陳自衛(wèi)

(解放軍75731部隊，廣州　518000)

基于 EON 的短波通信裝備虛擬維修系統(tǒng)設(shè)計

陳自衛(wèi)

(解放軍75731部隊，廣州518000)

摘要：隨著我軍信息化作戰(zhàn)水平的提升，裝備維修效率的提升將成為決定戰(zhàn)爭成敗的決定性因素，隨著通信裝備功能的增強(qiáng)、復(fù)雜性的提升以及造價的增加，使得訓(xùn)練的成本和難度不斷增加。針對這一問題，利用三維建模、虛擬現(xiàn)實以及二次開發(fā)等技術(shù)，開發(fā)出了短波通信裝備的虛擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)，實現(xiàn)了虛擬裝備的拆裝、故障分析等功能，具有良好的交互性，有效解決了這一問題。

關(guān)鍵詞：虛擬維修;通信裝備;Delphi;二次開發(fā)

當(dāng)今社會隨著高新武器裝備的不斷研發(fā)，裝備維修成為提升部隊?wèi)?zhàn)斗力的關(guān)鍵，裝備虛擬故障診斷系統(tǒng)的開發(fā)不僅節(jié)約了大量的財力，同時提升了裝備的維修水平，虛擬故障診斷系統(tǒng)的主要工作是進(jìn)行短波綜合通信系統(tǒng)的維修訓(xùn)練，主要功能包括維修訓(xùn)練、信息錄入，和人員管理[1-3]，如圖1所示。在系統(tǒng)的開發(fā)過程中，首先需要根據(jù)功能需求將系統(tǒng)分解為功能單一、能夠單獨實現(xiàn)的子系統(tǒng)，然后根據(jù)面向?qū)ο蟮乃枷雽Ω鱾€子系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)實現(xiàn)，并提供相互之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口，最后根據(jù)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)在Delphi開發(fā)環(huán)境中將各個子系統(tǒng)集成到一個系統(tǒng)中。

圖1　系統(tǒng)的功能需求

1系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是設(shè)計系統(tǒng)各模塊之間的處理流程，為系統(tǒng)面向?qū)ο蟮拈_發(fā)設(shè)計、代碼設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計等提供系統(tǒng)化的參考，其基本思想是將系統(tǒng)設(shè)計成由相互獨立、單一功能的子模塊組成的系統(tǒng)，從而簡化系統(tǒng)開發(fā)工作，提高系統(tǒng)的可靠性[4-7]。根據(jù)功能需求將系統(tǒng)分解為如下功能子模塊：

1) 裝備故障樹編輯軟件：建立裝備故障樹，此模塊在第二小節(jié)中已經(jīng)實現(xiàn)；

2) 虛擬場景：對裝備進(jìn)行虛擬操作，此模塊在第三小節(jié)中已經(jīng)實現(xiàn)；

3) 虛擬示波器：顯示測試點的波形；

4) 波形文件生成軟件：生成虛擬示波器專用的波形文件；

5) 虛擬萬用表：顯示測試點的電壓、電流等參數(shù)；

6) 虛擬功率計：顯示測試點的功率；

7) 虛擬故障診斷模塊：將虛擬場景與故障樹軟件和虛擬測試儀器之間建立聯(lián)系，實現(xiàn)虛擬故障診斷；

8) 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫：存儲測試點信息、故障模式信息、維修人員信息等；

9) 故障錄入模型：錄入測試點信息和故障模式信息；

10) 裝備結(jié)構(gòu)的XML文檔：存儲ICS-5型短波綜合通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)信息；

