一种装备维修辅助系统设计

2019-01-07，，

计算机测量与控制 2018年12期

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(防化研究院,北京 102205)

0 引言

当前，针对装备保障相关技术资料主要以纸质为主，由于装备的种类、数量不断增多，使得传统技术资料出现查询困难、不易携带与保存、难于更新等问题，同时，传统的技术资料不能进行智能化的交互，给部队维修保障人员带来一定的困难。开展装备辅助维修系统研究，主要是针对纸质技术资料的缺点和不足，进行装备技术资料的数字化设计、归类、处理。该维修系统集资料、数据、信息、知识为一体，能够以电子书的形式提供装备维修人员故障分析、判断和排除的方法、装备修理的方法步骤、装备修理规程及验收技术标准，查询装备的技术参数、性能指标、组成与构造等，可以辅助解决装备保障训练、装备检测、日常保养和出现故障时的维修等问题，使装备保障信息可理解性增强、信息获取快捷，可大大提高武器装备的维修效能，同时可为维修过程提供交互式辅助信息，有效地帮助修理人员分析、排除常见故障，完成修理任务。

1 系统结构及原理

1.1 组成

装备辅助维修系统主要由核心控制器(CPU)、电源及管理单元、存储单元、显示单元、触摸屏及扩展接口等组成，其组成框图如图1所示。

图1 系统组成框图

1.2 结构

装备辅助维修系统整体结构如图2所示，最底层电路板为智能电池芯与智能电池电路板构成的智能电池。中间板由几个功能模块构成，其中包括智能电池充放电管理电路、核心控制器板供电电路、核心控制板、开关机电路等。顶层为7英寸TFT真彩色LCD和电阻式触摸屏构成，整机采用直流19～30 V直流充电，功耗小于9 W。整设备长宽高为18 cm*12 cm*5 cm，质量小于1000 g。

图2 系统架构图

1.3 工作原理

装备辅助维修系统加载了装备维修诊断技术资料，LCD显示屏和触摸屏作为人机交互接口。使用时，部队维修保障人员可动态获取装备工作原理，故障诊断指引和维护保养提示。

2 系统硬件设计

2.1 结构设计

装备辅助维修系统采用“三明治”结构，上层布置触摸屏和液晶屏，中间布置核心控制板，下层布置电源板，内部结构如图3所示。为方便使用时充电和USB、网口等对外接口扩展，为辅助维修系统设计了扩展底座，外观如图4所示。

图3 结构布局图

图4 整体外观图

2.2 电路设计

2.2.1 核心控制板设计

核心控制板选用飞凌嵌入式多核Cortex-A9 i.MX6嵌入式开发平台，基于Rescale工业级嵌入式微处理iMX6Quad处理器构建。该处理器具有超强的图形处理能力、非凡的应用计算能力，可以满足对图形图像处理能力及运算能力，支持SATA存储器接口，可实现高达1TB的海量数据存，-40～+85℃的宽温度范围满足恶劣环境使用要求[1]。

核心板原理如图5所示，选用了闪迪公司的SDIN5C2-8G型iNAND存储器作为主存储器，选用恒忆公司的M25P32型NOR FLASH作为程序存储器，选用4片镁光公司的MT41K128型DDR3 SDRAM做数据存储器。使用安华高公司的AR8031作为以太网物理接口，核心板使用MINI PCIe接口扩展了SATA接口，便于使用微型固态硬盘扩展内部存储空间[2]。

图5 核心板原理图

2.2.2 电源设计

核心板的供电选用了飞思卡尔公司的电源管理芯片，该公司的MMPF0100能够为核心板提供14路可配置的供电电压，其中开关电源输出为DDR内存、处理器内核、存储芯片等供电；线性稳压输出为锁相环、USB接口、CAN总线接口等供电[3]。

2.2.3 电池管理电路

电池管理电路选用了两片美信公司的MAX8903锂电池管理芯片，每个芯片独立控制1块2 Ah的锂电池芯，两路芯片输出并联使用。该电路支持4.1～16 V宽电压输入，电池管理电路通过PWM输出给电池充电，在没有外部电源时，接通电池给核心板供电[4]。

3 系统软件设计

系统软件主要包括嵌入式操作系统和应用软件两部分。嵌入式操作系统为应用软件提供支撑环境。

3.1 嵌入式操作系统

嵌入式操作系统[5]采用Android操作系统，基于Cortex-A9 i.MX6 BSP开发包进行裁剪、定制和移植，基于Android系统框架研制电池管理驱动、LCD驱动、无线通讯模块驱动。

1)电池管理驱动：实现设备电池的管理，提供提示电量剩余、电池充放电显示等基本功能，并对电池的使用过程进行智能管理。

2)LCD驱动：实现LCD显示管理，提供LCD显示分辨率设置、LCD显示自动旋转(通过重力传感器实现)、背光设置等功能。

3)无线通讯模块：实现无线通讯模块的数据接受、数据发送、数据同步等功能，为上层的应用软件提供数据收发接口[6]。

3.2 应用软件功能

装备辅助维修系统应用软件采用结构化和模块化设计，主要包括辅助维修、器材出入库管理、保养检查、系统设置等功能模块。其功能组成框架如图6所示，开机软件界面如图7所示。

