電子裝備便攜式維修輔助設備PMA設計研究

劉忠義++王曉東

摘 要：作為現(xiàn)場級維修保障的重要手段，便攜式維修輔助設備PMA近年來受到越來越大的關注。本文針對電子裝備現(xiàn)場級維修現(xiàn)狀及需求，基于故障仿真產(chǎn)生的全局故障樹，采用新的嵌入式計算機與儀表等技術，提出了便攜式維修輔助設備PMA的設計原則，給出了功能和軟硬件框架， 實現(xiàn)了針對特定電子裝備的交互式電子手冊IETM、定制測試儀表、故障診斷庫、維修技能訓練與考核、數(shù)據(jù)維護與管理的多功能維保系統(tǒng)。

關鍵詞：現(xiàn)場級維修 全局故障樹 嵌入式儀表

中圖分類號：V26 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（b）-0090-04

Abstract：As an important means of on-site maintenance， portable maintenance aids（PMA） attracts more and more attention in recent years. According to current situation and the need of on-site maintenance， based on the global fault tree obtained from fault simulation， design principles and main functions of the PMA are proposed. Using new embedded computer and embedded instrument technology， the design schemes of hardware structure and software structure of this PMA are introduced. This PMA implements multi-function for special electronic equipment， including interactive electronic technical manual（IETM）， customized testing instrument， fault diagnosis database， maintenance skill training and assess system， maintenance data servicing and management， etc..

Key Words：On-site maintenance； Global fault tree； Embedded instrument

隨著故障診斷技術和信息技術的發(fā)展，基于故障仿真的故障診斷策略自動分析技術的日趨成熟，為便攜式維修輔助設備PMA的發(fā)展提供了新的支撐，本文提出的電子裝備便攜式維修輔助設備PMA，能夠根據(jù)裝備動態(tài)信號拓撲關系進行仿真推理，并依據(jù)故障現(xiàn)象和檢測數(shù)據(jù)，自動給出故障隔離指導，實現(xiàn)了現(xiàn)場級以上IETM所要求的故障診斷自動分析功能，系統(tǒng)綜合集成了電子裝備維護保障數(shù)據(jù)庫，嵌入式測試儀表，多媒體觸控、聲控等技術，形成了電子裝備故障診斷所需的裝備資料查詢與瀏覽、一體化測試儀表應用、現(xiàn)場級故障隔離策略指導、診斷維修技能訓練等功能，為電子裝備的維修保障提供一種新的手段。

1 應用現(xiàn)狀與需求

隨著裝備可靠性與可維性理論的成熟與運用，現(xiàn)代電子裝備基本上實現(xiàn)了模塊化方法設計與制造，現(xiàn)場級維修的主要工作是確認故障部位和更換故障模塊。要實現(xiàn)這一維修過程，除了利用電子裝備自帶的內(nèi)建測試BIT完成故障自動檢測外，對于BIT不能覆蓋的故障仍需要人工檢測。目前主要的做法是編寫故障維修手冊或制作IETM交互式電子技術手冊，這兩種做法在提高維修能力和效率方面都發(fā)揮了一定的作用，然而，這些傳統(tǒng)的故障維修手段都存在一個相同的難題，即故障診斷流程都需要領域?qū)＜沂孪染幹疲浅ＹM時費力，一定程度上限制了它們的進一步發(fā)展。國外普遍的做法是借助于各種故障自動分析技術，如美國DSI公司的Express，Teradyne公司的Laser系統(tǒng)等，開發(fā)出各種便攜式故障診斷設備（PMA）作為機內(nèi)診斷BIT的輔助診斷手段，較好地解決了現(xiàn)場級維修保障的問題。

目前，現(xiàn)場級維修是電子裝備一種最常態(tài)化的維修形式，目前主要依靠專業(yè)人員進行，可以說高水平的專業(yè)維修人員是現(xiàn)場維修的基礎和保障。但是隨著電子裝備技術復雜度的不斷提升，維修能力參差不齊的人員越來越難以勝任這項工作，迫切需要改變這種狀況。加快開發(fā)裝備智能化、信息化、小型化、綜合化的便攜式維修輔助設備，實現(xiàn)對維修技術信息的快速獲得，信號參數(shù)的綜合測試、存儲、分析，復雜系統(tǒng)的快速自動診斷等核心功能，可以快速提高現(xiàn)場級綜合維修保障能力，并起到事半功倍的作用。

