导航机排故引导系统应用软件的设计与开发

赵贝贝 张炜麟 盖俊峰 邓海峰 孟海翠

摘要：导航机作为精密复杂的装备，在日常使用时会出现各种各样的故障。为了使装备的使用者和维护人员在装备出现故障时能够高效、快速地定位并排除故障，文章基于.NET框架和C#语言，设计并开发了一种以案例故障树为引导的排故系统。该系统可用于指导设备实际排故，也可作为设备排故模拟训练系统应用到教学中。其设计思想和方法可为今后其他装备故障诊断仪的设计奠定基础，应用前景广阔。

关键词：导航机；排故系统；界面设计；故障案例；模型搭建

中图分类号：TP319中图分类号  文献标志码：A文献标志码

0 引言

导航机作为一种近程导航装备，在飞行保障过程中得到广泛应用。其系统结构复杂，设备各部件之间关联紧密，任一元器件出现故障都可能导致整个导航机系统无法工作，进而影响飞行保障任务的实施。由于飞行保障人员缺乏故障排除经验，有一定经验的保障人员也反映排故流程过于烦琐，且其有限的经验也并未形成体系化，难以满足维修保障的要求。本文为解决上述问题，设计并开发出了一套能够实现“凝聚以往排故经验，根据故障现象分析，指导排故流程，完成排故训练”的排故引导系统［1］。

1 排故引导系统故障案例库的构建

1.1 完善获取故障案例的收集渠道

筆者通过调研以及与一线单位沟通交流，形成一种常态的调研汇报机制。对导航机的故障案例进行收集、分析、模拟和总结，及时地收集和识别最新故障案例，扩大故障案例库的案例范围，为能模拟解决故障案例以及导航机排故系统的升级提供更为强大的基础数据支持。

本文构建了完善的导航机故障识别与排除方案的输出过程，以确保高频率故障能够及时有效地被识别到导航机故障库。从导航机故障排除实际场景中获取最全面的故障案例，将这些故障案例收集处理后存储到故障库中，并且进行了标签化处理。为了后续统计和调用更加快捷，本文建立了故障案例的检索机制，在对故障案例不断地进行重新模拟和解决后，总结出最便捷、最高效的排障步骤，进而从故障库中输入导航机排故引导系统。

1.2 故障案例树软件模型的搭建

在设计过程中，先进行软件模型搭建，软件模型的搭建有利于明确成品形态，减少沟通成本，提高需求与开发作品的准确度，降低变更成本。加强团队内部之间的交流以及团队与外部之间的沟通交流，共同进行系统界面的设计与优化，提高软件开发的进程。导航机排故引导系统应用软件旨在用户进行故障诊断时，利用动画直观再现故障现象和引导排故流程，提高故障排除效率。

创建长期的用户调研收集机制，在实际的应用场景中获取故障案例，获取故障案例后，存储到导航机故障库中，待模拟和处理故障完成后，将需求权重高的故障案例解决方案输出到导航机排故引导系统中，如图1所示。在该系统中，预先添加故障测量点，根据故障树排故流程引导系统用户对该测量点进行检测，并给出测量点正确数值范围，直至找到故障点。

1.3 优化故障树，归纳总结故障规律

团队通过识别故障库中的故障案例，对故障库中案例进行总结和分析，不断地总结出测试路径更短，测试效率更高，测试更为简单的方法，从而能够及时地优化排故流程，降低排故的烦琐程度，缩短排故时间，降低导航机的维修难度，从而提高导航机保障人员排除故障的效率，为飞行保障任务奠定坚实基础。

在故障树实现的基础上，设计排故训练模拟功能，可以应用到导航机保障人员的教学培训中，可有效解决目前培训人员多，装备少，实习效率低的问题，力求达到为该领域提供充足后备力量的目的。

2 排故引导系统包含的故障问题

2.1 整理故障问题，分析故障现象

本文通过案例来建立、优化排故流程模型并引入案例索引机制，将故障现象相同、排故过程相似的一系列故障案例进行归并，利用多个排故案例来共同建一棵逻辑树［2］。这样就找到了每一个案例与故障树的对应机制。只要找到故障案例到树的转化方法，就可以快捷地通过案例的扩充来实现对树的改进和优化，以此提高系统的开放性和可扩展性。

目前，整个系统包含7个排故问题，分别为：设备警告、市电正常主机加不上电、频率合成器输出指示灯不亮、功率合成器单元故障、音频功放故障、公共输入单元故障、开关电源单元故障。

2.2 软件系统实现

整个故障逻辑约90个步骤，对应约90个界面，每个界面通过动画演示的效果，对排故步骤进行了直观的说明和解释。每个步骤包含：标题、内容、解释、注意，动效，此处用一张表格来说明对应关系，如表1所示。

该系统根据不同故障现象的特点，可与外接测试硬件部分进行交互通信，能够完成电参数测量、信号参数测量。依据实物图构建的3D图，预先添加的测量点。当导航机出现故障后，导航机保障人员启动导航机排故引导系统，根据故障类型以及测量点的数值进行故障分析，利用导航机排故引导系统，进行进一步的故障排除。

本文以公共输入单元板，导致设备警告故障为例。启动导航机故障引导系统。通过分析故障现象，观察得出故障为设备警告故障，点击设备警告，系统进入接下来指导排故流程的提示页面。

3 排故引导流程的设计

3.1 指导排故流程的过程

此处依然以公共输入单元板，导致设备警告故障为例。导航机排故引导系统根据实际情况判断“全功率状态天线电流是否大于等于2A”，以模拟公共输入单元板坏为例，所以此处应该选择“是”，系统进入下一页面。根据实际情况判断“观察调制度仪表是否有指示”，因此处为模拟公共输入单元板坏，调制度仪表应没有指示，所以应该选择“否”，系统锁定故障为“公共输入单元板坏”。用户在排除故障的过程中可通过系统中的注释模块学习排除故障的基本原理。

