李 楊

（92941部隊 葫蘆島 125001）

1 引言

電氣設(shè)備是導(dǎo)彈系統(tǒng)的核心裝備之一，它由低壓組合部件構(gòu)成，隨著計算機(jī)技術(shù)與現(xiàn)代科技的發(fā)展，電氣系統(tǒng)正朝著自動化技術(shù)的方向發(fā)展，利用現(xiàn)代化技術(shù)可以實現(xiàn)電氣系統(tǒng)的自動化、智能化處理，提高電氣系統(tǒng)整體運(yùn)行效率，保證電氣系統(tǒng)的安全性能。而從導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的電氣設(shè)備上看，它肩負(fù)著對導(dǎo)彈上設(shè)備及全彈進(jìn)行測試和控制導(dǎo)彈發(fā)射的任務(wù)，也就是說電氣設(shè)備的運(yùn)行情況決定著整個導(dǎo)彈發(fā)射過程的穩(wěn)定情況，如果電氣設(shè)備出現(xiàn)故障則將影響導(dǎo)彈發(fā)射任務(wù)，進(jìn)而影響軍事活動的推進(jìn)。為了強(qiáng)化電氣系統(tǒng)的強(qiáng)度，也為了維持電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定，必須將故障診斷技術(shù)引入導(dǎo)彈電氣設(shè)備中來，通過故障診斷了解導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)可能存在的故障，有針對性的進(jìn)行檢測和定位，然后解決潛在問題，就能促進(jìn)導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，這對增強(qiáng)導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能和增強(qiáng)部隊?wèi)?zhàn)斗能力具有極大的意義。但是導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)的故障診斷分析技術(shù)相對復(fù)雜，一方面導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)的造價高、服役時間短、實裝操作少，給故障分析的信息收集帶來麻煩，技術(shù)人員利用普通的故障診斷很難在短時間內(nèi)獲取充足的維修信息。另一方面，導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)的獨特性能和研制目的給故障診斷帶來不小的壓力，那么采用什么樣的故障診斷技術(shù)才能最大化的對導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷呢？一般認(rèn)為以虛擬現(xiàn)實為基礎(chǔ)的虛擬測試技術(shù)能夠分析結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)含量高、造價昂貴且診斷修復(fù)難度大的設(shè)備，因為它能集合現(xiàn)代仿真技術(shù)、傳感技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、圖形圖像處理技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)等，對復(fù)雜的系統(tǒng)進(jìn)行充分的分析，尤其是在缺少某些必要信息的情況下，為電氣系統(tǒng)的故障診斷提供了一條切實可行有高效便捷的方法。因此，基于虛擬測試技術(shù)的導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)故障診斷十分有必要的。

2 基于虛擬測試技術(shù)的導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)原理

基于虛擬測試技術(shù)的導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)故障診斷需要大量技術(shù)手段和不同情況分析，首先需要將研究的導(dǎo)彈氮氣系統(tǒng)的電原理圖和導(dǎo)彈主要控制面板在同一個圖形設(shè)計分析平臺上呈現(xiàn)出來，利用虛擬、數(shù)學(xué)建模、仿真技術(shù)的手段再現(xiàn)整個導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)部分，然后針對可能存在隱患的位置分析導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)的故障模式，可以先劃定故障范圍，然后確定故障模式下導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)內(nèi)外部定性與內(nèi)外定量表現(xiàn)，整合所有參數(shù)與數(shù)據(jù)后利用現(xiàn)代虛擬測試得到準(zhǔn)確的故障定位，從而確定診斷對象，對導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)量檢測和維修服務(wù)。一般認(rèn)為虛擬測試技術(shù)分為三個模塊分別是虛擬設(shè)備模塊、虛擬測試模塊和故障診斷模塊。每個模塊各司其職，相輔相成，簡單分析一下各個組成模塊的功能。首先虛擬設(shè)備模塊是指將被測對象通過現(xiàn)代化圖形建模技術(shù)虛擬化處理，然后將處理后的電氣系統(tǒng)呈現(xiàn)在一個圖形設(shè)計分析平臺上，在該平臺上能真實客觀地反映導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)的各個模塊，像電原理圖、控制面板、操作動作、實時現(xiàn)象等。其次是虛擬測試模塊，該模塊的功能是在數(shù)學(xué)建模和仿真技術(shù)的幫助下，對虛擬平臺中的視圖進(jìn)行模擬操作，然后分析導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)在各種刺激狀態(tài)下各部分結(jié)構(gòu)的性能與質(zhì)量，記錄變化參數(shù)，形成故障模式數(shù)據(jù)庫。再次，故障診斷模塊，當(dāng)前兩部結(jié)束后我們已經(jīng)能得到相應(yīng)的虛擬測試信息，這時通過數(shù)學(xué)算法確定導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)可能存在的故障，并有針對性的診斷與定位，提出改良維修策略。整體虛擬測試技術(shù)的功能模塊工作原理如圖1所示。

