电子装备便携式维修辅助设备PMA设计研究

刘忠义++王晓东

摘 要：作为现场级维修保障的重要手段，便携式维修辅助设备PMA近年来受到越来越大的关注。本文针对电子装备现场级维修现状及需求，基于故障仿真产生的全局故障树，采用新的嵌入式计算机与仪表等技术，提出了便携式维修辅助设备PMA的设计原则，给出了功能和软硬件框架， 实现了针对特定电子装备的交互式电子手册IETM、定制测试仪表、故障诊断库、维修技能训练与考核、数据维护與管理的多功能维保系统。

关键词：现场级维修 全局故障树 嵌入式仪表

中图分类号：V26 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）09（b）-0090-04

Abstract：As an important means of on-site maintenance， portable maintenance aids（PMA） attracts more and more attention in recent years. According to current situation and the need of on-site maintenance， based on the global fault tree obtained from fault simulation， design principles and main functions of the PMA are proposed. Using new embedded computer and embedded instrument technology， the design schemes of hardware structure and software structure of this PMA are introduced. This PMA implements multi-function for special electronic equipment， including interactive electronic technical manual（IETM）， customized testing instrument， fault diagnosis database， maintenance skill training and assess system， maintenance data servicing and management， etc..

Key Words：On-site maintenance； Global fault tree； Embedded instrument

随着故障诊断技术和信息技术的发展，基于故障仿真的故障诊断策略自动分析技术的日趋成熟，为便携式维修辅助设备PMA的发展提供了新的支撑，本文提出的电子装备便携式维修辅助设备PMA，能够根据装备动态信号拓扑关系进行仿真推理，并依据故障现象和检测数据，自动给出故障隔离指导，实现了现场级以上IETM所要求的故障诊断自动分析功能，系统综合集成了电子装备维护保障数据库，嵌入式测试仪表，多媒体触控、声控等技术，形成了电子装备故障诊断所需的装备资料查询与浏览、一体化测试仪表应用、现场级故障隔离策略指导、诊断维修技能训练等功能，为电子装备的维修保障提供一种新的手段。

1 应用现状与需求

随着装备可靠性与可维性理论的成熟与运用，现代电子装备基本上实现了模块化方法设计与制造，现场级维修的主要工作是确认故障部位和更换故障模块。要实现这一维修过程，除了利用电子装备自带的内建测试BIT完成故障自动检测外，对于BIT不能覆盖的故障仍需要人工检测。目前主要的做法是编写故障维修手册或制作IETM交互式电子技术手册，这两种做法在提高维修能力和效率方面都发挥了一定的作用，然而，这些传统的故障维修手段都存在一个相同的难题，即故障诊断流程都需要领域专家事先编制，非常费时费力，一定程度上限制了它们的进一步发展。国外普遍的做法是借助于各种故障自动分析技术，如美国DSI公司的Express，Teradyne公司的Laser系统等，开发出各种便携式故障诊断设备（PMA）作为机内诊断BIT的辅助诊断手段，较好地解决了现场级维修保障的问题。

目前，现场级维修是电子装备一种最常态化的维修形式，目前主要依靠专业人员进行，可以说高水平的专业维修人员是现场维修的基础和保障。但是随着电子装备技术复杂度的不断提升，维修能力参差不齐的人员越来越难以胜任这项工作，迫切需要改变这种状况。加快开发装备智能化、信息化、小型化、综合化的便携式维修辅助设备，实现对维修技术信息的快速获得，信号参数的综合测试、存储、分析，复杂系统的快速自动诊断等核心功能，可以快速提高现场级综合维修保障能力，并起到事半功倍的作用。

