導(dǎo)航機(jī)排故引導(dǎo)系統(tǒng)應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

趙貝貝 張煒麟 蓋俊峰 鄧海峰 孟海翠

摘要：導(dǎo)航機(jī)作為精密復(fù)雜的裝備，在日常使用時(shí)會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障。為了使裝備的使用者和維護(hù)人員在裝備出現(xiàn)故障時(shí)能夠高效、快速地定位并排除故障，文章基于.NET框架和C#語(yǔ)言，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一種以案例故障樹(shù)為引導(dǎo)的排故系統(tǒng)。該系統(tǒng)可用于指導(dǎo)設(shè)備實(shí)際排故，也可作為設(shè)備排故模擬訓(xùn)練系統(tǒng)應(yīng)用到教學(xué)中。其設(shè)計(jì)思想和方法可為今后其他裝備故障診斷儀的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)，應(yīng)用前景廣闊。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)航機(jī)；排故系統(tǒng)；界面設(shè)計(jì)；故障案例；模型搭建

中圖分類號(hào)：TP319中圖分類號(hào)? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文獻(xiàn)標(biāo)志碼

0 引言

導(dǎo)航機(jī)作為一種近程導(dǎo)航裝備，在飛行保障過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備各部件之間關(guān)聯(lián)緊密，任一元器件出現(xiàn)故障都可能導(dǎo)致整個(gè)導(dǎo)航機(jī)系統(tǒng)無(wú)法工作，進(jìn)而影響飛行保障任務(wù)的實(shí)施。由于飛行保障人員缺乏故障排除經(jīng)驗(yàn)，有一定經(jīng)驗(yàn)的保障人員也反映排故流程過(guò)于煩瑣，且其有限的經(jīng)驗(yàn)也并未形成體系化，難以滿足維修保障的要求。本文為解決上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)出了一套能夠?qū)崿F(xiàn)“凝聚以往排故經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)故障現(xiàn)象分析，指導(dǎo)排故流程，完成排故訓(xùn)練”的排故引導(dǎo)系統(tǒng)［1］。

1 排故引導(dǎo)系統(tǒng)故障案例庫(kù)的構(gòu)建

1.1 完善獲取故障案例的收集渠道

筆者通過(guò)調(diào)研以及與一線單位溝通交流，形成一種常態(tài)的調(diào)研匯報(bào)機(jī)制。對(duì)導(dǎo)航機(jī)的故障案例進(jìn)行收集、分析、模擬和總結(jié)，及時(shí)地收集和識(shí)別最新故障案例，擴(kuò)大故障案例庫(kù)的案例范圍，為能模擬解決故障案例以及導(dǎo)航機(jī)排故系統(tǒng)的升級(jí)提供更為強(qiáng)大的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

本文構(gòu)建了完善的導(dǎo)航機(jī)故障識(shí)別與排除方案的輸出過(guò)程，以確保高頻率故障能夠及時(shí)有效地被識(shí)別到導(dǎo)航機(jī)故障庫(kù)。從導(dǎo)航機(jī)故障排除實(shí)際場(chǎng)景中獲取最全面的故障案例，將這些故障案例收集處理后存儲(chǔ)到故障庫(kù)中，并且進(jìn)行了標(biāo)簽化處理。為了后續(xù)統(tǒng)計(jì)和調(diào)用更加快捷，本文建立了故障案例的檢索機(jī)制，在對(duì)故障案例不斷地進(jìn)行重新模擬和解決后，總結(jié)出最便捷、最高效的排障步驟，進(jìn)而從故障庫(kù)中輸入導(dǎo)航機(jī)排故引導(dǎo)系統(tǒng)。

1.2 故障案例樹(shù)軟件模型的搭建

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，先進(jìn)行軟件模型搭建，軟件模型的搭建有利于明確成品形態(tài)，減少溝通成本，提高需求與開(kāi)發(fā)作品的準(zhǔn)確度，降低變更成本。加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)內(nèi)部之間的交流以及團(tuán)隊(duì)與外部之間的溝通交流，共同進(jìn)行系統(tǒng)界面的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，提高軟件開(kāi)發(fā)的進(jìn)程。導(dǎo)航機(jī)排故引導(dǎo)系統(tǒng)應(yīng)用軟件旨在用戶進(jìn)行故障診斷時(shí)，利用動(dòng)畫(huà)直觀再現(xiàn)故障現(xiàn)象和引導(dǎo)排故流程，提高故障排除效率。