圖1 基于虛擬測試的故障診斷系統(tǒng)原理圖

3 導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)圖形化建模

導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)主要由不同的電子設(shè)備組成，各個設(shè)備之間相互依存，通過現(xiàn)代化的自動計數(shù)形成可控的智能化導(dǎo)彈電氣控制系統(tǒng)。一般我們會將電氣系統(tǒng)分為三個層次，分別是隔斷層、通信層和控制層。隔斷層主要指在導(dǎo)彈裝置中實現(xiàn)信息號控制和線路測量的裝置；通信層主要指安裝各種通信設(shè)備促進(jìn)導(dǎo)彈各部分?jǐn)?shù)據(jù)聯(lián)系和設(shè)備數(shù)據(jù)共享；控制層是指需要形成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，并對各個子系統(tǒng)進(jìn)行單獨管理。為了保證導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行，一般會定期養(yǎng)護(hù)與維修。而電系系統(tǒng)圖形化建模是實現(xiàn)電氣設(shè)備虛擬測試的基礎(chǔ)，因此，首先要將電氣系統(tǒng)中的電原理圖和各種電子元件進(jìn)行建模，然后利用電子仿真圖形可視化輸入技術(shù)實現(xiàn)建模。按照以往導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)圖形化建模的標(biāo)準(zhǔn)來看，有兩種圖形可視化輸入技術(shù)，一種是利用電子設(shè)計自動化軟件protel作為導(dǎo)彈電子元件電原理仿真圖形可視化輸入系統(tǒng)，利用該軟件整合導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)的各項資料，并錄入待分析的導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)電原理圖，然后根據(jù)錄入的信息生成電氣系統(tǒng)各個部分的拓?fù)溥B接關(guān)系，這樣導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)的基本資料就能通過仿真技術(shù)基本還原，工程師就能便捷的通過仿真圖形建模對電氣系統(tǒng)進(jìn)行測試。另一種是當(dāng)前國際流行的EDA軟件的設(shè)計思想，這種圖形化建模比第一種操作上簡便一些，但是理論層次更為復(fù)雜，因為這種人們自主研發(fā)的導(dǎo)彈電子元件電原理仿真圖形可視化輸入輸出系統(tǒng)，它在建設(shè)研發(fā)之處就直接針對導(dǎo)彈電原理圖的特點進(jìn)行開發(fā)，并在不斷實踐中已經(jīng)成功研制了一個導(dǎo)彈專用的圖形仿真設(shè)計分析平臺，這樣對導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)各項信息的錄入就更加便捷，對各項參數(shù)的分析也更直觀。這兩種電氣系統(tǒng)圖形化建模各有優(yōu)點，一般在二次開發(fā)的基礎(chǔ)上會將這兩種方案結(jié)合使用，首先利用第二種方法生成一個電原理圖，然后利用pro?tel軟件錄入系統(tǒng)，然后依據(jù)仿真技術(shù)實現(xiàn)電氣系統(tǒng)的建模化處理。除此之外針對導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)的圖形化建模還需要考慮控制面板和人工操作方面的問題，因為關(guān)于圖形化仿真建模的設(shè)計需要通過虛擬面板和虛擬控制臺的幫助，這種映射關(guān)系如果處理不當(dāng)就不能生成有效信息展現(xiàn)給用戶，這樣電氣系統(tǒng)圖形化建模就失去了可視化的價值。另外，有時會遇到特殊情況，需要對導(dǎo)彈電氣化系統(tǒng)進(jìn)行在線故障診斷或者遠(yuǎn)程故障診斷，這時據(jù)需要設(shè)計系統(tǒng)具備強(qiáng)大的監(jiān)視功能，利用移動端或者攝像頭等現(xiàn)代化工具采集控制面板或者指示燈現(xiàn)象作為現(xiàn)場信息處理，然后將采集到的影像現(xiàn)場圖形化處理，這樣就能將遠(yuǎn)程的信息轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場的虛擬測試系統(tǒng)故障診斷輸入數(shù)據(jù)，這樣既可以解決當(dāng)前的問題，也可以為后續(xù)故障診斷和解決奠定基礎(chǔ)。

