導(dǎo)航機排故引導(dǎo)系統(tǒng)應(yīng)用軟件的設(shè)計與開發(fā)

趙貝貝 張煒麟 蓋俊峰 鄧海峰 孟海翠

摘要：導(dǎo)航機作為精密復(fù)雜的裝備，在日常使用時會出現(xiàn)各種各樣的故障。為了使裝備的使用者和維護人員在裝備出現(xiàn)故障時能夠高效、快速地定位并排除故障，文章基于.NET框架和C#語言，設(shè)計并開發(fā)了一種以案例故障樹為引導(dǎo)的排故系統(tǒng)。該系統(tǒng)可用于指導(dǎo)設(shè)備實際排故，也可作為設(shè)備排故模擬訓(xùn)練系統(tǒng)應(yīng)用到教學(xué)中。其設(shè)計思想和方法可為今后其他裝備故障診斷儀的設(shè)計奠定基礎(chǔ)，應(yīng)用前景廣闊。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)航機；排故系統(tǒng)；界面設(shè)計；故障案例；模型搭建

中圖分類號：TP319中圖分類號? 文獻標(biāo)志碼：A文獻標(biāo)志碼

0 引言

導(dǎo)航機作為一種近程導(dǎo)航裝備，在飛行保障過程中得到廣泛應(yīng)用。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備各部件之間關(guān)聯(lián)緊密，任一元器件出現(xiàn)故障都可能導(dǎo)致整個導(dǎo)航機系統(tǒng)無法工作，進而影響飛行保障任務(wù)的實施。由于飛行保障人員缺乏故障排除經(jīng)驗，有一定經(jīng)驗的保障人員也反映排故流程過于煩瑣，且其有限的經(jīng)驗也并未形成體系化，難以滿足維修保障的要求。本文為解決上述問題，設(shè)計并開發(fā)出了一套能夠?qū)崿F(xiàn)“凝聚以往排故經(jīng)驗，根據(jù)故障現(xiàn)象分析，指導(dǎo)排故流程，完成排故訓(xùn)練”的排故引導(dǎo)系統(tǒng)［1］。

1 排故引導(dǎo)系統(tǒng)故障案例庫的構(gòu)建

1.1 完善獲取故障案例的收集渠道

筆者通過調(diào)研以及與一線單位溝通交流，形成一種常態(tài)的調(diào)研匯報機制。對導(dǎo)航機的故障案例進行收集、分析、模擬和總結(jié)，及時地收集和識別最新故障案例，擴大故障案例庫的案例范圍，為能模擬解決故障案例以及導(dǎo)航機排故系統(tǒng)的升級提供更為強大的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

本文構(gòu)建了完善的導(dǎo)航機故障識別與排除方案的輸出過程，以確保高頻率故障能夠及時有效地被識別到導(dǎo)航機故障庫。從導(dǎo)航機故障排除實際場景中獲取最全面的故障案例，將這些故障案例收集處理后存儲到故障庫中，并且進行了標(biāo)簽化處理。為了后續(xù)統(tǒng)計和調(diào)用更加快捷，本文建立了故障案例的檢索機制，在對故障案例不斷地進行重新模擬和解決后，總結(jié)出最便捷、最高效的排障步驟，進而從故障庫中輸入導(dǎo)航機排故引導(dǎo)系統(tǒng)。

1.2 故障案例樹軟件模型的搭建

在設(shè)計過程中，先進行軟件模型搭建，軟件模型的搭建有利于明確成品形態(tài)，減少溝通成本，提高需求與開發(fā)作品的準(zhǔn)確度，降低變更成本。加強團隊內(nèi)部之間的交流以及團隊與外部之間的溝通交流，共同進行系統(tǒng)界面的設(shè)計與優(yōu)化，提高軟件開發(fā)的進程。導(dǎo)航機排故引導(dǎo)系統(tǒng)應(yīng)用軟件旨在用戶進行故障診斷時，利用動畫直觀再現(xiàn)故障現(xiàn)象和引導(dǎo)排故流程，提高故障排除效率。

