李 淵， 陳 斌， 楊路剛

（海軍工程大學(xué) 電子工程學(xué)院，湖北 武漢 430033）

0 引言

通信裝備的維修保障能力在保證部隊(duì)作戰(zhàn)能力方面起著重要作用[3]，當(dāng)前，在通信裝備的維修訓(xùn)練上，大多采用實(shí)裝訓(xùn)練[4]。此方式受到多方面的影響，比如通信裝備的數(shù)量、復(fù)雜程度和使用壽命等。加之技術(shù)的更新?lián)Q代，通信裝備的電子化和智能化水平越來(lái)越高，復(fù)雜程度大幅增加，通信裝備的造價(jià)也非常昂貴。這導(dǎo)致了通信裝備維修訓(xùn)練成本和難度徒增的問(wèn)題。而虛擬維修作為一種新的維修技術(shù)，具有成本低、風(fēng)險(xiǎn)小、效率高、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)維修保障流程的合理性、維修保障系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)的高效性進(jìn)行評(píng)估，形成維修周期最短、維修費(fèi)用最低、維修保障能力最強(qiáng)的全局最優(yōu)的維修方案。

系統(tǒng)以Delphi為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的平臺(tái)，在EON二次開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了某通信裝備的虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)，并進(jìn)行了實(shí)踐驗(yàn)證，有很好的應(yīng)用價(jià)值。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通信裝備的虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)不僅要求形象直觀地將裝備各個(gè)部分的 3D模型以及拆裝過(guò)程展現(xiàn)給使用者，而且要求能夠很好的指導(dǎo)使用者進(jìn)行維修訓(xùn)練，還要求根據(jù)情況生成相應(yīng)的故障分析文檔和實(shí)際維修的參考方案。整個(gè)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中涉及到了數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)技術(shù)、3D模型建立、行為模型制作、二次開(kāi)發(fā)等方面，主要包括裝備模型制作、行為邏輯模型編輯、故障數(shù)據(jù)庫(kù)建立、維修數(shù)據(jù)處理、故障維修參考文檔生成等幾個(gè)部分，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是在對(duì)EON Studio（簡(jiǎn)稱EON）二次開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，二次開(kāi)發(fā)要求開(kāi)發(fā)對(duì)象要足夠開(kāi)放，而EON提供了對(duì)外部程序的接口EonX，完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用開(kāi)發(fā)，并且EON有豐富的節(jié)點(diǎn)、元件庫(kù)，可以方便地給三維模型加上行為。鑒于Delphi方便、高效及其強(qiáng)大的功能，本系統(tǒng)用它作為二次開(kāi)發(fā)的平臺(tái)，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能需要。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 三維模型設(shè)計(jì)

隨著通信裝備的發(fā)展，其規(guī)模越來(lái)越大，零部件數(shù)量非?？捎^[3]，再加上虛擬維修系統(tǒng)對(duì)模型的幾何尺寸精細(xì)程度和位置準(zhǔn)確度的要求比較高，裝備三維模型建立的工作量很大。目前，三維建模工具有許多，該設(shè)計(jì)所用的3DS MAX操作簡(jiǎn)易、渲染效果逼真，還可以直接輸出EON文件。

在建模過(guò)程中，要在面片的Diffuse材質(zhì)中給它一個(gè)貼圖文件。如果貼圖大小為 W×H，那么貼圖要求最好滿足此條件：max{W，H}≤2048，否則貼圖將不會(huì)正常顯示。此外，貼圖最好用矢量圖，因?yàn)槲粓D在縮放時(shí)會(huì)失真，而矢量圖是不會(huì)存在這種情況的。該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)用CorelDraw軟件將部分元件貼圖轉(zhuǎn)化為矢量圖，再進(jìn)行材質(zhì)貼圖。

虛擬維修的基礎(chǔ)是三維建模，三維模型的設(shè)計(jì)一定要一次完成，如果將行為模型編輯完成后,再想要修改,那么必須重新導(dǎo)入EON,從頭編輯行為模型。

2.2 建立行為模型

三維模型設(shè)計(jì)完成后，就要給通信裝備的需要虛擬拆裝的零部件加上行為，建立行為模型，這是整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的核心，直接關(guān)系到與應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)通信成功與否。通過(guò)3DS max將三維模型導(dǎo)入到EON中有下面三種方法：

1）EON的 Import功能：先將三維模型保存為.3ds文件，然后在EON中導(dǎo)入，在導(dǎo)入后，一開(kāi)始是看不到模型的，因?yàn)镋ON和3DS MAX中坐標(biāo)尺寸不一樣，這只需在EON中修改模型的scale屬性值即可，操作比較復(fù)雜。

2）Raptor插件：作為擴(kuò)展 3DS MAX功能的外掛模塊，它可以在3DS MAX中瀏覽三維模型的 EON場(chǎng)景，并將其保存為EON文件，操作簡(jiǎn)單，但是模型中貼圖較多時(shí)容易出錯(cuò)。

3）3DS MAX的Export功能：在Export功能中選擇EON Stand-alone File，該方法操作簡(jiǎn)單且在貼圖較多時(shí)不會(huì)出錯(cuò)。該系統(tǒng)采用此方法。

模型導(dǎo)入后就是給相關(guān)模塊添加節(jié)點(diǎn)及元件，構(gòu)建完整的Simulation Tree，然后在Routes圖中制作邏輯圖，完成行為模型的建立。

