルネットワークを有利にも用いて、衝撃を突止めることができる。このニューラルネットワーク（および、この発明により提供される他のニューラルネットワーク）は、当該ニューラルネットワークに代表的な航空機の構造を監視させること、および、当該ニューラルネットワークに対し、当該航空機の構造が晒された衝撃の既知の位置を提供することにより、設定され得る。代替的に、ニューラルネットワークは、新規の（または既存の）航空機の試験飛行中に設定され得る。別の好ましい実施例において、ニューラルネットワークは、構造上の修復箇所を含む構造において設定され、それにより、修復箇所の識別を学習し、当該修復箇所の損傷および劣化の査定方法を学習する。
【００２９】
腐食センサ２２２は、航空機のアクセス不可能な領域に配置されて、そこで初期腐食を検出することもできる。たとえば、図３の腐食センサ２２２は、調理室の床面の下か、洗面所のサブアセンブリを取囲む、工場出荷時に封止された空間内か、または、（たとえば、アクセスすることにより部品もしくは構造部材の取外しが必要となるために）アクセスが難しいと考えられるか、もしくは、腐食の監視によりメリットを生じ得る、あらゆる航空機の領域に配置され得る。腐食センサ２２２がアクセス不可能な構造の健全性についての見識を提供し得るため、人間による定期的な検査（および当該構造へのアクセスに付随する多大な費用）が減少するか、または省略される。特に、腐食センサ２２２が腐食に好都合な状況に晒される場所に配置される場合、当該構造の健全性についての見識が改善され得る。
【００３０】
図３はまた、使用推論器２０２から、構造にかかる現在の荷重およびこれまでの荷重についての情報を受信する寿命管理推論器２０６も示す。寿命推論器２０６はまた、損傷推論器２０４および２０８から、構造に対する損傷および劣化についての情報も受信する。寿命管理推論器２０６は、受信された情報から、当該構造用に、経過した耐用寿命および残存する耐用寿命についての情報を生じる。同様に、診断および予測推論器２０８は、他の推論器２０２、２０４および２０６から情報を受信し、構造の損傷および劣化の診断に関する情報を生じる。損傷予測推論器２０８はまた、損傷監視推論器２０４により検出された損傷および劣化を修復するための予測に関する情報も生じる。
【００３１】
図３に示す、航空機群の全体に及ぶデータベース２１０は、寿命管理推論器２０６、ならびに、損傷診断および予測推論器２０８と通信して、特定の航空機についてのＳＨＭ情報を収集および格納する。航空機群の全体に及ぶデータベース２１０は、地上ベースのＳＨＭネットワーク１３８（図２）を介して航空機群内の各航空機と通信する。動向推論器２１２は、航空機群の全体に及ぶデータベース２１０から、当該航空機群に影響を及ぼすＳＨＭ関連の動向を求める。好ましい一実施例において、動向推論器２１２は、データのウェアハウジングおよびマイニングの技術を使用して動向を識別し、航空機群内のさまざまな航空機に対する構造上の保守活動が望ましくなり得る時点を推測する。特に、動向推論器２１２は故障の痕跡を識別し、それらの故障と、当該故障が生じた動作上の背景（硬着陸等）とを相関付ける。また、動向推論器２１２は、航空機群の全体に及ぶデータベース２１０内に格納されたデータおよび情報から、劣化した構造の痕跡を識別する。さらに、動向推論器２１２は、識別された故障の痕跡、動向、および航空機群の全体に及ぶデータベース２１０内の他の情報から、航空機群の改善された管理および検査の手順を示す報告２２８を作成する。
【００３２】
要約すると、図３のＳＨＭアプリケーション２００は、図２の専用ＳＨＭプロセッサ１３４内に存在する。ＳＨＭアプリケーション２００の好ましい実施例は、飛行パラメータ２１８（図２の飛行制御システム１１２が、それ自体の内部目的のために生成する）を受信すること、他のシステム１１５から他のデータまたは情報を受信すること、および、表示のために保守情報システム１０８にデータを送信すること以外には、他の航空機のシス