創(chuàng)建長(zhǎng)期的用戶調(diào)研收集機(jī)制，在實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景中獲取故障案例，獲取故障案例后，存儲(chǔ)到導(dǎo)航機(jī)故障庫(kù)中，待模擬和處理故障完成后，將需求權(quán)重高的故障案例解決方案輸出到導(dǎo)航機(jī)排故引導(dǎo)系統(tǒng)中，如圖1所示。在該系統(tǒng)中，預(yù)先添加故障測(cè)量點(diǎn)，根據(jù)故障樹(shù)排故流程引導(dǎo)系統(tǒng)用戶對(duì)該測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，并給出測(cè)量點(diǎn)正確數(shù)值范圍，直至找到故障點(diǎn)。

1.3 優(yōu)化故障樹(shù)，歸納總結(jié)故障規(guī)律

團(tuán)隊(duì)通過(guò)識(shí)別故障庫(kù)中的故障案例，對(duì)故障庫(kù)中案例進(jìn)行總結(jié)和分析，不斷地總結(jié)出測(cè)試路徑更短，測(cè)試效率更高，測(cè)試更為簡(jiǎn)單的方法，從而能夠及時(shí)地優(yōu)化排故流程，降低排故的煩瑣程度，縮短排故時(shí)間，降低導(dǎo)航機(jī)的維修難度，從而提高導(dǎo)航機(jī)保障人員排除故障的效率，為飛行保障任務(wù)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

在故障樹(shù)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)排故訓(xùn)練模擬功能，可以應(yīng)用到導(dǎo)航機(jī)保障人員的教學(xué)培訓(xùn)中，可有效解決目前培訓(xùn)人員多，裝備少，實(shí)習(xí)效率低的問(wèn)題，力求達(dá)到為該領(lǐng)域提供充足后備力量的目的。

2 排故引導(dǎo)系統(tǒng)包含的故障問(wèn)題

2.1 整理故障問(wèn)題，分析故障現(xiàn)象

本文通過(guò)案例來(lái)建立、優(yōu)化排故流程模型并引入案例索引機(jī)制，將故障現(xiàn)象相同、排故過(guò)程相似的一系列故障案例進(jìn)行歸并，利用多個(gè)排故案例來(lái)共同建一棵邏輯樹(shù)［2］。這樣就找到了每一個(gè)案例與故障樹(shù)的對(duì)應(yīng)機(jī)制。只要找到故障案例到樹(shù)的轉(zhuǎn)化方法，就可以快捷地通過(guò)案例的擴(kuò)充來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)樹(shù)的改進(jìn)和優(yōu)化，以此提高系統(tǒng)的開(kāi)放性和可擴(kuò)展性。

目前，整個(gè)系統(tǒng)包含7個(gè)排故問(wèn)題，分別為：設(shè)備警告、市電正常主機(jī)加不上電、頻率合成器輸出指示燈不亮、功率合成器單元故障、音頻功放故障、公共輸入單元故障、開(kāi)關(guān)電源單元故障。

2.2 軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

整個(gè)故障邏輯約90個(gè)步驟，對(duì)應(yīng)約90個(gè)界面，每個(gè)界面通過(guò)動(dòng)畫(huà)演示的效果，對(duì)排故步驟進(jìn)行了直觀的說(shuō)明和解釋。每個(gè)步驟包含：標(biāo)題、內(nèi)容、解釋、注意，動(dòng)效，此處用一張表格來(lái)說(shuō)明對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表1所示。

該系統(tǒng)根據(jù)不同故障現(xiàn)象的特點(diǎn)，可與外接測(cè)試硬件部分進(jìn)行交互通信，能夠完成電參數(shù)測(cè)量、信號(hào)參數(shù)測(cè)量。依據(jù)實(shí)物圖構(gòu)建的3D圖，預(yù)先添加的測(cè)量點(diǎn)。當(dāng)導(dǎo)航機(jī)出現(xiàn)故障后，導(dǎo)航機(jī)保障人員啟動(dòng)導(dǎo)航機(jī)排故引導(dǎo)系統(tǒng)，根據(jù)故障類型以及測(cè)量點(diǎn)的數(shù)值進(jìn)行故障分析，利用導(dǎo)航機(jī)排故引導(dǎo)系統(tǒng)，進(jìn)行進(jìn)一步的故障排除。

本文以公共輸入單元板，導(dǎo)致設(shè)備警告故障為例。啟動(dòng)導(dǎo)航機(jī)故障引導(dǎo)系統(tǒng)。通過(guò)分析故障現(xiàn)象，觀察得出故障為設(shè)備警告故障，點(diǎn)擊設(shè)備警告，系統(tǒng)進(jìn)入接下來(lái)指導(dǎo)排故流程的提示頁(yè)面。

