一種裝備維修輔助系統設計

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(防化研究院,北京 102205)

0 引言

當前，針對裝備保障相關技術資料主要以紙質為主，由于裝備的種類、數量不斷增多，使得傳統技術資料出現查詢困難、不易攜帶與保存、難于更新等問題，同時，傳統的技術資料不能進行智能化的交互，給部隊維修保障人員帶來一定的困難。開展裝備輔助維修系統研究，主要是針對紙質技術資料的缺點和不足，進行裝備技術資料的數字化設計、歸類、處理。該維修系統集資料、數據、信息、知識為一體，能夠以電子書的形式提供裝備維修人員故障分析、判斷和排除的方法、裝備修理的方法步驟、裝備修理規程及驗收技術標準，查詢裝備的技術參數、性能指標、組成與構造等，可以輔助解決裝備保障訓練、裝備檢測、日常保養和出現故障時的維修等問題，使裝備保障信息可理解性增強、信息獲取快捷，可大大提高武器裝備的維修效能，同時可為維修過程提供交互式輔助信息，有效地幫助修理人員分析、排除常見故障，完成修理任務。

1 系統結構及原理

1.1 組成

裝備輔助維修系統主要由核心控制器(CPU)、電源及管理單元、存儲單元、顯示單元、觸摸屏及擴展接口等組成，其組成框圖如圖1所示。

圖1 系統組成框圖

1.2 結構

裝備輔助維修系統整體結構如圖2所示，最底層電路板為智能電池芯與智能電池電路板構成的智能電池。中間板由幾個功能模塊構成，其中包括智能電池充放電管理電路、核心控制器板供電電路、核心控制板、開關機電路等。頂層為7英寸TFT真彩色LCD和電阻式觸摸屏構成，整機采用直流19～30 V直流充電，功耗小于9 W。整設備長寬高為18 cm*12 cm*5 cm，質量小于1000 g。

圖2 系統架構圖

1.3 工作原理

裝備輔助維修系統加載了裝備維修診斷技術資料，LCD顯示屏和觸摸屏作為人機交互接口。使用時，部隊維修保障人員可動態獲取裝備工作原理，故障診斷指引和維護保養提示。

2 系統硬件設計

2.1 結構設計

裝備輔助維修系統采用“三明治”結構，上層布置觸摸屏和液晶屏，中間布置核心控制板，下層布置電源板，內部結構如圖3所示。為方便使用時充電和USB、網口等對外接口擴展，為輔助維修系統設計了擴展底座，外觀如圖4所示。

圖3 結構布局圖

圖4 整體外觀圖

2.2 電路設計

2.2.1 核心控制板設計

核心控制板選用飛凌嵌入式多核Cortex-A9 i.MX6嵌入式開發平臺，基于Rescale工業級嵌入式微處理iMX6Quad處理器構建。該處理器具有超強的圖形處理能力、非凡的應用計算能力，可以滿足對圖形圖像處理能力及運算能力，支持SATA存儲器接口，可實現高達1TB的海量數據存，-40～+85℃的寬溫度范圍滿足惡劣環境使用要求[1]。

核心板原理如圖5所示，選用了閃迪公司的SDIN5C2-8G型iNAND存儲器作為主存儲器，選用恒憶公司的M25P32型NOR FLASH作為程序存儲器，選用4片鎂光公司的MT41K128型DDR3 SDRAM做數據存儲器。使用安華高公司的AR8031作為以太網物理接口，核心板使用MINI PCIe接口擴展了SATA接口，便于使用微型固態硬盤擴展內部存儲空間[2]。

圖5 核心板原理圖

2.2.2 電源設計

核心板的供電選用了飛思卡爾公司的電源管理芯片，該公司的MMPF0100能夠為核心板提供14路可配置的供電電壓，其中開關電源輸出為DDR內存、處理器內核、存儲芯片等供電；線性穩壓輸出為鎖相環、USB接口、CAN總線接口等供電[3]。

2.2.3 電池管理電路

電池管理電路選用了兩片美信公司的MAX8903鋰電池管理芯片，每個芯片獨立控制1塊2 Ah的鋰電池芯，兩路芯片輸出并聯使用。該電路支持4.1～16 V寬電壓輸入，電池管理電路通過PWM輸出給電池充電，在沒有外部電源時，接通電池給核心板供電[4]。

3 系統軟件設計

系統軟件主要包括嵌入式操作系統和應用軟件兩部分。嵌入式操作系統為應用軟件提供支撐環境。

3.1 嵌入式操作系統

嵌入式操作系統[5]采用Android操作系統，基于Cortex-A9 i.MX6 BSP開發包進行裁剪、定制和移植，基于Android系統框架研制電池管理驅動、LCD驅動、無線通訊模塊驅動。