2 設計思路

2.1 設計原則

依據(jù)現(xiàn)場級故障診斷的需求，便攜式維修輔助設備PMA的主要設計原則如下。

（1）系統(tǒng)應便攜、可靠，以滿足移動使用要求和現(xiàn)場可能的惡劣環(huán)境。

（2）系統(tǒng)應提供方便、快捷的資料查詢功能，并具有良好的人機交互及界面。

（3）嵌入式測試儀表的測試能力應滿足大多數(shù)電子裝備對信號的測試需求。

（4）具備診斷隔離流程自動分析能力，滿足故障診斷指導的需求并以二維或三維的形式圖示診斷位置。

（5）具備電子裝備結(jié)構組成、故障診斷和維修方法等內(nèi)容的訓練功能，滿足自主學習需要。

（6）具有USB、CAN、LAN、Wifi等多種通用標準總線或網(wǎng)絡接口能力，方便信息上傳與下載。

（7）具有標準的音視頻接口，方便眼鏡顯示器、攝像頭、話筒、耳機等穿戴設備的接入。

（8）支持觸控和聲控人機交互。

2.2 硬件系統(tǒng)框架endprint

硬件系統(tǒng)主要包括嵌入式平板計算機、嵌入式示波器、萬用表、大容量電池等。經(jīng)過專門設計的嵌入式平板計算機具有觸控、聲控、音視頻功能及豐富的對外信息接口。嵌入式數(shù)字示波器、萬用表等數(shù)字測試儀表，在可測試信號帶寬和幅度上能夠滿足一般電子裝備信號的測試需要，并具有測試信號過壓保護與告警功能，可以方便地測量、顯示、存儲被測信號波形和參數(shù)，對于超出測試范圍的信號，可通過總線擴展接入外置儀表的方式或“人在回路”的方式，實現(xiàn)擴展測量。充電電池能夠滿足PMA長時間使用的要求。圖1為硬件原理組成與外觀設計，圖2為硬件結(jié)構與外觀設計圖。

2.3 軟件系統(tǒng)組成

軟件主要包括PMA綜合支持軟件和電子裝備維修保障綜合數(shù)據(jù)庫兩部分。

PMA綜合支持軟件的作用。在電子裝備維修保障綜合數(shù)據(jù)庫的支持下，完成裝備資料交互瀏覽、嵌入式儀表信號測試、模塊級故障診斷，診斷維修方法學習等功能，該軟件為通用平臺軟件，加載不同型號電子裝備的維修保障綜合數(shù)據(jù)庫，即可實現(xiàn)該裝備的PMA。

電子裝備維修保障綜合數(shù)據(jù)庫的作用。存儲裝備原理圖、電路仿真模型、測試位置、正常信號波形與參數(shù)、相關圖文資料等裝備技術信息。

PMA綜合支持軟件主要有6個軟件模塊組成。

（1）嵌入式儀表驅(qū)動程序庫：提供虛擬儀表硬件功能與接口函數(shù)。

（2）診斷策略自動生成軟件：在給出故障現(xiàn)象或診斷點檢測數(shù)據(jù)的情況下，能夠自動給出完整的診斷流程，輔助維修人員進行故障查找。

（3）嵌入式儀表測試軟件：完成對給定診斷檢測點的波形、參數(shù)測試以及顯示與存儲。

（4）維修信息綜合查詢軟件：對診斷出的故障部件給出維修方法、工藝過程信息的快速查詢，如備品備件、拆狀過程、維修工藝等內(nèi)容。

（5）維修技能自主訓練軟件：按照訓用一致原則，在共享電子裝備維修保障綜合數(shù)據(jù)庫的基礎上，實現(xiàn)對電子裝備原理結(jié)構組成、故障診斷方法、維修工藝流程3個關鍵內(nèi)容的學習與訓練。

（6）數(shù)據(jù)庫管理軟件：用于電子裝備維修保障綜合數(shù)據(jù)庫的管理與維護。

2.4 PMA功能設計

根據(jù)對電子裝備現(xiàn)場級故障診斷需求的分析，PMA的功能設計如圖3所示，主要包含交互式電子手冊IETM、測試儀表、故障診斷、維修技能訓練與考核和數(shù)據(jù)維護與管理5個功能。

2.4.1 交互式電子手冊IETM

該功能提供了電子裝備相關技術資料多媒體交互式查詢，提供了電子裝備的電路單元、測試信號等內(nèi)容在電路圖、邏輯圖、電路板、設備上的位置關聯(lián)查詢，提供了基于故障現(xiàn)象和故障原因的“一因多果、一果多因”的交互式查詢，對快速查找診斷部位和診斷方法提供了方便。

2.4.2 測試儀表

該功能允許維修人員使用嵌入式數(shù)字示波器、萬用表進行信號測量、存貯和參數(shù)比對。

2.4.3 故障診斷

該功能針對常見故障提供用于指導故障診斷的全局故障樹。由于通過領域?qū)＜覍ρb備的分析獲得的故障樹不夠全面，導致在診斷過程中經(jīng)?！皵嗑€”，不能保障故障的連續(xù)診斷。筆者運用故障仿真技術，實現(xiàn)了全局故障樹的自動產(chǎn)生并將其作為故障診斷的依據(jù)。圖4為自動生成的某雷達的全局故障樹的片段。

2.4.4 維修技能訓練與考核

系統(tǒng)設置了裝備結(jié)構組成、故障診斷方法和維修流程工藝3種訓練功能。借助本功能，維修人員平時可自主進行電子故障診斷和維修方法的學習。圖5為裝備結(jié)構組成學習界面示意圖。

2.4.5 數(shù)據(jù)維護與管理

該功能提供了對電子裝備維修保障綜合數(shù)據(jù)庫的編輯維護管理功能，方便用戶根據(jù)裝備變化情況及時修正數(shù)據(jù)庫。

3 結(jié)語

基于全局故障樹的電子裝備便攜式維修輔助設備，提供了豐富而實用的功能。可以較好地解決電子裝備現(xiàn)場級故障診斷與維修面臨的問題。但該系統(tǒng)也存在一些不足，特別是對于某些特別復雜的電子裝備系統(tǒng)，產(chǎn)生的全局故障樹會比較龐大，對高危故障和易發(fā)故障不能進行自動篩檢與提取，對于這些類型的故障需要人工事先分析選取，以實現(xiàn)對故障樹的“瘦身”，使創(chuàng)建的故障樹庫更能匹配裝備的實際維修需求。后續(xù)研究需要引入裝備可靠性分析方法，提高對高危故障和易發(fā)故障甄別能力，簡化診斷流程，提高診斷效率。

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