11) 操作人員登錄和注冊；

12) 歷史記錄窗口：查看操作記錄；

13) 故障模式窗口：故障診斷前，選擇故障模式。

根據(jù)這些功能子模塊，設(shè)計虛擬故障診斷系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)采用Delphi開發(fā)環(huán)境，Delphi是一個可視化的、界面友好的集成開發(fā)工具，采用面向?qū)ο蟮木幊陶Z言O(shè)bject Pascal和基于部件的開發(fā)結(jié)構(gòu)框架，提供了500多個可供使用的組件，利用這些組件，開發(fā)人員可以快速、高效地開發(fā)出自己的應(yīng)用系統(tǒng)[8]。在系統(tǒng)開發(fā)過程中，先將系統(tǒng)分解為眾多功能子模塊，單獨實現(xiàn)各自功能。然后自定義不同的操作類，將這些子模塊建立起聯(lián)系，集成到一個系統(tǒng)中，實現(xiàn)系統(tǒng)的開發(fā)。

2.1　自定義的操作類

在Delphi中，通過這些操作類，將虛擬故障診斷模塊、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、裝備結(jié)構(gòu)的XML文檔、數(shù)據(jù)錄入工具、虛擬測試工具等子模塊集成到一個系統(tǒng)中，完成了短波綜合通信系統(tǒng)虛擬故障診斷系統(tǒng)的開發(fā)，其主要類有：

1) 數(shù)據(jù)庫操作類TMyDB：讀取當(dāng)前測試點的故障狀態(tài)、獲取當(dāng)前測試點的波形等信息、設(shè)置故障點的故障狀態(tài)、向數(shù)據(jù)庫中插入測試點信息、寫入操作歷史記錄、創(chuàng)建故障模式表。

2) XML文檔操作類TMyXML：獲取機(jī)柜的名字和編號、單元的名字和編號、模塊的名字和編號以及測試點的名字和編號。

3) EON操作類TMyEon：加載虛擬場景、結(jié)束運行虛擬場景、監(jiān)聽EON的OnEvent事件并作出響應(yīng)。

4) 故障樹操作類TMyFault：操作故障樹的事件節(jié)點時作出響應(yīng)、判斷當(dāng)前故障是否是最終故障。

5) 窗口操作類TOpenForm：操作主窗口、虛擬故障診斷窗口、故障樹軟件窗口、信息錄入窗口、歷史記錄窗口、人員登錄、人員注冊等系統(tǒng)窗口。

6) 測試工具操作類TMyTools：操作虛擬示波器、虛擬萬用表、虛擬功率計等虛擬測試工具。

2.2　編號規(guī)則約定

本研究在組織數(shù)據(jù)往數(shù)據(jù)庫中輸入的過程中，需要對故障編號，由于設(shè)計中所涉及的短波綜合通信系統(tǒng)擁有龐雜的結(jié)構(gòu)，所以相關(guān)的數(shù)據(jù)量會很大，為了便于管理和識別，故障模式編號的規(guī)則采用自頂向下的方法進(jìn)行組合編程。故障模式是由最終故障點決定的，所以故障模式根據(jù)最終故障點的位置進(jìn)行編號，比如最終故障點就是上面提到的測試點，那么該故障模式的編號就是：04020501，其中，04、02、05、01分別是窄帶發(fā)信機(jī)、數(shù)字激勵器2、DSP、射頻輸出的代號，這些代號都是按照裝備中部件的排列順序進(jìn)行的，具體可以見裝備結(jié)構(gòu)的XML文檔。

2.3　系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

數(shù)據(jù)庫設(shè)計在本系統(tǒng)的設(shè)計中起著舉足輕重的作用。如果數(shù)據(jù)庫設(shè)計得不合理，即使DBMS軟件的性能再優(yōu)良，也很難讓數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用系統(tǒng)達(dá)到最佳狀態(tài)。數(shù)據(jù)庫的概念設(shè)計是根據(jù)用戶的需求設(shè)計數(shù)據(jù)庫的概念結(jié)構(gòu)。概念設(shè)計可以非常直觀地反映用戶的觀點，并且也容易向關(guān)系模型轉(zhuǎn)換。概念設(shè)計最常用的是實體聯(lián)系法(ER法)，建立ER模型，用ER圖表示概念結(jié)構(gòu)。ER模型的基本要素有實體、聯(lián)系和屬性。下面就根據(jù)需求設(shè)計ER圖，進(jìn)行概念模型的設(shè)計(其中矩形代表“實體”，菱形代表“聯(lián)系”，橢圓形代表“屬性”)。本系統(tǒng)進(jìn)行ER建模需要的實體有：故障信息表、故障模式表、具體故障表、操作人員表以及操作的歷史記錄表。