图6 软件组成框架

图7 软件界面

3.2.1 辅助维修

辅助维修功能模块主要包括电子教材，故障诊断，维修指导，工况信息4个子模块，为装备的理论学习及装备辅助维修提供便携、方便的管理环境及简单易懂的可视化操作界面。辅助维修将装备的构造与原理、操作使用、维护、故障诊断、修理、性能检验等信息按照树型目录结构分类组织，便于数据信息的快速查找与定位，提高使用效率。此外，还可实现目录结构的编辑、修改、增加、删除等基本功能。

1)电子教材：本模块提供装备的电子书教程，根据装备装备类别分门别类创建目录，方便针对性学习相关理论知识；

2)故障诊断：该子模块提供对装备的故障现象，逆向查找故障原因，并可根据故障原因查找相关维修指导信息；

3)维修指导：该子模块针对装备的部件，提供该部件的维修指导信息及维修方案。根据装备的故障现象，辅助指导模块以电子书的形式提供装备故障分析、判断和排除的方法、装备修理的方法步骤、装备修理规程及验收技术标准，查询装备的技术参数、性能指标、组成与构造等，辅助解决装备保障训练、装备检测、日常保养和出现故障时的维修等问题。

4)工况信息：该子模块提供了从车辆工况记录仪上下载工况记录数据以及将该数据上传至系统服务器的功能。通过移动式智能终端并可查看相关车辆工况信息。

同时，辅助维修部分支持文件浏览和内容查询。文件浏览根据用户选择要浏览的文件，文件浏览自动识别选择项的属性和格式，调用相应的浏览程序打开和浏览文件内容，支持滚动、翻页、连续等阅读模式。内容查询根据用户选择或输入的关键字，基于树型目录结构采用哈希查找算法和内容匹配算法快速查找所需内容。将所有查到的结果采用列表方式按照优先级别从上往下列出，便于用户查找、使用[7]。

3.2.2 器材出入库

器材出入库功能模块包括了器材入库，器材出库2大功能子模块。

1)器材入库：该子模块了提供了器材入库业务管理功能。

通过输入订单号，下载系统服务器的器材入库单；业务进行中通过对二维码标签扫描进行器材入库操作，通过射频模块修改货位标签库存信息，提交单据时自动回填入库单信息，并将完成的单据提交至系统服务器。

2)器材出库：该子模块了提供了器材出库业务管理功能。

通过输入订单号，下载系统服务器的器材出库单；业务进行中通过对二维码标签扫描进行器材出库操作，通过射频模块修改货位标签库存信息，提交单据时自动回填出库单信息，并将完成的单据提交至系统服务器。

3.2.3 保养检查

该子模块提供了根据系统下发的装备保养检查任务进行保养检查管理的功能。

装备辅助维修系统将系统服务器保养检查任务下载至本地，保养检查人员可根据保养检查的单位及检查人员等信息选择属于各自人员的任务，根据任务中检查科目等详细信息进行保养检查任务，并填写存在问题，任务提交时辅助维修系统将检查人员填写的信息回传至系统服务器。

3.2.4 系统设置

系统设置主要实现装备辅助维修设备相关参数的设置与查看，如LCD显示参数(分辨率、旋转方向)、电池管理参数、无线通讯参数、存储空间参数等。

该子模块还提供了配置系统服务器地址，修改辅助维修系统本地IP的功能。

3.3 软件构架

传统的维修软件，其开发的过程一般是这样的：针对一个具体的维修对象和内容，用户向软件开发者提出需求，软件开发者根据用户描述的需求，编写相应的程序，然后交付给用户。用户在使用过程中，如果需求发生变化，需要增加或减少内容的时候，向软件开发者提出新的需求或变化了的需求，由软件开发者修改或者重新编写软件的代码，再交付给用户使用。

传统的软件开发方式，其弊病是：即使用户的需求有一点细小的变化时，也需要软件开发者修改软件代码来实现用户需求的变更。如此一来，用户对软件没有自主管理的权利，软件开发者也陷于无穷无尽的代码修改中，给用户和软件开发者都带来了很大的麻烦。

在本软件的设计中，考虑到了上述问题，通过引进工作流的设计理念，解决了上述问题。在工作流的设计理念方式下，对用户而言，本软件是一个交钥匙工程。软件交付给用户的时候，软件本身并不针对某一个具体的装备或维修内容，而是由用户根据工作的需要，随时增加或修改需要维修的装备或内容，然后针对其要维修的装备或内容，按照装备的维修步骤，自己配置某一装备的流程，在完成装备的维修流程的配置后，随时启动装备的辅助维修。

基于工作流的引擎设计，是在分析和归纳用户现有的装备维修求的基础上，考虑到用户以后可能的维修需求的变化和扩展，利用数据库技术实现的。利用数据库技术，保存用户配置的维修流程、内容和参数，在用户开始装备维修的时候，软件从数据库里读取用户配置的维修流程、维修内容和维修参数，按照设定的步骤，一步一步地进行辅助维修。

如此一来，无论用户要维修的装备或维修内容如何变化，软件的代码都不需要做任何改动，用户只需要利用软件提供的工作流配置工具，就能够完成新的维修需求的设置，进而完成维修任务。

在工作流的设计理念下，软件具备了自适应功能，具有很好的柔性和扩展性，以不变应万变，把用户从与软件开发者无穷无尽的需求变更讨论中解放出来，使用户能够集中精力，把关注的重点放到装备维修过程的优化上来，从而更好的提高装备保障的质量和效率。