テムと対話しない。好ましくは、ＳＨＭプロセッサ１３４は、他の航空機のシステム１１５から同様に分離している。したがって、ＳＨＭアプリケーション２００は、他の航空機のシステム１０６から自律的に、構造の健全性を監視し、構造に関する情報を生じる。さらに、ＳＨＭシステム１１０が好ましくは他の航空機のシステムと並列して存在しており、他の航空機のシステムの変更を必要としないため、ＳＨＭシステム１１０は、他の航空機のシステムの再認証を必要とせずに、現行の航空機に増設することができる。同様に、この発明により提供されるＳＨＭシステムが航空機の飛行制御を行うことを求められないため、他のシステム１１５が完全に作動している（たとえば飛行中の）ときでも、ＳＨＭシステム１１０には電源が投入されなくてよい（または使用不能であってよい）。したがって、ＳＨＭシステム１１０は、他の航空機搭載システムよりも低いシステム可用性のしきい値を満たすように設計され得る。しかしながら、ＳＨＭシステム１１０は、他のシステム１１５の可用性のしきい値を満たすこともあり得る。
【００３３】
別の好ましい実施例において、ＳＨＭプロセッサ１３４は、取外し可能なメモリ装置（ＥＥＰＲＯＭ、フロッピー（登録商標）（Ｒ）ディスク、またはいずれかの記憶装置）と通信して、そこにＳＨＭデータおよび情報を格納する。着陸すると、搭乗口の要員がメモリ装置を取外し、そこからＳＨＭデータおよび情報を読出し、地上ベースのＳＨＭデータネットワーク１３８を使用して、最近の飛行中に収集したＳＨＭデータおよび情報を分析する。ＳＨＭネットワーク１１０Ａのデータアクセス（外部コンピュータをＳＨＭネットワークに接続し、ログオンし、転送を開始すること等）が必要とされないため、ＳＨＭデータおよび情報を分析するのに搭乗口の要員が必要とする時間が短縮される。当然ながら、取外し可能なメモリ装置（または地上ベースのＳＨＭネットワークの別の部分）を使用して、ＳＨＭネットワーク１１０Ａを再構成することもできる。さらに別の実施例は、ＳＨＭネットワーク１１０Ａに無線インターフェイスを提供し、それにより、ユーザは、ＳＨＭデータおよび情報に効率よく安全にアクセスし、ＳＨＭシステム１１０Ａを介してアクセス可能なソフトウェアおよびデータテーブルを維持することができる。
【００３４】
上述の内容から、この発明のいくつかの利点の達成および実現が認識されるであろう。この発明により提供されるＳＨＭアーキテクチャ、システム、ネットワーク、および方法は、予定された検査および予定外の検査に必要とされる期間を短縮する。この発明はまた、修復の程度を軽減しつつ、最適時における検査の実施を確保する。さらに、この発明は、別個のプロセッサ、ネットワーク、またはシステム内にＳＨＭ間連機能を配置することにより、特定のモバイルプラットフォームに対するＳＨＭ機能の拡張、変更、および適合における大幅な柔軟性を提供する。たとえば、特定のモバイルプラットフォームの運用者（航空会社等）は、他の航空機搭載システムの耐航性に影響を及ぼすことなく、提供されていたものを超越する、異なるＳＨＭの機能性を指定することができる。特定の要望に合わせてモバイルプラットフォームを調整することにより、他のシステムと競合するはずのリソースを消費しない。したがってこの発明は、他の航空機搭載システムに課される多くの制約により妨げられないオープンなＳＨＭアーキテクチャを提供する。これらの実施例は、この発明の原理およびその実用的な用途を最も良好な態様で説明するために選択および説明されており、それにより、さまざまな実施例において、かつ、企図される特定の使途に沿う多様な変形により、当業者がこの発明を最も良好な態様で利用することを可能にする。
【００３５】
この発明の範囲から逸脱することなく、この明細書に記載および例示された構成および方法においてさまざまな変更が行なわれ得るため、上述の説明に含まれるすべての事項または添付の図面に示されるすべての事項が、限定ではなく例示として解釈されるべきであることが意図される。したがって、この発明の外延および範囲は、上述の例示的な実施例のいずれかにより限定されるべきではなく、この明細書に添付される前掲の請求項およびそれらの等価物によってのみ規定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明の好ましい一実施例に従って構築された航空機を示す図である。
【図２】図１の航空機のデータシステムアーキテクチャを示す図である。
【図３】図１の航空機の構造健全性監視アーキテクチャを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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