电子装备故障范文

电子装备故障范文（精选10篇）

电子装备故障 第1篇

随着信息化装备的发展, 嵌入式系统应用日益广泛, 其故障排查成为装备质量监督工作的重要内容。嵌入式系统是以应用为中心, 以计算机技术为基础, 并且软硬件可裁剪, 适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统[1]。一般而言, 嵌入式系统的构架可以分成四个部分:处理器、存储器、输入输出 (I/O) 和软件。嵌入式系统包含了硬件和软件两大部分, 任何一部分出问题都将造成嵌入式系统故障[2]。“双五归零”准则是在航天领域长期的工程实践中, 探索并总结出来的解决质量技术问题和管理问题的一种科学思路和程序。“双五归零”包括技术归零和管理归零。所谓技术归零, 是指针对质量问题的技术原因进行归零。它包括定位准确、机理清楚、问题复现、措施有效、举一反三五条具体要求。定位准确, 是要求确定质量问题的准确部位。机理清楚, 是要求通过理论分析和试验等手段, 确定问题发生的根本原因。问题复现, 是要求通过试验或其它验证方法, 确定问题发生的现象, 验证定位的准确性和机理分析的正确性。措施有效, 是指针对发生的质量问题, 制定并采取可行的纠正措施, 保证产品质量问题得到解决。举一反三, 是指把发生的质量问题信息反馈给本型号、本单位和其它单位、其它型号, 并采取预防措施[3]。

1 故障现象

某型嵌入式电子设备在进行-40℃低温工作测试时, 出现系统时标计时出错的故障。恢复至常温工作测试, 系统能够正常运行, 进行55℃高温工作测试, 系统也能正常运行。再次进行-40℃低温工作测试, 故障现象复现。

2 故障定位

2.1 系统的组成和工作原理

系统时是由设备的DSP处理器对半时隙脉冲信号进行计数产生的, 系统时标电路的组成框图如图1所示。

半时隙脉冲信号是由外部信号处理板产生的3.901 25 ms脉宽的高电平脉冲, 通过逻辑驱动器74LVC245增加驱动能力后接入FPGA, FPGA直接将该信号输出给DSP的中断4。DSP的中断4设定为下降沿中断触发模式, DSP对中断进行计数, 系统通过读取计数寄存器的值从而获得系统时。系统时标计时中断程序流程图如图2所示。

2.2 故障定位分析

从系统时的计时工作原理可知, 系统时出错是由于DSP对中断计数出错导致的。将设备放入-40 ℃的低温箱, 使故障复现, 首先从软件角度出发, 利用DSP仿真器检查DSP中断程序, 在一定时间内对DSP接受的外部半时隙脉冲进行计数, 发现计数寄存器的值比正常情况下明显增多。然后从硬件角度出发, 利用示波器检查DSP中断口的半时隙脉冲, 发现半时隙脉冲存在较多的毛刺, 利用示波器观察, DSP中断口的半时隙脉冲信号的毛刺宽度大概在10 ns到20 ns, DSP处理器的工作频率为200 MHz, 中断采用下降沿触发模式, 脉冲宽度大于15 ns就可以触发中断。由此可以判断, 系统时计时故障是由于半时隙脉冲信号产生毛刺, 导致中断误触发, 从而引起中断计数增多造成的。

3 故障机理

在低温时, 沿着半时隙脉冲信号的传输路径, 逐个向上检测, 发现半时隙脉冲信号在FPGA的输出和输入口均有毛刺, 在74LVC245 驱动器的输出和输入口没有发现毛刺。半时隙脉冲信号是由外部信号处理板产生的脉冲信号通过连接器输入给74LVC245 驱动器, 经过驱动器增加驱动能力后, 经过较长的印制板走线后接入FPGA, 由于脉冲信号的走线区域含有高速信号, 总线频率达到333 MHz, DSP处理器的工作时钟达到200 MHz, 由于电路板上的信号串扰和地线噪声干扰, 导致脉冲信号经过电路板这些高速信号区域传输到FPGA时出现了毛刺干扰, 从而影响了中断计数, 导致系统时计时故障。

在常温时, 对比观察半时隙脉冲信号, 发现DSP中断口的半时隙脉冲信号也有毛刺存在, 只是毛刺的脉宽在5 ns左右, 幅值小于1.5 V, 因为脉宽太窄, 不能触发DSP中断, 所有系统工作正常。

综上所述, 系统时计时故障, 是由于低温下半时隙脉冲信号产生了较多的毛刺干扰, 导致DSP中断响应增多, 中断计数错误。

4 故障复现

设备在常温下工作正常, 观察DSP中断口半时隙脉冲信号, 没有毛刺干扰。将设备恢复至-40℃低温工作, 系统时计时故障复现, 观察DSP中断口半时隙脉冲信号出现较多毛刺干扰。

5 采取措施

半时隙脉冲在接入DSP中断前接入了FPGA, 在FPGA中没有对半时隙脉冲信号做任何处理。因此, 可以在FPGA中设计软件滤波, 对半时隙信号进行滤波处理。外部输入的半时隙脉冲周期为3.90125 ms, 低电平脉宽为3.2 us。示波器观察到的毛刺信号为10 ns~20 ns的脉冲, 考虑更为复杂的电磁环境下的信号干扰, 滤波处理设计为100 ns的低通滤波器, 即将小于100 ns的毛刺信号全部滤除。

FPGA修改程序后重新进行低温、常温、高温试验, 使用示波器检测DSP中断信号, 发现毛刺消除, DSP中断正常响应, 系统时标计时正常, 措施能够有效抑制干扰对系统的影响。

6 举一反三

和半时隙脉冲使用同一连接器输入FPGA的信号还有一组并行总线信号, 经过板上走线后接入了CPLD。该组总线信号由地址线、数据线和读写控制线组成, 为低速总线, 使用电平触发模式, 有效电平宽带在100ns以上, 经反复分析且验证存在毛刺信号不会影响总线数据传输, 使用示波器观察发现没有明显毛刺存在。

7 结束语

嵌入式系统是一种软硬件紧密结合的电子系统, 硬件是基础, 软件是灵魂, 在对嵌入式系统进行故障分析时, 要将软件和硬件综合考虑, 且注意从以下几个方面进行技术分析:

(1) 分析系统的组成和工作原理。

(2) 对于复杂故障, 进行故障树分析。

(3) 分析软件流程, 通过仿真器检测软件运行是否正常。

(4) 分析与软件运行相关的硬件电路, 测试信号连接是否正常, 必要时使用示波器、逻辑分析仪等设备对信号进行深入分析。

参考文献

[1]Raj Kamal.嵌入式系统——体系结构、编程与设计[M].陈曙晖, 等译.北京:清华大学出版社, 2005.

[2]黄建生.GPS导航定位设备测试技术研究[J].电子技术与软件工程, 2013, 10 (13) :36-37.

某型装备挂架接口装置供电故障排除 第2篇

摘 要：通过某型装备挂架接口装置供电故障的排除，对大功率继电器触点故障模式进行系统分析，能快速准确地将故障进行定位，对类似故障的排除具有借鉴作用。

关键词：供电；烧蚀；触点粘连

一、故障现象

在某型装备挂架接口装置正常维护时，1号挂点通电正常；在7号挂点进行通电检查发现，连接上外场检查仪时，加温开关在“OFF”位置，外场检查仪自动供电，不受某型装备控制管理系统加温命令控制。

二、机理分析

（一）工作原理

某型装备控制管理系统的主要功能是监视1、7号挂点状态、通过总线判断类型、监控发射条件并产生输出加温指令、装订装备所需的总线信息、负责对装备的存在识别、供电控制、离机处理等。在某型装备控制管理系统中，挂架接口装置的功能是执行部件，通过某型控制管理系统向挂架接口装置输出7号挂点供电命令，挂架接口装置才能输出直-直、直-交两路28V直流电信号。

（二）故障分析

1.对挂架接口装置28V直流控制板原理图进行分析，供电控制板局部原理见图1。通过检查发现直-直、加温共2路电压信号均为控制板KM6继电器A2、B2触点输出。KM6继电器在7号挂点供电存在地无效情况下，继电器自动工作，A1-A2、B1-B2两对常开触点接通，均输出27V直流电，继电器异常工作。