1)電池管理驅動：實現設備電池的管理，提供提示電量剩余、電池充放電顯示等基本功能，并對電池的使用過程進行智能管理。

2)LCD驅動：實現LCD顯示管理，提供LCD顯示分辨率設置、LCD顯示自動旋轉(通過重力傳感器實現)、背光設置等功能。

3)無線通訊模塊：實現無線通訊模塊的數據接受、數據發送、數據同步等功能，為上層的應用軟件提供數據收發接口[6]。

3.2 應用軟件功能

裝備輔助維修系統應用軟件采用結構化和模塊化設計，主要包括輔助維修、器材出入庫管理、保養檢查、系統設置等功能模塊。其功能組成框架如圖6所示，開機軟件界面如圖7所示。

圖6 軟件組成框架

圖7 軟件界面

3.2.1 輔助維修

輔助維修功能模塊主要包括電子教材，故障診斷，維修指導，工況信息4個子模塊，為裝備的理論學習及裝備輔助維修提供便攜、方便的管理環境及簡單易懂的可視化操作界面。輔助維修將裝備的構造與原理、操作使用、維護、故障診斷、修理、性能檢驗等信息按照樹型目錄結構分類組織，便于數據信息的快速查找與定位，提高使用效率。此外，還可實現目錄結構的編輯、修改、增加、刪除等基本功能。

1)電子教材：本模塊提供裝備的電子書教程，根據裝備裝備類別分門別類創建目錄，方便針對性學習相關理論知識；

2)故障診斷：該子模塊提供對裝備的故障現象，逆向查找故障原因，并可根據故障原因查找相關維修指導信息；

3)維修指導：該子模塊針對裝備的部件，提供該部件的維修指導信息及維修方案。根據裝備的故障現象，輔助指導模塊以電子書的形式提供裝備故障分析、判斷和排除的方法、裝備修理的方法步驟、裝備修理規程及驗收技術標準，查詢裝備的技術參數、性能指標、組成與構造等，輔助解決裝備保障訓練、裝備檢測、日常保養和出現故障時的維修等問題。

4)工況信息：該子模塊提供了從車輛工況記錄儀上下載工況記錄數據以及將該數據上傳至系統服務器的功能。通過移動式智能終端并可查看相關車輛工況信息。

同時，輔助維修部分支持文件瀏覽和內容查詢。文件瀏覽根據用戶選擇要瀏覽的文件，文件瀏覽自動識別選擇項的屬性和格式，調用相應的瀏覽程序打開和瀏覽文件內容，支持滾動、翻頁、連續等閱讀模式。內容查詢根據用戶選擇或輸入的關鍵字，基于樹型目錄結構采用哈希查找算法和內容匹配算法快速查找所需內容。將所有查到的結果采用列表方式按照優先級別從上往下列出，便于用戶查找、使用[7]。

3.2.2 器材出入庫

器材出入庫功能模塊包括了器材入庫，器材出庫2大功能子模塊。

1)器材入庫：該子模塊了提供了器材入庫業務管理功能。

通過輸入訂單號，下載系統服務器的器材入庫單；業務進行中通過對二維碼標簽掃描進行器材入庫操作，通過射頻模塊修改貨位標簽庫存信息，提交單據時自動回填入庫單信息，并將完成的單據提交至系統服務器。

2)器材出庫：該子模塊了提供了器材出庫業務管理功能。

通過輸入訂單號，下載系統服務器的器材出庫單；業務進行中通過對二維碼標簽掃描進行器材出庫操作，通過射頻模塊修改貨位標簽庫存信息，提交單據時自動回填出庫單信息，并將完成的單據提交至系統服務器。

3.2.3 保養檢查

該子模塊提供了根據系統下發的裝備保養檢查任務進行保養檢查管理的功能。

裝備輔助維修系統將系統服務器保養檢查任務下載至本地，保養檢查人員可根據保養檢查的單位及檢查人員等信息選擇屬于各自人員的任務，根據任務中檢查科目等詳細信息進行保養檢查任務，并填寫存在問題，任務提交時輔助維修系統將檢查人員填寫的信息回傳至系統服務器。