由于模型比較大，貼圖也比較多，所以在 EON中渲染虛擬場(chǎng)景非常慢，曾經(jīng)達(dá)到過(guò)40 s左右，并且在瀏覽時(shí)速度緩慢，甚至出現(xiàn)停頓現(xiàn)象，對(duì)瀏覽造成了很大的麻煩。究其原因，每當(dāng)視點(diǎn)發(fā)生變化，瀏覽器就會(huì)重新計(jì)算場(chǎng)景中各模型的新位置并重新進(jìn)行渲染，所以當(dāng)場(chǎng)景中模型較多時(shí)，瀏覽器渲染速度就會(huì)跟不上視點(diǎn)變化的速度，從而出現(xiàn)緩慢甚至停頓的現(xiàn)象。通過(guò)降低貼圖質(zhì)量和模型復(fù)雜度可以解決這一問(wèn)題，但是視覺(jué)效果會(huì)降低。經(jīng)過(guò)探索，有以下三種解決方案：

1）將模型分模塊編輯，生成.edz文件，用ChangeSimulation節(jié)點(diǎn)進(jìn)行場(chǎng)景切換，該方法在場(chǎng)景切換時(shí)還要緩沖等待，影響場(chǎng)景瀏覽的連貫性。

2）采用PowerSwitch節(jié)點(diǎn)在同一場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)模塊間切換，該裝備有3大模塊，共7個(gè)機(jī)柜，元器件眾多，貼圖豐富，如果在場(chǎng)景下同時(shí)出現(xiàn)勢(shì)必影響瀏覽速度，而同時(shí)顯現(xiàn)也沒(méi)必要，故而用此方法，邏輯圖如圖2所示。

圖2 模塊間切換邏輯

3）在 EON中修改 Render屬性，將 Rendering Quality調(diào)至 low，具體操作如：Simulation→Configuration→Render，該方法由于降低了渲染頻率，所以在模型移動(dòng)過(guò)程中有輕微的模糊和扭曲。

2.3 Delphi與EON通訊——EON的二次開(kāi)發(fā)

行為模型建立完成后，就要通過(guò)混合編程技術(shù)在Delphi中調(diào)用它，實(shí)現(xiàn)EON的二次開(kāi)發(fā)。如前所述，要實(shí)現(xiàn)這一步必須借助EonX控件，EonX是EON提供給宿主程序（即二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)Delphi）的通信接口，通過(guò)它可以把行為模型顯示在宿主程序中，進(jìn)行正常瀏覽。它通過(guò)EON內(nèi)部的路由解釋器接受宿主程序的輸入消息，改變視點(diǎn)位置，同時(shí)，可向宿主程序輸出消息，完成這一通信過(guò)程靠的是EON中的路由接口——InEvent和OutEvent。當(dāng)然，必須先在Delphi中安裝，才可使用，安裝方法是：在菜單欄中點(diǎn)Import Component→Import a Type Library，選擇EonX 7.0 Type Library，完成安裝。

EonX提供了許多二次開(kāi)發(fā)的方法，通過(guò)方法SendEvent可由宿主程序經(jīng)過(guò)InEvent向EON發(fā)送消息，改變需要維修零部件的位置坐標(biāo)。下面是讓發(fā)信機(jī)模塊出現(xiàn)在場(chǎng)景中的程序：

procedure TForm1.TreeViewMouseDown(

Sender: TObject;

Button: TMouseButton;

Shift: TShiftState;

X, Y: Integer);

var EventIn: OleVariant;

begin

EventIn:=System.True;

MyEon.SendEvent(TreeView.Selected.text,E

ventIn); //給相應(yīng)模塊發(fā)消息

end;

EonX也有許多屬性和事件，通過(guò)添加OnEvent事件的響應(yīng)函數(shù)，可以在宿主程序中監(jiān)聽(tīng)到經(jīng)過(guò)OutEvent的輸出消息，并在宿主程序中進(jìn)行相應(yīng)的處理。下面是發(fā)信機(jī)柜一號(hào)電路板改變視角時(shí)Delphi進(jìn)行響應(yīng)的程序：

procedure TForm1.MyEonEvent(

ASender: TObject;

const bstrNodeName: WideString;

var pvarNodeValue: OleVariant);

begin

……

if bstrNodeName='發(fā)信機(jī)柜_電路板 1號(hào)'

then

begin

Panel_Tran_Cir1.Visible:=True;

Panel_Tran_Cir2.Visible:=False;

Panel_Tran_Cir3.Visible:=False;

Panel_Rec_Cir1.Visible:= False;

……

end;

end;

圖3示出了Delphi與EON的通信原理圖。

圖3 Delphi與EON的通信原理

2.4 系統(tǒng)實(shí)例

最終完成的系統(tǒng)界面如圖4所示。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，可以通過(guò)外設(shè)對(duì)通信裝備進(jìn)行虛擬拆裝，很全面地對(duì)裝備內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行瀏覽；也可以根據(jù)用戶選擇的故障，指導(dǎo)用戶對(duì)相應(yīng)部件的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，完成故障維修工作，并生成故障分析文檔和故障維修參考文檔。

圖4 系統(tǒng)界面

3 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)在EON軟件二次開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上，結(jié)合三維建模、虛擬維修、數(shù)據(jù)庫(kù)以及電子電路仿真等方面的技術(shù)，開(kāi)發(fā)出了某通信裝備的虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)，降低了維修訓(xùn)練對(duì)客觀實(shí)物的依賴，有效地解決了當(dāng)前維修訓(xùn)練中成本高等問(wèn)題，對(duì)提高維修訓(xùn)練效率、擴(kuò)大維修訓(xùn)練規(guī)模有極大的幫助，本文所涉及的系統(tǒng)已進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證，系統(tǒng)有效可行，具有良好的應(yīng)用前景。

[1] 張然,劉健偉,常青.基于 PDA的通信裝備故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息安全與通信保密,2006(09):150-153.

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