基于PMA的IETM故障診斷系統(tǒng)設(shè)計
引言
便攜式維修輔助設(shè)備(Portable Maintenance Aids,PMA)主要用于裝備的現(xiàn)場實時維修,為維修人員提供一定的維修支持。因此,故障診斷是其最重要的一項功能,固化在PMA中的交互式電子技術(shù)手(Interactive Electronic Technical Manual,IETM)作為PMA軟件系統(tǒng)的主要組成部分,其中的故障診斷系統(tǒng)必不可少。為此,本文設(shè)計了一種IETM故障診斷系統(tǒng),用以實現(xiàn)PMA的故障診斷功能。該系統(tǒng)分為基于專家系統(tǒng)的維修向?qū)J健⒐收献詣釉\斷模式以及遠程維修協(xié)同支持系統(tǒng)等三個組成部分。
1 基于專家系統(tǒng)的維修向?qū)J?
專家系統(tǒng)(Expert System)是一個具有大量專門知識的程序系統(tǒng)。它應(yīng)用人工智能(Artificial Intelli-gence,AI)技術(shù),根據(jù)一個或多個人類專家提供的特殊領(lǐng)域知識進行推理,通過模擬人類專家作決定的過程來解決那些需要專家才能解決的復(fù)雜問題專家系統(tǒng)的第一個重要組成部分是知識庫,它存儲著從專家那里得到的、關(guān)于某個領(lǐng)域的專門知識。專家系統(tǒng)的第二個組成部分是推理機,它具有依據(jù)一定的策略進行推理的能力,即能夠根據(jù)知識推導(dǎo)出結(jié)論,也可以根據(jù)已有案例指導(dǎo)維修人員進行排故。該診斷模式可幫助維修人員通過檢查,試機等途徑直接發(fā)現(xiàn)故障。
1.1 知識庫的構(gòu)造
根據(jù)知識庫信息量大,數(shù)據(jù)使用頻繁的特點,本系統(tǒng)采用XML技術(shù)來實現(xiàn)和建立知識庫?;赟1000D標準的IETM公共源數(shù)據(jù)庫也是由XML文檔構(gòu)成的,因而采用XML技術(shù)也可方便整個系統(tǒng)的制作。由于XML文檔是作為文本來編輯的,故可以把XML文檔作為一個普通的文本文件直接存儲在文件系統(tǒng)中,此方法實現(xiàn)簡單,并且不需要專門的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或者存儲管理器,在每次訪問XML文檔時,只需要先對其進行解析即可。
XML文檔是基于文本格式的,它的最基本構(gòu)成包括XML聲明、處理指令和XML元素三部分。另外,還可以有注釋,元素中還可以包含屬性或者子元素等。XML聲明一般出現(xiàn)在文檔的開頭部分,包括版本號、可能的語言編碼、可選的文檔類型定義(DTD)等。XML文檔中的元素是XML標記的基本組成部分,它必須有起始標記符和對應(yīng)的結(jié)束標記符,而且應(yīng)逐層嵌套。屬性是元素的性質(zhì),用于表述元素的開始標簽內(nèi)的信息,由和?>字符組界定。XML中的注釋以<!—開始,以一>結(jié)束,它可以出現(xiàn)在文檔的任何位置。
故障庫將故障信息、故障原因和維修方法一一對應(yīng)。為提高搜索效率、簡化搜索程序,本文對設(shè)備各個測點的故障信息進行了統(tǒng)一編號,并建立了格式統(tǒng)一的故障知識庫,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該知識庫清晰地描述了測試設(shè)備故障的相關(guān)信息,其中包括故障編號、故障原因和維修方法。以某故障為例建立的部分XML故障知識庫的優(yōu)碼如下:
1.2 推理機的設(shè)計
推理機是基于知識庫進行工作的,推理機可分為兩個部分,一個部分是根據(jù)已有案例引導(dǎo)維修人員按照案例的步驟進行維修和排故。另一部分是在沒有相同案例的情況下,根據(jù)故障現(xiàn)象,尋找相似案例或進行推理,為維修人員提供一個或多個解決方法。維修人員可以先使用第一部分的功能,如果不能排除故障,再利用第二部分進行分析,進而排除故障。
實現(xiàn)第一部分功能的方法:可以直接對故障現(xiàn)象進行匹配搜索,若發(fā)生的故障現(xiàn)象與已有案例中的描述相同,系統(tǒng)則直接從知識庫中調(diào)用該案例的數(shù)據(jù),并顯示給維修人員。實現(xiàn)第二部分功能則需要經(jīng)過多個步驟。首先要將故障信息與已有案例進行匹配,案例匹配度大于某一閾值,則提取案例。然后,將提取的案例置于規(guī)則庫下進行推理,以便生成初步的排故方案。如果沒有匹配案例,則直接調(diào)用思想庫來生成初步排故方案。最后,由維修人員在初步排故方案制定的基礎(chǔ)上進行加工,以得到最終的排故方案。推理機的設(shè)計流程如圖2所示。
2 故障自動診斷模式
故障自動診斷模式是通過PMA與設(shè)備互聯(lián),并通過下載故障代碼或直接對系統(tǒng)進行測試來得到故障信息,維修人員可根據(jù)故障信息給出排故方案。主要功能包括信號設(shè)置、信號標定、數(shù)據(jù)采集、曲線顯示、文件操作、分析診斷等。