2 设计思路

2.1 设计原则

依据现场级故障诊断的需求，便携式维修辅助设备PMA的主要设计原则如下。

（1）系统应便携、可靠，以满足移动使用要求和现场可能的恶劣环境。

（2）系统应提供方便、快捷的资料查询功能，并具有良好的人机交互及界面。

（3）嵌入式测试仪表的测试能力应满足大多数电子装备对信号的测试需求。

（4）具备诊断隔离流程自动分析能力，满足故障诊断指导的需求并以二维或三维的形式图示诊断位置。

（5）具备电子装备结构组成、故障诊断和维修方法等内容的训练功能，满足自主学习需要。

（6）具有USB、CAN、LAN、Wifi等多种通用标准总线或网络接口能力，方便信息上传与下载。

（7）具有标准的音视频接口，方便眼镜显示器、摄像头、话筒、耳机等穿戴设备的接入。

（8）支持触控和声控人机交互。

2.2 硬件系统框架endprint

硬件系统主要包括嵌入式平板计算机、嵌入式示波器、万用表、大容量电池等。经过专门设计的嵌入式平板计算机具有触控、声控、音视频功能及丰富的对外信息接口。嵌入式数字示波器、万用表等数字测试仪表，在可测试信号带宽和幅度上能够满足一般电子装备信号的测试需要，并具有测试信号过压保护与告警功能，可以方便地测量、显示、存储被测信号波形和参数，对于超出测试范围的信号，可通过总线扩展接入外置仪表的方式或“人在回路”的方式，实现扩展测量。充电电池能够满足PMA长时间使用的要求。图1为硬件原理组成与外观设计，图2为硬件结构与外观设计图。

2.3 软件系统组成

软件主要包括PMA综合支持软件和电子装备维修保障综合数据库两部分。

PMA综合支持软件的作用。在电子装备维修保障综合数据库的支持下，完成装备资料交互浏览、嵌入式仪表信号测试、模块级故障诊断，诊断维修方法学习等功能，该软件为通用平台软件，加载不同型号电子装备的维修保障综合数据库，即可实现该装备的PMA。

电子装备维修保障综合数据库的作用。存储装备原理图、电路仿真模型、测试位置、正常信号波形与参数、相关图文资料等装备技术信息。

PMA综合支持软件主要有6个软件模块组成。

（1）嵌入式仪表驱动程序库：提供虚拟仪表硬件功能与接口函数。

（2）诊断策略自动生成软件：在给出故障现象或诊断点检测数据的情况下，能够自动给出完整的诊断流程，辅助维修人员进行故障查找。

（3）嵌入式仪表测试软件：完成对给定诊断检测点的波形、参数测试以及显示与存储。

（4）维修信息综合查询软件：对诊断出的故障部件给出维修方法、工艺过程信息的快速查询，如备品备件、拆状过程、维修工艺等内容。

（5）维修技能自主训练软件：按照训用一致原则，在共享电子装备维修保障综合数据库的基础上，实现对电子装备原理结构组成、故障诊断方法、维修工艺流程3个关键内容的学习与训练。

（6）数据库管理软件：用于电子装备维修保障综合数据库的管理与维护。

2.4 PMA功能设计

根据对电子装备现场级故障诊断需求的分析，PMA的功能设计如图3所示，主要包含交互式电子手册IETM、测试仪表、故障诊断、维修技能训练与考核和数据维护与管理5个功能。

2.4.1 交互式电子手册IETM

该功能提供了电子装备相关技术资料多媒体交互式查询，提供了电子装备的电路单元、测试信号等内容在电路图、逻辑图、电路板、设备上的位置关联查询，提供了基于故障现象和故障原因的“一因多果、一果多因”的交互式查询，对快速查找诊断部位和诊断方法提供了方便。

2.4.2 测试仪表

该功能允许维修人员使用嵌入式数字示波器、万用表进行信号测量、存贮和参数比对。

2.4.3 故障诊断

该功能针对常见故障提供用于指导故障诊断的全局故障树。由于通过领域专家对装备的分析获得的故障树不够全面，导致在诊断过程中经常“断线”，不能保障故障的连续诊断。笔者运用故障仿真技术，实现了全局故障树的自动产生并将其作为故障诊断的依据。图4为自动生成的某雷达的全局故障树的片段。

2.4.4 维修技能训练与考核

系统设置了装备结构组成、故障诊断方法和维修流程工艺3种训练功能。借助本功能，维修人员平时可自主进行电子故障诊断和维修方法的学习。图5为装备结构组成学习界面示意图。

2.4.5 数据维护与管理

该功能提供了对电子装备维修保障综合数据库的编辑维护管理功能，方便用戶根据装备变化情况及时修正数据库。

3 结语

基于全局故障树的电子装备便携式维修辅助设备，提供了丰富而实用的功能。可以较好地解决电子装备现场级故障诊断与维修面临的问题。但该系统也存在一些不足，特别是对于某些特别复杂的电子装备系统，产生的全局故障树会比较庞大，对高危故障和易发故障不能进行自动筛检与提取，对于这些类型的故障需要人工事先分析选取，以实现对故障树的“瘦身”，使创建的故障树库更能匹配装备的实际维修需求。后续研究需要引入装备可靠性分析方法，提高对高危故障和易发故障甄别能力，简化诊断流程，提高诊断效率。

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