3.2.4 系統設置

系統設置主要實現裝備輔助維修設備相關參數的設置與查看，如LCD顯示參數(分辨率、旋轉方向)、電池管理參數、無線通訊參數、存儲空間參數等。

該子模塊還提供了配置系統服務器地址，修改輔助維修系統本地IP的功能。

3.3 軟件構架

傳統的維修軟件，其開發的過程一般是這樣的：針對一個具體的維修對象和內容，用戶向軟件開發者提出需求，軟件開發者根據用戶描述的需求，編寫相應的程序，然后交付給用戶。用戶在使用過程中，如果需求發生變化，需要增加或減少內容的時候，向軟件開發者提出新的需求或變化了的需求，由軟件開發者修改或者重新編寫軟件的代碼，再交付給用戶使用。

傳統的軟件開發方式，其弊病是：即使用戶的需求有一點細小的變化時，也需要軟件開發者修改軟件代碼來實現用戶需求的變更。如此一來，用戶對軟件沒有自主管理的權利，軟件開發者也陷于無窮無盡的代碼修改中，給用戶和軟件開發者都帶來了很大的麻煩。

在本軟件的設計中，考慮到了上述問題，通過引進工作流的設計理念，解決了上述問題。在工作流的設計理念方式下，對用戶而言，本軟件是一個交鑰匙工程。軟件交付給用戶的時候，軟件本身并不針對某一個具體的裝備或維修內容，而是由用戶根據工作的需要，隨時增加或修改需要維修的裝備或內容，然后針對其要維修的裝備或內容，按照裝備的維修步驟，自己配置某一裝備的流程，在完成裝備的維修流程的配置后，隨時啟動裝備的輔助維修。

基于工作流的引擎設計，是在分析和歸納用戶現有的裝備維修求的基礎上，考慮到用戶以后可能的維修需求的變化和擴展，利用數據庫技術實現的。利用數據庫技術，保存用戶配置的維修流程、內容和參數，在用戶開始裝備維修的時候，軟件從數據庫里讀取用戶配置的維修流程、維修內容和維修參數，按照設定的步驟，一步一步地進行輔助維修。

如此一來，無論用戶要維修的裝備或維修內容如何變化，軟件的代碼都不需要做任何改動，用戶只需要利用軟件提供的工作流配置工具，就能夠完成新的維修需求的設置，進而完成維修任務。

在工作流的設計理念下，軟件具備了自適應功能，具有很好的柔性和擴展性，以不變應萬變，把用戶從與軟件開發者無窮無盡的需求變更討論中解放出來，使用戶能夠集中精力，把關注的重點放到裝備維修過程的優化上來，從而更好的提高裝備保障的質量和效率。

3.4 軟件代碼

下面列出了裝備維修流程編輯的部分源代碼，用于對輔助維修流程的添加或刪除。

void CWorkFlowView::OnEditDelete()

{

if(IDNO == MessageBox(_T("確定要刪除選中的步驟嗎？"), _T("流程編輯"), MB_YESNO|MB_ICONQUESTION))

{

return;

}

GetDocument()->UpdateAllViews(NULL, HINT_DELETE_SELECTION, &m_selection);

OnUpdate(NULL,HINT_UPDATE_SELECTION,NULL);

POSITIONpos = m_selection.GetHeadPosition();

while (pos != NULL)

{

CStepObject* pObj = m_selection.GetNext(pos);

GetDocument()->Remove(pObj);

pObj->Remove();

}

m_selection.RemoveAll();

GetDocument()->UpdateAllLink();

GetDocument()->SetModifiedFlag();

}

4 實驗結果與分析

裝備輔助維修系統研制完成后，針對某類裝備維修信息進行了梳理和錄入，針對其主要功能，主要開展以下幾個方面的功能試驗[9]。

4.1 電子教材

能夠進行裝備選擇，進入該裝備信息目錄并能夠根據顯示條目:用途與組成、主要戰術技術性能和基本工作原理，逐項查看各條目內容，其內容完整。圖8為電子教材界面。

圖8 電子教材實驗

4.2 故障診斷

能夠根據故障現象給出故障原因分析，故障診斷界面如圖9所示[10]。

圖9 裝備故障診斷

4.3 維修指導

能夠根據故障部位提示用戶按照維修流程進行裝備維修。

4.4 工況信息

能夠下載、上傳、記錄和刪除裝備的工況信息。

4.5 器材出入庫

器材出入庫管理功能用于器材倉庫，進行器材入庫、器材出庫的管理。該功能配合信息管理平臺使用，可掃描二維碼、高頻標簽及超高頻標簽。

5 結束語

以上設計的裝備維修輔助系統，具有高度的通用性和兼容性，結構緊湊，體積小、功耗小，適合應用于對體積和功能都有較高要求的武器裝備的輔助維修。維修輔助系統從實用性、使用方便等方面綜合考慮設計, 在用于武器裝備的輔助維修中，突出體現了其小型便攜、通用性強等優點，因此其將擁有較好的軍事和經濟效益。