1) 操作人員在虛擬故障診斷前需要選擇故障編號，確定當(dāng)前的故障模式。它們之間是1：N的聯(lián)系。局部ER圖如圖3所示。

圖3　局部ER圖1

2) 確定故障模式后，需要設(shè)置當(dāng)前模式下所有測試點的故障狀態(tài)。而具體是設(shè)置哪些測試點，需要調(diào)用當(dāng)前模式的故障表。局部ER圖如圖4所示。

圖4　局部ER圖2

3) 根據(jù)故障表中的故障測試點，系統(tǒng)會改變這些測試點的故障信息(主要是“故障狀態(tài)”)，當(dāng)然在退出系統(tǒng)時，系統(tǒng)會初始化所有故障信息。局部ER圖如圖5所示。

圖5　局部ER圖3

2.4　裝備結(jié)構(gòu)信息訪問

要實現(xiàn)程序?qū)ML的操作，首先得解析XML文檔。解析一個XML文檔包括將它讀入、解析，然后通過程序從文檔中提取某些有用的信息。XML文檔的樹形層次結(jié)構(gòu)非常有利于通過程序來解析文檔，并且有利于對輸出結(jié)果的處理。當(dāng)前，解析XML文檔的主要方法有SAX(Simple API for XML)和DOM(Document Object Model)2種方法，本文選用DOM(Document Object Model)方式，因為創(chuàng)建完成后，文檔的總大小不到3KB，體積很小，不必?fù)?dān)心占用內(nèi)存的問題，并且該文檔在程序中使用時，需要多次調(diào)用其中內(nèi)容，包括提取節(jié)點名字、節(jié)點屬性等，DOM可以滿足這些要求。

Delphi可以通過 TXMLDocument類來處理XML文檔，首先Delphi通過TXMLDocument類，在DOM方式下，將XML文檔解析成文檔樹，保存在內(nèi)存中，當(dāng)程序需要相關(guān)數(shù)據(jù)時，就從內(nèi)存中提取。如圖6所示，其中一個TXMLDocument文檔其實就是一個節(jié)點集合，每個節(jié)點包括名稱、文本內(nèi)容、屬性集合以及子節(jié)點集合，程序可以按照位置或名稱訪問節(jié)點。

圖6　在Delphi中使用XML文檔的流程

2.5　虛擬示波器的實現(xiàn)

虛擬示波器需要實現(xiàn)以下功能：顯示波形；調(diào)整波形的水平時基和垂直靈敏度；調(diào)整波形的位置；自動測量波形的頻率和幅度；波形自動匹配。本文通過Delphi自帶的TChart組件來實現(xiàn)虛擬示波器，顯示波形可以通過TChart組件的AddXY方法加載波形數(shù)據(jù)。設(shè)計的虛擬示波器可以像真實示波器那樣調(diào)節(jié)水平時基和垂直靈敏度，以及改變波形位置。實現(xiàn)自動測量頻率和幅度時，只需要知道波形一個周期的長度以及最高峰和最低谷之間的距離，再結(jié)合當(dāng)前的水平時基和垂直靈敏度，程序可以自動計算出當(dāng)前波形的頻率和幅度。波形自動匹配時：在垂直方向上，程序先檢測出當(dāng)前波形的最大峰值，然后找出與之匹配的最佳靈敏度；在水平方向上，先檢測出當(dāng)前波形所有的過零點，求出相互之間的平均距離，找出與之匹配的最佳水平時基。虛擬示波器的運行結(jié)果圖如圖7所示。其中左面顯示區(qū)用來顯示當(dāng)前測試點的測試信號波形，右面用來顯示當(dāng)前測試點的已存正常波形。

