基于 EON 的短波通信装备虚拟维修系统设计

陈自卫

(解放军75731部队，广州　518000)

基于 EON 的短波通信装备虚拟维修系统设计

陈自卫

(解放军75731部队，广州518000)

摘要：随着我军信息化作战水平的提升，装备维修效率的提升将成为决定战争成败的决定性因素，随着通信装备功能的增强、复杂性的提升以及造价的增加，使得训练的成本和难度不断增加。针对这一问题，利用三维建模、虚拟现实以及二次开发等技术，开发出了短波通信装备的虚拟维修训练系统，实现了虚拟装备的拆装、故障分析等功能，具有良好的交互性，有效解决了这一问题。

关键词：虚拟维修;通信装备;Delphi;二次开发

当今社会随着高新武器装备的不断研发，装备维修成为提升部队战斗力的关键，装备虚拟故障诊断系统的开发不仅节约了大量的财力，同时提升了装备的维修水平，虚拟故障诊断系统的主要工作是进行短波综合通信系统的维修训练，主要功能包括维修训练、信息录入，和人员管理[1-3]，如图1所示。在系统的开发过程中，首先需要根据功能需求将系统分解为功能单一、能够单独实现的子系统，然后根据面向对象的思想对各个子系统进行开发实现，并提供相互之间进行数据交换的接口，最后根据系统的总体结构在Delphi开发环境中将各个子系统集成到一个系统中。

图1　系统的功能需求

1系统设计

系统的总体结构设计主要是设计系统各模块之间的处理流程，为系统面向对象的开发设计、代码设计、数据库设计等提供系统化的参考，其基本思想是将系统设计成由相互独立、单一功能的子模块组成的系统，从而简化系统开发工作，提高系统的可靠性[4-7]。根据功能需求将系统分解为如下功能子模块：

1) 装备故障树编辑软件：建立装备故障树，此模块在第二小节中已经实现；

2) 虚拟场景：对装备进行虚拟操作，此模块在第三小节中已经实现；

3) 虚拟示波器：显示测试点的波形；

4) 波形文件生成软件：生成虚拟示波器专用的波形文件；

5) 虚拟万用表：显示测试点的电压、电流等参数；

6) 虚拟功率计：显示测试点的功率；

7) 虚拟故障诊断模块：将虚拟场景与故障树软件和虚拟测试仪器之间建立联系，实现虚拟故障诊断；

8) 系统数据库：存储测试点信息、故障模式信息、维修人员信息等；

9) 故障录入模型：录入测试点信息和故障模式信息；

10) 装备结构的XML文档：存储ICS-5型短波综合通信系统的结构信息；

11) 操作人员登录和注册；

12) 历史记录窗口：查看操作记录；

13) 故障模式窗口：故障诊断前，选择故障模式。

根据这些功能子模块，设计虚拟故障诊断系统的总体结构，如图2所示。

图2　系统结构框图

2系统实现

系统采用Delphi开发环境，Delphi是一个可视化的、界面友好的集成开发工具，采用面向对象的编程语言Object Pascal和基于部件的开发结构框架，提供了500多个可供使用的组件，利用这些组件，开发人员可以快速、高效地开发出自己的应用系统[8]。在系统开发过程中，先将系统分解为众多功能子模块，单独实现各自功能。然后自定义不同的操作类，将这些子模块建立起联系，集成到一个系统中，实现系统的开发。

2.1　自定义的操作类

在Delphi中，通过这些操作类，将虚拟故障诊断模块、系统数据库、装备结构的XML文档、数据录入工具、虚拟测试工具等子模块集成到一个系统中，完成了短波综合通信系统虚拟故障诊断系统的开发，其主要类有：

1) 数据库操作类TMyDB：读取当前测试点的故障状态、获取当前测试点的波形等信息、设置故障点的故障状态、向数据库中插入测试点信息、写入操作历史记录、创建故障模式表。

