某重型舟橋遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

繆德志，嚴(yán)駿，賀偉雄，陳維常，韓鵬

（中國(guó)人民解放軍理工大學(xué)野戰(zhàn)工程學(xué)院，江蘇南京210007）

故障診斷

某重型舟橋遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

繆德志，嚴(yán)駿，賀偉雄，陳維常，韓鵬

（中國(guó)人民解放軍理工大學(xué)野戰(zhàn)工程學(xué)院，江蘇南京210007）

針對(duì)某重型舟橋的工作原理以及故障特點(diǎn)，結(jié)合案例推理的故障診斷，基于軍用CDMA通信網(wǎng)絡(luò)，采用C/S模式設(shè)計(jì)出一套該型舟橋的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)，可以降低專家的巡修成本，尤其是對(duì)于部隊(duì)及時(shí)解決故障問題，保障軍隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力具有重要的軍事意義。

故障診斷；案例推理；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

某重型舟橋是我軍研制的新一代骨干舟橋裝備，用于結(jié)構(gòu)漕渡門橋和架設(shè)浮橋，也可以與帶式舟橋或特種舟橋架設(shè)混合浮橋，保障我軍坦克、火炮等重型武器裝備克服長(zhǎng)江、黃河等大中型江河障礙，目前主要裝備我軍舟橋旅、舟橋團(tuán)等工程兵部隊(duì)。

該裝備為可變結(jié)構(gòu)舟橋體系，有機(jī)地結(jié)合了帶式舟橋和分置式舟橋的優(yōu)點(diǎn)，集機(jī)械、電子、液壓等多種技術(shù)于一體，結(jié)構(gòu)龐大復(fù)雜、技術(shù)先進(jìn)，使用時(shí)可以根據(jù)渡場(chǎng)的具體情況選擇合適的渡河方式，浮橋類型是工程兵部隊(duì)大江河渡河保障的重要裝備。隨著實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練和非戰(zhàn)爭(zhēng)軍事行動(dòng)的日益增多，近年來部隊(duì)大幅度增加了該裝備的訓(xùn)練強(qiáng)度。大強(qiáng)度、高頻率的操作訓(xùn)練使得裝備維修保養(yǎng)任務(wù)重、保障力量需求大。

目前，部隊(duì)針對(duì)該裝備的維修保障力量相對(duì)較弱，維修保障手段和方式還是采用傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)維修，保障力量的缺乏和保障時(shí)效性的滯后導(dǎo)致難以滿足裝備保障的需求。部隊(duì)遇到難以解決的故障問題，不能得到及時(shí)解決，可能會(huì)因此貽誤戰(zhàn)機(jī)或者無法按時(shí)完成相應(yīng)的訓(xùn)練計(jì)劃，而對(duì)于廠家而言經(jīng)常性的巡修而帶來了高額的出差成本。因此，研究該裝備的基于軍用網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)，充分利用智能診斷技術(shù)和技術(shù)專家來提高部隊(duì)的裝備維修保障能力，是值得研究的重要課題。

1 基于軍用CDMA的遠(yuǎn)程故障診斷體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)裝備保障的需求，設(shè)計(jì)出基于軍用CDMA通信的遠(yuǎn)程故障診斷體系架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的整體架構(gòu)

系統(tǒng)整體架構(gòu)包括通信網(wǎng)絡(luò)、Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、遠(yuǎn)程智能終端、遠(yuǎn)程故障診斷中心幾部分。其相互之間的工作機(jī)制如下圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)程故障診斷機(jī)制圖

當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，裝備現(xiàn)場(chǎng)維修人員先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)以及技術(shù)手冊(cè)進(jìn)行獨(dú)立診斷，提出故障解決方案，如果不能解決故障，可以通過遠(yuǎn)程智能終端通過軍用CDMA通信網(wǎng)絡(luò)提交故障信息進(jìn)行遠(yuǎn)程故障智能診斷，如果遠(yuǎn)程故障智能診斷提出的方案未能得到解決，則向遠(yuǎn)程故障診斷中心提出申請(qǐng)，尋求相關(guān)領(lǐng)域的專家進(jìn)行遠(yuǎn)程故障在線診斷，直至故障得到解決。

目前有很多種智能故障診斷系統(tǒng)，選擇一種適合部隊(duì)使用的智能故障診斷系統(tǒng)有其實(shí)際意義。軍隊(duì)維修人員流動(dòng)性較大，技術(shù)經(jīng)驗(yàn)不足。基于案例推理CBR（case-based-reasoning）是用案例來表達(dá)知識(shí)并把問題求解和學(xué)習(xí)相融合的一種推理方法。由于案例推理接近于人類認(rèn)識(shí)、解決問題最原始的思維方式，具有在無法獲取機(jī)理模型、確定規(guī)則或統(tǒng)計(jì)模型時(shí)，采用歷史相似性實(shí)現(xiàn)問題的定量求解和預(yù)測(cè)的特點(diǎn)。因此，案例推理應(yīng)用于故障診斷，為故障診斷提供了一條新途徑[1]，對(duì)缺乏診斷經(jīng)驗(yàn)的人員特別有參考價(jià)值。所以本文選擇案例推理作為遠(yuǎn)程故障診斷中的智能故障診斷方法。