2.首先分析KM6继电器工作的条件为：①7号占位信号供电提供27V；②7号供电命令（低电平）有效。检查控制板X1与电源信号线通路，测量XS2插槽30号与壳体无接地情况。通过上述检查可以确定KMS继电器始终没有工作。

3.其次对KM6继电器触点进行检查，对XS2插槽21号和22号、21号和23号之间分别进行通路测量，均为通路，说明A1-A2、B1-B2两对常开触点粘连。至此可以确定，挂架接口装置自动供电故障，为供电控制板KM6继电器常开触点粘连造成。

三、故障排除

将装备供电控制板（2932-03）装回挂架接口装置PIU插槽内，再次通电检查，故障现象复现，更换新品供电控制板（2932-03）后，故障排除。

四、维护经验

在平时维护工作中，应严格按照维护规定进行操作，按压投放按钮、应急投放按钮时间在3～5秒，不允许连续快速按压和长时间按压，造成继电器触点打火、烧蚀，造成触点粘连和积碳故障。

参考文献：

电子装备故障 第3篇

1引言

故障树分析法(Fault Tree Analysis FTA) 是分析系统可靠性和安全性的一种重要方法[2]。 可以用它来分析系统故障产生的原因, 计算系统各单元的可靠度, 从而搜寻系统薄弱环节, 以便在系统设计中采取相应的改进措施, 实现系统优化设计。 近年来, 利用故障树模型进行故障诊断的研究引起了人们的注意, 它兼顾了基于规则和基于定量模型诊断的优点, 为复杂系统的故障诊断提供了一种有效途径。

故障树是以系统最不希望发生的一个事件即顶事件作为分析的目标, 通过逐层向下推溯可能的原因, 且每层只推溯其直接原因, 从而找出系统内可能存在的元件失效、 环境影响、 人为失误, 以及程序处理等硬件和软件因素(即各种底事件) 与系统失效的顶事件之间的逻辑关系, 并用倒立树状图形表示出来。 故障树分析的步骤如图1所示, 其重点和难点是故障树建立、 定性分析和定量分析。

2故障树建立

故障树的构造是否正确是故障搜寻能否成功的关键, 首先, 分析系统各个组件的功能、 结构、 原理、 故障状态、 故障因素及其影响等, 采用理论与实际结合的方法, 逐级找出各级事件可能的原因, 并用故障树的符号表示各类事件及逻辑关系, 直至分析到各类底事件为止。

图2所示为某型装备跟踪系统工作流程, 其中包括磁放大器、 航向发送箱、 同步仪器保护装置、 航向记录器、 分罗经等多个部分组成, 各个环节故障均可能导致跟踪系统不工作。

根据故障树的建立方法, 对该系统故障可以构造如图3所示的现象故障树。 各底事件符号代表的底事件意义如表1所示。

3故障树的定性

故障树的定性分析是故障树分析最为关键的一步, 是定量分析的基础。 故障树定性分析的目的在于寻找导致顶事件发生的基本事件(底事件) 或基本事件的组合, 即识别出导致顶事件发生的所有故障模式, 也就是求出故障树的最小割集。 利用上行法的方法按照布尔代数的吸收率和等幂率来化简将顶事件表示为底事件若干项积之和的最简形式, 可得该故障树的最小割集为:{X1}, {X2}, {X3}, {X4}, {X5}, {X6}, {X7}, {X8}, {X9}。

4故障树的定量

故障树定量分析是在求解得到最小割集后, 进一步确定故障树顶事件的发生概率、 最小割集重要度、 以及最小割集和系统组成单元的诊断重要度的一种故障分析方法。 假设底事件发生的概率数值如表2所示。

根据最小割集重要度的求取公式(1) 求取。 其中, P (Ci) 为最小割集Ci的发生概率, PT为故障树顶事件发生概率,为最小割集重要度。

将表2数据代入公式1中, 利用Matlab计算故障树最小割集发生概率及其重要度结果如图4所示。

将图4数据进一步整理, 可得到故障树最小割集的发生概率及其重要度, 如表3所示。

由表3可知最小割集的重要度大小排序为: C2>C1>C3> C5>C6>C4>C7>C8>C9。

由于最小割集重要度即为故障树最小割集的诊断重要度, 因此, 系统一旦出现故障, 则其故障诊断排序为: C2>C1> C3>C5>C6>C4>C7>C8>C9, 能够有效地指导快速找出发生的故障。

5结语

电子系统装备可靠性问题研究 第4篇

【摘 要】本文主要阐述了电子产品可靠性常用基础概念、常用公式及实施方法，较为系统地介绍了电子产品可靠性工作的流程，对于电子系统装备的技术人员和管理人员，具有一定的参考应用价值。

【关键词】可靠性；可用性；MTBF；可靠性模型；可靠性预计

1.认识产品可靠性工作

1.1什么是产品的可靠性

产品在规定条件下和规定的时间内完成规定功能的能力叫产品的“可靠性”。通俗地说，产品故障出的少，就是可靠性高。可靠性的概率度量叫可靠度，用R（t）表示。

设N个产品从时刻“0”开始工作，到时刻t失效的总个数为n（t），当N足够大时

R（t）≈[N-n（t）]/N=N（t）/N

这里边重点是产品、规定条件、规定时间、规定功能。

产品：硬件（汽车、电视机等）、流程性材料（水泥、燃油、煤气等）、软件（程序、记录等）、服务（理发、导游等）。

规定条件：主要指自然、人文等环境。

规定时间：指时间段或某一时刻。

规定功能：产品所应达到的能力和效果。

我们这里讲到的产品可靠性通俗说就是我们研制生产的设备或系统在用户所处的环境中使用时实现其应有的技战术性能的能力。

1.2产品可靠性的重要性

在国际上，可靠性起源于第二次世界大战，1944年纳粹德国用V-2火箭袭击伦敦，有80枚火箭在起飞台上爆炸，还有一些掉进英吉利海峡。由此德国提出并运用了串联模型得出火箭系统可靠度，成为第一个运用系统可靠性理论的飞行器。当时美国海军统计，运往远东的航空无线电设备有60%不能工作。电子设备在规定使用期内仅有30%的时间能有效工作。在此期间，因可靠性问题损失的飞机2.1万架，是被击落飞机的1.5倍。由此引起人们对可靠性问题的认识，通过大量现场调查和故障分析，采取对策，诞生了可靠性这门学科。

上述例子充分证明了装备可靠性的重要。因此现代武器装备既要重视性能，又不能轻视可靠性。要获得装备的高可靠性，目前通用的做法是采用工程化的方法进行设计和管理。

下面我们介绍一下可靠性工程方法的一些基本内容。也是目前我们工作中常用到的内容。

2.常用的可靠性工程技术指标

●可用性

产品在任一随机时刻需要和开始执行任务时，处于可工作或可使用状态的程度。可用性的概率度量叫“可用度”，用“A”表示。

可用性描述了在要求的外部资源得到保证的前提下，产品在规定的条件下及随机规定的时刻处于可执行规定任务的能力。

●固有可用度

仅与工作时间和修复性维修时间有关的一种可用性参数。其度量方法为：产品的平均故障间隔时间和平均故障间隔时间、平均修复时间的和之比。

●使用可用度

它是与能工作时间和不能工作时间有关的一种可用性参数。其度量方法为：产品的能工作时间与能工作时间、不能工作时间的和之比。

● MTBF

它是在规定的条件下和规定的时间内，产品处于规定状态的总数与这段时间内故障总数之比。它是可修复产品的一种基本参数。

对于一批产品来说

MTBF=tiN

式中ti为第i个产品无故障工作时间；

N为产品的数量。

●故障率（λ）。

产品工作到t时刻后的单位时间内发生失效的概率。它是在规定的条件下和规定的时间内，产品的故障总数和寿命单位总数之比。它是可靠性的一种基本参数。

3.产品可靠性模型

（a）产品定义。

●确定产品的任务和工作模式。

●规定产品及其分系统的性能参数及容许界限。

●确定产品的物理界限及功能接口。

●确定构成任务失效的条件。

●确定产品的寿命剖面和任务剖面。

对于建立基本可靠性模型，一定要明白：产品组成和框图结构、寿命剖面。

（b）确定产品可靠性框图。根据产品定义的结果，将产品组成部分按工作流程以框图的形式表示出来。

（c）确定计算产品可靠性的数学模型。

4.产品可靠性预计

4.1可靠性预计的目的

（a）可靠性预计作为一种设计工具，可从可靠度、性能、费用、研制周期等选择最佳的设计方案。其中早期预计着重于方案的现实性和可能性研究。

（b）选择了某一设计方案后，通过可靠性预计可发现设计的薄弱环节，以便及时改进。

（c）通过可靠性预计可以推测产品能否达到规定的可靠性要求。

（d）可靠性预计结果不仅用于指导设计，还可以为转阶段决策提供信息，为可靠性试验、制定维修计划、保障性分析、安全性分析、生存性评价等提供信息。后期预计着重于对设备的可靠性进行评价或提出硬件改进建议。

