Di-VITE远程测试及故障诊断系统助推装备保障信息化

传统的装备保障模块是一种封闭式的系统运行模式,信息的交流与处理限于检测诊断系统内部。受地域和装备的种类数量等因素的影响,这一模式已越来越不适应现实发展的需要。由于缺乏交流,诊断与维修经验知识不能共享,使得各个保障单元往往做大量重复的工作,影响效率。同时,由于有经验的专家数量有限,一旦设备同时发生故障,就可能造成专家疲于奔命的被动局面,影响设备的快速诊断修复。
北京航天测控技术开发公司研发的Di-VITE远程分布测试及故障诊断系统,以装备测试、诊断以及维修的远程化作为信息化保障的切入点,依托维修设备的信息化能力,不受空间限制的及时获取装备的故障信息,在正确的时间,把正确的信息及时发送给正确的使用者,可以借助信息传输平台,对一些大型复杂系统进行远程自适应修复,对维修资源和维修技术具有很强的辅助决策能力。以此为基础所实现的保障信息化,
可以有效缩短时间,提高维修效率,节约维修资源。
一、Di-VITE在装备保障信息化中解决的问题
航天测控Di-VITE远程分布式测试及故障诊断系统,通过现场级维修主装备(ATE)、维修辅助设备(PMA)以及5级交互式电子技术手册(IETM)运行终端,及时获取装备的故障信息,通过远程传输途径,将BIT数据、现场测试数据、判定数据、操作使用脚本等信息传至维修基础,使得维修基础可以采取有效的技术手段对装备实施远程维修或技术指导。
对于地域分布广泛的装备,由于受损情况复杂,处于各地的维修人员的技术水平不同及各种故障维修需要的备件满足情况不同等,在设备发生故障或受损的情况下,最理想的是及时给予一线维修人员必要的技术支援,帮助其对故障进行准确诊断,并给出合理的维修方案(即让一线维修人员能够完成的维修方案),就近调拨所需的维修备件。
具体解决问题如下:
1、在现行保障体制的基础上,实现交互式网络化维修保障结构,解决维修信息实时共享的问题,达到快速保障的矩阵式管理要求,满足多点保障、联合保障以及快速及时保障的需求;
2、缓解研制部门在装备交付后疲于奔波的排故压力,建立装备系统日常维护和现场抢修情况下的装备维修辅助决策支持、远程快速诊断和排故能力,确保装备使用完好率,缩短装备使用前的准备时间;
3、降低一线维修人员的综合技术水平的要求,通过远程支持工具辅助测试、辅助排故,使具有多元化、多学科交叉、多设备的故障交联的复杂维修过程简单化,一线技术人员可以在许多后方技术专家的指导下,加快对故障或受损装备的维修过程,满足时效性要求;
4、收集分布在各地基层保障单位的维护信息、积累维修数据,使装备的可靠性、维修性、保障性有质的提高,为进一步实现视情维修提供基础信息平台;
5、在分布式环境下,提供基于虚拟仪器技术的维修技术训练平台,对实施维修技术训练提供方便;
6、改进、优化维修保障体制,充分利用远程信息共享的手段,实施分布式技术保障,缩短各级维修空间上的距离,使各级维修与后方远程技术支援单位紧密联系,各级维修在统一的维修系统内实现优化组合成为可能。
二、Di-VITE的设计定位与技术实施特点
1、系统设计定位
远程分布式测试及故障诊断的目的是建立以专用通信网络、无线通讯网络以及卫星通信设施为基础的异地分布式远程技术保障体系;为装备从现场级维护、抢修到基地级维修、保障等提供信息一体化的技术保障手段;在广域范围内构建一个高效的信息流通渠道,形成集远程辅助测试、综合故障分析、维修决策支持、保障信息协同于一体的故障信息反馈系统;为装备的设计研制单位、使用维护单位等提供一个一体化的、高效的空间协作平台。
2、技术实施特点
管理模式上,将装备研制试验、维修保障中的故障诊断过程推了后方,改变了以往大批专家在现场集中进行保障的模式,合理有效的利用了技术专家的时间和精力,节约了人力资源的投入。
工作模式上,从原有的单机故障检测模式转变为可异域控制、分布式处理的协同诊断与分析模式,充分利用网络资源,发挥信息共享的优势。
信息共享上,远程分布式测试及故障诊断系统利用广泛的网络资源和传输途径,将分布在异地的专家、历史数据、设计、维修维护及备件储备等信息进行集中调度,为故障定位提供丰富的数据和诊断依据,大幅度提高工作效率。
三、Di-VITE的设计原理
