杜斌 張雷

摘要：針對我陸軍在合成化改革后暴露出對裝備保障訓練工作建設不足的問題，提出了一種新型設備維修訓練手段。以坦克火控系統(tǒng)為具體研究對象，采用故障注入技術，在深入研究火控系統(tǒng)工作原理、構造、故障機理、故障注入等問題基礎上，提出了一種通用型、自動化的故障注入設備的控制軟件設計思路，對于提升火控系統(tǒng)測試水平，促進火控系統(tǒng)的部隊維修保障能力建設具有十分積極的意義。

關鍵詞：坦克火控系統(tǒng);故障注入;軟件設計

0 引言

坦克火控系統(tǒng)故障注入設備的主要功能是為坦克火控系統(tǒng)的故障診斷與排除教學提供平臺，同時可以作為輔助教學手段，提高坦克火控專業(yè)維修和保障人員的培訓效率。根據文獻[1]可知，故障注入設備應具備以下功能：（1）火控系統(tǒng)中各類信號采集功能;（2）故障注入功能;（3）數(shù)據存儲、管理與分析功能。為實現(xiàn)上述功能，故障注入設備被劃分為主控單元和中控單元兩大主要組成部分。中控單元用于實現(xiàn)運行狀態(tài)監(jiān)測、故障生成、故障注入、信號采集與指示功能，為硬件部分;主控單元由上位機及其控制軟件組成，用于發(fā)出控制信號，令下位機完成坦克火控系統(tǒng)技術狀態(tài)參數(shù)以及各測試點的輸出信號采集、故障生成、故障注入，并給用戶提供人機交互界面，還具備數(shù)據管理與數(shù)據庫維護等功能。

1 軟件功能分析

坦克火控系統(tǒng)故障注入設備控制軟件在設計階段需要考慮到：（1）軟件安全性;（2）軟件可移植性;（3）可擴展性;（4）易維護性等。在系統(tǒng)設計時，采用3層體系結構，這是較為先進的一種軟件設計思路[2]。軟件整體體系結構如圖1所示，分為展示層、邏輯層和數(shù)據訪問層。其中，展示層給用戶提供前臺的交互與操作界面;邏輯層即控制軟件中的程序邏輯控制，包括運算、數(shù)據轉換和數(shù)據傳遞等;訪問層是控制軟件主要完成軟件層面對軟件數(shù)據庫的維護與訪問。

2 軟件方案設計

根據火控系統(tǒng)運行特性和開展故障注入試驗的相關要求[3]，坦克火控系統(tǒng)故障注入設備控制軟件的基本功能結構框圖如圖2所示。

軟件應實現(xiàn)的主要功能包括：

（1）坦克火控系統(tǒng)運行部件故障檢測。通過采集坦克火控系統(tǒng)技術狀態(tài)信號和運行數(shù)據，開展故障診斷和故障機理分析?？刂栖浖诤蠖朔治?、監(jiān)控并判讀坦克火控系統(tǒng)的運行數(shù)據，實時顯示采集的坦克火控系統(tǒng)運行參數(shù)并輔以圖形表示，還能快速保存和回放測試數(shù)據，最后輸出符合用戶要求的試驗數(shù)據記錄表。

（2）故障注入。構建坦克火控系統(tǒng)工作流程數(shù)據鏈仿真功能，以此模擬坦克火控系統(tǒng)動作指令，同時控制仿真數(shù)據鏈，實現(xiàn)對故障診斷結果與試驗數(shù)據管理的交互模擬，完成預設故障模式的注入。

（3）數(shù)據管理。構建軟件數(shù)據庫，滿足每次使用坦克火控系統(tǒng)故障注入設備開展故障注入試驗后的管理、存儲和用戶查詢每次測試數(shù)據需求，同時數(shù)據庫還方便調用和對比專家?guī)熘械臍v史數(shù)據，進而完成故障定位、檢測與預測功能。