3 排故引導(dǎo)流程的設(shè)計(jì)

3.1 指導(dǎo)排故流程的過(guò)程

此處依然以公共輸入單元板，導(dǎo)致設(shè)備警告故障為例。導(dǎo)航機(jī)排故引導(dǎo)系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際情況判斷“全功率狀態(tài)天線電流是否大于等于2A”，以模擬公共輸入單元板壞為例，所以此處應(yīng)該選擇“是”，系統(tǒng)進(jìn)入下一頁(yè)面。根據(jù)實(shí)際情況判斷“觀察調(diào)制度儀表是否有指示”，因此處為模擬公共輸入單元板壞，調(diào)制度儀表應(yīng)沒(méi)有指示，所以應(yīng)該選擇“否”，系統(tǒng)鎖定故障為“公共輸入單元板壞”。用戶在排除故障的過(guò)程中可通過(guò)系統(tǒng)中的注釋模塊學(xué)習(xí)排除故障的基本原理。

根據(jù)故障樹(shù)排故流程，引導(dǎo)操作者到該測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，給出測(cè)量點(diǎn)正確數(shù)值范圍，可快捷直觀地判斷該測(cè)試點(diǎn)是否在正常范圍內(nèi)。按照導(dǎo)航機(jī)排故引導(dǎo)系統(tǒng)的指引進(jìn)行逐一排除，直至問(wèn)題鎖定，導(dǎo)航機(jī)保障人員按照系統(tǒng)指使更換元件排除故障即可。另外，本軟件可應(yīng)用于導(dǎo)航機(jī)保障人員培訓(xùn)，培養(yǎng)學(xué)員發(fā)現(xiàn)、分析、排除故障的能力。

3.2 軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程主要分為以下3部分：

（1）首頁(yè)界面開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)首頁(yè)包含背景圖與排故問(wèn)題。背景圖為一個(gè)動(dòng)效，需要在程序啟動(dòng)的時(shí)候提前加載。排故問(wèn)題包含名稱和圖片，需要從文件系統(tǒng)加載并且展示在界面上。此步驟的技術(shù)要點(diǎn)為利用.NET框架和C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)WinForm界面，文件系統(tǒng)為NTFS格式，使用INI配置文件保存配置信息。

（2）排故步驟界面開(kāi)發(fā)，排故界面包含：圖標(biāo)、標(biāo)題、回到首頁(yè)按鈕、動(dòng)效顯示、內(nèi)容文本、解釋按鈕、選擇按鈕。技術(shù)要點(diǎn)為利用.NET框架與C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)WinForm界面，動(dòng)效是從硬盤上加載的PNG文件［3］。

（3）問(wèn)題鎖定界面開(kāi)發(fā)，問(wèn)題鎖定包含：內(nèi)容、解釋按鈕、返回按鈕、返回首頁(yè)按鈕。技術(shù)要點(diǎn)為利用.NET框架與C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)WinForm界面。

導(dǎo)航機(jī)排故引導(dǎo)系統(tǒng)以動(dòng)畫(huà)、3D建模、靜態(tài)頁(yè)面，文字?jǐn)⑹龅姆绞街庇^地從故障現(xiàn)象、故障測(cè)量注釋、注意事項(xiàng)3個(gè)方面引導(dǎo)用戶完成對(duì)導(dǎo)航機(jī)故障排除工作，目前系統(tǒng)儲(chǔ)備的故障覆蓋率已達(dá)到90%以上。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要指標(biāo)及注意事項(xiàng)

4.1 主要技術(shù)指標(biāo)

4.1.1 響應(yīng)速度

導(dǎo)航機(jī)排故引導(dǎo)系統(tǒng)運(yùn)用了.NET框架，此框架可以用于構(gòu)建多種應(yīng)用。在此開(kāi)源開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，可以使用多種語(yǔ)言，編輯器和庫(kù)開(kāi)發(fā)Web應(yīng)用、Web API和微服務(wù)、云中的無(wú)服務(wù)器函數(shù)、云原生應(yīng)用、移動(dòng)應(yīng)用、桌面應(yīng)用、Windows WPF、Windows窗體、通用 Windows平臺(tái) （UWP）、物聯(lián)網(wǎng) （IoT）、機(jī)器學(xué)習(xí)、控制臺(tái)應(yīng)用、Windows服務(wù)。該系統(tǒng)的頁(yè)面的響應(yīng)速度為0.3s以內(nèi)。

