一種裝備模擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

周俊山 呂楊 韓慶偉

摘要：針對電子裝備維修訓(xùn)練中存在的問題，設(shè)計了一種裝備模擬維修訓(xùn)練系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用“硬電路，軟故障”的設(shè)計理念，通過軟件模擬故障信息，硬件電路指示故障狀態(tài)的方法進(jìn)行設(shè)計，可以真實模擬裝備故障現(xiàn)象，體現(xiàn)維修過程，更加適用與電子裝備維修技能訓(xùn)練。

關(guān)鍵詞：模擬維修;故障狀態(tài);電路設(shè)計

引言

裝備維修能力的訓(xùn)練，主要采用的方法是在裝備上設(shè)置故障，然后讓學(xué)生綜合運用所學(xué)知識進(jìn)行故障排除，這種訓(xùn)練方式必須依托實裝才能進(jìn)行訓(xùn)練，脫離裝備難以進(jìn)行訓(xùn)練。而依托實裝訓(xùn)練容易造成裝備性能的下降，效益不高。現(xiàn)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(xiàn)，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(xiàn)實技術(shù)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(shè)備維修知識、維修原理以及維修過程。這種方法的優(yōu)點是容易實現(xiàn)，成本低，這是由于虛擬維修訓(xùn)練主要是通過計算機仿真產(chǎn)生，對具體的硬件電路要求較低。而這種訓(xùn)練方法過于注重理論分析，缺乏維修技能訓(xùn)練，不能完全體現(xiàn)維修過程。模擬維修是通過制作裝備模擬維修樣機，設(shè)計硬件仿真電路，通過軟硬件設(shè)置故障，讓受訓(xùn)人員根據(jù)軟硬件故障現(xiàn)象定位并排除故障的一種維修訓(xùn)練手段。

系統(tǒng)的組成與功能

系統(tǒng)組成

電子裝備模擬維修系統(tǒng)主要由導(dǎo)控臺、接口板、程控信號源、故障狀態(tài)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(tài)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(tǒng)工作過程

模擬維修系統(tǒng)工作包括以下五個工作步驟：故障設(shè)置、故障狀態(tài)讀取、案例庫比對、故障指示信息下發(fā)、故障修復(fù)。

故障設(shè)置可以有“軟設(shè)置”和“硬設(shè)置”兩種方式，其中“軟設(shè)置”就是將通過導(dǎo)控臺對維修平臺中的故障仿真板的狀態(tài)進(jìn)行寫入設(shè)置，“硬設(shè)置”就是對維修平臺中的故障件進(jìn)行故障設(shè)置，例如可對保險絲、電纜連線、繼電器等器件進(jìn)行故障設(shè)置。由導(dǎo)演臺通過接口電路和故障狀態(tài)讀取模塊讀取系統(tǒng)中各故障件（保險絲、繼電器、電纜、電路板）的狀態(tài)。導(dǎo)控臺讀取了故障狀態(tài)信息后將故障信息和案例庫中的故障案例進(jìn)行比對，從故障案例故障找到相同的故障狀態(tài)然后生成相應(yīng)的故障指示信息。導(dǎo)控臺將比對生成的故障指示信息發(fā)送給各個模擬維修分機，各分機依據(jù)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(yīng)的故障狀態(tài)，供維修訓(xùn)練人員測試或觀察，收到故障信息后按照故障狀態(tài)顯示對應(yīng)的故障現(xiàn)象，從而適時的復(fù)現(xiàn)故障狀態(tài)。維修人員根據(jù)各分機的故障狀態(tài)，通過測試電路、換板、換件等手段進(jìn)行故障維修，如果維修人員修復(fù)了故障件，導(dǎo)控臺將適時的讀取故障狀態(tài)信息，并將此信息和案例庫進(jìn)行比對，如果修復(fù)成功將生成正確的狀態(tài)信息發(fā)給各分機的指示器件，從而實現(xiàn)故障修復(fù)。

系統(tǒng)設(shè)計方案

為了實現(xiàn)為了實現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化，和可擴(kuò)展性，本系統(tǒng)設(shè)計采用“應(yīng)用層、用戶接口層、信號處理層、硬件層”的四層設(shè)計結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

應(yīng)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(jù)用戶層送來的操作信息如故障設(shè)置信息，修復(fù)信息等，以及讀取的機柜上的電路及易損件的狀態(tài)信息，進(jìn)行綜合分析后，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息去控制信號處理層產(chǎn)生相應(yīng)的信號，這里所說的綜合分析是指，根據(jù)裝備結(jié)構(gòu)原理和設(shè)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(tài)指示器件。

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

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

硬件層主要包括：各分機機柜以及機柜上的仿真板，狀態(tài)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(yù)留的關(guān)鍵測試點信號以及狀態(tài)指示器件的驅(qū)動信號來源于信號處理層的信號源模塊。硬件層設(shè)計根據(jù)裝備型號來設(shè)計，硬件層和信號處理層相互獨立，這樣系統(tǒng)的可移植性大大增強。

在以上四層結(jié)構(gòu)中，信號處理層是整個系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)。通用信號源模塊設(shè)計方案如下。信號源模塊設(shè)計采用“主控單片機+DDS信號生成+數(shù)控增益放大器”的方案。單片機負(fù)責(zé)與導(dǎo)控臺之間的通信，并對信號生成支路進(jìn)行控制。信號生成方面采用先進(jìn)的數(shù)字頻率直接合成技術(shù)，采用DDS芯片，頻率分辨率高，捷變速率快，通過全數(shù)字接口，易于集成，且體積小，價格低，有助于提高整個系統(tǒng)的性價比。

技術(shù)應(yīng)用

由于采用軟故障的方式，系統(tǒng)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(tǒng)軟件及硬件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，可以通過二次開發(fā)可實現(xiàn)其他型號裝備維修訓(xùn)練系統(tǒng)的研制。從開發(fā)成本上看，相當(dāng)于以一套系統(tǒng)的開發(fā)投入研制多種型號維修訓(xùn)練系統(tǒng)，系統(tǒng)的擴(kuò)展性強。

參考文獻(xiàn)

王眾北.虛擬檢測維修系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].火力與檢測技術(shù)，2016，11.