一種裝備模擬維修訓練系統設計與實現

周俊山 呂楊 韓慶偉

摘要：針對電子裝備維修訓練中存在的問題，設計了一種裝備模擬維修訓練系統，該系統采用“硬電路，軟故障”的設計理念，通過軟件模擬故障信息，硬件電路指示故障狀態的方法進行設計，可以真實模擬裝備故障現象，體現維修過程，更加適用與電子裝備維修技能訓練。

關鍵詞：模擬維修;故障狀態;電路設計

引言

裝備維修能力的訓練，主要采用的方法是在裝備上設置故障，然后讓學生綜合運用所學知識進行故障排除，這種訓練方式必須依托實裝才能進行訓練，脫離裝備難以進行訓練。而依托實裝訓練容易造成裝備性能的下降，效益不高。現在可以通過維修模擬器來解決這一問題。

維修模擬器可以通過兩種方式來實現，一種是虛擬維修，一種是模擬維修。其中，虛擬維修[1]是基于虛擬現實技術在計算機上模擬裝備維修的過程，使維修人員能夠快速掌握設備維修知識、維修原理以及維修過程。這種方法的優點是容易實現，成本低，這是由于虛擬維修訓練主要是通過計算機仿真產生，對具體的硬件電路要求較低。而這種訓練方法過于注重理論分析，缺乏維修技能訓練，不能完全體現維修過程。模擬維修是通過制作裝備模擬維修樣機，設計硬件仿真電路，通過軟硬件設置故障，讓受訓人員根據軟硬件故障現象定位并排除故障的一種維修訓練手段。

系統的組成與功能

系統組成

電子裝備模擬維修系統主要由導控臺、接口板、程控信號源、故障狀態讀取模塊、故障指示模塊和模擬維修分機等六部分組成。其中模擬維修分機包含故障仿真板（包含測試信號和狀態存儲器）、故障指示器件（指示燈、電表、蜂鳴器、顯示器）、故障器件（保險絲、繼電器、電纜連線）等。

系統工作過程

模擬維修系統工作包括以下五個工作步驟：故障設置、故障狀態讀取、案例庫比對、故障指示信息下發、故障修復。

故障設置可以有“軟設置”和“硬設置”兩種方式，其中“軟設置”就是將通過導控臺對維修平臺中的故障仿真板的狀態進行寫入設置，“硬設置”就是對維修平臺中的故障件進行故障設置，例如可對保險絲、電纜連線、繼電器等器件進行故障設置。由導演臺通過接口電路和故障狀態讀取模塊讀取系統中各故障件（保險絲、繼電器、電纜、電路板）的狀態。導控臺讀取了故障狀態信息后將故障信息和案例庫中的故障案例進行比對，從故障案例故障找到相同的故障狀態然后生成相應的故障指示信息。導控臺將比對生成的故障指示信息發送給各個模擬維修分機，各分機依據送來的故障指示信息，通過故障指示模塊在故障仿真板和其他故障指示器件（如指示燈、蜂鳴器、電壓電流表、顯示器等）上顯示出相應的故障狀態，供維修訓練人員測試或觀察，收到故障信息后按照故障狀態顯示對應的故障現象，從而適時的復現故障狀態。維修人員根據各分機的故障狀態，通過測試電路、換板、換件等手段進行故障維修，如果維修人員修復了故障件，導控臺將適時的讀取故障狀態信息，并將此信息和案例庫進行比對，如果修復成功將生成正確的狀態信息發給各分機的指示器件，從而實現故障修復。

系統設計方案

為了實現為了實現系統的模塊化，和可擴展性，本系統設計采用“應用層、用戶接口層、信號處理層、硬件層”的四層設計結構，結構圖如圖1所示。

應用層主要作用是記錄用戶的操作信息并且傳遞給用戶接口層。

用戶接口層根據用戶層送來的操作信息如故障設置信息，修復信息等，以及讀取的機柜上的電路及易損件的狀態信息，進行綜合分析后，產生相應的控制信息去控制信號處理層產生相應的信號，這里所說的綜合分析是指，根據裝備結構原理和設置的故障信息，分析出仿真電路板的輸出信號和仿真分機上的狀態指示器件。

用戶接口層設計時采用模塊化設計，根據不同的裝備型號設計不同的軟件包，每個軟件包內封裝了接口函數，通過修改接口函數修改信號處理層的輸出信號。

信號處理層是用來產生仿真電路所需的各類電信號，以及狀態指示器件所需的驅動信號。信號處理層設計了多個通用信號源模塊，信號源模塊用一類電路實現，每個模塊的輸出信號特性參數可以通過軟件層送來的控制信息進行靈活控制，便于二次開發。

硬件層主要包括：各分機機柜以及機柜上的仿真板，狀態指示器件，裝備易損器件等。硬件層的只是在外觀上模擬裝備電路，預留的關鍵測試點信號以及狀態指示器件的驅動信號來源于信號處理層的信號源模塊。硬件層設計根據裝備型號來設計，硬件層和信號處理層相互獨立，這樣系統的可移植性大大增強。

在以上四層結構中，信號處理層是整個系統設計關鍵技術。通用信號源模塊設計方案如下。信號源模塊設計采用“主控單片機+DDS信號生成+數控增益放大器”的方案。單片機負責與導控臺之間的通信，并對信號生成支路進行控制。信號生成方面采用先進的數字頻率直接合成技術，采用DDS芯片，頻率分辨率高，捷變速率快，通過全數字接口，易于集成，且體積小，價格低，有助于提高整個系統的性價比。

技術應用

由于采用軟故障的方式，系統能化解保證裝備可靠性與拆裝備維修影響可靠性間的矛盾，提高電子裝備維修保障能力。系統軟件及硬件設計標準化、模塊化，可以通過二次開發可實現其他型號裝備維修訓練系統的研制。從開發成本上看，相當于以一套系統的開發投入研制多種型號維修訓練系統，系統的擴展性強。

參考文獻

王眾北.虛擬檢測維修系統的設計與實現[J].火力與檢測技術，2016，11.