2 遠(yuǎn)程故障系統(tǒng)診斷流程設(shè)計(jì)

如圖3所示為遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)流程。現(xiàn)場(chǎng)維修人員通過遠(yuǎn)程智能終端登陸系統(tǒng)之后，準(zhǔn)確提交故障現(xiàn)象，選擇故障部位，案例檢索，進(jìn)行遠(yuǎn)程智能故障診斷，如果故障解決則對(duì)系統(tǒng)提供的案例進(jìn)行評(píng)價(jià)，并存入案例庫，如果沒能解決則提交故障現(xiàn)象，生成新的案例并存入問題庫，并同時(shí)選擇相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行實(shí)時(shí)在線診斷，直至故障解決。專家通過遠(yuǎn)程故障診斷中心登陸系統(tǒng)與本地用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，并解決問題庫中的案例，將問題庫中的案例存入案例庫，并且可以根據(jù)用戶評(píng)價(jià)，對(duì)案例庫中的案例進(jìn)行修改[2]。

圖3 遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)流程圖

3 系統(tǒng)架構(gòu)

3.1 軟件架構(gòu)

C/S（Client/server）架構(gòu)的服務(wù)器常采用高性能的PC、工作站或小型機(jī)，并采用大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，客戶端需要安裝客戶端軟件，用戶能夠獲得更多的控制權(quán)，程序應(yīng)用速度快，操作能夠更加簡(jiǎn)單、直觀。對(duì)于該型重型舟橋故障診斷系統(tǒng)，數(shù)據(jù)龐大，遠(yuǎn)程傳遞信息量和速率有限，并且存在大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)算，如果全部在服務(wù)器端完成，勢(shì)必會(huì)影響檢索的效率，因此采用C/S模式。

Java是一門面向?qū)ο缶幊陶Z言，Java語言具有功能強(qiáng)大和簡(jiǎn)單易用兩個(gè)特征。Java具有簡(jiǎn)單性、面向?qū)ο蟆⒎植际健⒔研浴踩浴⑵脚_(tái)獨(dú)立與可移植性、多線程、動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)。Java可以編寫桌面應(yīng)用程序。因此各個(gè)終端均可以采用Java語言編寫。

所以本文遠(yuǎn)程智能終端系統(tǒng)采用Android4.4進(jìn)行軟件開發(fā)。服務(wù)器操作系統(tǒng)采用Windows Server 2008.開發(fā)平臺(tái)采用eclipse。客戶端操作系統(tǒng)采用Windows7[3].

3.2 數(shù)據(jù)層設(shè)計(jì)

根據(jù)用戶的需求分析以及系統(tǒng)的診斷流程，本文將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)層主要設(shè)計(jì)了如下數(shù)據(jù)庫：用戶庫、裝備庫、結(jié)構(gòu)庫、故障特征庫、問題庫、案例庫等。其中，用戶庫用于存放用戶角色、權(quán)限信息等；裝備庫用于存放各個(gè)不同單位的該型重型舟橋的信息進(jìn)行管理等；結(jié)構(gòu)庫用于存放該型舟橋的結(jié)構(gòu)信息；故障特征庫用于存放該型舟橋的各個(gè)部位的故障特征信息；案例庫用于存放專家建立的基于知識(shí)的案例以及各個(gè)裝備積攢的歷史案例；問題庫用于存放系統(tǒng)暫時(shí)未能解決的故障診斷問題。

3.3 功能模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)用戶的需求分析，本系統(tǒng)功能的主要包括人員管理模塊、裝備管理模塊、知識(shí)庫管理模塊、故障查詢模塊、故障診斷模塊、專家交互模塊等[4]。如圖4所示。

圖4 遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)功能

（1）人員管理模塊的主要功能是對(duì)使用本系統(tǒng)的用戶信息及其權(quán)限進(jìn)行管理，按照需求，將用戶權(quán)限設(shè)為三種：維修人員、專家、系統(tǒng)管理員。

（2）裝備管理模塊主要針對(duì)分布在不同的單位該型裝備進(jìn)行基礎(chǔ)信息管理。

（3）知識(shí)庫管理模塊的主要功能是對(duì)系統(tǒng)的故障基礎(chǔ)信息庫進(jìn)行管理。包括裝備的結(jié)構(gòu)管理及故障部位的管理、故障特征的管理、案例庫的修正、故障案例的添加和故障案例的刪除模塊。其中，故障案例庫的添加和刪除是對(duì)原故障進(jìn)行管理的模塊，由系統(tǒng)管理員進(jìn)行維護(hù)，案例庫的好壞直接關(guān)系著故障解決的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。結(jié)構(gòu)管理以及故障特征管理是故障進(jìn)行分層索引的基礎(chǔ)，故障部位是根據(jù)三代重舟的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)置的，三代重舟的任意部件都有可能發(fā)生故障，為了快速索引，將三代重舟的故障按三代重舟結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，同樣部件的故障特征相同，通過故障特征值的比較尋找最近似的故障案例，這部分的基礎(chǔ)信息業(yè)需要依賴系統(tǒng)管理員來進(jìn)行管理。案例庫的修正需要專家根據(jù)用戶評(píng)價(jià)進(jìn)行案例修正。

