一种装备模拟维修训练系统设计与实现

周俊山 吕杨 韩庆伟

摘要：针对电子装备维修训练中存在的问题，设计了一种装备模拟维修训练系统，该系统采用“硬电路，软故障”的设计理念，通过软件模拟故障信息，硬件电路指示故障状态的方法进行设计，可以真实模拟装备故障现象，体现维修过程，更加适用与电子装备维修技能训练。

关键词：模拟维修;故障状态;电路设计

引言

装备维修能力的训练，主要采用的方法是在装备上设置故障，然后让学生综合运用所学知识进行故障排除，这种训练方式必须依托实装才能进行训练，脱离装备难以进行训练。而依托实装训练容易造成装备性能的下降，效益不高。现在可以通过维修模拟器来解决这一问题。

維修模拟器可以通过两种方式来实现，一种是虚拟维修，一种是模拟维修。其中，虚拟维修[1]是基于虚拟现实技术在计算机上模拟装备维修的过程，使维修人员能够快速掌握设备维修知识、维修原理以及维修过程。这种方法的优点是容易实现，成本低，这是由于虚拟维修训练主要是通过计算机仿真产生，对具体的硬件电路要求较低。而这种训练方法过于注重理论分析，缺乏维修技能训练，不能完全体现维修过程。模拟维修是通过制作装备模拟维修样机，设计硬件仿真电路，通过软硬件设置故障，让受训人员根据软硬件故障现象定位并排除故障的一种维修训练手段。

系统的组成与功能

系统组成

电子装备模拟维修系统主要由导控台、接口板、程控信号源、故障状态读取模块、故障指示模块和模拟维修分机等六部分组成。其中模拟维修分机包含故障仿真板（包含测试信号和状态存储器）、故障指示器件（指示灯、电表、蜂鸣器、显示器）、故障器件（保险丝、继电器、电缆连线）等。

系统工作过程

模拟维修系统工作包括以下五个工作步骤：故障设置、故障状态读取、案例库比对、故障指示信息下发、故障修复。

故障设置可以有“软设置”和“硬设置”两种方式，其中“软设置”就是将通过导控台对维修平台中的故障仿真板的状态进行写入设置，“硬设置”就是对维修平台中的故障件进行故障设置，例如可对保险丝、电缆连线、继电器等器件进行故障设置。由导演台通过接口电路和故障状态读取模块读取系统中各故障件（保险丝、继电器、电缆、电路板）的状态。导控台读取了故障状态信息后将故障信息和案例库中的故障案例进行比对，从故障案例故障找到相同的故障状态然后生成相应的故障指示信息。导控台将比对生成的故障指示信息发送给各个模拟维修分机，各分机依据送来的故障指示信息，通过故障指示模块在故障仿真板和其他故障指示器件（如指示灯、蜂鸣器、电压电流表、显示器等）上显示出相应的故障状态，供维修训练人员测试或观察，收到故障信息后按照故障状态显示对应的故障现象，从而适时的复现故障状态。维修人员根据各分机的故障状态，通过测试电路、换板、换件等手段进行故障维修，如果维修人员修复了故障件，导控台将适时的读取故障状态信息，并将此信息和案例库进行比对，如果修复成功将生成正确的状态信息发给各分机的指示器件，从而实现故障修复。

系统设计方案

为了实现为了实现系统的模块化，和可扩展性，本系统设计采用“应用层、用户接口层、信号处理层、硬件层”的四层设计结构，结构图如图1所示。

应用层主要作用是记录用户的操作信息并且传递给用户接口层。

用户接口层根据用户层送来的操作信息如故障设置信息，修复信息等，以及读取的机柜上的电路及易损件的状态信息，进行综合分析后，产生相应的控制信息去控制信号处理层产生相应的信号，这里所说的综合分析是指，根据装备结构原理和设置的故障信息，分析出仿真电路板的输出信号和仿真分机上的状态指示器件。

用户接口层设计时采用模块化设计，根据不同的装备型号设计不同的软件包，每个软件包内封装了接口函数，通过修改接口函数修改信号处理层的输出信号。

信号处理层是用来产生仿真电路所需的各类电信号，以及状态指示器件所需的驱动信号。信号处理层设计了多个通用信号源模块，信号源模块用一类电路实现，每个模块的输出信号特性参数可以通过软件层送来的控制信息进行灵活控制，便于二次开发。

硬件层主要包括：各分机机柜以及机柜上的仿真板，状态指示器件，装备易损器件等。硬件层的只是在外观上模拟装备电路，预留的关键测试点信号以及状态指示器件的驱动信号来源于信号处理层的信号源模块。硬件层设计根据装备型号来设计，硬件层和信号处理层相互独立，这样系统的可移植性大大增强。

在以上四层结构中，信号处理层是整个系统设计关键技术。通用信号源模块设计方案如下。信号源模块设计采用“主控单片机+DDS信号生成+数控增益放大器”的方案。单片机负责与导控台之间的通信，并对信号生成支路进行控制。信号生成方面采用先进的数字频率直接合成技术，采用DDS芯片，频率分辨率高，捷变速率快，通过全数字接口，易于集成，且体积小，价格低，有助于提高整个系统的性价比。

技术应用

由于采用软故障的方式，系统能化解保证装备可靠性与拆装备维修影响可靠性间的矛盾，提高电子装备维修保障能力。系统软件及硬件设计标准化、模块化，可以通过二次开发可实现其他型号装备维修训练系统的研制。从开发成本上看，相当于以一套系统的开发投入研制多种型号维修训练系统，系统的扩展性强。

参考文献

王众北.虚拟检测维修系统的设计与实现[J].火力与检测技术，2016，11.