（e）为可靠性指标的分配和可靠性保障设计提供依据。

4.2可靠性预计方法

（a）回归分析法。

（b）相似产品法。

（c）相似电路法。

（d）专家评分法。

（e）有源单元估算法。

（f）元件计数法。

（g）应力分析法。

这里重点介绍计数法和应力分析法。

4.3计数法

（a）元器件计数可靠性预计法是根据设备中各类元器件的数量及该元器件通用失效率、元器件质量等级和设备的应用环境类别来估算设备可靠性的一种方法。

4.4应力分析法

元器件应力分析可靠性预计法是通过分析元器件所承受的应力，计算元器件在该应力条件下的工作失效率来预计设备的可靠性。

元器件在不同应力条件下其失效率不同。在普通场合，这些应力主要的是电应力和环境应力。元器件应力分析可靠性预计法较全面的考虑了电、热和其它气候、机械环境应力等因素对元器件失效率的影响。通过分析设备上各元器件工作时所承受的电、热应力及了解元器件的质量等级，承受电、热应力的额定值，工艺结构参数和应用环境类别等，利用手册给出的数值、图表和失效率模型，来计算各元器件的工作失效率，由此预计电子设备的可靠性水平。

其预计的主要程序：

（a）分析各元器件的应用方式，工作环境温度及其它环境应力，以及负荷电应力比等工作应力数据。

（b）汇编设备的元器件详细清单，清单内容包括：元器件名称，型号规格，数量，产品标准，性能额定值及有关的设计、工艺、结构参数和工作应力数据等。

在采用应力分析进行预计时，大多数元器件种类分别有基本失效率模型和工作失效率模型。基本失效率模型一般考虑温度和电应力对元器件失效率影响。而工作失效率模型除反映温度、电应力等基本因素外，还包括其它多种的对元器件失效率影响的因素。一般（集成电路除外）表示为：反映电应力（S）、温度应力（T）影响的基本失效率（λb）与其余影响失效率的质量因子、环境因子、设计、工艺、结构因子以及应用因子（π系数）等一系列修正因子的乘积。

λp=λpπ

集成电路失效率计算除考虑上述因子外，还应考虑结温、电路复杂度、封装复杂度等因子。 [科]

【参考文献】

[1]王锡吉.电子设备可靠性工程.陕西科学技术出版社，1999.

电子装备故障 第5篇

关键词：通信装备,故障诊断,故障树,专家系统

0 引言

目前测量船在用的通信装备技术含量高、工作原理复杂、专业性强、种类繁多，测量船出海期间通信的实时性对通信保障工作提出极高的要求，同时长时间的海上船摇对通信装备也具有很大的影响，这些因素都为科技人员对通信装备维护保养设置了很高的标准，同时要求一旦装备发生任何故障，科技人员要能够快速定位解除故障，对岗位人员的故障排查、定位能力要求很高。而当前航天测量船对通信装备的故障诊断排查主要依靠科技人员的经验积累来完成，效率不高。因此，设计一套测量船通信装备故障诊断系统用来有效辅助科技人员快速、准确进行装备故障诊断，便成为当前一个迫切需要解决的问题。

1 设计思想

故障树分析法[1]是一种将系统故障形成原因按树枝状逐级细化的图形演绎方法。它通过对可能造成系统故障的各种因素（包括硬件、软件、环境、人为因素等）进行分析，画出逻辑框图（故障树）；再对系统中发生的故障事件，由总体至部分按树枝状逐级细化分析。常见的故障树诊断主要有逻辑推理诊断法和最小割集诊断法[2]。

专家系统[3]是一种智能计算机程序，它是运用知识和推理来解决只有专家才能解决的问题。由于不同的专家系统所需要完成的任务和特点不同，其系统结构也不尽相同。目前比较流行的专家系统的一般结构包括人机接口、推理机、解释器、知识库管理模块、综合数据库、知识库。

针对航天测量船装备故障诊断的特点及诊断需求，根据优势互补原则，从产生与作用、知识获取、知识转换、诊断功能的扩展等方面归纳分析出故障树分析法与专家系统的结合点，作为故障诊断系统的设计思想。

1.1 从专家系统与故障树的产生和作用来看，两者是有一定联系的故障树是图形化的用于系统可靠性分析和故障诊断的模型；而专家系统是当系统失效时综合利用各种诊断信息，依据知识库中的知识，通过推理确定系统的故障原因，并给出排除故障的方法和建议。

1.2 从专家系统知识获取的角度来看，故障树分析法也是一种基于诊断模型的知识获取方法，该方法在故障诊断中的应用在一定程度上解决了专家系统在实际应用中对动态系统知识获取的瓶颈问题。

1.3 从故障树知识与专家系统知识转换的角度来看，故障树具有标准化的知识结构。故障树的顶事件对应于专家系统要分析解决的任务，其底事件对应于专家系统的推理结果；而故障树由顶到底的层次和逻辑关系对应于专家系统的整个推理过程。

1.4 从故障树分析方法对专家系统故障诊断功能的扩展角度来看，逻辑推理诊断法用故障树中各底事件、中间事件、顶事件的发生概率对故障树转化生成的规则进行排序，提高了系统搜索匹配规则的效率；在最小割集诊断法中，引入最小割集重要度和底事件概率重要度，提高了故障诊断命中率，减少了测试工作量。故本系统设计中采用逻辑推理诊断法和最小割集诊断法结合的故障诊断方法。

2 总体模型设计

航天测量船通信装备故障诊断系统主要包括六个功能模块，分别为：系统管理模块、知识库管理模块、故障诊断模块、诊断维修记录模块、辅助工具模块、帮助模块等六个模块。其中每个模块可以分别通过包含各自的子模块来具体实现。系统模型如图1所示。

2.1 系统管理模块

主要实现数据库连接配置、用户登录、用户管理、修改密码等功能。

2.2 知识库管理模块

主要实现对知识的获取、管理和维护，以使知识库不断完善。

(1)知识获取子模块：可通过向导和设计视图两种方式获取知识。向导方式适用于初次创建某装备知识库；设计视图方式适合于对已初步形成的某装备的知识库实现有针对性的局部知识获取。(2)知识管理子模块：实现将知识以数据库表的形态呈现给用户，以便用户对各种表中存储的知识直接进行添加、删除、编辑、查询等操作。(3)知识检索子模块：将知识按照不同的装备、不同的归属结点以及不同的知识类别进行列表索引。(4)知识备份子模块：主要实现对数据库中全部知识的复制备份。

2.3 故障诊断模块

主要实现对选定装备的故障诊断工作，提供逻辑推理和最小割集两种诊断方法。

(1)故障识别子模块：主要通过与用户交互相关的诊断信息来实现故障类型的判断。(2)逻辑推理诊断子模块：主要实现利用逻辑推理诊断方法进行故障诊断。(3)最小割集诊断子模块：主要实现利用最小割集诊断方法进行故障诊断。(4)诊断维修记录参考子模块：将调用逻辑推理诊断子模块或最小割集诊断子模块进行故障诊断的故障类型相关诊断维修记录提供给用户参考，帮助用户进行故障维修。(5)排故措施参考子模块：对调用逻辑推理诊断子模块的诊断最终结论或最小割集诊断子模块中的每一步诊断提示给出相关的排故措施，帮助用户进行故障维修。(6)诊断维修记录存档子模块：当用户对故障诊断的结论进行维修验证后，需提交此次故障维修相关信息，如维修结论、维修结论描述、维修解决方案、维修人员、维修时间、维修地点、装备编号、生产厂家、服役时间等要素。

