測控裝備故障定位研究

郭雷

（空軍工程大學(xué)，陜西西安 710043）

0.引言

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是數(shù)字技術(shù)和各種VLSI電路的廣泛使用，電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)特別是檢測和測量變得越來越復(fù)雜，功能性和自動化程度越來越高，隨著測試領(lǐng)域功能和任務(wù)的擴(kuò)展，檢測設(shè)備在測試領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。同時，可能會發(fā)生復(fù)雜的測試過程，測試持續(xù)時間長、維護(hù)難度大、維護(hù)成本高，嚴(yán)重影響電子設(shè)備的完整性和生命周期。如何有效地定位和分析裝備故障，及時有效地排除設(shè)備故障，科學(xué)精細(xì)地控制檢測設(shè)備，為站點建設(shè)決策提供優(yōu)質(zhì)有效的信息，是提高站點安全性的關(guān)鍵。

1.建立測控裝備故障定位系統(tǒng)的必要性

故障診斷是一個綜合的處理過程，根據(jù)獲得的知識、被診斷對象的工作狀態(tài)和相關(guān)信息，檢查過程中對系統(tǒng)內(nèi)的故障進(jìn)行排除，聽系統(tǒng)內(nèi)有沒有警報的鳴叫聲，系統(tǒng)工作的時候有沒有打火聲。傳統(tǒng)的錯誤診斷模式是封閉和孤立的系統(tǒng)運行，在錯誤診斷中主要通過口頭和書面的錯誤描述來尋求建議和幫助。該模式起到了修復(fù)常見錯誤的作用，但不起到解決復(fù)雜問題的作用，為了解決更復(fù)雜的問題，只能派高級維護(hù)人員到控制和維護(hù)現(xiàn)場。由于地理限制和資源有限無法保證及時維護(hù)設(shè)備，以及有限數(shù)量的高級安全人員。如果出現(xiàn)故障，該員工可能會將設(shè)備運送到其他地方，也可能不會前往現(xiàn)場活動。因此，設(shè)備必須滿足實際測量需要，為控制措施缺乏有效性提供信息和有效解決方案，為綜合設(shè)備提供后勤支持的人員。

2.系統(tǒng)模型

2.1 系統(tǒng)組成

測試設(shè)備遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)由測試設(shè)備、中心節(jié)點診斷系統(tǒng)和交互信息網(wǎng)絡(luò)組成，測試終端設(shè)備包括計算機(jī)、數(shù)據(jù)采集適配器PXI測試模塊和設(shè)備測試工具。中心節(jié)點診斷系統(tǒng)包括計算機(jī)、錄音錄像設(shè)備、投影儀、大屏幕、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，檢測系統(tǒng)和中央節(jié)點診斷終端系統(tǒng)通過現(xiàn)有IP連接。

2.2 系統(tǒng)的運行

基于現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)的檢測工具遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)通過虛擬儀器技術(shù)實現(xiàn)對終端的本地和遠(yuǎn)程控制，用于識別設(shè)備。如果設(shè)備出現(xiàn)故障，站點值班人員無法解決，首先啟動本地故障檢測系統(tǒng)的診斷軟件，如果無法進(jìn)行糾錯，可以進(jìn)入錯誤診斷中心，如果軟件仍然不提供糾錯，利用診斷中心的交互式專家與技術(shù)人員交流，系統(tǒng)在接到指令后自動調(diào)用相應(yīng)的測試模塊，專家通過視頻內(nèi)容分析得到問題的解決方案和外部服務(wù)人員的反饋[1]。

2.3 定位系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)測

設(shè)備監(jiān)測的傳統(tǒng)方法是經(jīng)常性的人工巡視與定期預(yù)防性檢修、試驗。設(shè)備在運行中由值班人員經(jīng)常巡視，憑外觀現(xiàn)象、指示儀表等進(jìn)行判斷，發(fā)現(xiàn)可能的異常，避免事故發(fā)生；此外，定期對設(shè)備實行停止運行的例行檢查，做預(yù)防性試驗和機(jī)械動作試驗，對結(jié)構(gòu)缺陷及時作出處理等。但是傳統(tǒng)的方式不僅增加了工作冗余量，對于巡檢中還容易發(fā)生疏漏。

3.導(dǎo)致設(shè)備故障的因素

目前，檢測設(shè)備包括遙測、光學(xué)測量、通信等電子設(shè)備，但在諸多因素的影響下，系統(tǒng)也存在不同程度的故障，總體來看設(shè)備故障的主要原因如下：