4.1.2 安全性

為保障設(shè)備的安全性，系統(tǒng)的使用環(huán)境為非聯(lián)網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)）環(huán)境，使用INI配置文件保存配置信息，ini 文件是Initialization File的縮寫(xiě)，即初始化文件，是windows系統(tǒng)配置文件所采用的存儲(chǔ)格式，統(tǒng)管windows的各項(xiàng)配置，一般用戶用windows提供的各項(xiàng)圖形化管理界面就可實(shí)現(xiàn)相同的配置［3］。

4.1.3 可擴(kuò)展性

該系統(tǒng)采用獨(dú)立模塊存儲(chǔ)方式，將系統(tǒng)的文件信息直接存儲(chǔ)在本地的文件系統(tǒng)中，降低了修改和新增模塊的研發(fā)成本，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

4.2 設(shè)計(jì)過(guò)程中的注意事項(xiàng)

在導(dǎo)航機(jī)排故引導(dǎo)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要注意兩點(diǎn)。一是做好項(xiàng)目的技術(shù)決策。項(xiàng)目中的重點(diǎn)需求通常較為復(fù)雜，工作量巨大，每一個(gè)技術(shù)方案的選擇都可能影響到成品的質(zhì)量。因此需要重點(diǎn)關(guān)注這些需求的方案，制定好方案決策評(píng)審計(jì)劃，識(shí)別出重大的備選方案以及每個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，及時(shí)進(jìn)行技術(shù)決策。在方案涉及周邊或外部界面的，更是要在做決策時(shí)讓所有團(tuán)隊(duì)成員參與到?jīng)Q策過(guò)程中。二是做好項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)管理，風(fēng)險(xiǎn)管理貫穿于整個(gè)項(xiàng)目的生命周期，包括規(guī)劃、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、測(cè)試、集成各個(gè)階段。項(xiàng)目中每個(gè)團(tuán)隊(duì)成員對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的影響理解通常并不一致，因此風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別不能完全由每個(gè)人員獨(dú)立完成，尤其是重點(diǎn)需求。定期組織風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別會(huì)議，由設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)/測(cè)試/QA人員共同參與。形式上可以由當(dāng)前的主導(dǎo)領(lǐng)域進(jìn)行講解，由大家一起開(kāi)展頭腦風(fēng)暴識(shí)別出盡可能多的風(fēng)險(xiǎn)以及每一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)的影響。在風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別出來(lái)之后，在一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的團(tuán)隊(duì)中形成風(fēng)險(xiǎn)的閉環(huán)通常不會(huì)成為問(wèn)題，重要的是做好跟蹤閉環(huán)。

5 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)通過(guò)搜集以往排故經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)從故障案例到故障樹(shù)的生成，通過(guò)歸納總結(jié)故障規(guī)律，進(jìn)而降低排故的煩瑣度，力求縮短排時(shí)間，起到降低導(dǎo)航機(jī)的維修難度的作用。本系統(tǒng)還可以應(yīng)用到教學(xué)實(shí)踐中，輔助學(xué)員進(jìn)行模擬故障分析與排故訓(xùn)練，也可應(yīng)用到基層崗位中，用于導(dǎo)航機(jī)保障人員在崗自學(xué)，能夠提高裝備操作人員分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，進(jìn)而提高其裝備維修水平。

參考文獻(xiàn)

［1］馬麟龍.基于部件建模與故障仿真的飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)輔助排故與排故模擬訓(xùn)練研究［D］.南京：南京航空航天大學(xué)，2010.

［2］喬彥宏.裝備排故訓(xùn)練與考核系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.大連：大連理工大學(xué)，2014.

［3］張文浩.飛機(jī)燃油系統(tǒng)故障模擬培訓(xùn)系統(tǒng)的研究［D］.青島：青島科技大學(xué)，2013.

（編輯 李春燕）

Design and development of application software for the navigation equipment troubleshooting

guidance system

Zhao? Beibei， Zhang? Weilin， Gai? Junfeng， Deng? Haifeng， Meng? Haicui

（Unit 91206， PLA， Qingdao 266109， China）

Abstract： As a sophisticated and complex equipment， navigation machine will have various faults in daily use. In order to enable equipment users and maintenance personnel to locate and eliminate equipment faults efficiently and quickly， this paper is based on net framework and c# language， a troubleshooting system guided by case fault tree is designed and developed， which can be used to guide the actual troubleshooting of equipment， and can also be applied to teaching as an equipment troubleshooting simulation training system. The design idea and method can lay a foundation for the design of fault diagnosis instrument for other equipment in the future， and the application prospect is broad.

Key words：? navigation machine； troubleshooting system； interface design; fault case; model construction