2.4 诊断维修记录模块

主要实现对诊断维修记录的查询、增加、删除、编辑等管理维护以及对系统存档的诊断维修记录进行定量分析。

2.5 辅助工具模块

主要提供一些系统的辅助工具功能，如Visio绘图工具、打印、记事本、计算器等。

2.6 帮助模块

主要包括关于系统的简单信息和使用帮助。

3 诊断知识库E-R模型设计

诊断知识库中拥有知识的数量和质量是本系统性能和问题求解能力的关键因素[4]，根据面向对象的不同可将故障诊断知识库大致分为七个数据表：结点表、故障类型表、故障树节点事件表、故障识别规则表，故障规则表、测试条目表、排故措施表。图2为通信装备故障诊断知识库的E-R图（下划线的数字表示是其所属实体的主键）。

图中数字标示的含义具体如下：

1：结点名称；2：结点编号；3：结点层次；4：结点所属仪器装备编号；5：父结点编号；6：子结点编号组合；7：结点原理（文字说明）；8：结点原理图编号；9：维修知识属性；10：维修知识内容；

11：故障类型名称；12：故障类型编号；13：故障类型所属结点编号；14：故障树结构图编号；15：故障原理图编号；16：故障原理（文字说明）；17：下级链结故障（树）类型编号组合；18：故障识别规则编号；

19：故障树节点事件编号；20：节点事件；21：节点事件层次；22：事件性质；23：父节点事件编号；24：子节点事件编号组合；25：本节点事件与子节点事件的关系；26：节点事件隶属故障类型编号；

27：故障识别规则编号；28：故障类型权值；29：故障征兆编号组合；30：故障征兆对应的域值编号组合；31：故障征兆对应的条件权值组合；32：用户确认的故障征兆对应的可信度组合；33：前件关系；34：追加关系；35：追加前件的规则编号；36：结论编号；37：规则强度；38：规则阈值；39：结论域值；

40：故障规则编号；41：规则隶属的故障类型编号；42：规则前件编号组合；43：规则前件关系；44：追加关系（前件）；45：追加前件的规则编号；46：规则结论编号组合；47：规则结论关系；48：追加关系（结论）；49：追加结论的规则编号；50：结束标志组合；51：规则属性组合；

52：测试条目编号；53：测试条目隶属的仪器装备编号；54：测试条目内容；55：测试条件；56：测试工具；57：测试位置；58：测试位置图编号；59：测试方法与步骤；60：标准测试值；61：实际测试值；

62：排故措施编号；63：排故措施针对的诊断最终结论编号；64：排故知识（文字说明）；65：排故图编号。

4 故障诊断流程

本文中对诊断流程设计考虑了系统使用的逻辑推理诊断法和最小割集诊断法。图3为故障诊断流程图。

用户可通过两种方式进入故障诊断流程：

(1)第一种方式：用户直接选择装备名称、型号、故障类型。系统将该故障类型直接调入“故障识别冲突集”中，转入第(4)步；

(2)第二种方式：用户根据自己的相关经验，选择故障可能发生的最小范围的结点，也可以同时选择提交故障征兆以及故障征兆发生的环境、条件等域值；

(3)若用户在第(2)步中同时提交了结点和故障征兆两类信息，则系统根据用户提供的诊断信息，按照搜索和故障识别规则的匹配策略把相匹配的故障识别规则结论放入“故障识别冲突集”中。若“故障识别冲突集”为空，则返回至第(2)步。若不为空，则转入第(4)步；

(4)系统按照故障类型权值大小，依次在“故障识别对话”中向用户询问“故障识别冲突集”中的故障识别规则前件的可信度；

(5)系统按照故障规则的匹配策略，判断出该故障类型识别是否成功。若故障类型识别不成功，需要修改已提交的某规则前件可信度。若成功则调用故障类型的诊断线程；

(6)用户可选择采用逻辑推理诊断法和最小割集诊断法。若用户选择逻辑推理诊断法，转入第(7)步；若用户选择最小割集诊断法，转入第(9)步；

(7)系统定位到某故障类型，提供与之相关的诊断维修参考。系统按照故障规则的搜索、匹配策略，实现基于故障规则的逻辑推理诊断。若启用的是一条测试规则，则在“故障诊断对话”中依次询问该测试条目，并给出该测试条目的测试工作参考。若此次逻辑推理诊断成功，系统给出最终诊断结论的排故措施参考以及诊断路径解释；若系统得出的最终诊断结论是另一故障类型，则系统自动转入第(6)步。若用户维修验证成功，则按要求将此次诊断维修记录存档后，结束诊断；若用户维修验证不成功，可参阅以往该故障类型的诊断维修记录，帮助用户调整维修方案，也可以转入第(8)步或选择最小割集诊断法进行该故障类型诊断；

(8)系统按冲突求解策略自动调用“故障识别冲突集”中其它故障类型的诊断线程，转入第(6)步或根据用户需要返回至第(1)步或第(2)步；

(9)系统为每一步诊断提示，给出相应的排故措施参考、诊断维修记录参考以及提供用户查看该故障树的各最小割集重要度、最小割集中的各底事件的概率重要度等统计数据。若用户在某一步的诊断提示下的维修验证成功，则将此次诊断维修记录按要求存档后，结束诊断；若用户维修验证均不成功，可转入第(8)步或选择逻辑推理诊断法进行该故障类型诊断。

5 结束语

目前，航天测量船对通信装备的故障诊断排查主要依靠科技人员长期累积的经验来完成，具有效率不高的特点。结合了故障树分析法与专家系统的通信装备故障诊断系统的应用不仅可以辅助科技人员快速、准确地进行故障分析、定位，大幅提高排除故障的效率，而且可以协助科技人员找出装备的薄弱环节，并提出相应的改进措施。

参考文献

[1]刘迅.基于故障树与BAM神经网络的只能故障诊断方法[C].科学技术与工程,2010:3101-3105.

[2]郑丽敏.人工智能与专家系统原理及其应用[M].北京:中国农业大学出版社,2004:131-154.

[3]宋志丹,王玉森.基于故障树最小割集的故障诊断方法[J].测控技术,2004:86-91.

遥测装备基于故障树的诊断分析方法 第6篇

关键词：遥测装备,故障树,LabVIEW,SQL Server

0 引 言

遥测系统装备是航空无线电测控系统的重要组成部分,从而对该系统可靠性分析与故障诊断具有重要意的义,尤其是能够快速准确地定位装备在试验过程中发生的故障并迅速排除。目前故障诊断的方法有很多种,其中基于知识的方法根据的是对象的先验概率数据,不需要精确的数学模型,分析过程具有“智能”特性,如故障树方法、专家系统、模糊和神经网络方法等。其中,故障树分析被广泛应用于航空、航天系统和武器装备的可靠性设计与故障诊断中。故障树分析能构建一种合理的故障传递途径,获得较高的故障诊断精度,实现故障检测和管理程序的优化设计。遥测装备系统电路复杂、非线性强,难以建立精确数学模型。其主要过程和步骤如下:首先,采用演绎法建立系统的故障树模型,以表达系统不同层次故障之间的逻辑关系以及关联情况,然后对各故障节点进行采集数据分析;最后构建基于诊断重要度的故障诊断策略来指导故障检测。

1 遥测装备的组成及其故障树的建立

1.1 遥测装备的组成

遥测系统装备主要接收飞行器发出的无线电载波信号,并将其信号同步解调恢复出原始信息,实现无线电测量,其遥测系统组成及模块间相互关联情况,如图1所示。分析其结构关系,选取遥测接收机失锁为顶事件,采用演绎法建立故障树,如图2所示,图中各代号含义见表1 。故障树分析方法以装备不希望发生的一件事为分析目标,通过逐层向下推测所有可能的原因,每层推其根本原因,从而找出有问题的故障板卡或元器件。