按照装备例行保养检查程序,快速采集并实时诊断得出装备状态信息,为一线人员服务。同时,将装备状态测试的完整数据通过网络及时发送到技术保障中心,由保障中心的技术人员对数据进一步分析,并进行故障预测分析。在装备存在隐患或故障时,对于软故障,通过远程网络由保障中心实现远程控制修复,对于复杂故障或硬故障可由技术保障中心的专业技术人员人一线使用人员通过多媒体交互和物理网络的信息交互,协同排除故障。
对于诊断维修过程,分布式网络在信息共享方面将发挥更大的优势。维修保障中心的知识库中已有的故障模式和维修知识,或同类装备不同分布点已发生过的故障模式和维修方法,通过自学习机收入自学习知识库的故障模式等,可以由一线人员通过网络查询“保障中心技术保障信息库”,获取知识,及时独立解决问题,发挥分布式系统节点之间信息共享带来的优势。
按照层次,系统分为三个层次。第一层为现场诊断层,分布在各类装备基地,是移动维修单元(如维修车)或外场维修单位所在的诊断级别。现场测试包括被测对象使用前的测试和日常定检测试,大量的测试信息经过现场总线或测试信息链路进入现场测试平台。当故障出现时,首先利用现场自身的故障诊断系统进行初步诊断,依据诊断结果进行维修。当现场的诊断过程无法确定设备的故障点位置或原因时,则通过专用信息网络或专用VPN通信网络向远程技术支援中心申请技术援助,也即第二层中心诊断层,诊断中心在受理客户的请求后,依靠中心现有的故障诊断专家系统与维修资源对设备出现的故障进行诊断并给出维修建议。第三层为群体会诊,当中心诊断失败后,由中心指挥系统向有关成员发出故障会诊请求,调动入网的所有技术资源(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),实现对故障的诊断。诊断结束后,诊断中心将诊断结论与维修建议提供给基层单位和所涉及的修理厂及部件供应单位。使基层在最短的时间内得到所需的故障信息和维修信息,并使负责物流的单位发挥最高的效率。故障排除后,将其结果反馈给诊断中心转换为新的诊断知识加入到知识库中。第二层和第三层都在远程技术支援中心,每层之间各个节点通过网络连接,层与层之间同样通过网络进行信息交互。
航天测控Di-VITE远程分布式测试与故障诊断系统中,位于现场维修单元的保障人员可以使用穿戴式摄像机或便携式诊断维修组合(PMA)捕获故障部件的数字图像,实时传送给位于网络内各个基础、远程中心的专家。根据测试结果,以及故障诊断系统的诊断结果,位于网络上各个节点的相关专家通过异步方式(电子邮件、电子公告牌)或同步方式(桌面视频传输诊断分析系统、电子白板和音频系统)进行交流,同时,专家依靠人机交互工具,参考协同辅助决策分析系统的输出结果,得出维修意见,并反馈到网络上相关的各个节点,进行统一协调。现场维修单元可以通过从远程支援中心下载最新的测试、诊断流程来实现紧急状态下的设备抢修过程,可以通过可视化交互系统来实现远程维修决策支持。
四、Di-VITE的组成与结构
航天测控Di-VITE远程测试及故障诊断系统,针对信息化维修保障的特点以及装备维修保障体制的需求,从信息采集现场节点(LRU级维修场站等,包含IETM、PMA、ATE等信息化装备终端)、远程技术支援中心(基地级维修场站包含远程支援中心、决策指挥中心、数据服务中心、远程专家系统、备件管理中心)、信息传输途径(卫星、专用通讯网、通讯电台)等三个方面设计和规划装备维修信息化保障体系的结构以及标准的接口方式,建立从维修现场到远程保障中心之间的维修、诊断信息链,构建可视化远程诊断、维修指导模式,定义远程测试信息的传输控制模式,以及解决远程异地保障、信息立体互联互通的有效途径问题,建立远程测试与故障诊断体系,以多Agent模型为有效手段,实现测试、诊断和维修信息的分布式处理。
1、维修保障前端(LRU级维修场等维修节点)
通用测试设备ATE-GT9000:以航天测公司研制的GT9000通用测试设备为基础,与被测对象的专用保障装备集成,组成保障现场全系统通用化测试诊断平台,作为远程技术保障体系的执行终端,达到装备从系统到部件的一体化维修测试能力。通过虚拟仪器测试开发环境VITE平台,在广域范围内实现装备全寿命周期测试信息的管理,提供多层次TPS和诊断知识的开发手段。
数字化便携式维修辅助装备PMA:作为远程技术保障体系中的原位测试环节和维修数据远程机动式获取手段,系统提供数字化维修辅助前端设备——可穿戴维修辅助设备PMA部分和测试资源组合PIP,能够在测试现场直接连接远程支援中心,实施远程测试,进行故障咨询和可视化维修指导。