創(chuàng)建長期的用戶調(diào)研收集機制，在實際的應(yīng)用場景中獲取故障案例，獲取故障案例后，存儲到導(dǎo)航機故障庫中，待模擬和處理故障完成后，將需求權(quán)重高的故障案例解決方案輸出到導(dǎo)航機排故引導(dǎo)系統(tǒng)中，如圖1所示。在該系統(tǒng)中，預(yù)先添加故障測量點，根據(jù)故障樹排故流程引導(dǎo)系統(tǒng)用戶對該測量點進行檢測，并給出測量點正確數(shù)值范圍，直至找到故障點。

1.3 優(yōu)化故障樹，歸納總結(jié)故障規(guī)律

團隊通過識別故障庫中的故障案例，對故障庫中案例進行總結(jié)和分析，不斷地總結(jié)出測試路徑更短，測試效率更高，測試更為簡單的方法，從而能夠及時地優(yōu)化排故流程，降低排故的煩瑣程度，縮短排故時間，降低導(dǎo)航機的維修難度，從而提高導(dǎo)航機保障人員排除故障的效率，為飛行保障任務(wù)奠定堅實基礎(chǔ)。

在故障樹實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計排故訓(xùn)練模擬功能，可以應(yīng)用到導(dǎo)航機保障人員的教學(xué)培訓(xùn)中，可有效解決目前培訓(xùn)人員多，裝備少，實習(xí)效率低的問題，力求達(dá)到為該領(lǐng)域提供充足后備力量的目的。

2 排故引導(dǎo)系統(tǒng)包含的故障問題

2.1 整理故障問題，分析故障現(xiàn)象

本文通過案例來建立、優(yōu)化排故流程模型并引入案例索引機制，將故障現(xiàn)象相同、排故過程相似的一系列故障案例進行歸并，利用多個排故案例來共同建一棵邏輯樹［2］。這樣就找到了每一個案例與故障樹的對應(yīng)機制。只要找到故障案例到樹的轉(zhuǎn)化方法，就可以快捷地通過案例的擴充來實現(xiàn)對樹的改進和優(yōu)化，以此提高系統(tǒng)的開放性和可擴展性。

目前，整個系統(tǒng)包含7個排故問題，分別為：設(shè)備警告、市電正常主機加不上電、頻率合成器輸出指示燈不亮、功率合成器單元故障、音頻功放故障、公共輸入單元故障、開關(guān)電源單元故障。

2.2 軟件系統(tǒng)實現(xiàn)

整個故障邏輯約90個步驟，對應(yīng)約90個界面，每個界面通過動畫演示的效果，對排故步驟進行了直觀的說明和解釋。每個步驟包含：標(biāo)題、內(nèi)容、解釋、注意，動效，此處用一張表格來說明對應(yīng)關(guān)系，如表1所示。

該系統(tǒng)根據(jù)不同故障現(xiàn)象的特點，可與外接測試硬件部分進行交互通信，能夠完成電參數(shù)測量、信號參數(shù)測量。依據(jù)實物圖構(gòu)建的3D圖，預(yù)先添加的測量點。當(dāng)導(dǎo)航機出現(xiàn)故障后，導(dǎo)航機保障人員啟動導(dǎo)航機排故引導(dǎo)系統(tǒng)，根據(jù)故障類型以及測量點的數(shù)值進行故障分析，利用導(dǎo)航機排故引導(dǎo)系統(tǒng)，進行進一步的故障排除。

本文以公共輸入單元板，導(dǎo)致設(shè)備警告故障為例。啟動導(dǎo)航機故障引導(dǎo)系統(tǒng)。通過分析故障現(xiàn)象，觀察得出故障為設(shè)備警告故障，點擊設(shè)備警告，系統(tǒng)進入接下來指導(dǎo)排故流程的提示頁面。