1.2 故障树的建立

对于遥测装备来说,其故障现象和故障部位很多,如何快速地定位故障是故障诊断的目标。本文采用了一种故障树的方法进行故障诊断。故障树是一种特殊的树状逻辑因果关系图,它用规定的事件、逻辑门和其他符号描述系统中各事件之间的因果关系。逻辑门的输入事件是输出事件的“因”,反之,逻辑门的输出事件是输入事件的“果”。位于故障树最底层的事件称为底事件,它是某个逻辑门的输入事件。位于故障树顶端的是顶事件,即系统不希望发生的事件。除顶事件和底事件外的事件称为中间事件。描述事件之间因果关系的逻辑符号称为逻辑门,例如,“与门”,“或门”,“表决门”,“非门”等。为与后面的动态逻辑门相区别,称这种逻辑门为静态逻辑门。图2为遥测装备“接收机失锁”的故障树,从图2可看出,该故障树的顶事件为接收机失锁,底事件为分路器和馈源故障。

1.3 采用故障树的诊断原理

故障树诊断软件是基于LabVIEW的编程,通过硬件设备NI公司PXI-5114数据采集卡来实现信号的采集。可以进行手动选取故障节点进行诊断,也可以采用自动诊断模式,自动诊断的过程按照由上至下、由左至右逐个故障节点的顺序进行诊断。诊断方法主要是通过示波器模块或频谱仪模块采集故障检测点的电压、波形或频谱等数据与检测点标准数据比对来定位故障器件及故障原因。故障节点的内容主要包括节点的物理位置、逻辑电路位置、电压、波形和频谱等标准图片信息。例如,利用诊断软件中频谱仪功能测量遥测装备接收机箱内下变频器的输出频率值,根据测量值和真值的比对,从而判断下变频器是否工作正常。在每个故障节点上添加一个故障计数器,计数值越高说明该节点故障诊断重要度就越高,当进行故障诊断时,软件优先诊断故障计数高的节点,这样便提高了故障诊断效率。

2 遥测装备故障诊断方法的实现与运行结果

2.1 开发平台的选择

本系统的用户交互界面采用图形化软件开发平台LabVIEW并结合数据库的接口工具包以及报表打印工具包开发而成。所有的信息都取自数据库,该系统采用Microsoft SQL Server 2005开发版对数据库进行设计。

2.2 运行结果

图3为采用故障树诊断后,对遥测分系统采用本地故障诊断和手动故障诊断后,当故障树上的中间事件选择“下变频器输出”,当点击“检测”按钮,选用频谱分析仪后,采集到的实际信号波形。专家根据此检测点的标准波形和实际采集的信号做比较,可手动判断此检测点是否有故障。

从检测结果可以看到检测的中心频率为70.035 MHz,增益为-22.15 dBm,和标准值一致,从而可以判定该下变频器工作正常。

3 结 语

基于故障树的诊断方法目前在很多领域都得到了广泛的应用,本文研究把故障树诊断方法应用到遥测装备的故障诊断和定位中。文中介绍了装备各个分系统的故障树建立方法,并采用图形化软件开发平台LabVIEW和SQL Server数据库,开发并研制了本套故障诊断系统。现场使用结果表明,该诊断方法可行、指导性好、操作也便捷,能快速对故障点进行定位,为技术人员迅速排除装备故障提供很好的帮助,将来必会在各型装备故障诊断上得以良好应用。

参考文献

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电子装备故障 第7篇

随着高技术局部战争战场环境愈加复杂、武器系统的技术含量的不断增高, 装备的技术保障变得更为重要, 对维修操作人员的要求也在不断增加[1,2]。练习检测各种故障的方法, 有助于维修操作人员进一步了解装备的工作原理与性能, 提高他们对故障判断处理的能力和经验。

当前部队训练和教学主要依赖实装进行。由于实装相对昂贵且数量有限, 在训练过程中容易造成装备的损坏, 同时由于故障大多具有隐蔽性、多样性、不确定性和因果关系复杂等特点, 给人们观察分析和故障诊断带来很多麻烦和困难, 因而训练效果不好, 因此急需一种成本低、功能强、开发方便快捷、适合部队训练的训练方法[3,4,5,6]。故障模拟训练能对各种常见故障进行模拟, 让故障重现, 这对提高操作人员的维修技能有很大的现实意义[7]。故障模拟训练能够让操作人员在实训中通过故障现象准确地对故障类型进行判别, 同时通过相应的仪器仪表测量对故障点进行确定, 进而提出排除故障的方法[8]。

根据文献[9]模拟故障可以采用两种不同的实现方式:继电器式和开关矩阵式, 根据不同的模拟需要可以灵活配置。

文献[10]给出了一种开关控制方法, 在线路中接上开关, 开关合上时设备处于正常工作状态, 开关断开时就能模拟各传感器信号丢失、电源线断路或接地不良等故障情况。但是使用这种方法在各线路中接上开关也并非易事, 在接线过程中要非常细心。此外这种方法能够模拟设置的故障种类比较少, 这是不足之处。

在模拟训练中, 故障的模拟设置是一个难点, 本文结合电台电源保护板给出了一种模拟故障的设置方法。采用继电器控制线路的通断, 从而实现电路元器件故障现象的模拟。

1 工作原理

故障模拟设置的目的是用来训练部队维修操作人员, 使其尽快掌握对装备故障进行检测的测试步骤和操作方法[6,11]。检测电路板的整体布局与实装电路板一致, 将原尺寸进行放大, 在原电路板的基础上进行线路改造, 并另设一组控制电路实现故障的模拟设置。改进后的电路板仍然能够保持原电台的正常工作性能, 故障模拟设置可反复操作, 能够不断重复产生各种模拟故障。

设置模拟故障电路和对应的测试点。在测试点的位置放置检测插孔并在其附近放置指示灯。当设定某一个故障时, 不仅会有相应的故障现象产生, 而且显示板上立即会有对应的指示灯响应。故障现象产生后, 操作人员按照提示信息进行故障检测, 故障设置后, 通过检测电路各处信号, 分析电路工作状态可以对故障进行诊断, 排除故障[12]。训练时, 维修操作人员可以根据指示灯来判断自己所排除的故障是否正确。

2 检测电路板设计方案

2.1 检测电路板设计方案

电源保护板设计电路如图1所示。具体设计方案如下:

(1) 整体布局与实装电路板一致, 将原尺寸进行放大。

(2) 在检测电路板上设计一个通信插头, 连接器型号CCC600-1-41P (其中1脚和38脚为I/O地, 2至37脚为I/O信号, 39和40脚为电源地, 41脚为+5V电源) , 通信插头与终端相连。

(3) 检测电路板设置故障, 在专门的故障设置电路区域, 采用继电器开关进行故障设置, 继电器受插头的I/O信号控制, 电源选择插头的+5V电源。

(4) 从故障点引出测试点, 旁边有一个发光二极管指示灯, 指示灯受通信插头的I/O信号控制。

2.2 I/O控制

通过计算机的I/O卡上的插座连接96路I/O信号至测试底板, 通过I/O控制指示灯亮, 并设置故障。

(1) 指示灯控制

指示灯数量较大, 可以采用矩阵控制方式或其他扩展I/O方式。本文选择矩阵控制方式控制指示灯的状态, 采用48路I/O可实现对576个指示灯的控制。指示灯控制矩阵如图2所示。

(2) 故障设置控制

对电路板之间的故障, 可用译码电路实现, 如1个3/8译码器可以设置8个故障。对检测电路板上的故障, 用45路I/O可设45个故障。

(3) I/O资源分配

本文以电源保护板为例进行说明, 指示灯控制使用6根I/O线, 列线5根, 分别为I/O1.1~I/O1.5, 行线1根为I/O4.1。模拟保险丝熔断故障, 使用I/O10.1控制继电器进行故障设置。

3 模拟故障设置实现

3.1 电源保护板功能

本文模拟的故障是保险丝烧坏的情形。电源保护电路板主要功能包括过流保护、过压保护、电源极性反接保护和收发信主机与适配器之间信号接口。当过流、过压或电源极性反接时, F1保险丝熔断, 从而保护后级电路。

3.2 指示灯控制

由图4所示, 设置5个测试点即可。由于设了5个测试点, 所以需要5个指示灯, 采用矩阵控制方式, 需要6根I/O线, 指示灯控制电路如图3所示。

3.3 故障设置

该电路板最常见的故障是保险烧坏, 故障现象:电台开机后无任何反应。为此只设这一个典型故障。

(1) 故障位置:在测试点TP1与测试点TP2之间, 模拟故障电路如图4所示。

(2) 控制方法

采用1路I/O控制继电器通断, 当I/O为低电平时, 故障设置有效, 可以采用以下2种控制电路。本文选用图6控制电路, 其集成电路芯片可控制7个继电器。

图6中芯片是ULN2003驱动器, 用来驱动继电器J1。继电器J1的工作原理是:无外部控制信号时, 继电器管脚2和管脚3闭合, 即检测电路板处于正常工作状态;当输入控制信号时, 管脚2和管脚3断开, 在本电路中即测试点2和测试点3之间断开, 进而模拟了保险丝故障的现象。