3.1 由于操作不當(dāng)而導(dǎo)致的錯誤

對于試驗設(shè)備，操作順序應(yīng)嚴(yán)格不得隨意，尤其是進(jìn)行安全操作。在設(shè)備操作過程中，操作員不得有操作程序和不當(dāng)工作，參數(shù)和其他因素是最直接的“殺手”導(dǎo)致設(shè)備損壞。如果一些員工沒有得到嚴(yán)格的指示或不了解基本設(shè)備的操作程序，在啟動前檢查是否連接，忽視警告標(biāo)志和信號，操作錯誤、機(jī)械翻轉(zhuǎn)。未檢查性能順序，由于未及時發(fā)現(xiàn)天線角度，天線位置受到限制，由于人為干預(yù)不當(dāng)，設(shè)備出現(xiàn)故障。

3.2 環(huán)境因素引起的故障

環(huán)境因素主要取決于溫度對設(shè)備的影響，許多測量設(shè)備長期處于復(fù)雜條件下，如果溫度處于上下溫度循環(huán)，電子設(shè)備會交替膨脹和收縮，從而導(dǎo)致設(shè)備的熱應(yīng)力和變形。如果某些電子設(shè)備的產(chǎn)品具有臨時熱梯度（溫度不均勻），則這些熱應(yīng)力和變形會增加或者如果產(chǎn)品中相鄰材料的熱膨脹系數(shù)不一致，則該變形在缺陷中最大，并起到電壓集中的作用，負(fù)載導(dǎo)致誤差增加，最終可能會非常大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)和電路破壞。

3.3 設(shè)計不合理導(dǎo)致的故障

由于技術(shù)知識有限和經(jīng)驗不足，可能無法采取必要的措施，可能導(dǎo)致設(shè)計錯誤或疏忽，包括硬件和軟件。硬件設(shè)計不正確，特別是強(qiáng)度計算不準(zhǔn)確、材料選擇錯誤、設(shè)備安全、結(jié)構(gòu)不發(fā)達(dá)和控制不當(dāng)。安全裝置的不正確設(shè)計導(dǎo)致操作員混亂、操作錯誤或操作員響應(yīng)時間增加，無法解釋的編程包括：功能設(shè)計不完整、正常工作能力受損或隱藏故障；操作表面未對準(zhǔn)、易受病毒攻擊和風(fēng)險評估不充分可能導(dǎo)致設(shè)備故障。

3.4 濫用設(shè)備

使用測試設(shè)備時，輸入能量和操作會產(chǎn)生摩擦和振動，導(dǎo)致運動部件和物體的磨損，這種物理磨損稱為磨損。設(shè)備的幾何結(jié)構(gòu)改變了設(shè)備部件的兼容性，導(dǎo)致精度和性能降低，甚至損壞部件，其他部件損壞，導(dǎo)致事故。除上述因素外，測量和控制裝置運行過程中的腐蝕、老化和衰變可能導(dǎo)致因不合理的狀態(tài)或儲存、自然環(huán)境變化和非專業(yè)護(hù)理而導(dǎo)致的故障[2]。

4.常見錯誤檢測程序

在設(shè)備管理方面，有許多技術(shù)可以定位、診斷和消除設(shè)備錯誤。

4.1 基于OLE技術(shù)的錯誤診斷軟件

目前，許多測試儀器都配備了相應(yīng)的診斷平臺，基于OLE技術(shù)的錯誤診斷平臺最重要的機(jī)制是：它適用于不同類型的檢測設(shè)備，根據(jù)錯誤分析理論，虛擬儀器的先進(jìn)測試方法，使用OLE、COM等先進(jìn)技術(shù)，通過COM接口創(chuàng)建功能框架，然后根據(jù)需要添加不同的功能模塊，這將有助于開發(fā)一個錯誤診斷平臺實時診斷。該平臺可以完成設(shè)備測量和控制、按鈕布局、元件統(tǒng)計，檢查前分析錯誤趨勢和功能，實現(xiàn)診斷測試、信息分析和反饋集成、不同類型數(shù)字的分析和診斷的目的，模擬和模態(tài)電路。該軟件平臺的每個模塊都相對獨立地添加，通過主框架的數(shù)據(jù)交換可以進(jìn)一步改進(jìn)或添加。

