導(dǎo)彈發(fā)射車(chē)通用故障診斷平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

曹向榮　李向陽(yáng)　劉杰　李榮

摘要：隨著導(dǎo)彈發(fā)射車(chē)復(fù)雜度的不斷增加，為了提高系統(tǒng)可靠性，故障診斷成為了發(fā)射車(chē)系統(tǒng)必不可少的一部分。針對(duì)各個(gè)型號(hào)單獨(dú)研發(fā)故障診斷系統(tǒng)，需要投入大量的人力、物力及時(shí)間成本。該文提出一種發(fā)射車(chē)通用故障診斷設(shè)計(jì)平臺(tái)，通過(guò)對(duì)人機(jī)交互、通信接口、診斷算法等核心功能的抽象與模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)故障診斷系統(tǒng)的高度可配置化。針對(duì)不同的型號(hào)需求，通過(guò)簡(jiǎn)單的配置管理，就能得到最終的故障診斷系統(tǒng)，減少不必要的二次開(kāi)發(fā)，從而降低研發(fā)周期與成本。

關(guān)鍵詞：故障診斷；可配置；CAN；通用平臺(tái)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）30-0271-03

The Design of Missile Launching Vehicle Common Fault Diagnosis Platform

CAO Xiang-rong， LI Xiang-yang， LIU Jie， LI Rong

（Beijing Institution of Space Launch Technology， Beijing 100076， China）

Abstract： With the constantly increase of complexity for missile launching vehicle， the fault diagnosis system has become one essential part to guarantee the reliability. It will drain on lots of manpower and material resources for various diagnosis system developing of each project. A missile launching vehicle's common fault diagnosis platform is proposed in this paper. It realizes highly configuration of the diagnosis system by core function modularity， such as user interface， communication， diagnosis method and will reduce the cost and time of research and development.

Key words： Fault Diagnosis； Configurable； CAN； Common Platform

故障診斷是指利用被診斷系統(tǒng)的各種狀態(tài)信息和已有的專家知識(shí)，進(jìn)行信息的綜合處理，最終得到關(guān)于系統(tǒng)運(yùn)行與故障狀況綜合評(píng)價(jià)的過(guò)程。故障診斷系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)現(xiàn)了信息通信、故障推理及決策的綜合信息管理系統(tǒng)[1-3]。導(dǎo)彈發(fā)射車(chē)由于信息化發(fā)展需求導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜度不斷增加，為了確保武器系統(tǒng)的可靠性，故障診斷系統(tǒng)已經(jīng)成為了各型號(hào)必不可少的重要組成部分。

按照一般型號(hào)研發(fā)流程，需要為不同的型號(hào)單獨(dú)研發(fā)各自的故障診斷系統(tǒng)，研發(fā)周期長(zhǎng)，需要投入的人力成本高。隨著型號(hào)日益增多，對(duì)于一個(gè)通用導(dǎo)彈發(fā)射車(chē)故障診斷平臺(tái)的需求日益突出?；谠撈脚_(tái)，設(shè)計(jì)人員通過(guò)配置管理，就能獲得滿足各型號(hào)的故障診斷系統(tǒng)大大縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本，實(shí)現(xiàn)“一次開(kāi)發(fā)，靈活配置，全面匹配”的目標(biāo)。

1 發(fā)射車(chē)車(chē)載系統(tǒng)概述

如圖1所示，發(fā)射車(chē)主要模塊包括車(chē)控、液壓、底盤(pán)、溫控、供配電等，它們基于CAN[6-7]總線構(gòu)成車(chē)載系統(tǒng)的主體。利用CAN總線良好的可

擴(kuò)展性，故障診斷系統(tǒng)可以作為一個(gè)獨(dú)立的CAN節(jié)點(diǎn)無(wú)縫接入原有系統(tǒng)；數(shù)據(jù)記錄儀記錄了所有總線上的歷史數(shù)據(jù)，所以故障診斷系統(tǒng)既可以從總線獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，也可以從數(shù)據(jù)記錄儀獲取歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。總線網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)車(chē)載系統(tǒng)與其他總線（如以太網(wǎng)）之間的通信。對(duì)于不同型號(hào)而言，雖然發(fā)射車(chē)功能有差別，但是其車(chē)載系統(tǒng)的架構(gòu)卻是基本相同的，這也為我們能夠設(shè)計(jì)通用故障診斷系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