3 排故引導(dǎo)流程的設(shè)計

3.1 指導(dǎo)排故流程的過程

此處依然以公共輸入單元板，導(dǎo)致設(shè)備警告故障為例。導(dǎo)航機排故引導(dǎo)系統(tǒng)根據(jù)實際情況判斷“全功率狀態(tài)天線電流是否大于等于2A”，以模擬公共輸入單元板壞為例，所以此處應(yīng)該選擇“是”，系統(tǒng)進入下一頁面。根據(jù)實際情況判斷“觀察調(diào)制度儀表是否有指示”，因此處為模擬公共輸入單元板壞，調(diào)制度儀表應(yīng)沒有指示，所以應(yīng)該選擇“否”，系統(tǒng)鎖定故障為“公共輸入單元板壞”。用戶在排除故障的過程中可通過系統(tǒng)中的注釋模塊學(xué)習(xí)排除故障的基本原理。

根據(jù)故障樹排故流程，引導(dǎo)操作者到該測量點進行檢測，給出測量點正確數(shù)值范圍，可快捷直觀地判斷該測試點是否在正常范圍內(nèi)。按照導(dǎo)航機排故引導(dǎo)系統(tǒng)的指引進行逐一排除，直至問題鎖定，導(dǎo)航機保障人員按照系統(tǒng)指使更換元件排除故障即可。另外，本軟件可應(yīng)用于導(dǎo)航機保障人員培訓(xùn)，培養(yǎng)學(xué)員發(fā)現(xiàn)、分析、排除故障的能力。

3.2 軟件系統(tǒng)實現(xiàn)

軟件系統(tǒng)的開發(fā)過程主要分為以下3部分：

（1）首頁界面開發(fā)，系統(tǒng)首頁包含背景圖與排故問題。背景圖為一個動效，需要在程序啟動的時候提前加載。排故問題包含名稱和圖片，需要從文件系統(tǒng)加載并且展示在界面上。此步驟的技術(shù)要點為利用.NET框架和C#語言開發(fā)WinForm界面，文件系統(tǒng)為NTFS格式，使用INI配置文件保存配置信息。

（2）排故步驟界面開發(fā)，排故界面包含：圖標(biāo)、標(biāo)題、回到首頁按鈕、動效顯示、內(nèi)容文本、解釋按鈕、選擇按鈕。技術(shù)要點為利用.NET框架與C#語言開發(fā)WinForm界面，動效是從硬盤上加載的PNG文件［3］。

（3）問題鎖定界面開發(fā)，問題鎖定包含：內(nèi)容、解釋按鈕、返回按鈕、返回首頁按鈕。技術(shù)要點為利用.NET框架與C#語言開發(fā)WinForm界面。

導(dǎo)航機排故引導(dǎo)系統(tǒng)以動畫、3D建模、靜態(tài)頁面，文字?jǐn)⑹龅姆绞街庇^地從故障現(xiàn)象、故障測量注釋、注意事項3個方面引導(dǎo)用戶完成對導(dǎo)航機故障排除工作，目前系統(tǒng)儲備的故障覆蓋率已達(dá)到90%以上。

4 系統(tǒng)設(shè)計主要指標(biāo)及注意事項

4.1 主要技術(shù)指標(biāo)

4.1.1 響應(yīng)速度

導(dǎo)航機排故引導(dǎo)系統(tǒng)運用了.NET框架，此框架可以用于構(gòu)建多種應(yīng)用。在此開源開發(fā)平臺上，可以使用多種語言，編輯器和庫開發(fā)Web應(yīng)用、Web API和微服務(wù)、云中的無服務(wù)器函數(shù)、云原生應(yīng)用、移動應(yīng)用、桌面應(yīng)用、Windows WPF、Windows窗體、通用 Windows平臺 （UWP）、物聯(lián)網(wǎng) （IoT）、機器學(xué)習(xí)、控制臺應(yīng)用、Windows服務(wù)。該系統(tǒng)的頁面的響應(yīng)速度為0.3s以內(nèi)。

4.1.2 安全性

為保障設(shè)備的安全性，系統(tǒng)的使用環(huán)境為非聯(lián)網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)）環(huán)境，使用INI配置文件保存配置信息，ini 文件是Initialization File的縮寫，即初始化文件，是windows系統(tǒng)配置文件所采用的存儲格式，統(tǒng)管windows的各項配置，一般用戶用windows提供的各項圖形化管理界面就可實現(xiàn)相同的配置［3］。