3.4 故障排除

正确的顺序有3种。一是测试点TP1和测试点TP2之间的电阻为无穷大;二是测试电路板输入信号为12V, 测试输出点信号为0V, 测试点TP1和TP2之间的电阻为无穷大;三是测试输出点信号为0V, 测试点TP1和TP2之间的电阻为无穷大。

故障定位为F1故障。

4 结束语

本文给出了一种采用继电器开关模拟故障的设置方法。测试人员根据提示, 用万用表和示波器对被测电路板上的指定测试点进行测量, 再将测试结果和系统给定标准数据进行比较, 可将故障位置进一步定位到可更换芯片或外围电路, 实现装备快速修复的目的。在维修模拟训练中采用本方法能够真实全面模拟故障现象, 有效提高训练人员的操作熟练水平与维修技能, 提高武器系统技术保障能力, 最大限度地发挥作战效能。但是检测电路板经改造放大并引入控制测试和指示电路后, 会造成实装信号的变化, 因此设计电路时要充分考虑信号隔离问题, 尽量不影响实装信号。未来的工作中将进一步研究不同的模拟故障设置方法。

参考文献

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[11]蔡伟义, 李贵炎.电控发动机微机控制故障模拟系统的研制[J].南京林业大学学报:自然科学版, 2002, 26 (3) :61-64.

电子装备故障 第8篇

XCY2002-1/200型野战X线诊断车是编配卫勤机构做机动X线诊断检查使用的大型设备, 其配备的车载卫生装备有S2001型车载X线机、S2001-WZ6.0车载X线影像电视成像、数字影像处理系统和WYS2002-96/22型野战洗片机[1]。野战X线诊断车具有较好的机动性和灵活性, 常被卫勤机构用于抗震救灾应急保障任务和野外驻训的机动卫勤保障;该车搭载的X线机, 采用进口高频高压发生器, 并配备了三视野影像增强器, 具有强大的配片和透视功能, 大大提高了工作人员的防辐射保护能力, 因此被大量应用于基层部队的新兵查体工作中。该车的工作环境较为复杂恶劣, 经常被频繁地连续使用, 加上无法得到规范有效的维护保养, 因此开始普遍进入故障高发期。

1 故障一

1.1 故障现象

开机后, X线机正常运行, 但影响后处理系统的加固计算机无法开机, 主机和显示器指示灯均不亮, 进行透视操作, 2个监视器均可正常显示图像。

1.2 故障分析与排除

首先, 检查UPS电源是否正常工作。按下电源开关, 指示灯不亮, 测量市电电压为220 V且熔断器完好, 判断是UPS电源内部器件或线路出现问题。由于故障是在使用中突然出现的, 考虑可能为市电电压过大导致UPS电源内部烧坏。测量电路板整流二极管发现断路, 更换二极管和全新蓄电池后正常工作。打开计算机, 影像处理系统软件无法显示受检者图像。此类故障可能有3种情况, 分别为视频输入故障、软件故障和视频接收故障, 应逐个进行检测。首先, 将数字处理器背部图像采集卡输入线接监视器可以显示图像, 说明信号输入正常。然后, 打开计算机系统中的硬件设备管理器, 发现图像采集卡一项标记黄色问号, 硬件可以被检测到但驱动程序无法正常工作, 卸载并重新安装驱动后故障依旧, 还原系统后仍无法解决问题。最后拆开计算机后盖, 拔下图像采集卡, 用酒精擦拭干净后重新插入, 故障排除[2]。

1.3 小结

图像采集卡驱动程序加载异常, 会导致系统软件无法显像, 因此不能完全判断为软件故障, 硬件虽然可以被检测到, 但是也有可能出现故障。

2 故障二

2.1 故障现象

某旅医院用野战X线诊断车进行新兵查体时, 室外温度过低, 透视过程中监视器黑屏, 然后无法开机, 再进行透视时, 控制台提示错误。

2.2 故障分析与排除

车载X线机的技术参数, 对使用环境的要求:温度为+10~+40℃;相对湿度为30%~75%;大气压力为70~106 k Pa[3]。该X线机在低温、大雾环境下, 连续大量曝光, 极容易损坏X线管及其他元器件。打开监视器的侧面固定板, 检测到电源接口的2根熔断丝熔断, 更换后正常工作。拆开控制台, 检测D220板灯丝供电电压正常, 说明球管供电线路正常。检查高压电缆完好后, 判断故障可能出现在球管上。该球管为西门子公司的高速旋转阳极X线管, 正常阻值为20~30Ω, 拆开球管侧面板, 用万用表检测灯丝电阻为无穷大, 判断为球管损坏。更换新球管后, 故障排除。

2.3 小结

野战X线诊断车经常在恶劣的环境中使用, 平时应加强对车辆及车载卫生装备的保养和维护, 确保装备处于良好的工作环境中。冬季新兵查体时, X线机通常在低温、潮湿的环境中连续大量曝光, 会严重损坏装备, 因此不建议将野战X线诊断车用于新兵查体。

参考文献

[1]戴志龙, 芦中庆, 陈鸿轩, 等.新型野战X线车使用中存在问题及改进探讨[J].医疗卫生装备, 2008, 29 (11) :93-94.

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多媒体系统在电子装备教学中的应用 第9篇

关键词：多媒体系统；电子装备；教学；策略

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）23-0108-01

多媒体系统是指载递信息的文本、图像、声音等的组合同时利用多种信息媒体，即以“可视的、智能的、个人的”服务模式，把通信、电视和计算机三种技术有机地结合在一起，构成了图、文、声并茂。在信息技术中，多媒体系统对教育的影响极为深刻，集图、文、声于一身的多媒体技术由于其优越的功能为学生提供了理想的教学情境，给学习方式带来了深刻的变革，这是其他媒体（幻灯、投影、录像、电视等）所不具备或不完全具备的。[1，2]多媒体技术融入到教学过程中已成为实现教育现代化不可缺少的重要组成部分，也是当前教育教学改革的重要内容。[3]它在装备教学中的应用使传统的装备教学方法和教学手段也发生了重大变化，为军队学校不断深化教学改革提供了有利条件，对提高装备教学质量、培养学生能力具有重要意义。[4]

一、多媒体系统在复杂电子装备教学中的必要性

1.抽象工作原理生动化

电子装备工作原理主要强调武器系统信息传递、单体设备信号传输、电路板以及元器件的电气特性的研究。教学内容多而抽象，往往要以图形为基础进行讲授，如武器系统信息流程图、系统工作原理框图、单体设备信号传输图、电路原理图等。传统教学方式通过“一支粉笔、一张嘴、一本图册”来讲授抽象的工作原理往往会导致教师对学生的单面灌输。而多媒体将各类工作原理图制作成动态、可控的图形图像，并加以文字、色彩、动画等提示要素，能提高学生的注意力，加强教师与学生的互动，提升学生学习装备原理的积极性。

2.复杂操作情景

高技术电子装备战术技术性能优异、破坏力大，相互制约因素多，对训练时间、空间条件要求高。基于实装的操作实践教学，武器系统协同配合训练条件无法得到很好满足，装备工作状态难以达到实战要求；同时，装备结构密集，装备操作空间有限，容易导致“宣讲式”的操作讲解，教学效果不佳。采用多媒体系统通过声音、图形、视频、动画等多种形式可以将装备展开、撤守、协同操作等战术运用情境直观具体地展示给学生，使学生的多种感官都参与教学感知活动，加深学生对学习内容的理解吸收。

3.故障案例分析直观化

现代电子装备是精密机电一体化系统，结构复杂、工艺先进，大量采用了新兴软硬件技术和电子器件。大规模和超大规模集成电路以及专用集成电路的使用使电路板的集成度越来越高。新技术的应用在提高电子装备性能的同时，也增加了元器件测试和故障诊断的不便。传统基于实装测试诊断的教学方法费时费力，授课效率、效果均不理想。而采用多媒体手段，利用装备的二维、三维模型等可以将维修部件和检测方法鲜明直观地展示在学生面前，促进学生积极地思维，有效提高学生分析问题和解决问题的能力。