远程技术支持工具:①系统为维修现场提供交互式电子技术手册IETM,支持远程下载、更新测试TPS、诊断知识和维修分析数据,提供全文技术资料检索,IETM可以综合应用人工智能、专家系统、多媒体信息处理、数据库管理以及电子出版等技术,将操作使用说明、维修过程指导、技术图纸资料、元器件代换要求以及备件储备等信息精炼组织并有机地结合为一体。②可穿戴维修辅助计算机WMAC是目前正在发展的一种新型航空辅助维修设备,主要应用在ATE和PMA使用不方便的环境中,或维修人员的注意力和手不能离开维修作业的时候,采用可穿戴辅助计算机指导维修工作。③系统为维修现场提供头盔式或固定式视频摄像装置,便现场与后方技术中心的图像视觉信息实时同步。④纵使通话装置负责连线远程技术支援中心,实现前后方的语音通讯。
2、远程技术保障中心(基地级维修场站)
远程技术支援主服务系统MSR(又名远程技术支援中心):是远程分布式测试与诊断系统中诊断请求、技术支援过程控制、诊断数据处理等事务的响应处理中心,同时也是测试数据的交换和存取中心。该服务系统响应和管理测试现场(LRU维修单位)、维修保障机构、远地单位的请求,向诊断服务器和决策支持中心发出控制命令及相应的测试参数信息,同时对测试现场传来的数据进行记录、分类和发送等处理。
远程测试系统(MTP):位于远程技术保障中心的逻辑前端,负责接收来自现场数字化采集设备发来的测试数据包,按协议进行解包,对原始数据进行预处理和工程值转换后向中央服务系统所有工作单元广播数据。远程测试系统MTP同时提供装备全系统寿命周期测试信息框架。在诊断系统征兆样本不足的情况下,完成TPS的开发和生成任务,并向主服务系统发布,供前方IETM检索和下载。全寿命周期测试信息框架在远程保障信息化统一的信息组织模式下,将各组织节点和维修级别的测试与诊断信息结构有机的结合起来,形成适应不同阶段、不同层次的信息集成环境。
远程诊断中心MDC:是整个体系的核心,它担负着为前方基层单位提供专家水平的信号分析、综合诊断、故障处理和维修决策等快速响应服务。MDC不仅要具备在线联机情况下的诊断推理功能,而且要提供与现场技术人员和IETM交互的咨询服务程序,使远程技术专家可根据检测数据和故障图像对远程故障进行实时诊断,提供故障诊断结果并作出解释。
远程维修决策系统MDS:是远程分布式保障系统的核心。在数据采集、通信、计算机网络系统的支持下,对装备的远程诊断维修的指挥决策过程给予支持。MDS主要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,利用可靠性分析和可靠性预测,进而做出相关维修决策,另外,还可以根据维修统计数据作出备件储备保障决策支持。
群体决策支持系统GDSS:在远程诊断中心MDC无法得出诊断结论,而发起多方会诊请求的组织和响应系统。GDSS系统通过连接入网单位的来自各方面的技术专家,同步现场与后方专家的视觉图像、测试数据等信息,形成一个大的决策群体,针对本次故障问题实时会诊,最终融合各方意见,实施排故过程。群体决策支持系统GDSS处于第三层诊断系统,是诊断中心MDC的有效补充。
故障预测与健康管理系统PHM:利用先进传感器集成技术和各种算法以及智能模型来收集、处理机上信息,通过全面检测故障、预测关键部件的残余寿命来监控系统、装备的状态,预测故障,实时提供故障告警,实现基于状态的维修。
综合数据服务系统IDSS:是位于远程技术保障中心的大型数据库系统。包含历史试验数据库、设计方案数据库、部件特性数据库、保障基地数据库、综合数据信息库、图形影像数据库、备件信息库、设备状态信息库和后勤资源信息库等数据信息。综合数据管理中心采用数据仓库技术负责维护、管理大型数据的存储和提取,通过数据挖掘手段提取有效信息。
分布式维修技术训练系统MTTS:大型的多项复杂技术融合的高技术装备,对维修保障的各种信息依赖性大,对人员素质要求高。装备分布式维修技术训练系统MTTS的建立,不仅可以丰富维修手段,提高维修训练水平,而且可以习题减轻训练对装备带来的破坏影响。装备维修技术训练系统主要针对现场维修过程、技术资源保障过程、远程协同排故过程、自动化保障指挥过程的特点,结合三维数字化虚拟仿真技术,构建并验证一个交互式、高度可视化的维修保障信息仿真平台。
五、Di-VITE的技术特点
1、系统具有标准化开放式体系结构,适应多种试验、维修、保障场合
