远程保障协同系统技术研究

尹航，单崇喆，曾玲，贾丽，李梓

（1.北京宇航系统工程研究所，北京 100076；2.中国人民解放军91515部队，三亚 720000）

0 引言

为适应信息化军事需求，综合保障信息系统[1]成为装备保障的发展方向，远程保障协同系统是综合保障信息系统的一个具体应用。远程保障协同系统能够建立军方与工业部门的联系，当装备出现的故障无法依靠现场力量解决时，通过此系统建立安全通信寻求远程支援。

远程保障协同系统是通过信息技术，将现场测试数据与相关历史测试信息传输给工业部门，同时通过视频会议的方式将现场实况传输给工业部门，后方采用故障诊断和专家决策系统给出初步决策信息，由专家组进行判读，当初步决策失败时，可通过群体决策方式，使各领域专家如亲临现场，提供远程故障定位、维修指导等服务。

远程保障协同系统体现了对装备远程、多维、立体化的保障思想，实现地理位置分散的各类维修资源的全面联通，以透明方式为用户提供远程维修支援服务，使用户能像使用本地资源一样方便地使用工业部门资源。从而节省人力、时间成本，提供优质装备保障服务。

1 总体方案

远程保障协同系统是一个分布式系统，分为维修现场前端、远程协同服务中心和远程协同数据中心三部分。现场维修前端建立在军方，负责采集现场测试视频语音信息、测试设备状态信息、测试数据和必要的相关历史测试信息等；远程协同服务中心和远程协同数据中心建立在工业部门，负责处理维修现场前端的数据和视频信息，提供故障自动诊断和专家决策两个层级的维修辅助决策信息。

1.1 体系框架

远程保障协同系统的体系框架如图1所示。维修现场前端包括智能一体化测试系统和语音视频信息采集系统。维修现场前端与远程中心通过军用信息网或专用VPN通信网络连接，当现场的诊断过程无法确定设备的故障点位置或故障原因，通过专网向远程中心申请技术援助。

1.2 使用模式

远程保障协同系统在使用模式上分为六个阶段。

第一阶段，在装备使用现场，装备出现故障无法通过现场力量解决时，维修现场前端能够向远程协同服务中心的远程主服务系统申请技术支援。

第二阶段，远程协同服务中心接到申请后，通过远程测试系统发出远程测试指令，智能一体化测试系统将现场测试数据传输给远程中心，同时，通过远程信息采集系统将现场的视频语音数据传输给远程中心。

第三阶段，远程协同服务中心的远程主服务系统将测试数据传输给故障诊断模块，故障诊断模块调用专家系统进行自动诊断运算，给出诊断结果提交给远程主服务系统。在此过程中用户可通过远程主服务系统独立查询专家系统模块中的相关知识、故障模式和故障历史记录，辅助故障定位。

图1 远程保障协同系统体系框架图

第四阶段，远程主服务系统将诊断结果传输给远程维修决策模块，通过该模块的运算，给出维修决策意见，返回给远程主服务系统。如果诊断结果不符合维修决策模块的输入或者诊断结果无法给出维修决策，则向远程主服务系统返回自动诊断失败的消息。

第五阶段，如果自动诊断成功，用户通过远程主服务系统获得自动诊断和辅助维修决策信息，并进行专家判断，将经过专家确认的结果反馈给维修现场前端。如果自动诊断失败，由主服务系统向有关成员发出群体会诊请求，调动入网的技术资源（总体设计单位、部件供应单位、生产维修单位和相关领域专家），实现对系统故障的专家决策诊断，给出专家决策意见，反馈到现场，完成辅助维修任务。

第六阶段，诊断结束后，远程协同服务中心将诊断结论与维修建议提供给基层单位和所涉及的维修单位及部件供应单位，使得基层在最短的时间内得到所需的故障信息和维修信息，提高维修效率。维修工作结束后将其结果反馈给远程中心，经计算，转换为新的诊断知识加入到知识库中。

