一種裝備維修輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)

，，

(防化研究院,北京 102205)

0 引言

當(dāng)前，針對(duì)裝備保障相關(guān)技術(shù)資料主要以紙質(zhì)為主，由于裝備的種類、數(shù)量不斷增多，使得傳統(tǒng)技術(shù)資料出現(xiàn)查詢困難、不易攜帶與保存、難于更新等問題，同時(shí)，傳統(tǒng)的技術(shù)資料不能進(jìn)行智能化的交互，給部隊(duì)維修保障人員帶來一定的困難。開展裝備輔助維修系統(tǒng)研究，主要是針對(duì)紙質(zhì)技術(shù)資料的缺點(diǎn)和不足，進(jìn)行裝備技術(shù)資料的數(shù)字化設(shè)計(jì)、歸類、處理。該維修系統(tǒng)集資料、數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)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(guī)程及驗(yàn)收技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，查詢裝備的技術(shù)參數(shù)、性能指標(biāo)、組成與構(gòu)造等，可以輔助解決裝備保障訓(xùn)練、裝備檢測(cè)、日常保養(yǎng)和出現(xiàn)故障時(shí)的維修等問題，使裝備保障信息可理解性增強(qiáng)、信息獲取快捷，可大大提高武器裝備的維修效能，同時(shí)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(wù)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

1.1 組成

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

圖1 系統(tǒng)組成框圖

1.2 結(jié)構(gòu)

裝備輔助維修系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)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(gòu)成的智能電池。中間板由幾個(gè)功能模塊構(gòu)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(guān)機(jī)電路等。頂層為7英寸TFT真彩色LCD和電阻式觸摸屏構(gòu)成，整機(jī)采用直流19～30 V直流充電，功耗小于9 W。整設(shè)備長(zhǎng)寬高為18 cm*12 cm*5 cm，質(zhì)量小于1000 g。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.3 工作原理

裝備輔助維修系統(tǒng)加載了裝備維修診斷技術(shù)資料，LCD顯示屏和觸摸屏作為人機(jī)交互接口。使用時(shí)，部隊(duì)維修保障人員可動(dòng)態(tài)獲取裝備工作原理，故障診斷指引和維護(hù)保養(yǎng)提示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

裝備輔助維修系統(tǒng)采用“三明治”結(jié)構(gòu)，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(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。為方便使用時(shí)充電和USB、網(wǎng)口等對(duì)外接口擴(kuò)展，為輔助維修系統(tǒng)設(shè)計(jì)了擴(kuò)展底座，外觀如圖4所示。

圖3 結(jié)構(gòu)布局圖

圖4 整體外觀圖

2.2 電路設(shè)計(jì)

2.2.1 核心控制板設(shè)計(jì)

核心控制板選用飛凌嵌入式多核Cortex-A9 i.MX6嵌入式開發(fā)平臺(tái)，基于Rescale工業(yè)級(jí)嵌入式微處理iMX6Quad處理器構(gòu)建。該處理器具有超強(qiáng)的圖形處理能力、非凡的應(yīng)用計(jì)算能力，可以滿足對(duì)圖形圖像處理能力及運(yùn)算能力，支持SATA存儲(chǔ)器接口，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)1TB的海量數(shù)據(jù)存，-40～+85℃的寬溫度范圍滿足惡劣環(huán)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(chǔ)器作為主存儲(chǔ)器，選用恒憶公司的M25P32型NOR FLASH作為程序存儲(chǔ)器，選用4片鎂光公司的MT41K128型DDR3 SDRAM做數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。使用安華高公司的AR8031作為以太網(wǎng)物理接口，核心板使用MINI PCIe接口擴(kuò)展了SATA接口，便于使用微型固態(tài)硬盤擴(kuò)展內(nèi)部存儲(chǔ)空間[2]。

圖5 核心板原理圖

2.2.2 電源設(shè)計(jì)

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?yàn)楹诵陌逄峁?4路可配置的供電電壓，其中開關(guān)電源輸出為DDR內(nèi)存、處理器內(nèi)核、存儲(chǔ)芯片等供電；線性穩(wěn)壓輸出為鎖相環(huán)、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(gè)芯片獨(dú)立控制1塊2 Ah的鋰電池芯，兩路芯片輸出并聯(lián)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(shí)，接通電池給核心板供電[4]。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要包括嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件兩部分。嵌入式操作系統(tǒng)為應(yīng)用軟件提供支撐環(huán)境。

3.1 嵌入式操作系統(tǒng)

嵌入式操作系統(tǒng)[5]采用Android操作系統(tǒng)，基于Cortex-A9 i.MX6 BSP開發(fā)包進(jìn)行裁剪、定制和移植，基于Android系統(tǒng)框架研制電池管理驅(qū)動(dòng)、LCD驅(qū)動(dòng)、無線通訊模塊驅(qū)動(dòng)。

1)電池管理驅(qū)動(dòng)：實(shí)現(xiàn)設(shè)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(duì)電池的使用過程進(jìn)行智能管理。