2 發(fā)射車(chē)通用故障診斷平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 發(fā)射車(chē)故障診斷系統(tǒng)功能抽象

若想設(shè)計(jì)發(fā)射車(chē)通用故障診斷平臺(tái)，首先必須要詳細(xì)了解各型號(hào)故障診斷系統(tǒng)的功能，并且提煉出統(tǒng)一的功能模型[5]。圖2描述了發(fā)射車(chē)故障診斷系統(tǒng)的一般功能抽象，其中用戶管理模塊負(fù)責(zé)對(duì)故障診斷系統(tǒng)操作人員的管理；狀態(tài)檢測(cè)模塊負(fù)責(zé)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)信息；故障推理模塊負(fù)責(zé)在發(fā)生故障時(shí)對(duì)故障進(jìn)行診斷分析；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊負(fù)責(zé)存儲(chǔ)管理整個(gè)故障診斷系統(tǒng)需要保存的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)通信模塊負(fù)責(zé)故障診斷軟件與系統(tǒng)其他模塊的通信；人機(jī)交互模塊負(fù)責(zé)信息的顯示以及指令交互。

2.2 通用故障診斷平臺(tái)設(shè)計(jì)

不同型號(hào)發(fā)射車(chē)故障診斷系統(tǒng)之間的差異，都可以歸結(jié)到如圖2所示的抽象功能模塊之間的不同。如果將這些通用模塊定制為可配置的，那么通過(guò)配置管理的方式，就能得到不同型號(hào)的故障診斷系統(tǒng)，這也是實(shí)現(xiàn)通用故障診斷平臺(tái)的基本思想。

圖3描述了通用故障診斷平臺(tái)的功能架構(gòu)，在此我們主要對(duì)系統(tǒng)的可配置性設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明。

1）人機(jī)交互可配置設(shè)計(jì)

故障診斷系統(tǒng)的圖形交互界面，主要顯示系統(tǒng)的各種狀態(tài)量、基本故障信息等。圖形界面的需求千變?nèi)f化，每個(gè)故診系統(tǒng)包含的圖形元素都不盡相同，在布局位置等要求上也各有差異，對(duì)其進(jìn)行常規(guī)意義下的可配置設(shè)計(jì)，幾乎不可能。

對(duì)此，通用平臺(tái)采用“圖形元素控件庫(kù)”與“人機(jī)界面設(shè)計(jì)工具”來(lái)解決圖形界面配置化問(wèn)題?！皥D形元素控件庫(kù)”通過(guò)對(duì)各型號(hào)故障診斷系統(tǒng)界面需求的調(diào)研，將圖形要素歸納為如下幾個(gè)主要控件：模擬量控件、開(kāi)關(guān)量控件，曲線圖控件以及信息顯示控件。這些控件的表現(xiàn)形式一定，但數(shù)量、位置、大小都是可配置的。這樣對(duì)于故障診斷系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)而言，可以將每個(gè)界面包含的控件數(shù)量、位置、大小等信息寫(xiě)入配置文件，從而實(shí)現(xiàn)了界面的配置化生成?！叭藱C(jī)界面設(shè)計(jì)”是基于控件庫(kù)的可視化界面設(shè)計(jì)工具，設(shè)計(jì)人員通過(guò)直觀、簡(jiǎn)單的操作就能完成界面設(shè)計(jì)，并將配置信息自動(dòng)添加到配置文件中。

對(duì)通用平臺(tái)而言，圖形控件不僅需要能夠適應(yīng)不同的外觀配置，更重要的是其與數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性也要具備可配置性，如一個(gè)模擬量控件到底是顯示溫度還是速度？為此，我們?cè)诳丶屑尤隒AN通信ID屬性，在控制流程中通過(guò)輪詢數(shù)據(jù)流ID、控件屬性ID的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與空間的關(guān)聯(lián)性，如圖4所示。

2）數(shù)據(jù)通信可配置設(shè)計(jì)

故障診斷軟件需要獲取系統(tǒng)狀態(tài)信息，才能進(jìn)行診斷與推理，所以對(duì)通用平臺(tái)而言，數(shù)據(jù)通信協(xié)議的可配置設(shè)計(jì)必不可少。發(fā)射車(chē)車(chē)載系統(tǒng)采用CAN總線作為數(shù)據(jù)通信方式，通信協(xié)議基于CANOpen協(xié)議實(shí)現(xiàn)，它們自身都具有很高的可配置屬性[]，這為通用故障診斷平臺(tái)可配置數(shù)據(jù)通信設(shè)計(jì)打下了良好的基礎(chǔ)。