2 系统设计

2.1 远程协同数据中心

远程协同数据中心的结构如图2所示。采用面向服务的体系架构（SOA）[2]，分为信息层、功能服务组件层、业务框架层。信息层通过数据仓库、数据集市等数据管理技术，提供一个集约共享的良好数据环境，在满足系统功能需求同时提供高效的信息服务。功能服务组件层将构件库、组件库、动态库等基于通用接口和协议的功能模块有效组织起来，以插件的形式进行配置和扩展，实现了系统对功能的集成和复用。业务框架层采用悬浮倒挂式的支撑平台，采用松耦合的设计思想，形成统一的技术框架和运行环境，能够根据应用需求，快速搭建业务系统，适应业务变化和扩展的需求，做到数据和功能的重组和共享。

图2 远程协同数据中心组成结构图

（1）信息层

信息层包括基础知识库、历史故障信息库、专家信息库和支撑数据库四个部分。

基础知识库，用于存储与装备产品相关的信息。包括产品结构数据、图纸数据、交互式技术手册、元器件/零部件优选数据、外购外协产品数据、元器件/零部件故障率数据、基本使用与维修活动时间表数据、产品使用与环境条件数据等。

历史故障信息库，用于存储历史故障信息和已有的故障模式以及故障信息模型。具体包括，标准故障模式数据、故障案例数据、诊断对象数据、诊断实例数据、方法策略数据、故障报告分析与纠正措施数据等。

专家信息库，用于存储与装备维修相关的技术单位信息和领域专家信息。具体包括技术单位的属性数据、产品生产情况数据、联系方式等，领域专家的人员信息、研究方向、研究领域、具体成果、实际案例等。

支撑数据库，用于存储系统支撑性数据信息，负责信息层数据本身的安全性和关联记录。具体包括权限管理信息、人员基础信息，日志数据信息，消息数据及业务门户基础内容数据信息等。

（2）功能服务组件层

功能服务组件层包括系统集成服务组件、业务管理服务组件、数据管理服务组件三个部分。

系统集成服务组件，提供丰富的系统集成接口，具体包括两大类：一类是针对设计管理类的信息系统接口，如项目管理系统接口、PDM接口、质量管理软件，门户系统接口等；另一类是专业工具软件的接口，如维修技术生成软件接口、维修方案制定软件接口、维修资源调配软件接口等，同时要提供接口进一步扩展的能力。

业务管理服务组件，提供了多种业务管理工具，如业务门户管理、任务管理、需求管理和维修准则管理等。

数据管理服务组件，主要包括故障相关信息及文档等结构化数据与非结构化数据的浏览显示、管理，并可进行数据的导入导出及报告的生成，具体组成包括数据浏览及显示、装备结构信息管理、文档综合管理、数据导入导出、报告生成等。

（3）业务框架层

业务框架层采用悬浮倒挂式支撑平台提供统一的技术框架和运行环境[3]，支持故障诊断业务、专家系统业务、远程维修决策业务、群体决策支持业务，四种业务模块向更上一层提供数据、功能和服务。

2.2 远程协同服务中心

远程协同服务中心建立在远程协同数据中心基础上，作为系统的主体，实现了系统主要功能。数据中心和服务中心之间是松耦合关系，一个数据中心可支持多个服务中心，因此服务中心可根据不同装备的应用需求单独建设。

远程协同服务中心的结构如图3所示。中心分为业务模块、远程主服务系统和远程信息采集三个部分，其中业务模块包括故障诊断模块、专家系统模块、远程专家决策模块、群体决策支持模块；远程信息采集包括远程测试系统和远程信息采集系统。