（4）通信配置。配置通信接口，設置參數(shù)，并實現(xiàn)控制軟件自檢以及電氣參數(shù)檢查功能，盡可能保證軟件的正常運行，預防和避免事故的發(fā)生及被測對象的損壞。

（5）用戶管理?；谲浖こ趟枷?，設定不同的用戶權限，區(qū)分上位機控制軟件的使用者和開發(fā)者，提高軟件的穩(wěn)定性、安全性，保證上位機控制軟件的代碼保密性。

（6）軟件幫助。通過文字說明、視頻圖像、音頻播放等方式，提供上位機控制軟件的操作方法與功能描述，便于用戶學習和使用。

3 主程序設計

控制軟件主程序基本流程如圖3所示。

（1）初始化。包括軟件初始變量賦值、基本參數(shù)初始化和用戶交互界面的初始化生成。

（2）傳遞技術狀態(tài)檢測指令至下位機。上位機將控制指令通過微控制器下達至信號采集器，然后信號采集器采集坦克火控系統(tǒng)各部件運行技術狀態(tài)信號后，再經由調理電路轉換為電平信號，最后采用光電耦合轉化，消除模數(shù)轉換期間的電磁干擾，最終回傳至微控制器。微控制器經CAN總線實時將采集到的技術狀態(tài)信號傳輸至上位機，上位機控制軟件將狀態(tài)信號通過圖形方式在故障注入操作界面直觀顯示給用戶;另外，微控制器將采集到的技術狀態(tài)信號送入故障注入器，由故障注入器驅動繼電器陣列物理顯示。

（3）調整軟件參數(shù)，注入預設故障模式。將預設故障模式轉化為故障注入信號發(fā)送至下位機，由微控制器驅動故障注入器進行故障注入，然后將故障注入后傳輸線纜航空插頭內針腳狀態(tài)信號回傳至控制軟件，軟件分析采集數(shù)據后判斷當前坦克火控系統(tǒng)技術狀態(tài)，實施故障隔離，輸出故障檢測結果。

（4）結束運行條件。直至故障注入試驗結束前可重復注入故障，當不再進行注入故障時，控制程序的主程序結束運行。

控制軟件與下位機通信流程如下：

（1）在下位機收到控制軟件發(fā)出的設置故障操作指令前，該控制軟件均運行后臺閑置程序，下位機即故障注入設備的硬件部分不發(fā)生動作，也就是不向坦克火控系統(tǒng)系統(tǒng)注入故障。

（2）當下位機接收到控制軟件通過CAN總線傳輸?shù)墓收献⑷氩僮髦噶顣r，下位機按控制軟件通信協(xié)議進行故障設置指令的讀取和解析，然后將自身的故障樣本編號和IP地址返回控制軟件進行分析，并等待下一個故障設置指令的發(fā)出。

（3）在定時器達到2/3時設置溢出中斷，即每30 ms發(fā)生一次中斷。在控制軟件的“定時器2/3中斷”函數(shù)中編程，采集并調整坦克火控系統(tǒng)技術狀態(tài)信息后，經“CANII發(fā)送函數(shù)”傳至上位機。最后由控制軟件進行數(shù)據處理，并對用戶以圖形界面的形式顯示數(shù)據處理結果。

4 結語

本文提出了坦克火控系統(tǒng)故障注入設備控制軟件的設計思路，為故障注入設備的實現(xiàn)以及后續(xù)軟件編程的實現(xiàn)打好了理論基礎。

[參考文獻]

[1] 邵思杰，熊偉，曹勇，等.某型自動裝彈機故障注入系統(tǒng)研究[J].計算機測量與控制，2018，26（2）：125-128.

[2] 李志宇，黃考利，連光耀.基于測試性設計的軟件故障注入研究綜述[J].計算機測量與控制，2013（5）：1112-1114.

[3] 李佳亮.故障注入技術綜述[J].探索科學，2016（4）：205.

收稿日期：2020-05-06

作者簡介：杜斌（1981—），男，山西五臺人，研究方向：火力與指揮控制。