基于虛擬儀器綜導顯控臺故障檢測方法的研究*

黃顯亮　趙嵩泰　李成晶　韓海玉

(92956部隊　大連　116041)

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基于虛擬儀器綜導顯控臺故障檢測方法的研究*

黃顯亮趙嵩泰李成晶韓海玉

(92956部隊大連116041)

摘要綜導顯控臺是一種十分重要的航海裝備,論文針對基于虛擬儀器綜導顯控臺的故障檢測方法展開研究,結果表明該研究成果具有較強的實用性,實現了故障檢測智能化,故障排除程序化。

關鍵詞虛擬儀器; 模塊設計; 數據庫; 模糊故障樹

Faut Examination Method of Integrated Navigation Console Based on Virtual Instrument

HUANG XianliangZHAO SongtaiLI ChengjingHAN Haiyu

(No. 92956 Troops of PLA, Dalian116041)

AbstractIntegrated navigation console is an important voyage equipment. In the paper, the research is conducted for the fault examination of integrated navigation console based on virtual instrument. The result shows that the method is practical, and realize the intelligentization of fault examination and routinization of fault removel.

Key Wordsvirtual intrument, mold piece design, database, fuzzy fault tree

Class NumberO159

1引言

目前大型艦船都已安裝了綜導顯控臺,它應用組合導航技術和信息融合技術把各導航設備有機組合起來,采用濾波技術對各種導航信息進行處理,實現各導航信息的取長補短,進一步提高導航精度,實時向各部門提供全面的位置、姿態、航向、航速等信息,并控制標繪儀實時標繪、顯示本艦船的位置及航跡,若其出現故障將直接危及艦船的航行安全和作戰任務的完成。本文依托Direct X編程將虛擬儀器技術、計算機技術與模糊故障樹檢測技術相結合,探索將虛擬儀器應用于綜導顯控臺故障的檢測、檢測開展研究,以期實現綜導顯控臺故障檢測智能化,故障排除程序化。

2方案設計

2.1方案選擇

由于綜導顯控臺機電控制系統的復雜性,導致系統故障的多元性,特別是故障狀態存在模糊性和相對性,從而導致傳統故障樹分析法無法實現故障的準確定位,而模糊邏輯理論卻能夠較好地解決此問題[1],因此本文采用基于模糊故障樹的故障檢測技術展開分析研究;在檢測方式上采用詢問式故障檢測和現象羅列式故障檢測兩種方式。

2.2方案設計

本研究采取模塊化設計方案,主要包括數據管理模塊、數據檢測模塊、引導式電路分析模塊等模塊,實現根據故障現象,把復雜問題分解成容易解決的問題模塊。處理流程如下:首先對各測試點進行測量,然后再對獲得的數據進行分析、比對,最后依據分析、比對的結果給出故障檢測的邏輯順序,進而實現判斷故障類型、確定故障位置、給出解決方案,在此過程中允許操作人員進行實時的人為干預。

程序設計上采用嵌入式設計方法,即在系統主程序的基礎上,嵌入了某型綜導顯控臺故障診子系統,內置設備的圖紙、資料和該設備的工作原理流程圖模塊,操作人員可在檢測過程中可方便地查閱相關部分的圖紙、資料,并可依托設備的工作原理流程圖模塊實現故障樹的快速查找。當故障現象清晰明了,根據系統提問排查故障;當故障現象復雜時,先在故障數據庫中查找相關歷史記錄,如果沒有歷史記錄系統將提供相應的故障樹,指導操作者進行一步步的檢測排查,直至故障排除。

2.3模塊設計

基于以上設計方案,該檢測系統的模塊設計主要包括虛擬儀器模塊、數據庫管理模塊、故障檢測模塊、輔助檢測模塊等四個模塊,如圖1所示,各模塊的作用如下:

1) 虛擬儀器模[2～3]

運用虛擬儀器技術,設計開發兆歐表、示波器、數字萬用表,在系統軟件的提示下測量綜導顯控臺各測試點的絕緣電阻、控制脈沖、電阻、交直流的電壓、電流等多種數據信息,并將測量值輸入故障檢測模塊。

2) 數據庫管理模塊[4～8]

數據庫管理模塊包括羅列式故障樹、專家式故障樹、正常運行參數、測試數據存儲、儀器節點信息,該模塊負責管理數據庫中存儲的數據信息,并根據實際的故障檢測情況實現對參數的修改更新。

