IETM在航电故障诊断系统中的应用

引 言

近10多年来，计算机和网络等信息技术在工业领域广泛深入的应用，使得武器装备产品开发、制造、使用、维护等各有关单位协同工作、实现数据共享成为可能。美国国防部早在20世纪90年代就决定把武器系统采办、研制、设计、制造、培训和维护等环节在内的全寿命周期的技术信息数据统一标准、统一格式，进行计算机集成以方便交换和共享。

武器装备的全寿命过程中应积极推广应用计算机、网络、CAD/CAM、数据库、多媒体、仿真等信息技术，对工程图纸、设计文档和技术手册等技术数据进行电子化，实现顺利交换，并逐步通过网络进行数据集成，实现在网络环境中的技术数据共享。在推进技术文档电子化的工作中，各国国防部和工业界目前普遍推广的是交互式电子技术手册（Interactive Electronic Technical Manual，IETM），即将技术文档和手册的内容存储在CD-ROM光盘上，也可能存放在网络计算机的服务器上，通过台式计算机或便携式计算机查询使用。

IETM管理武器装备产品的全寿命周期产生的各种工程图纸、设计说明书、使用手册、培训手册和维修手册等技术文档和技术资料，已经成为武器装备产品开发的重要组成部分。IETM充分利用了计算机多媒体、数据库和网络等技术的优势，具有表现能力强、容易查询、更新版本、容易远距离传输、多用户能同时阅读或维护等多方面特点。在更改、增加或删除手册中的内容时，与纸张书本型的手册相比，工作量较少，特别是随着电子技术的发展，电子技术手册的成本比较低，有利于降低产品和系统的全寿命费用。

1  IETM的主要功能与基本分类

IETM将内容复杂的操作手册、维修手册等技术信息，按照有关的标准组织管理起来，并以最优化的方式将文字、表格、图像、工程图形、声音、视频、动画等多种信息形式显示在电子屏幕上，并以交互的方式进行查阅，将维修技术人员或系统操作人员所需的信息精确地展现在使用者面前，以加速装备使用和保障活动的实施。先进的IETM还综合了专家系统、人工智能、自动诊断、故障隔离以及培训等其他处理过程，并可嵌入便携式维修辅助装置和自动测试设备中。

IETM从产生到发展至今天的过程中，共大致经历了五个阶段，按照电子技术手册内容存储的体系结构、数据格式、显示方式、实现功能和所依据的标准，通常将电子化技术文档和技术手册分为5个级别，标志着IETM的从低级向高级发展的状况。第1级是最基本、最简单的，而第5级是最先进、最复杂的电子技术手册，见表1。

2 航电故障诊断系统IETM的开发过程

航空电子系统IETM完整的开发过程包括：制定业务规则、确定技术信息粒度、制定数据模块需求列表、编写数据模块、制作插图及其他对象、管理所有信息对象、发布技术信息、交换数据模块等过程，如图1所示。IETM的实施可以分为信息收集、数据处理、提供三个步骤。其主要内容如下：

2.1 技术信息收集

收集建立IETM系统所需的各种原始材料，信息主要来源于设计说明书、工程图纸、故障手册、使用手册等各种技术文档，或取自CAD/CAM生成的工程数据、产品三维模型，或通过图片扫描文字识别等计算机技术，将手册和文档的信息数据数字化。收集的信息应该包括如下几个方面：操作程序，包括各个测试对象的电缆连接、操作顺序、结果记录方式等；维护规程，包括日常保养、定检、排故、保存规程等；电路图和机械图纸；元件表；部件分解图，主要是设备的组成图；故障定位信息，提供有关故障的经验信息，用来实现基于经验的故障定位。

2.2 数据转换

依据数据模块标准，将所收集到的技术信息转换成IETM系统可识别的信息格式，并进行统一编码，存储于数据库中，形成通用资源数据库。即把文档或手册的文本信息划分成许多信息单元，用SGML/XML将数据标注成中立格式，并按特定DTD或Schema结构，存储于数据模块之中；将非文本信息如历史资料、插图等以CGM，JPEG等插图格式存储于单独文件中。所有数据模块、插图等信息对象均被存储在通用数据库之中，以便于信息的检索、重用等管理功能。中性存储器则仅存放本IETM所需要的信息数据，其实现方式并没有特定的要求，可以用文件存储系统、网络服务器、数据库或其他系统形式来担任。