根据故障树排故流程，引导操作者到该测量点进行检测，给出测量点正确数值范围，可快捷直观地判断该测试点是否在正常范围内。按照导航机排故引导系统的指引进行逐一排除，直至问题锁定，导航机保障人员按照系统指使更换元件排除故障即可。另外，本软件可应用于导航机保障人员培训，培养学员发现、分析、排除故障的能力。

3.2 软件系统实现

软件系统的开发过程主要分为以下3部分：

（1）首页界面开发，系统首页包含背景图与排故问题。背景图为一个动效，需要在程序启动的时候提前加载。排故问题包含名称和图片，需要从文件系统加载并且展示在界面上。此步骤的技术要点为利用.NET框架和C#语言开发WinForm界面，文件系统为NTFS格式，使用INI配置文件保存配置信息。

（2）排故步骤界面开发，排故界面包含：图标、标题、回到首页按钮、动效显示、内容文本、解释按钮、选择按钮。技术要点为利用.NET框架与C#语言开发WinForm界面，动效是从硬盘上加载的PNG文件［3］。

（3）问题锁定界面开发，问题锁定包含：内容、解释按钮、返回按钮、返回首页按钮。技术要点为利用.NET框架与C#语言开发WinForm界面。

导航机排故引导系统以动画、3D建模、静态页面，文字叙述的方式直观地从故障现象、故障测量注释、注意事项3个方面引导用户完成对导航机故障排除工作，目前系统储备的故障覆盖率已达到90%以上。

4 系统设计主要指标及注意事项

4.1 主要技术指标

4.1.1 响应速度

导航机排故引导系统运用了.NET框架，此框架可以用于构建多种应用。在此开源开发平台上，可以使用多种语言，编辑器和库开发Web应用、Web API和微服务、云中的无服务器函数、云原生应用、移動应用、桌面应用、Windows WPF、Windows窗体、通用 Windows平台 （UWP）、物联网 （IoT）、机器学习、控制台应用、Windows服务。该系统的页面的响应速度为0.3s以内。

4.1.2 安全性

为保障设备的安全性，系统的使用环境为非联网（互联网）环境，使用INI配置文件保存配置信息，ini 文件是Initialization File的缩写，即初始化文件，是windows系统配置文件所采用的存储格式，统管windows的各项配置，一般用户用windows提供的各项图形化管理界面就可实现相同的配置［3］。

4.1.3 可扩展性

该系统采用独立模块存储方式，将系统的文件信息直接存储在本地的文件系统中，降低了修改和新增模块的研发成本，增强了系统的可扩展性。

4.2 设计过程中的注意事项

在导航机排故引导系统软件的设计过程中，需要注意两点。一是做好项目的技术决策。项目中的重点需求通常较为复杂，工作量巨大，每一个技术方案的选择都可能影响到成品的质量。因此需要重点关注这些需求的方案，制定好方案决策评审计划，识别出重大的备选方案以及每个方案的优缺点，及时进行技术决策。在方案涉及周边或外部界面的，更是要在做决策时让所有团队成员参与到决策过程中。二是做好项目的风险管理，风险管理贯穿于整个项目的生命周期，包括规划、设计、开发、测试、集成各个阶段。项目中每个团队成员对风险的影响理解通常并不一致，因此风险识别不能完全由每个人员独立完成，尤其是重点需求。定期组织风险识别会议，由设计/开发/测试/QA人员共同参与。形式上可以由当前的主导领域进行讲解，由大家一起开展头脑风暴识别出尽可能多的风险以及每一个风险的影响。在风险识别出来之后，在一个经验丰富的团队中形成风险的闭环通常不会成为问题，重要的是做好跟踪闭环。

5 结语

本系统通过搜集以往排故经验，实现从故障案例到故障树的生成，通过归纳总结故障规律，进而降低排故的烦琐度，力求缩短排时间，起到降低导航机的维修难度的作用。本系统还可以应用到教学实践中，辅助学员进行模拟故障分析与排故训练，也可应用到基层岗位中，用于导航机保障人员在岗自学，能够提高装备操作人员分析问题、解决问题的能力，进而提高其装备维修水平。

参考文献

［1］马麟龙.基于部件建模与故障仿真的飞机空调系统辅助排故与排故模拟训练研究［D］.南京：南京航空航天大学，2010.

［2］乔彦宏.装备排故训练与考核系统的设计与实现［D］.大连：大连理工大学，2014.

［3］张文浩.飞机燃油系统故障模拟培训系统的研究［D］.青岛：青岛科技大学，2013.

（编辑 李春燕）

Design and development of application software for the navigation equipment troubleshooting

guidance system

Zhao  Beibei， Zhang  Weilin， Gai  Junfeng， Deng  Haifeng， Meng  Haicui

（Unit 91206， PLA， Qingdao 266109， China）

Abstract： As a sophisticated and complex equipment， navigation machine will have various faults in daily use. In order to enable equipment users and maintenance personnel to locate and eliminate equipment faults efficiently and quickly， this paper is based on net framework and c# language， a troubleshooting system guided by case fault tree is designed and developed， which can be used to guide the actual troubleshooting of equipment， and can also be applied to teaching as an equipment troubleshooting simulation training system. The design idea and method can lay a foundation for the design of fault diagnosis instrument for other equipment in the future， and the application prospect is broad.

Key words：  navigation machine； troubleshooting system； interface design; fault case; model construction