①系统提供三层诊断结构(现场测试、远程诊断和专家会诊)满足异地分布式条件下协同诊断需求;
②系统参考及遵循JIA体系结构及多项国际、国内标准,如MIL-PRF-87268、MIL-PRF-87269、IEEE-1226、IEEE-1232、IEEE-716等,提供统
一的数据传输协议和分布式测试、诊断信息模型,保证网络传输数据格式的一致性;
③系统具有统一的分布式信息框架及标准化传输接口,使用应用层开发与底层通讯无关,便于系统的统一管理、部署和扩展;
④系统采用分布式、开放的数据库架构,通过ADO支持多种数据库,如:Microsoft Access,Microsoft SQL Server,Oracle等;
⑤工程诊断数据、诊断数据和测试信息数字传输能力。
2、系统为前方维修现场提供多种数字化维修手段
①用于现场LRU级的数字化通用测试维修设备ATE(GT9000),支持VXI/PXI/LXI总线的检测模块,可以包含模拟量通道、数字量通道、通讯总线路以上的采集通道和控制通道,具有远程联机测试功能和辅助排故功能;
②用于原位测试数字化便携维修辅助设备PMA,在原位检测或因体积受限而不便使用ATE的场合(如船舱、机内);
③用于开发测试流程、诊断知识的全寿命周期测试诊断软件开发平台。
3、Di-VITE提供远程支持工具,辅助现场测试
①系统提供数字化维修辅助前端设备——可穿戴维修辅助计算机,能够在测试现场直接连接远程支援中心进行故障咨询和可视化维修执导;
②系统为维修现场提供交互式电子技术手册IETM,支持远程下载、更新测试TPS、诊断知识和维修分析数据,提供全文技术资料检索;
③系统为维修现场提供头盔式或固定式视频摄像装置,使现场与后方技术中心的图像、视觉信息实时同步。
4、Di-VITE主服务系统具有远程故障诊断、辅助分析能力
①系统把信息的获取方式、诊断知识的注入模式以及专家的保障形式,从现场集中方式扩展到不受地域限制的整个分布式技术保障网络;
②系统将复杂诊断过程推向后方,由诊断中心集中分析与排故,缓解技术专家现场集中保障的压力;
③系统将分布在异地的专家信息、历史试验信息、设计信息、维修维护信息以及备件信息集中调度起来,为故障定位提供丰富的数据和诊断依据;
④系统提供分布式环境下的专家知识自学习能力,确保诊断中心的诊断知识与研制、维护过程同步;
⑤系统具有分布式并行诊断推理能力,满足远程海量测试数据的分析、判读与诊断、推理需求,可以同步实现全系统部件的并行分析能力;
⑥系统具有远程专家群体会诊功能,分布在设计部门、研究所及维修保障现场的相关技术人员,结合远程可视化图像、测试数据,实现所有入网单位专家的会诊功能,系统融合多方专家意见,开展综合诊断分析;
⑦系统具有故障跟踪和操作使用记录功能。
5、系统主服务系统具有远程维修决策支持、危害程度分析能力
①系统对维修现场收集到的维修信息、保障信息,进行自动、智能处理;
②系统具有远程控制与维修决策能力,结合被试对象、参试设备、参试人员、气象环境等多方面条件,辅助决策维修过程,满足分布式环境下远程指挥、智能辅助决策的需求;
③系统根据故障诊断专家系统的诊断结论、试验现场的检测数据、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,进而做出相关维修决策;
④系统提供远程维修指导功能,辅助现场技术人员进行快速排故;
⑤系统具有远程传输特点,下载软件,提取装备运行过程中的累计数据。
6、系统具有信息协同,保障信息管理的能力
①系统提供多媒体协同工作空间,多方位,多角度满足试验、维护保障的协同工作需求;
②系统提供装备全寿命周期测试数据信息、备件信息、维修活动信息的管理能力;
③远程更新数据库,保持维修、配置等数据库的一致性;
④采用视频会议技术用于不同位置的领域专家进行交流;
⑤基于H.264的视频、音频压缩技术优化信息传输过程。
航天测控远程分布式测试及故障诊断系统是实现装备远程保障信息化、信息立体互联互通的有效途径。以现行装备维修体制为基础,根据测试的实际需求,建立了能够实施远程技术保障的系统原型。经过一段时间的测试和考核,证明装备的远程协同保障,符合装备信息化发展的趋势,能够直接应用于装备的维修、保障过程,通过系统部署方案的指导,将远程技术保障系统的各节点快速部署于相关的入网单位,形成并推动新一代远程保障体制,满足远程技术保障要求。