2.3 信息发布

主要任务是根据对发布内容和形式的需求，对通用资源数据库中的数据进行组合和裁剪，定制各种出版物，满足纸介质、台式机、PDA、PMA等不同终端的现实要求，并发布给用户。

2.4 系统界面

系统界面的设计本着简单、快捷、易用、符合一般操作习惯的原则，尽可能满足各级用户的操作要求。操作界面采用标准的Web浏览器窗口，主要包括标题栏和显示区，窗口的顶部是水平标题栏，其上应显示应用程序名、密级、阅读的数据模块代码和标题。显示区至少应包含目录栏、导航栏和内容区。系统设计时，有限的空间提供尽可能多的信息，功能直观，适合各级用户的操作习惯，各主要界面及功能如图2所示。

3  以网络为中心的IETM航电故障诊断系统

本文设计的IETM通过查询被测系统（System Under Test，SUT）的故障诊断流来提供动态诊断，如图3所示。故障诊断流包含有效检测和隔离故障的诊断逻辑，这些诊断逻辑使用XML进行编码。故障检测和隔离任务能够预先定义和存储在一个XML结构中。故障诊断流支持与被测系统进行交互并能够处理内置测试（Build In Test，BIT）返回的数据，从而能够综合来自单个部件的BIT结果数据。这样，整个复杂的集成系统可以通过该IETM系统进行智能化分析。如果预先定义的故障诊断流不能够诊断出某个问题，IETM具有的远程辅助维护的功能允许远程故障诊断工程师与现场的维修技术人员直接进行交互，并能够通过联网计算机与维修技术人员的便携式电子显示设备（Portable Electronic Display Device，PEDD）或者加固计算机进行通信，操作被测系统执行故障诊断任务。

IETM是一个基于网络连接的3层运行模式，即服务器层、中间件层和客户层，服务器层与中间件层、中间件层和客户层之间均为双向连接。服务器层包含系统级数据库和数据库管理软件，能够完成数据的定义、维护、访问与更新，实现数据的存储管理；中间层包括数据访问模型和Web服务器，中间件层从服务器层中提取和保存数据，处理交互式电子技术手册用户的请求，并且把处理结果返回给客户层，客户层是客户端浏览器。

远程故障诊断工程师使用联网的电脑访问网址并请求预先定义的故障流任务。为了访问以XML编码的技术信息的数据库，远程计算机向驻留在维修技术员的PEDD上的中间件层发出一个HTTP请求并且被中间件层的应用程序接收。处于中间件层数据库的应用程序通过传递HTTP请求的参数来获得对存储在网络服务器数据库的具体的故障流XML的访问。

请求的内容通过TCP/IP通信首先到达中间件层。PEDD上的客户层应用程序从中间件层接收到所请求的XML编码故障流，然后与被测系统通信初始化的所有请求诊断的进程。被测系统根据请求的信息响应客户层。所请求的被测系统流程通常是BIT流程，并且XML编码的诊断流可能包含多个BIT流程。被测系统与PEDD通信可以使用标准的通信方式实现，比如RS232、以太网、1553B等等。中间件层等待来自客户层应用程序标志整个诊断处理应用程序的响应。这个结果最终到达远程诊断工程师计算机上。远程诊断工程师可能请求实现存储或者别的特殊的任务。如果故障诊断任务比较特殊，预先定义的故障流无法诊断出该故障的问题，那么不必访问网络服务器的数据库，直接由远程故障诊断工程师通过与维修技术人员交流并能够通过联网计算机与维护技术人员的PEDD进行通信，让被测系统执行故障诊断任务。

以网络为中心的IETM航电故障诊断系统在局域网环境下运行，其硬件平台物理架构如图4所示。服务器存储航电产品电子技术手册数据库。在这个局域网中，经过Web服务器授权的一线维护技术人员或者远程诊断工程师在部署局域网的任意地点、任意时间利用PEDD、加固计算机或者其他与服务器主机相连的终端客户机，通过IETM浏览系统，检索、浏览远程Web服务器上的航电产品技术数据。

4 结 语

IETM能够为维修保障人员提供实时、高效的技术指导和信息支持，有利于提高武器装备的维修保障能力，加强了武器装备的全寿命周期管理。本文在研究了国外IETM发展状况的基础之上，针对航空电子系统维修与维护的技术特点，阐述了开发IETM的主要方法，提出了一种以网络为中心的IETM航电故障诊断系统，有效解决了航电系统维修与维护耗时、费力、时效性差等问题，大大提高了航空电子系统维修与维护的质量与效率，对提高航空保障设备效率具有重要意义。