2)LCD驅(qū)動(dòng)：實(shí)現(xiàn)LCD顯示管理，提供LCD顯示分辨率設(shè)置、LCD顯示自動(dòng)旋轉(zhuǎn)(通過重力傳感器實(shí)現(xiàn))、背光設(shè)置等功能。

3)無線通訊模塊：實(shí)現(xiàn)無線通訊模塊的數(shù)據(jù)接受、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)同步等功能，為上層的應(yīng)用軟件提供數(shù)據(jù)收發(fā)接口[6]。

3.2 應(yīng)用軟件功能

裝備輔助維修系統(tǒng)應(yīng)用軟件采用結(jié)構(gòu)化和模塊化設(shè)計(jì)，主要包括輔助維修、器材出入庫管理、保養(yǎng)檢查、系統(tǒng)設(shè)置等功能模塊。其功能組成框架如圖6所示，開機(jī)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(dǎo)，工況信息4個(gè)子模塊，為裝備的理論學(xué)習(xí)及裝備輔助維修提供便攜、方便的管理環(huán)境及簡(jiǎn)單易懂的可視化操作界面。輔助維修將裝備的構(gòu)造與原理、操作使用、維護(hù)、故障診斷、修理、性能檢驗(yàn)等信息按照樹型目錄結(jié)構(gòu)分類組織，便于數(shù)據(jù)信息的快速查找與定位，提高使用效率。此外，還可實(shí)現(xiàn)目錄結(jié)構(gòu)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(jù)裝備裝備類別分門別類創(chuàng)建目錄，方便針對(duì)性學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識(shí)；

2)故障診斷：該子模塊提供對(duì)裝備的故障現(xiàn)象，逆向查找故障原因，并可根據(jù)故障原因查找相關(guān)維修指導(dǎo)信息；

3)維修指導(dǎo)：該子模塊針對(duì)裝備的部件，提供該部件的維修指導(dǎo)信息及維修方案。根據(jù)裝備的故障現(xiàn)象，輔助指導(dǎo)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(guī)程及驗(yàn)收技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，查詢裝備的技術(shù)參數(shù)、性能指標(biāo)、組成與構(gòu)造等，輔助解決裝備保障訓(xùn)練、裝備檢測(cè)、日常保養(yǎng)和出現(xiàn)故障時(shí)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(shù)據(jù)以及將該數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)服務(wù)器的功能。通過移動(dòng)式智能終端并可查看相關(guān)車輛工況信息。

同時(shí)，輔助維修部分支持文件瀏覽和內(nèi)容查詢。文件瀏覽根據(jù)用戶選擇要瀏覽的文件，文件瀏覽自動(dòng)識(shí)別選擇項(xiàng)的屬性和格式，調(diào)用相應(yīng)的瀏覽程序打開和瀏覽文件內(nèi)容，支持滾動(dòng)、翻頁、連續(xù)等閱讀模式。內(nèi)容查詢根據(jù)用戶選擇或輸入的關(guān)鍵字，基于樹型目錄結(jié)構(gòu)采用哈希查找算法和內(nèi)容匹配算法快速查找所需內(nèi)容。將所有查到的結(jié)果采用列表方式按照優(yōu)先級(jí)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(yè)務(wù)管理功能。

通過輸入訂單號(hào)，下載系統(tǒng)服務(wù)器的器材入庫單；業(yè)務(wù)進(jìn)行中通過對(duì)二維碼標(biāo)簽掃描進(jìn)行器材入庫操作，通過射頻模塊修改貨位標(biāo)簽庫存信息，提交單據(jù)時(shí)自動(dòng)回填入庫單信息，并將完成的單據(jù)提交至系統(tǒng)服務(wù)器。

2)器材出庫：該子模塊了提供了器材出庫業(yè)務(wù)管理功能。

通過輸入訂單號(hào)，下載系統(tǒng)服務(wù)器的器材出庫單；業(yè)務(wù)進(jìn)行中通過對(duì)二維碼標(biāo)簽掃描進(jìn)行器材出庫操作，通過射頻模塊修改貨位標(biāo)簽庫存信息，提交單據(jù)時(shí)自動(dòng)回填出庫單信息，并將完成的單據(jù)提交至系統(tǒng)服務(wù)器。

3.2.3 保養(yǎng)檢查

該子模塊提供了根據(jù)系統(tǒng)下發(fā)的裝備保養(yǎng)檢查任務(wù)進(jìn)行保養(yǎng)檢查管理的功能。

裝備輔助維修系統(tǒng)將系統(tǒng)服務(wù)器保養(yǎng)檢查任務(wù)下載至本地，保養(yǎng)檢查人員可根據(jù)保養(yǎng)檢查的單位及檢查人員等信息選擇屬于各自人員的任務(wù)，根據(jù)任務(wù)中檢查科目等詳細(xì)信息進(jìn)行保養(yǎng)檢查任務(wù)，并填寫存在問題，任務(wù)提交時(shí)輔助維修系統(tǒng)將檢查人員填寫的信息回傳至系統(tǒng)服務(wù)器。