2) XML文档操作类TMyXML：获取机柜的名字和编号、单元的名字和编号、模块的名字和编号以及测试点的名字和编号。

3) EON操作类TMyEon：加载虚拟场景、结束运行虚拟场景、监听EON的OnEvent事件并作出响应。

4) 故障树操作类TMyFault：操作故障树的事件节点时作出响应、判断当前故障是否是最终故障。

5) 窗口操作类TOpenForm：操作主窗口、虚拟故障诊断窗口、故障树软件窗口、信息录入窗口、历史记录窗口、人员登录、人员注册等系统窗口。

6) 测试工具操作类TMyTools：操作虚拟示波器、虚拟万用表、虚拟功率计等虚拟测试工具。

2.2　编号规则约定

本研究在组织数据往数据库中输入的过程中，需要对故障编号，由于设计中所涉及的短波综合通信系统拥有庞杂的结构，所以相关的数据量会很大，为了便于管理和识别，故障模式编号的规则采用自顶向下的方法进行组合编程。故障模式是由最终故障点决定的，所以故障模式根据最终故障点的位置进行编号，比如最终故障点就是上面提到的测试点，那么该故障模式的编号就是：04020501，其中，04、02、05、01分别是窄带发信机、数字激励器2、DSP、射频输出的代号，这些代号都是按照装备中部件的排列顺序进行的，具体可以见装备结构的XML文档。

2.3　系统数据库的设计

数据库设计在本系统的设计中起着举足轻重的作用。如果数据库设计得不合理，即使DBMS软件的性能再优良，也很难让数据库的应用系统达到最佳状态。数据库的概念设计是根据用户的需求设计数据库的概念结构。概念设计可以非常直观地反映用户的观点，并且也容易向关系模型转换。概念设计最常用的是实体联系法(ER法)，建立ER模型，用ER图表示概念结构。ER模型的基本要素有实体、联系和属性。下面就根据需求设计ER图，进行概念模型的设计(其中矩形代表“实体”，菱形代表“联系”，椭圆形代表“属性”)。本系统进行ER建模需要的实体有：故障信息表、故障模式表、具体故障表、操作人员表以及操作的历史记录表。

1) 操作人员在虚拟故障诊断前需要选择故障编号，确定当前的故障模式。它们之间是1：N的联系。局部ER图如图3所示。

图3　局部ER图1

2) 确定故障模式后，需要设置当前模式下所有测试点的故障状态。而具体是设置哪些测试点，需要调用当前模式的故障表。局部ER图如图4所示。

图4　局部ER图2

3) 根据故障表中的故障测试点，系统会改变这些测试点的故障信息(主要是“故障状态”)，当然在退出系统时，系统会初始化所有故障信息。局部ER图如图5所示。

图5　局部ER图3

2.4　装备结构信息访问

要实现程序对XML的操作，首先得解析XML文档。解析一个XML文档包括将它读入、解析，然后通过程序从文档中提取某些有用的信息。XML文档的树形层次结构非常有利于通过程序来解析文档，并且有利于对输出结果的处理。当前，解析XML文档的主要方法有SAX(Simple API for XML)和DOM(Document Object Model)2种方法，本文选用DOM(Document Object Model)方式，因为创建完成后，文档的总大小不到3KB，体积很小，不必担心占用内存的问题，并且该文档在程序中使用时，需要多次调用其中内容，包括提取节点名字、节点属性等，DOM可以满足这些要求。

Delphi可以通过 TXMLDocument类来处理XML文档，首先Delphi通过TXMLDocument类，在DOM方式下，将XML文档解析成文档树，保存在内存中，当程序需要相关数据时，就从内存中提取。如图6所示，其中一个TXMLDocument文档其实就是一个节点集合，每个节点包括名称、文本内容、属性集合以及子节点集合，程序可以按照位置或名称访问节点。

图6　在Delphi中使用XML文档的流程

2.5　虚拟示波器的实现

虚拟示波器需要实现以下功能：显示波形；调整波形的水平时基和垂直灵敏度；调整波形的位置；自动测量波形的频率和幅度；波形自动匹配。本文通过Delphi自带的TChart组件来实现虚拟示波器，显示波形可以通过TChart组件的AddXY方法加载波形数据。设计的虚拟示波器可以像真实示波器那样调节水平时基和垂直灵敏度，以及改变波形位置。实现自动测量频率和幅度时，只需要知道波形一个周期的长度以及最高峰和最低谷之间的距离，再结合当前的水平时基和垂直灵敏度，程序可以自动计算出当前波形的频率和幅度。波形自动匹配时：在垂直方向上，程序先检测出当前波形的最大峰值，然后找出与之匹配的最佳灵敏度；在水平方向上，先检测出当前波形所有的过零点，求出相互之间的平均距离，找出与之匹配的最佳水平时基。虚拟示波器的运行结果图如图7所示。其中左面显示区用来显示当前测试点的测试信号波形，右面用来显示当前测试点的已存正常波形。