CAN數(shù)據(jù)幀通過(guò)“ID+數(shù)據(jù)”的方式傳輸。通過(guò)分配不同的ID，可以對(duì)應(yīng)不同的數(shù)據(jù)。對(duì)于每個(gè)CAN設(shè)備而言，都有一個(gè)管理ID的配置文件，只要通過(guò)該文件就能配置CAN通信中的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。對(duì)于一個(gè)針對(duì)特定應(yīng)用的CAN系統(tǒng)而言，這樣的配置一般是不變的，而故障診斷系統(tǒng)也是CAN網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)CAN設(shè)備，所以只要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，確定該配置文件定義，將接收到的數(shù)據(jù)按協(xié)議解析，就可以對(duì)應(yīng)到不同模塊，如開(kāi)關(guān)量、模擬量或報(bào)警信息，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的配置，如圖5所示，該CAN配置文件也成為通用平臺(tái)配置文件的一部分。

3）故障推理算法可配置分析

故障推理算法主要實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的分析、推理以及定位。通用故障診斷平臺(tái)采用基于故障樹(shù)的分析方法實(shí)現(xiàn)故障推理。故障樹(shù)分析法是一種國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)故障分析比較實(shí)用的方法，已經(jīng)在航空航天、機(jī)械、電子等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用[2-4]。故障樹(shù)采用樹(shù)形結(jié)構(gòu)、與或邏輯將故障現(xiàn)象、中間過(guò)程以及底層原因組織在一起，其推理過(guò)程實(shí)質(zhì)是對(duì)樹(shù)形結(jié)構(gòu)的遍歷檢索。不同故障的差異體現(xiàn)在樹(shù)具體的內(nèi)容，但是遍歷檢索的過(guò)程是一致的，所以圖3中“故障診斷軟件運(yùn)行殼”實(shí)現(xiàn)了這一故障樹(shù)檢索算法，并且可以在各型號(hào)故障診斷系統(tǒng)中通用。

4）通用故障診斷系統(tǒng)配置文件設(shè)計(jì)

配置文件包含了通用故障診斷系統(tǒng)的所有可配置數(shù)據(jù)，如上面提及的控件信息、CAN數(shù)據(jù)配置信息等。如何有效地管理這些數(shù)據(jù)，是通用平臺(tái)必須要解決的問(wèn)題。

通用平臺(tái)采用面向?qū)ο笏枷?，基于XML[8，9]格式實(shí)現(xiàn)對(duì)配置文件數(shù)據(jù)的管理，如圖6所示。文

件結(jié)構(gòu)分為兩層，第一層為對(duì)象名，第二層為對(duì)象屬性以及屬性值。故障診斷系統(tǒng)通過(guò)對(duì)象名解析不同對(duì)象的屬性，這種結(jié)構(gòu)具有良好的可擴(kuò)張?zhí)匦浴?/p>

圖3所示的其他模塊功能簡(jiǎn)述如下，用戶管理主要負(fù)責(zé)平臺(tái)用戶的權(quán)限管理；故障樹(shù)管理負(fù)責(zé)向故障平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)錄入故障樹(shù)；故障診斷系統(tǒng)生成模塊負(fù)責(zé)將各功能模塊打包成可執(zhí)行故診程序；項(xiàng)目管理模塊將各個(gè)型號(hào)的故障診斷系統(tǒng)按獨(dú)立的項(xiàng)目進(jìn)行管理。這些模塊也是實(shí)現(xiàn)通用故障診斷平臺(tái)必不可少的輔助功能。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)各型號(hào)車(chē)載故障診斷需求的詳細(xì)分析，結(jié)合控件技術(shù)、CAN通信、可配置設(shè)計(jì)思想，提出了一種通用故障診斷平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。利用該平臺(tái)設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)配置管理，得到適用于各個(gè)型號(hào)的故診系統(tǒng)。目前，該平臺(tái)已經(jīng)成功應(yīng)用與多個(gè)型號(hào)的故障診斷系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，各型號(hào)間的模塊復(fù)用度大于90%，大大縮短了各型號(hào)故障診斷系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期，降低了研發(fā)成本。

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