图3 远程协同服务中心组成结构图

远程信息采集与维修现场前端信息采集设备配合使用，用于现场测试数据和视频语音数据的采集和传输；远程主服务系统用于业务模块间业务数据的流转和人机交互。

（1）故障诊断模块

故障诊断模块的核心功能由推理机实现，推理机的功能主要包括：数据解析、推理控制、故障检测、故障定位和知识解析[4]。数据解析主要是输入的测试数据包进行处理，将其转换成推理机需要的数据格式；推理控制负责在问题求解过程中控制推理过程；在故障检测阶段，推理机调用故障检测知识，对本系统的测试参数进行判读；当数据出现异常的时候，推理机调用故障定位的知识，根据故障检测的结果得出故障的位置、故障性质、故障级别等信息；知识解析，主要是完成知识的解释执行。

（2）专家系统模块

专家系统模块根据故障存在的必要条件与充分条件，通过诊断对象的故障机理研究、专家咨询和现场故障案例的分析建立的[5]。专家系统模块将基础知识库，故障信息库以及相应专家信息库等信息汇总，形成不同故障的特征表现及诊断故障的规则，以螺旋上升的过程进行完善，即根据经验积累，通过远程主服务系统管理，可以很方便地对知识库进行插入、删除、修改等操作，以保证知识库的正确性和完整性。

（3）远程维修决策模块

远程维修决策模块根据故障诊断模块提供的诊断结果，综合故障部位及原因解释、设备可靠性分析理论以及维修保障资源，提出维修辅助决策。维修辅助决策的过程是根据故障诊断专家系统的诊断结论、维修现场的检测数据、维修统计数据和系统内维修保障资源，利用可靠性分析理论进行可用性分析和可靠性预测，进而作出相关维修决策。同时，它还可以根据维修统计数据，作出备件储备保障决策支持。本模块采用基于机器学习的决策支持技术，可满足平台功能及发展要求。这种技术的结构模式将决策问题的求解过程与学习过程有机地结合在一起，能够通过经验的积累不断改善自身性能，使其具有更强的自学习能力和适应性。

（4）群体决策支持模块

群体决策支持模块主要集成了视频会议技术，实现多媒体协同工作网络，多方位多角度满足协同控制需求。采用视频会议技术用于不同位置的领域专家进行交流，采用虚拟局域网VLAN增强工作网络的可靠性，基于H.264的视频、音频压缩技术优化信息的传输过程。该模块支持在各个测试与维护现场节点以及各协作用户使用摄像头、麦克风、耳机等多媒体设备，这些设备通过接入相同的网络进行通信。在协作空间内，不仅可以查看视频信息，而且还具有屏幕共享、实时信息交互等功能。为专家用户的协作提供了一个良好的交互平台，为专家用户对测试和维修现场用户提供了直接、方便、快速的远程指导途径。

2.3 维修现场前端

维修现场前端包括智能一体化测试系统和语音视频信息采集系统，与远程协同服务中心的远程信息采集配合使用，完成维修现场测试数据和视频语音数据的采集和传输功能。其中智能一体化测试系统能够响应远程测试系统的指令要求，对装备系统进行自动测试，并将数据反馈给远程测试系统。语音视频信息采集系统用于采集现场实况信息，并将数据反馈远程信息采集系统，并具有将处理现场视频、音频、测试过程的控制权交由后方的功能。

3 结语

远程保障协同技术是装备综合保障信息化的一个重要发展方向，能够有效提高装备的维修效率，符合装备发展趋势和实战化作战需求。本文提供了一种远程保障协同系统的原型，论述了其使用模式和构建方法，采用信息化手段提高装备的可用性和维修效率，保障国防任务圆满完成。

[1]刘东,李冬,杨海涛,王鹏,金海薇.装备综合保障技术[J].国防科技,2009,30(6):47-50.

[2]张友生.软件体系结构[M].清华大学出版社,2004.

[3]吴德华,鄢志辉.基于数据中心集成开发技术的动静脉矿业信息系统研究[J].计算机工程与科学,2012,34(5):190-193.

[4]李军虎.一种基于多Agent远程分布式故障诊断系统模型[J].计算机与数字工程,2011,39(6):58-60.

[5]彭华亮.基于故障树的故障诊断专家系统软件平台设计[D].南京理工大学,2017.