图7　虚拟示波器

3工作流程

在进行虚拟故障诊断时，其工作流程如图8所示。首先将虚拟场景与故障树软件之间、虚拟场景与虚拟测试工具之间建立互联，让虚拟环境不仅可以和故障树软件进行事件交互，还可以和虚拟测试工具进行事件交互，这是虚拟故障诊断系统开发过程中关键的一步，可以通过对EON软件的二次开发来实现。虚拟场景与故障树软件和虚拟测试工具之间的互联是实现虚拟故障诊断的前提，它要求系统在操作装备故障树中的事件节点时，虚拟场景中会感知到节点内容，并判断出节点所描述的测试点在虚拟装备中具体位置，同时，当在虚拟场景中测试某测试点的参数时，相关的虚拟测试仪器要能够显示测试结果。

图8　虚拟故障诊断的工作流程

4结束语

短波综合通信系统虚拟故障诊断系统功能完善、界面友好、操作方便，通过该系统，维修训练训练人员可以在虚拟场景中对该装备的维修过程有真实的感受，有效地解决了部队维修训练中存在的若干问题，对提高部队的装备保障能力有一定的帮助。系统故障诊断界面如图9所示。

图9　虚拟故障诊断的具体操作

本文通过分析系统的功能需求，将采用了分块设计思想，进行了系统的总体结构的设计，展示了模块之间处理数据的流程；对虚拟故障诊断系统运行所依赖的系统数据库进行了设计和访问，利用XML技术对短波综合通信系统的结构信息进行了存储和解析；制作了虚拟故障诊断中必备的虚拟测量工具——虚拟示波器、虚拟万用表以及虚拟功率计；然后将虚拟场景集成到虚拟故障诊断系统中，并与故障树软件和虚拟测试仪器建立了交互联系，实现了虚拟故障诊断功能；最后根据面向对象的思想在Delphi开发环境中将各个功能子模块集成到一个系统中，完成了短波综合通信系统系统虚拟故障诊断系统的开发。

参考文献：

[1]郝建平．虚拟维修仿真理论与技术[M]．北京：国防工业出版社，2008：4-7.

[2]Marcelino L,Murray N,Fernando T.A constraint manager to support virtual maintainability[J].Computers & Graphics,2003,27(1):19-26.

[3]彭五四．基于虚拟现实技术的雷达结构虚拟维修仿真研究[D]．合肥：合肥工业大学，2009.

[4]朱大奇．电子设备故障诊断原理与实践[M]．北京：电子工业出版社，2004：1-16，73-92.

[5]赵之刚，张峰．舰载通信装备故障诊断专家系统研究[J]．舰船电子对抗，2007，30(2)：97-101.

[6]贾庆浩，刘林．基于 EON 的虚拟运动仿真平台设计与实现[J]．计算机技术与发展，2011，21(9)：190-193.

[7]Hee B,Yang Y,Bian L.Systematic transformation of functional analysis model into OO design and implementation[J].IEEE transaction on Software Engineering,2006,32(2):111-135.

[8]赛奎春，郑骁鹏，郑齐心．Delphi数据库开发实例解析[M]．北京：机械工业出版社，2004.

(责任编辑杨继森)

收稿日期：2014-11-20

作者简介：陈自卫(1979—)，男，博士，高级工程师，从事复杂电磁频谱管理相关领域的研究。

doi:10.11809/scbgxb2015.07.018

中图分类号：TN202

文献标识码：A

文章编号：1006-0707(2015)07-0069-04

本文引用格式：陈自卫.基于 EON 的短波通信装备虚拟维修系统设计[J].四川兵工学报，2015(7):69-72.

Citation format:CHEN Zi-wei.Virtual Maintenance System for Short-Wave Communication Equipment Based on EON[J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(7):69-72.

Virtual Maintenance System for Short-Wave Communication
Equipment Based on EON

CHEN Zi-wei

(The No. 75731stTroop of PLA, Guangzhou 518000, China)

Abstract:As our army’s informatization combat level has ascension, to promote the efficiency of equipment maintenance will be the key of the success or failure of the war the decisive factor. However, with the augmentation of the functions of communication equipment and the ascension of complexity, the training cost and difficulty increases. In order to solve this problem, by using the three-dimensional modeling, virtual reality and secondary development technology, we developed a short wave communication equipment of virtual maintenance training system and realized the dismantling of virtual equipment, failure analysis and other functions, which has good interactivity, effectively solve the problem.

Key words:virtual maintenance; communications equipment; Delphi; secondary development

【后勤保障与装备管理】