二、基于多媒体系统的电子装备教学实施策略

在电子装备教学过程中使用多媒体系统可以增加课程的容量，提高教学效率；但是多媒体系统教学具有浏览性、一过性的特点。当需要学生深刻理解电子装备工作机理时，只靠快速浏览是远远不够的，这需要学生主动思考，深入探索。与教师面授、板书等传统教学手段相比，在多媒体教学中学生的思维空间被挤压，认知深度变浅。[5]由于教学策略可以对教学活动产生很大影响。为了保证教学质量和学生专业素质的全面提升，应该对基于多媒体系统的教学策略进行研究和设计。

1.教学环节设计

基于多媒体系统的复杂电子装备教学应把握整体性原则。在进行多媒体系统教学设计时，其内容应涉及装备理论介绍、战术运用、练习、复习和巩固五个教学环节，而不仅仅运用在某一个环节上。对装备理论介绍，可以采用启发式教学方法，利用多媒体的多种切入方法，让学生有充分的时间对装备的组成结构和工作原理等进行理解消化，并尽量利用图形图像、动画等进行直观化、形象化，切忌过快过多地灌输。对战术运用和练习应归类梳理装备的操作使用方法和注意事项，让学生掌握装备的操作技能，体会装备的战术运用意义；为此，教师应设计出全方位、多渠道介绍装备战术运用的多媒体软件。这样，经过理解、记忆和运用的过程来掌握装备的基本组成、工作原理和战术运用等知识。在复习和巩固阶段，充分发挥多媒体系统信息量大、快的优势，将装备运用背景、组成结构、操作使用、检测维修等教学重点和难点事先精心编排输入计算机，复习时通过超级连接进行串讲复习，从而使学生对整个课程的框架有更清楚的认识。

2.教学内容设计形象化

基于多媒体系统的复杂电子装备教学内容的设计应注意形象化。对装备（设备）运用背景的介绍应尽量收集丰富的例子，让学生了解装备的运用背景，体会装备作战的实际意义和战术运用价值。对装备（设备）组成结构的多媒体制作尽量使用实装图像、三维模型等，如使用3DMax建立设备外观和内部组成部件、电路板的三维模型，制作设备拆卸和组装的三维动画，使学生对设备组成结构的理解更为深刻。对工作原理，虽然目前的多媒体主要涉及此方面，但总体来看大部分只是将课本搬上去，而很少精心设计。对设备操作使用应充分利用图形图像、操作视频、三维动画等多种媒体形式；特别是装备应用软件的操作使用，可以使用嵌入技术对实装软件操作过程进行录制。对检测维修可以根据装备的故障现象、故障树、检测方法和维修手段等信息建立故障案例库，便于学生对多个故障案例的对比学习。当然，设备组成结构的三维动画、工作原理框图以及故障案例库的多媒体制作有相当的难度，对教师的自身业务素质、计算机基本操作技能、多媒体系统的研发技能均有很高的要求。

3.课堂教学节奏和时间分配合理化

在电子装备教学与多媒体系统之间，前者是目的，后者只是为前者服务的手段。因此，应把握好教学节奏和时间分配；设计时，应考虑学生的学习规律，把握“适时、适度、适当”的原则。“适时”就是运用多媒体时要选择最有利于学生掌握教学要点并使教学达到最佳效果的时机。“适当”就是找准多媒体与教学内容的切入点，即所选择的内容应能充分发挥多媒体优势，如太抽象、太微观或需动态效果等内容。“适度”就是多媒体的运用要做到既不喧宾夺主地滥用，也不能因噎废食而全然不用。[6]学生是教学活动的主体，多媒体系统应具有良好的人机界面和灵活的可操控性，能够给学生充分思考、讨论、归纳和总结的时间。在教学实践中，再根据学生的具体情况来确定授课节奏的快慢强弱、轻重缓急。

总之，多媒体系统以其信息的丰富性、多渠道性、综合性、多向性的特点打破了传统电子装备课程封闭式的教学状态。运用多媒体辅助装备教学虽然具有诸多优越性，但它只是教学手段，只有不断探索、科学组织、恰当运用这种信息化的教学手段，并与传统教学手段和生动的教学艺术相结合，才能提高电子装备教学的效果，实现教学的最优化。

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电子装备故障 第10篇

针对上述问题,现利用北斗卫星通信系统的高度保密及可靠性,建立故障信息传输网络,并基于虚拟现实技术再现装备故障情况及战场环境,利用后方庞大的专业队伍对故障进行诊断支援,并从一定程度上实现了保障资源的配置和调度。

1 系统组成及工作原理

工程装备远程虚拟化故障诊断系统的组成结构可分为车载信息传输终端、北斗卫星通信系统、后方信息传输终端、桌面式虚拟故障诊断平台及装备维修资源调度配置系统等,其系统结构组成及工作原理如图1所示。

当装备出现故障时,若所出现的故障是装备自身诊断系统可以识别并诊断的,则车载诊断系统会将故障代码显示于车载终端显示屏上( 现有新装备大多具有此功能) ,伴随保障维修人员根据自己能力决定是否需要向后方传递故障信息以请求帮助; 若装备自身诊断系统无法判断故障原因,则由伴随保障修理人员根据简讯通信规则编写简讯,经压缩、加密以后通过北斗卫星通信系统发送至后方终端[1,2,3],终端接收到信息后会自动认证信息的安全性和信息来源,在确认信息后解压简讯,虚拟故障诊断子系统根据简讯信息调用相关装备的虚拟样机,并模拟故障现象,采用人机交互的方式诊断故障原因及提出故障排除方案,当故障排除方案生成后,将送入资源调度子系统,资源调度子系统实时生成当前伴随保障态势,综合考虑故障排除需求、保障分队实力分布等情况后,给出调度方案,系统工作流程如图2所示。

2 关键技术

2. 1 车载故障检测及通信终端

现有新装备大多已经配备了越来越多的传感器设备,用于检测装备运行状态。装备中集成的故障检测电子控制单元可以用来实时检测传感器设备状态,从而实现对一般故障现象的识别。因此,一旦装备中受传感器监测的部位运行状态出现异常,车载故障检测仪器就会实时检测到故障,并通过预设编码及声音报警的方式向操作人员进行故障提示,保障人员可根据所显示的故障编码对装备故障原因进行诊断,并制定相应的排除方案。但是车载故障检测仪器覆盖面不完全,监测范围有限,且传感器自身也可能因为工作环境的变化而发生故障,这就需要人工对故障原因及部位进行判断及检测。

设置车载通信终端的目的是为实现单位之间的相互通信,包括传递故障信息、上报资源力量、接受指令等功能。其可将所有的信息进行编码、打包、压缩、校验,并对传输数据进行加/解密,通过集成北斗用户机直接发送至后方保障支援系统的北斗用户机,同时也可以接收来自别的北斗用户机发送的数据信息,对接受的信息,系统可以自动认证信息的安全性和信息来源。

2. 2基于北斗卫星定位通信的远程装备信息数据传输与控制

a) 北斗卫星系统简介

北斗卫星系统是中国自行研制的全球定位与通信系统,可在全球范围内全天候、全天时为用户提供高精度、高可靠定位、授时服务,具备短报文通信能力,并能向有更高要求的授权用户提供进一步的服务。本系统的无线通讯网络采用我国自主研发的北斗卫星导航系统,采用该系统的优势有[1,2,3]:

1) 使用安全。北斗系统是我国自主知识产权的卫星导航系统,能保证通信的安全性和保密性。

2) 数据通信实时性强。数据传输快捷,接收终端在几秒钟之内就可以接收到发送端传输的数据,实时性比较强。

3) 设备及通信费用低、系统容量大、并发能力强。

4) 定位精度高。北斗的定位精度10 m,测速精度0. 2 m / s,授时精度10 ns。

基于北斗通信定位系统的优势,再结合设计的平台软件、数据无损压缩技术及短报文通信协议等技术手段,能确保装备故障代码数据实时、安全、有效地传输,并能准确定位保障力量分布情况。

b) 装备故障信息传输系统的特征需求

1) 故障信息传输的时效性需求

故障信息传输系统的传输时效性是最高的。由于故障信息的紧急性特征,故障信息传输系统必须在装备出现故障后第一时间将故障信息发送到模拟样机终端,且时间间隔越短越好,可以使故障装备得到及时维修,充分保证装备的作业效率。装备是一支军队在战场上战斗力的绝对保证。战时装备的保障好坏,哪怕是晚1 s,都有可能带来不可估量的损失[4,5]。