4.1.3 可擴展性

該系統(tǒng)采用獨立模塊存儲方式，將系統(tǒng)的文件信息直接存儲在本地的文件系統(tǒng)中，降低了修改和新增模塊的研發(fā)成本，增強了系統(tǒng)的可擴展性。

4.2 設(shè)計過程中的注意事項

在導(dǎo)航機排故引導(dǎo)系統(tǒng)軟件的設(shè)計過程中，需要注意兩點。一是做好項目的技術(shù)決策。項目中的重點需求通常較為復(fù)雜，工作量巨大，每一個技術(shù)方案的選擇都可能影響到成品的質(zhì)量。因此需要重點關(guān)注這些需求的方案，制定好方案決策評審計劃，識別出重大的備選方案以及每個方案的優(yōu)缺點，及時進行技術(shù)決策。在方案涉及周邊或外部界面的，更是要在做決策時讓所有團隊成員參與到?jīng)Q策過程中。二是做好項目的風(fēng)險管理，風(fēng)險管理貫穿于整個項目的生命周期，包括規(guī)劃、設(shè)計、開發(fā)、測試、集成各個階段。項目中每個團隊成員對風(fēng)險的影響理解通常并不一致，因此風(fēng)險識別不能完全由每個人員獨立完成，尤其是重點需求。定期組織風(fēng)險識別會議，由設(shè)計/開發(fā)/測試/QA人員共同參與。形式上可以由當(dāng)前的主導(dǎo)領(lǐng)域進行講解，由大家一起開展頭腦風(fēng)暴識別出盡可能多的風(fēng)險以及每一個風(fēng)險的影響。在風(fēng)險識別出來之后，在一個經(jīng)驗豐富的團隊中形成風(fēng)險的閉環(huán)通常不會成為問題，重要的是做好跟蹤閉環(huán)。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)通過搜集以往排故經(jīng)驗，實現(xiàn)從故障案例到故障樹的生成，通過歸納總結(jié)故障規(guī)律，進而降低排故的煩瑣度，力求縮短排時間，起到降低導(dǎo)航機的維修難度的作用。本系統(tǒng)還可以應(yīng)用到教學(xué)實踐中，輔助學(xué)員進行模擬故障分析與排故訓(xùn)練，也可應(yīng)用到基層崗位中，用于導(dǎo)航機保障人員在崗自學(xué)，能夠提高裝備操作人員分析問題、解決問題的能力，進而提高其裝備維修水平。

參考文獻

［1］馬麟龍.基于部件建模與故障仿真的飛機空調(diào)系統(tǒng)輔助排故與排故模擬訓(xùn)練研究［D］.南京：南京航空航天大學(xué)，2010.

［2］喬彥宏.裝備排故訓(xùn)練與考核系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［D］.大連：大連理工大學(xué)，2014.

［3］張文浩.飛機燃油系統(tǒng)故障模擬培訓(xùn)系統(tǒng)的研究［D］.青島：青島科技大學(xué)，2013.

（編輯 李春燕）

Design and development of application software for the navigation equipment troubleshooting

guidance system

Zhao? Beibei， Zhang? Weilin， Gai? Junfeng， Deng? Haifeng， Meng? Haicui

（Unit 91206， PLA， Qingdao 266109， China）

Abstract： As a sophisticated and complex equipment， navigation machine will have various faults in daily use. In order to enable equipment users and maintenance personnel to locate and eliminate equipment faults efficiently and quickly， this paper is based on net framework and c# language， a troubleshooting system guided by case fault tree is designed and developed， which can be used to guide the actual troubleshooting of equipment， and can also be applied to teaching as an equipment troubleshooting simulation training system. The design idea and method can lay a foundation for the design of fault diagnosis instrument for other equipment in the future， and the application prospect is broad.

Key words：? navigation machine； troubleshooting system； interface design; fault case; model construction