圖7　虛擬示波器

3工作流程

在進(jìn)行虛擬故障診斷時，其工作流程如圖8所示。首先將虛擬場景與故障樹軟件之間、虛擬場景與虛擬測試工具之間建立互聯(lián)，讓虛擬環(huán)境不僅可以和故障樹軟件進(jìn)行事件交互，還可以和虛擬測試工具進(jìn)行事件交互，這是虛擬故障診斷系統(tǒng)開發(fā)過程中關(guān)鍵的一步，可以通過對EON軟件的二次開發(fā)來實現(xiàn)。虛擬場景與故障樹軟件和虛擬測試工具之間的互聯(lián)是實現(xiàn)虛擬故障診斷的前提，它要求系統(tǒng)在操作裝備故障樹中的事件節(jié)點時，虛擬場景中會感知到節(jié)點內(nèi)容，并判斷出節(jié)點所描述的測試點在虛擬裝備中具體位置，同時，當(dāng)在虛擬場景中測試某測試點的參數(shù)時，相關(guān)的虛擬測試儀器要能夠顯示測試結(jié)果。

圖8　虛擬故障診斷的工作流程

4結(jié)束語

短波綜合通信系統(tǒng)虛擬故障診斷系統(tǒng)功能完善、界面友好、操作方便，通過該系統(tǒng)，維修訓(xùn)練訓(xùn)練人員可以在虛擬場景中對該裝備的維修過程有真實的感受，有效地解決了部隊維修訓(xùn)練中存在的若干問題，對提高部隊的裝備保障能力有一定的幫助。系統(tǒng)故障診斷界面如圖9所示。

圖9　虛擬故障診斷的具體操作

本文通過分析系統(tǒng)的功能需求，將采用了分塊設(shè)計思想，進(jìn)行了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，展示了模塊之間處理數(shù)據(jù)的流程；對虛擬故障診斷系統(tǒng)運行所依賴的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了設(shè)計和訪問，利用XML技術(shù)對短波綜合通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行了存儲和解析；制作了虛擬故障診斷中必備的虛擬測量工具——虛擬示波器、虛擬萬用表以及虛擬功率計；然后將虛擬場景集成到虛擬故障診斷系統(tǒng)中，并與故障樹軟件和虛擬測試儀器建立了交互聯(lián)系，實現(xiàn)了虛擬故障診斷功能；最后根據(jù)面向?qū)ο蟮乃枷朐贒elphi開發(fā)環(huán)境中將各個功能子模塊集成到一個系統(tǒng)中，完成了短波綜合通信系統(tǒng)系統(tǒng)虛擬故障診斷系統(tǒng)的開發(fā)。

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(責(zé)任編輯楊繼森)

收稿日期：2014-11-20

作者簡介：陳自衛(wèi)(1979—)，男，博士，高級工程師，從事復(fù)雜電磁頻譜管理相關(guān)領(lǐng)域的研究。

doi:10.11809/scbgxb2015.07.018

中圖分類號：TN202

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-0707(2015)07-0069-04

本文引用格式：陳自衛(wèi).基于 EON 的短波通信裝備虛擬維修系統(tǒng)設(shè)計[J].四川兵工學(xué)報，2015(7):69-72.

Citation format:CHEN Zi-wei.Virtual Maintenance System for Short-Wave Communication Equipment Based on EON[J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(7):69-72.

Virtual Maintenance System for Short-Wave Communication
Equipment Based on EON

CHEN Zi-wei

(The No. 75731stTroop of PLA, Guangzhou 518000, China)

Abstract:As our army’s informatization combat level has ascension, to promote the efficiency of equipment maintenance will be the key of the success or failure of the war the decisive factor. However, with the augmentation of the functions of communication equipment and the ascension of complexity, the training cost and difficulty increases. In order to solve this problem, by using the three-dimensional modeling, virtual reality and secondary development technology, we developed a short wave communication equipment of virtual maintenance training system and realized the dismantling of virtual equipment, failure analysis and other functions, which has good interactivity, effectively solve the problem.

Key words:virtual maintenance; communications equipment; Delphi; secondary development

【后勤保障與裝備管理】