4 導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)虛擬測試

導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)圖形化建模完成后就可以開展虛擬測試的工作，利用虛擬系統(tǒng)把已經(jīng)定性、定量的仿真圖形相結(jié)合，在假定的各種外界激勵條件和故障狀態(tài)下確定電氣系統(tǒng)的各個元件的工作狀態(tài)，以及觀察電氣系統(tǒng)中各個連接點的定量變化狀態(tài)，比如記錄電氣設(shè)備的電壓值、電流值、設(shè)備的工作狀態(tài)是否符合標(biāo)準(zhǔn)等，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行電氣系統(tǒng)的虛擬化測試。虛擬化測試的過程中，虛擬測試技術(shù)會在仿真測試與正常測試中調(diào)節(jié)面板，也可以在可視化的電原理圖上直接設(shè)置電氣系統(tǒng)不同區(qū)域的故障模式，以此確定電氣系統(tǒng)在各種條件下的參數(shù)變化和最容易受影響的部分，這時，對虛擬仿真系統(tǒng)的構(gòu)建就能通過電原理仿真電氣設(shè)備的分析平臺所展示，這時虛擬測試平臺的總體框架已經(jīng)完成構(gòu)建了。導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)虛擬測試的整體框架如圖2所示。

圖2 導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)虛擬測試總體框架圖

5 導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)故障診斷與定位

前兩步完成后就能對導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷與定位了，并可以根據(jù)實際情況提出改良完善維修策略。首先圖形化建模與虛擬測試結(jié)束后，我們能得到整個導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)的電原理圖和在不同刺激下各個工作元件的作業(yè)狀態(tài)，記憶全部節(jié)點的電壓值和支路的電流值，這些信息非常系統(tǒng)，也就是說對導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷與定位時已經(jīng)生成了整體可視化的虛擬系統(tǒng)，能夠根據(jù)不同的需要調(diào)整各個節(jié)點的電子設(shè)備信息。為了能更精準(zhǔn)地實現(xiàn)導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)故障診斷與定位，可結(jié)合該導(dǎo)彈電氣設(shè)備的臨時狀態(tài)參考不同形成故障的模式庫作為信息輸入樣本進(jìn)行采樣，這樣通過一定的數(shù)據(jù)處理就能對合理條件電氣系統(tǒng)中的各項參數(shù)，把冗余的去掉，把需要的歸一處理，然后利用不同的分類法在不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聚變故障模式匹配，這時工作人員就能對故障進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，并根據(jù)實際情況解決問題。如圖3所示，圖表中每一行表示一個不同故障樣本，在這樣的編號下設(shè)定的某個元件的故障模式會更有仿真價值，利用這種方式采集的樣本會更加真實，比如某些指示燈的狀態(tài)和幾個不同的節(jié)點的電壓值情況，這些信息都是可變量，通過大量舉例分析就能建立不同故障模式樣本，以此設(shè)計不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，就能確定導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)的故障診斷與定位，為之后的整修打下基礎(chǔ)。

圖3 故障模式樣本

6 結(jié)語

綜上，我們對導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)在虛擬測試技術(shù)下的故障診斷與定位有了初步認(rèn)識，導(dǎo)彈作為一種實用性很高的武器，在研發(fā)建設(shè)中有成本高、服役時間短且實裝操作少的特性，為了讓導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)故障有明確的診斷與定位需要利用虛擬測試技術(shù)建立仿真分析平臺進(jìn)行模擬測試，通過整合大量樣本為導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。這種技術(shù)的研發(fā)與推廣對我國軍事發(fā)展有重大意義，必須引起足夠的重視。