4.2 基于錯誤樹的錯誤診斷訓(xùn)練方法

錯誤樹以抽象的木制結(jié)構(gòu)以圖形方式顯示，用戶可以更清楚地識別錯誤糾正的想法，操作信息是一個輸入請求，用戶在將錯誤糾正工具拖動到檢測點時收到的信息。為了改進(jìn)錯誤診斷模塊的功能，基于單個設(shè)備的信息圈，采用頁面鍵入技術(shù)，模擬整個錯誤樹，利用虛擬工具實現(xiàn)對一系列物理硬件圖形的錯誤檢測、定位和修復(fù)功能。歷史上，錯誤現(xiàn)象被視為一個節(jié)點，設(shè)備信息處理作為顯示可能導(dǎo)致錯誤的相關(guān)節(jié)點的主要渠道，在不同類型的設(shè)備中創(chuàng)建完整的錯誤樹。錯誤樹各級的子注釋包含不同的分析方法，錯誤的檢測和消除，由于錯誤樹對人機(jī)的需求很大，通常使用頁面腳本對整個錯誤樹進(jìn)行建模，以實現(xiàn)設(shè)備故障診斷的技術(shù)建模[3]。

4.3 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的誤差測量

可以為設(shè)備狀態(tài)定義2種狀態(tài)：正常狀態(tài)和錯誤狀態(tài)。測量信號的特性，如電流變化、AGC電壓值等（通常有多個測量點和測量點），如果設(shè)備正常運行且每個點的測量值確定設(shè)備處于故障距離，我們可以測量多個測量點，對于不同的誤差點值是不同的。我們的主要目標(biāo)是在通過競爭性訓(xùn)練建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型后，通過分析以前的測量（樣本數(shù)據(jù)），找出它們之間的內(nèi)在關(guān)系，如果設(shè)備出現(xiàn)故障，我們可以獲得測量點的信號特征和一些測量值，作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入，通過輸出、判斷和分析的結(jié)果找到設(shè)備的誤差位置，達(dá)到誤差檢測的目的。

5.系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

為了建立測試設(shè)備的遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)，必須首先解決以下主要技術(shù)問題。

5.1 用于錯誤檢測的遠(yuǎn)程檢測方法

遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)用于對其網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)代通信技術(shù)中的設(shè)備進(jìn)行錯誤診斷，如果中央診斷系統(tǒng)終端和用戶診斷系統(tǒng)終端通過P網(wǎng)絡(luò)，則用戶終端診斷系統(tǒng)接受用戶側(cè)診斷系統(tǒng)的測試命令，由CE通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送，處理、存儲和顯示網(wǎng)站信息，并傳輸本地采集的數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)、波形、頻譜等）在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上處理中的數(shù)據(jù)集。用戶可以與技術(shù)人員和CE專家進(jìn)行通信，中央節(jié)點專家使用程序讀取本地采集的數(shù)據(jù)，以便在虛擬應(yīng)用程序界面中回放，最后，信號分析模塊用于信號分析，包括錯誤樹和錯誤字典，用于提取功能錯誤解決方案通過web服務(wù)器向客戶發(fā)送錯誤診斷結(jié)果，以指導(dǎo)現(xiàn)場的故障排除和維護(hù)說明[4]。

5.2 虛擬儀器技術(shù)

虛擬儀器是數(shù)字信號處理與計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，相對于傳統(tǒng)的測試設(shè)備，基于計算機(jī)設(shè)備的虛擬儀器，被測設(shè)備的信號通過其強(qiáng)大的軟件進(jìn)行分析和處理，其本質(zhì)是測試設(shè)備的操作面，虛擬儀器具有很大的靈活性，用戶可以選擇測試儀器并確定其功能。根據(jù)需要您也可以使用軟件簡單地調(diào)用和更改設(shè)置，借助GPIB等數(shù)據(jù)采集工具的虛擬設(shè)備，DAQ卡具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口，采集的信號被處理到計算機(jī)中，最終結(jié)果將以圖形編程語言進(jìn)行分析和可視化顯示。

5.3 遠(yuǎn)程控制方法

遙控器和記錄終端通過P連接，并輸入受控終端的IP地址和設(shè)備名稱，用戶終端可使用設(shè)計的軟件，在使用技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸期間，訪問檢測工具、設(shè)備配置信息（IP、設(shè)備名稱等）。第二幀通過界面上的數(shù)據(jù)狗顯示工具欄，同時需求管理程序動態(tài)加載Web服務(wù)，以便相應(yīng)的端口接收有關(guān)控制器的信息遠(yuǎn)程面板，上述過程是儀表請求結(jié)束時的控制過程，可以輕松實現(xiàn)啟動、關(guān)閉和參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)處理、顯示等遠(yuǎn)程控制功能[5]。