3) 故障檢測模塊

該模塊采取模糊故障樹與專家故障樹相互融合的設計原理,采取羅列式故障樹專家式故障樹兩種檢測方法,檢測過程實時跟蹤。操作者既可以按照故障樹的提示進行排查,也可以實時查詢相關信,指導操作人員逐級檢測、排查,并給出相應的建議,使用戶對檢測過程一目了然。

4) 輔助檢測模塊

該模塊主要存儲檢測儀器資料、裝備電路原理及相關圖紙資料等,在檢測過程中實現信號流程及檢測信息的實時、直觀可視,讓操作者準確了解裝備的信號流程及檢測點的控制信息及技術指標是否正常,從而進行故障判斷。

圖1　系統模塊結構圖

3功能實現

3.1模糊故障樹的建立

綜導顯控臺的故障是清晰的,但難以確定精確的故障概率,借鑒模糊數理論,用三角模糊數得出基本事件概率的可能性分布,進而實現故障概率統計的模糊化,從而解決故障概率難以得到精確概率值的難題。模糊故障樹的建立,是基于傳統故障樹的基礎上利用模糊理論,在充分考慮模糊理論與清晰事件相似概率的基礎上,運用模糊數學采用模糊概率等知識,通過專用的模糊開發工具進行模糊故障樹的建立[9～10]。

圖2　模糊故障樹檢測流程圖

由于模糊事件很難精確地用具體事件信息表述,存在極大的不確定性、模糊性,所以本文的模糊故障分析法是在傳統故障樹分析法的基礎上,運用模糊理論進行故障樹的定義、構造,從而確定出切合實際需求的模糊故障分析方法,在進行裝備故障檢測時,檢測過程是按模糊故障樹分析進行,對檢測信息的處理也是采用模糊數學方法得以實現,主要針對檢測儀表得到的節點信息進行定性和定量這兩方面的分析,模糊故障樹的具體檢測過程的流程如圖2所示。

3.2構造數據庫

圖3　數據庫結構圖

數據庫管理已是現代信息環境中的一個核心部分,因此建立恰當的數據庫是至關重要的,是故障檢測的核心部分。首先根據任務特點,進行數據模型的建立和實體建模,構造出最優的數據模型,以實現對本研究中復雜對象的抽象描述,確切地反映出故障現象與故障點之間的內在聯系[6,8]。本文建立的是遞歸關系數據庫模型,創建查詢式數據庫列表,在數據庫列表數據修改方面設置不同的權限,不同等級的用戶憑密碼擁有不同的數據庫修改等級。故障檢測數據庫主要包括用戶、設備節點表,測試數據存儲表、設備儀器圖表、羅列式數據表、專家式數據表等六部分,結構如圖3所示。

3.3故障樹檢測流程

基于“模糊故障樹”的故障檢測流程,按結點分支數可分為兩種:即單分支(二叉樹)邏輯關系和多分支(多叉樹)邏輯關系。單分支邏輯關系的特點是邏輯關系簡單,層與層間的推理關系僅是“是”與“否”的選擇邏輯關系,多分支邏輯關系的特點是并行出現多分支的推理判斷,模糊故障樹屬于后一種結構,即模糊故障樹是多叉樹,根據每一節點的隸屬度值進行優先級排列,按照這一原則重新排列后變成專家故障樹[9],具體的檢測流程如圖4所示。對專家故障樹流程進行進一步發展得到羅列式故障樹,它是直接將相關的全部可能原因按照隸屬度大小羅列出來,其檢測流程如圖5所示。

圖4　專家式故障檢測流程圖

圖5　羅列式故障檢測流程圖

4結語

通過性能測試及實際應用表明:“基于虛擬儀器的綜導顯控臺故障檢測系統”工作穩定可靠,具有較強的實用性、指導性和可操作性,對綜導顯控臺的維修保障工作具有很強的指導作用,實現了故障檢測智能化,故障排除程序化,極大地提高了工作效率。

參 考 文 獻

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[6] 董健全,等.數據庫實用教程[M].北京:清華大學出版社,2007.

[7] 錢雪忠,等.數據庫原理與應用[M].北京:北京郵電大學出版社,2007.

[8] Bain T. SQL server 2000數據倉庫與Analysis Services[M].北京:中國電力出版社,2003.

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中圖分類號O159

DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2016.02.032

作者簡介:黃顯亮,男,碩士,工程師,研究方向:導航制導與控制。趙嵩泰,男,工程師,研究方向:自動控制。李成晶,女,工程師,研究方向:計算機應用。韓海玉,女,碩士,工程師,研究方向:計算機工程。

*收稿日期:2015年7月4日,修回日期:2015年8月29日