3.2.4 系統(tǒng)設(shè)置

系統(tǒng)設(shè)置主要實(shí)現(xiàn)裝備輔助維修設(shè)備相關(guān)參數(shù)的設(shè)置與查看，如LCD顯示參數(shù)(分辨率、旋轉(zhuǎn)方向)、電池管理參數(shù)、無線通訊參數(shù)、存儲(chǔ)空間參數(shù)等。

該子模塊還提供了配置系統(tǒng)服務(wù)器地址，修改輔助維修系統(tǒng)本地IP的功能。

3.3 軟件構(gòu)架

傳統(tǒng)的維修軟件，其開發(fā)的過程一般是這樣的：針對(duì)一個(gè)具體的維修對(duì)象和內(nèi)容，用戶向軟件開發(fā)者提出需求，軟件開發(fā)者根據(jù)用戶描述的需求，編寫相應(yīng)的程序，然后交付給用戶。用戶在使用過程中，如果需求發(fā)生變化，需要增加或減少內(nèi)容的時(shí)候，向軟件開發(fā)者提出新的需求或變化了的需求，由軟件開發(fā)者修改或者重新編寫軟件的代碼，再交付給用戶使用。

傳統(tǒng)的軟件開發(fā)方式，其弊病是：即使用戶的需求有一點(diǎn)細(xì)小的變化時(shí)，也需要軟件開發(fā)者修改軟件代碼來實(shí)現(xiàn)用戶需求的變更。如此一來，用戶對(duì)軟件沒有自主管理的權(quán)利，軟件開發(fā)者也陷于無窮無盡的代碼修改中，給用戶和軟件開發(fā)者都帶來了很大的麻煩。

在本軟件的設(shè)計(jì)中，考慮到了上述問題，通過引進(jìn)工作流的設(shè)計(jì)理念，解決了上述問題。在工作流的設(shè)計(jì)理念方式下，對(duì)用戶而言，本軟件是一個(gè)交鑰匙工程。軟件交付給用戶的時(shí)候，軟件本身并不針對(duì)某一個(gè)具體的裝備或維修內(nèi)容，而是由用戶根據(jù)工作的需要，隨時(shí)增加或修改需要維修的裝備或內(nèi)容，然后針對(duì)其要維修的裝備或內(nèi)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(shí)啟動(dòng)裝備的輔助維修。

基于工作流的引擎設(shè)計(jì)，是在分析和歸納用戶現(xiàn)有的裝備維修求的基礎(chǔ)上，考慮到用戶以后可能的維修需求的變化和擴(kuò)展，利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，保存用戶配置的維修流程、內(nèi)容和參數(shù)，在用戶開始裝備維修的時(shí)候，軟件從數(shù)據(jù)庫里讀取用戶配置的維修流程、維修內(nèi)容和維修參數(shù)，按照設(shè)定的步驟，一步一步地進(jìn)行輔助維修。

如此一來，無論用戶要維修的裝備或維修內(nèi)容如何變化，軟件的代碼都不需要做任何改動(dòng)，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(shè)置，進(jìn)而完成維修任務(wù)。

在工作流的設(shè)計(jì)理念下，軟件具備了自適應(yīng)功能，具有很好的柔性和擴(kuò)展性，以不變應(yīng)萬變，把用戶從與軟件開發(fā)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(guān)注的重點(diǎn)放到裝備維修過程的優(yōu)化上來，從而更好的提高裝備保障的質(zhì)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(duì)輔助維修流程的添加或刪除。

void CWorkFlowView::OnEditDelete()

{

if(IDNO == MessageBox(_T("確定要?jiǎng)h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(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

裝備輔助維修系統(tǒng)研制完成后，針對(duì)某類裝備維修信息進(jìn)行了梳理和錄入，針對(duì)其主要功能，主要開展以下幾個(gè)方面的功能試驗(yàn)[9]。

4.1 電子教材

能夠進(jìn)行裝備選擇，進(jìn)入該裝備信息目錄并能夠根據(jù)顯示條目:用途與組成、主要戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能和基本工作原理，逐項(xiàng)查看各條目?jī)?nèi)容，其內(nèi)容完整。圖8為電子教材界面。

圖8 電子教材實(shí)驗(yàn)

4.2 故障診斷

能夠根據(jù)故障現(xiàn)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(dǎo)

能夠根據(jù)故障部位提示用戶按照維修流程進(jìn)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(cāng)庫，進(jìn)行器材入庫、器材出庫的管理。該功能配合信息管理平臺(tái)使用，可掃描二維碼、高頻標(biāo)簽及超高頻標(biāo)簽。

5 結(jié)束語

以上設(shè)計(jì)的裝備維修輔助系統(tǒng)，具有高度的通用性和兼容性，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、功耗小，適合應(yīng)用于對(duì)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(tǒng)從實(shí)用性、使用方便等方面綜合考慮設(shè)計(jì), 在用于武器裝備的輔助維修中，突出體現(xiàn)了其小型便攜、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此其將擁有較好的軍事和經(jīng)濟(jì)效益。