5.4 數(shù)據(jù)壓縮算法

由于系統(tǒng)需要提供大量的信息，包括系統(tǒng)、用戶、設(shè)備配置、測試數(shù)據(jù)、音頻和視頻信息，有些數(shù)據(jù)需要連續(xù)模式（虛擬波形設(shè)備接口），直接傳輸，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)無法傳輸，壓縮數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)傳輸效率；為了保證原始表單不被扭曲，系統(tǒng)采用了數(shù)據(jù)抽取的方法，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)壓縮方法有最大值法、最小值法、平均值法等。

5.5 網(wǎng)絡(luò)安全方法

基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)不僅適用于診斷設(shè)備故障，還提出了安全問題，充分利用了設(shè)備遠(yuǎn)程診斷的技術(shù)優(yōu)勢，信息安全是網(wǎng)絡(luò)安全的核心，是數(shù)據(jù)通信安全的重要研究熱點，網(wǎng)絡(luò)通信安全發(fā)展了多種網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，如數(shù)據(jù)加密和虛擬專用網(wǎng)技術(shù)，防火墻和錯誤識別方法可以根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)安全要求采取相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)安全措施。

6.智能診斷和健康評估診斷

6.1 語言系統(tǒng)的建立

人們的思維、學(xué)習(xí)和成長是建立在周圍健全的語言系統(tǒng)之上的，正是因為父母和其他人主導(dǎo)著語言的爭論或形式，同時語言也是人類思想和文明發(fā)展的關(guān)鍵工具，創(chuàng)建合理有效的計算機(jī)語言系統(tǒng)也是智能化的一個關(guān)鍵要素，語言系統(tǒng)可以根據(jù)空間測控的特點，按照漢語語法定義要素，簡化的、有針對性的語言系統(tǒng)可以用于其他領(lǐng)域。在錯誤診斷和糾正系統(tǒng)中，一切都被分類為物質(zhì)、行為和狀態(tài)。

6.2 設(shè)備狀態(tài)綜合監(jiān)測與健康評估

系統(tǒng)能全面監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)，綜合分析不同設(shè)備各部件的運行參數(shù)，基于大數(shù)據(jù)及多參數(shù)融合分析技術(shù)手段獲得設(shè)備的健康狀態(tài)，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次挖掘分析，識別設(shè)備運行過程中的復(fù)雜故障和潛在的安全隱患。

6.3 振動信號分析與故障定位

系統(tǒng)采集設(shè)備振動加速度信號，實時分析故障特征頻率，自動識別故障類型、嚴(yán)重程度、發(fā)生位置等信息，就地顯示并上傳診斷分析結(jié)果，實現(xiàn)設(shè)備典型故障的精準(zhǔn)定位，擺脫設(shè)備故障分析診斷對專業(yè)技術(shù)人員的依賴。

（1）壽命預(yù)測。系統(tǒng)記錄設(shè)備運行參數(shù)信息，同時進(jìn)行大數(shù)據(jù)智能分析，智能評判設(shè)備運行的安全可靠性及部件損耗情況。從設(shè)備運行時間、開停次數(shù)以及負(fù)載等情況，結(jié)合設(shè)備設(shè)計壽命相關(guān)信息，智能評估設(shè)備的實際壽命周期，為設(shè)備的合理維護(hù)保養(yǎng)，優(yōu)化備品備件庫，提供科學(xué)管理依據(jù)。

（2）云端訪問與遠(yuǎn)程專家診斷。采用云端數(shù)據(jù)存儲功能，自動上傳實時數(shù)據(jù)到云端平臺(需客戶端開放接口)，云端服務(wù)器支持手機(jī)終端App。

7.結(jié)語

文章根據(jù)測控裝備故障系統(tǒng)定位探討了建立測控裝備故障定位系統(tǒng)的必要性，以及系統(tǒng)模型，分析了導(dǎo)致設(shè)備故障的主要因素和常見錯誤的檢測方法，研究了系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，以及智能診斷和處理系統(tǒng)的開發(fā)，對于提高裝備故障水平、提高裝備的保障能力具有重要的意義。