2) 故障信息传输的准确性需求

故障信息的传输不但要有时效性和准确性,成功率也是非常重要的。故障信息传输过程中出现错误多、成功率低,故障信息在接收端不能成功被还原,不能准确传输到模拟样机接收端,同样无法使故障装备得到维修保障。如果接收端接收一条错误或不完全的故障信息,这引发的后果也是无法设想的。故障信息在传输过程中发生了丢失,在某些关键情况下就可能造成不可挽回的后果。因此,故障信息的传输必须要万无一失,本系统故障信息传输的成功率是建立在北斗卫星信息传输系统性能的基础上。

3) 故障信息传输的传输性需求

装备故障信息包括装备故障的信息和故障维修方案。主要内容包括故障零件,故障现象,故障时间,故障解决方案,故障后续隐患排查等,这些内容一般都以文字信息为主。这些内容中的一部分可以使用代码,即在系统协议中规定某种代码表示着哪些信息,代码可以是字母或数字,也可以是字母和数字的组合,这样就可以省略一部分字段的内容,节省传输的数据量。不使用音频和视频是由于其数据量太大,影响系统网络带宽和数据传输效率。

c) 数据传输与控制模式

远程数据传输与控制系统一般由一个中心站和车载监测点组成,中心站与车载监测点之间数据传输与控制模式主要分为主动自报式与交互查寻式两种。主动自报式是指监测站按照一定的定时机制自动往中心站传输数据的模式。在主动自报模式下,监测点处于主动方,而中心站则处于被动地等待接受数据。交互查询式是指中心站通过发送指令来获得车载监测点的数据的模式。在交互查询模式下,中心站处于主动方,而车载监测点则被动地等待接收响应命令[1,3]。

北斗卫星通信资源紧缺,且存在频度限制,根据这两种信息数据传输与控制系统的特点和差异,对于装备突发故障,系统采用数据主动自报式传输,而对于定期的武器装备状态检测等可靠性要求较高的数据则采用交互查询式的传输方式[1,2,3]。

2. 3 虚拟故障诊断系统

虚拟故障诊断系统是借助虚拟现实技术生成虚拟环境,再现装备故障现象,方便专家技术人员诊断实机故障的交互式操作系统,可以实现故障现象模拟、虚拟仪器使用、虚拟拆装过程规划等功能,最终生成指导实机故障排除过程的文件。其系统结构如图3所示。

a) 虚拟现实技术与虚拟样机

虚拟现实技术,其特点在于计算机产生一种人为虚拟的环境,这种虚拟的环境是通过计算机图形构成的三维数字模型,并编制到计算机中去生成一个以视觉为主,也包括听觉、触觉的综合可感知的人工环境,可以直接观察、操作、触摸、检测周围环境及事物的内在变化,并能与之发生“交互”作用。

虚拟现实技术具体到武器装备,就是利用三维制图工具对武器装备进行模型建立,根据其工作机理进行动画制作和程序编译,最后通过PC与功能化硬件结合,操作人员就可以通过友好的图形界面来模拟故障现象、拆装维修过程等。虚拟样机模块组成包括装备三维模型数据库、专家知识数据库、交互控制系统等。在虚拟样机建立过程中需要将所有零件的详细结构参数纳入整个机型的三维几何造型中,要求零件模型的形状与结构特征与实物一致。人、环境和装备三种模型共同组成三维模型数据库。专家知识数据库建立在专家经验总结的基础上,其存储了大量装备的故障种类、各种故障现象所对应的故障排除方法等信息,可以供系统随时调用,并具备自学习功能,能对新的知识进行挖掘学习并存储更新。交互控制系统允许操作人员通过交互控制设备( 如键盘、手套等) 对虚拟环境中的三维数字模型进行操作控制,实现选择、移动、旋转等动作,从而完成虚拟的装备故障排除过程[6]。

b) 基于虚拟样机的故障诊断技术

虚拟样机系统主要通过操作虚拟环境中的虚拟样机来模拟维修操作过程和维修组织实施过程,使人主观上产生真实地“存在感”。同时引入维修分析模块,保证维修人员在维修操作过程中出现问题时,可以根据“真实感”体验来分析出现维修问题的原因。并衡量产品是否满足实机维修性要求,从而达到虚拟维修的效果,某型挖掘机变速箱虚拟故障诊断界面如图4所示。

虚拟样机系统应该满足以下几个要求[4,5,6]:

1) 虚拟维修仿真,主要包括故障模拟、维修操作、过程仿真、人机交互、碰撞检测等功能。根据用户与虚拟人之间的运动映射关系,跟踪用户行为,监控维修过程,检测虚拟环境中发生的碰撞行为,防止物体之间发生穿越行为,完成维修仿真。

2) 通过友好的图形界面来模拟操作,能够产生可信度高的虚拟维修感知;

3) 提供输入输出接口,保证人机交互操 作自然、简便;

4) 维修性分析: 记录并保存用户的维修过程,同时判断用户操作的正确性,给出合适的指导。

5) 数据库: 存储故障信息并协调各功能模块的交互关系。获取虚拟样机的可靠性、维修性、保障性数据,将处理后的数据输出到相应的功能模块,根据故障信息进行故障模拟,通过智能分析给出故障解决方案如图4所示。

2. 4 装备维修资源调度配置

快速、有效地进行故障装备抢修任务调度可以减少故障装备修理的时间,对提高部队的战斗力具有重要意义。资源、设备、空间的有限性与装备分布和需求无限性的矛盾是造成维修资源排队现象的主要原因,而伴随保障人员的技术水平和作业效率等因素直接影响到战斗力生成。后方在完成虚拟故障排除过程规划之后,应当根据故障排除方案的所需条件及现有伴随保障具体实力对资源进行配置,以保证故障能顺利、及时的解决。

在利用北斗卫星定位通信系统实现伴随保障力量及资源的定位后,资源调度系统应总体呈现出保障力量的分布态势图,并给出资源调度方案。对于故障装备维修资源的选择,首先专家及指挥人员要了解战场的实时情况,确定作战保障的重点方向,划定重点保障对象,优先保障重点作战方向及对象; 然后要对各伴随保障维修力量的保障能力进行评估,计算维修资源的任务饱和度,确定其工作状态; 最后,根据故障装备的情况,依照先易后难的顺序进行维修排序。在以轻微故障装备数量为主时,根据其易修复、耗时少的特点可以予以优先修理以迅速减少待修装备数量。在以较多装备保障战斗需要的同时,集中资源维修重大损伤故障装备。同一方向同批次损伤装备,也有主次、难易之分,应先抢修主要、易修的装备,后抢修次要、难度大的装备。在人员及物资调度上,当某方向保障人员不能完成任务或器材不能满足需要时,应根据优先级关系,规划出邻近保障分队支援的最优保障路径,使配置效果达到最佳。

最终实现的后方虚拟故障诊断排除及资源调度系统工作流程如图5所示。

3 结语

在军队装备保障信息化的背景下,本文提出了融合虚拟样机、北斗卫星通信、故障诊断、资源调度等关键技术的装备远程虚拟故障诊断支援系统的设计方案及结构组成,有效实现了工程装备远程故障诊断及保障资源调度,为战场实时、精确地装备保障打下了良好基础,具有较好的军事效益。

摘要：针对目前部队武器装备远程维修保障的现状,基于虚拟现实技术,设计了一种结合远程故障信息传输及桌面式虚拟现实技术的远程虚拟化故障诊断支援系统。阐述了系统的组成结构及工作流程,分析了装备故障现象编码及基于北斗卫星通信系统的故障信息简讯传输方式,基于桌面式虚拟现实技术,实现了故障的远程虚拟化诊断,并根据战场实时态势进行伴随保障力量的资源调度及分配,为部队作战保障探索了新的途径。