信號設(shè)置包括試驗前設(shè)置和試驗后設(shè)置兩種,前者可以添加、修改、刪除信號,或?qū)Ω髀沸盘柕拿Q、單位、信號幅值、采集通道、激勵電壓、低通濾波、畫筆顏色以及熱電偶類型進行設(shè)置,后者則是設(shè)置釆集評價點數(shù)、畫筆顏色、熱電偶類型和是否進行前零修正。
信號標定是就對采集的各路信號進行標定,從而得到釆集值與物理量值的計算參數(shù),以及系統(tǒng)的線性、滯后、重復(fù)和使用精度等參數(shù)。設(shè)置時首先選擇要標定信號,包括信號的名稱、單位、信號幅值、釆集通道、傳感器編號,以及上次標定系數(shù)、標定零點和標定時間;然后設(shè)置標定臺階(1?10)和標定循環(huán)次數(shù)(1~3),并設(shè)置是否標定回程,選擇各標定臺階,輸入相應(yīng)的標定值;最后加載進行標定,并記錄標定值。
數(shù)據(jù)采集模塊可在線采集參數(shù),數(shù)據(jù)采集完成或中止后,系統(tǒng)將自動保存數(shù)據(jù)釆集結(jié)果到SQL數(shù)據(jù)庫的相應(yīng)表中。采集過程中或完成數(shù)據(jù)采集后,可進行數(shù)據(jù)曲線的査看和對比。系統(tǒng)應(yīng)同時顯示多條曲線,以便進行曲線分析和對比。曲線可以進行水平或垂直拉伸,也可以進行局部放大,還可以自動調(diào)整幅值到最大顯示區(qū);在曲線顯示區(qū)移動鼠標時,應(yīng)有當(dāng)前時間和當(dāng)前物理量的坐標值。
文件操作管理包括初始數(shù)據(jù)、標定數(shù)據(jù)、采集數(shù)據(jù)和備份數(shù)據(jù)等文件。
2.1 數(shù)據(jù)采集模塊的實現(xiàn)
通用數(shù)據(jù)采集模塊通常由主控制器FPGA、AD轉(zhuǎn)換器和多路模擬開關(guān)等組成。FPGA即現(xiàn)場可編程邏輯門陣列,它內(nèi)部資源豐富,可以達到比PLD更高的集成度,具有更復(fù)雜的布線結(jié)構(gòu)和邏輯實現(xiàn),因而可廣泛地應(yīng)用在數(shù)據(jù)采集、自動控制、通訊等各個領(lǐng)域。在系統(tǒng)采集模塊的設(shè)計中,通過使用FPGA技術(shù),可以大大降低系統(tǒng)的功耗和體積,從而滿足系統(tǒng)低功耗、攜帶方便等要求。
2.2 診斷過程
該診斷模式的特點是具有雙向性。一是由設(shè)備到PMA,即故障代碼下載,系統(tǒng)根據(jù)故障代碼通過査詢數(shù)據(jù)庫或知識庫,給出排故方案。二是由PMA到設(shè)備,即系統(tǒng)測試,維修人員通過手動設(shè)置頻點、標定信號等手段可對設(shè)備進行測試,然后通過曲線顯示、數(shù)字顯示等方式得到測試結(jié)果,系統(tǒng)將測試結(jié)果與數(shù)據(jù)庫或知識庫中的相應(yīng)數(shù)據(jù)進行對比,從而生成排故方案。
3 遠程維修協(xié)同支持系統(tǒng)
基于CSCW(Computer Supported Cooperative Work)技術(shù)的裝備遠程維修協(xié)同支持信息系統(tǒng),可以通過異地和異(同)步的交流活動,彌補傳統(tǒng)診斷方式的不足,使各地專家在規(guī)定的時間段內(nèi)對一個裝備的故障現(xiàn)象進行遠程協(xié)同診斷,從而提高裝備維修的效率。在這個系統(tǒng)中,遠程協(xié)同診斷的專家來自不同的專業(yè),協(xié)同的方式主要是基于在線討論、音(視)頻、共享維修信息等。
該系統(tǒng)集成了網(wǎng)絡(luò)攝像機和Wi-Fi技術(shù),可通過無線局域網(wǎng)與維修支援中心進行聯(lián)系,主要實現(xiàn)以下功能:
(1) 通過Wi-Fi技術(shù)實現(xiàn)維修現(xiàn)場與維修支援中心間的信息傳輸;
(2) 音(視)頻信息的采集處理;
(3) 裝備基本信息與維修信息的數(shù)據(jù)信息査詢;
(4) 交互式遠程診斷。
Wi-Fi(Wireless Fidelity)是IEEE所定義的無線通信標準IEEE802.11,它是一種無線局域網(wǎng)的標準。在有線局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上通過無線HuB、無線訪問節(jié)點AP、無線網(wǎng)橋、無線網(wǎng)卡等設(shè)備實現(xiàn)無線通信。在PMA核心處理器中,可以加入網(wǎng)絡(luò)攝像頭、麥克風(fēng)、耳機等視音頻組件。通過攝像頭則可以傳輸維修現(xiàn)場實時圖像,也可以將現(xiàn)場維修實況通過照片、視頻等多媒體形式傳輸給遠程計算機,以便于專家更好地指導(dǎo)排故。作為IETM數(shù)據(jù)庫的核心,XML文檔在網(wǎng)絡(luò)傳輸中有著無可比擬的優(yōu)勢,它能使裝備基本信息的傳輸與維修數(shù)據(jù)信息的査詢更加便利。
4 結(jié)語
本文將三種故障診斷的方式融合于PMA中,形成了全新的IETM故障診斷系統(tǒng),增強了IETM系統(tǒng)的診斷能力。三種診斷方式相互聯(lián)系,相互補充,使得PMA的作用更加強大。該系統(tǒng)可以對武器裝備的大部分故障進行診斷,具有一定的推廣意義。