（4）故障查詢模塊的主要功能是為維修人員的學(xué)習(xí)培訓(xùn)提供平臺(tái)，通過故障案例瀏覽模塊和故障案例查詢模塊，新上崗維修人員基本上能夠了解三代重舟的常見故障及典型故障，能夠快速的掌握常見故障的故障現(xiàn)象和處理方法。

（5）故障診斷模塊的主要功能是為本地維修人員提供故障解決方案，由故障案例檢索模塊、故障案例修正模塊、故障案例刪除模塊以及故障案例新增模塊組成，該模塊是診斷的核心，通過案例檢索模塊可以檢索到相似案例為新故障提供解決方案，根據(jù)檢索的結(jié)果使用人員可以對(duì)已有案例進(jìn)行效果評(píng)價(jià)幫助專家完善案例庫。然而對(duì)于冗余的案例，由系統(tǒng)管理員進(jìn)行管理，對(duì)其刪除以保證案例庫的精簡(jiǎn)及案例檢索的效率。如果故障未能得到解決，維修人員需要新增案例將新增案例提交到案例庫，等待專家解答。

（6）專家交互模塊是遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的核心，管理員可以通過此模塊對(duì)專家資料進(jìn)行管理，并且實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷中心專家對(duì)本地故障裝備的遠(yuǎn)程診斷。本地維修人員通過網(wǎng)上實(shí)時(shí)會(huì)診模塊將故障裝備的故障信息上傳到遠(yuǎn)程故障診斷中心的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，并可指定遠(yuǎn)程故障診斷中心相應(yīng)領(lǐng)域的專家來輔助診斷。被指定的專家登錄系統(tǒng)后可及時(shí)在本系統(tǒng)模塊查看故障裝備的故障信息，并將診斷的結(jié)果提交給本地維修人員，本地維修人員按照專家給定的解決方案進(jìn)行維修，如果故障解決，則反饋給專家，專家將該案例存入案例庫，否則存入問題庫，待解決后存入案例庫[5]。

4 結(jié)束語

設(shè)計(jì)上述該重型舟橋遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)可以大大地提高該舟橋維修的快速性和準(zhǔn)確性，從而使之能夠更好地為我軍服務(wù)，具有重要的軍事意義，也能降低廠家維修的經(jīng)濟(jì)成本，也能將該系統(tǒng)推廣到其他遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)中去。

[1]李小青.基于案例推理的故障診斷方法[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2007，15（9）：1130-1131.

[2]吳國(guó)慶.構(gòu)件庫管理信息系統(tǒng)的研究[J].管理視野，2007（6）：97.

[3]程龍.多推理機(jī)制及信息反饋的遠(yuǎn)程故障診斷專家系統(tǒng)的研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2010.

[4]王振業(yè)，李海英，章瞻良，等.工程兵野戰(zhàn)裝備保障信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2015（9）：1679-1684.

[5]賀偉雄，陳海松，何鑫，等.基于構(gòu)件庫技術(shù)的裝備保障信息系統(tǒng)的研究[J].裝備制造技術(shù)，2014（6）：124-126.

[6]焦青青.基于案例推理的機(jī)車故障診斷系統(tǒng)研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2013.

Design of Remote Fault Diagnosis System for X-style Heavy Pontoon Bridge

MIAO De-zhi，YAN Jun，HE Wei-xiong，CHEN Wei-chang，HAN Peng
（Filed Engineering College，PLA University of Science&Technology，Nanjing 210007，China）

According to the working principle of a heavy pontoon bridge and the fault characteristics，this paper combined with case based reasoning for fault diagnosis.In this paper，a set of remote fault diagnosis system for X-style heavy pontoon bridge’s design is given on basis of military CDMA communication network by using C/S model.The system can reduce the cost of the maintenance of the experts，especially for the troops in time to solve the problem of failure，to protect the army’s combat effectiveness has important military significance.

fault diagnosis；CBR；system design

TP393

：A

：1672-545X（2017）01-0165-04

2016-10-30

繆德志（1991-），男，江蘇射陽人，碩士，研究方向?yàn)楣收显\斷；嚴(yán)駿（1962-），男，湖北武漢人，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)楣こ萄b備管理與運(yùn)用；賀偉雄（1989-），男，湖南懷化人，博士，研究方向?yàn)檠b備保障信息化；陳維常（1987-），男，河南周口人，碩士，研究方向?yàn)檠b備保障信息化和智能化；韓鵬（1990-），男，山東濰坊人，碩士，研究方向?yàn)檠b備保障智能化。