基于IETM的远程协同故障诊断资源相关研究
1. 引言
IETM（Interactive Electronic Technical Manual，交互式电子技术手册）作为实施CALS 战略的基础和关键技术，是结构化、交互化的装备技术数据的载体，是新型的、重要的数字化保障装备，是与其他保障系统、测试系统、管理系统的接口平台。IETM 可根据用户需要提供故障诊断和查找程序，能够为保障人员提供实时、有效的技术指导和信息支持。远程化、智能化、集成化是IETM 和故障诊断共同的发展方向。远程协同故障诊断的一个重要优势就是可以充分利用分布在异地的诊断资源，从而提高诊断的效率和准确率。从故障诊断的角度来讲，IETM 既是一种诊断资源，又可以作为诊断系统的平台，还可以为远程协同故障诊断提供诊断资源信息。“一次生成，多次使用”是IETM 最重要的理念，鉴于此，进行基于IETM 的远程协同故障诊断资源相关研究，对诊断资源进行动态管理，实现诊断资源的开放、共享与重用具有重要的意义。
2. 远程协同故障诊断所需诊断资源分析
远程协同故障诊断技术的研究和应用分为4 个层次，如图1 所示。每层所需的诊断资源分析如下：
(1) 确定监测内容，主要包括确立监测参数、监测部位及监测方式等方面的内容。这主要取决于故障形式，同时也要考虑被监测对象的结构、工作环境等因素以及现有的测试条件。因此，相关的领域知识是所需的主要诊断资源。
(2) 状态检测，包括信号采集和信号处理两部分。该过程通过对采集得到的信号进行预处理及分析，包括滤波、异常数据的剔除以及各种分析算法等，提取特征信息，从而判断装备的运行状态。因此，所需的诊断资源主要包括各种传感器、监测系统、信号处理仪器等软硬件资源。
(3) 故障诊断，包括诊断任务分解和协同诊断。任务分解就是依据装备的层次结构，按照相关性最小的原则将复杂诊断任务分解成几个相对独立的子任务，从而提高诊断效率。协同诊断就是调用分布在异地的诊断资源，诊断出装备的故障类型、故障部位、故障程度和故障原因。因此诊断资源主要包括监测与分析技术，信号分析手段，如时域分析、频域分析、过程参数分析以及数据库、神经网络、专家系统、模糊诊断等诊断方法，以及各种分析工具和软件等。
(4) 诊断决策，包括决策融合和趋势预报。诊断任务分解后，相应返回的是利用自身知识得到的各自诊断问题的局部解，最终需通过信息融合将局部解映射为全局解，从而减小或消除全局问题的不确定性。趋势预报即是对装备未来运行状态趋势进行预测，为维修保障提供依据。该环节是对各种诊断资源的综合运用。
从上述分析来看，远程协同故障诊断过程每一个环节都需要各种诊断资源的充分参与。网络环境下的诊断资源具有分布性、多样性、异构性、动态性等特点，如何分类、管理诊断资源，是实现资源节点的优化调度，提高诊断性能的前提。
3. IETM 数据模块涵盖的诊断资源
远程协同故障诊断是一门多学科交叉的科学，它涉及了大量的方法、技术、知识、信息等。IETM 管理着装备全面、权威、系统的资料，并且其具有良好的可扩展性，可以将各种行之有效的方法、技术嵌入进来，并能够与外部系统集成。因此，将IETM 与远程协同故障诊断技术结合起来，能够更好地发挥IETM的优势，提高远程协同故障诊断的能力。
数据模块是由装备或其部件的描述、程序、操作数据组成的独立信息单元。其由状态标识段和内容段两部分组成。状态标识段包括标识信息和状态信息，如数据模块代码、版本号、密级等，用于在公共源数据库中有效地管理数据模块；内容段主要包括与装备相关的技术数据。数据模块结构如图2 所示。
随着 S1000D 标准的不断发展，最新的4.0 版本中含有描述性信息模块、程序性信息模块、故障信息模块等17 种数据模块。在这些数据模块的内容段中含有与诊断有关的领域知识，同时也提供了较完整的诊断资源信息。故障信息模块主要用于描述装备的故障现象、故障诊断、故障定位方法等信息，分为故障报告信息和故障隔离信息两部分。在故障隔离信息中含有准备工作<preliminaryRqmts>子元素，如图3 所示。该子元素由所需条件<reqCondGroup> 、所需人员<reqPersons>、参考信息<reqTechInfoGroup>、保障设备<reqSupportEquips> 、耗材<reqSupplies> 、备件<reqSpares>和安全条件<reqSafety>等组成，可以提供故障诊断所需诊断资源的详细信息，包括设备名称、型号、数量、诊断能力等信息。维修人员可以根据IETM提供的诊断资源信息快速、准确地寻找需要的各种诊断资源。
4. 网格环境下基于IETM 的远程协同故障诊断系统体系结构
网格技术将高速互联网、高性能计算机、大型数据库、传感器、远程设备等融为一体，实现计算资源、存储资源、信息资源、知识资源等的全面共享，消除信息鸿沟和资源孤岛。为了适应未来信息化条件下战争的需要，建立一个网格环境下基于IETM 的远程协同故障诊断服务平台，将网格的深层资源共享思想应用于基于IETM 的远程协同故障诊断系统。运用网格技术将院校、科研院所、总部机构或企业、个人连接在一起，构建一个大型、分布、异构的集成系统，实现分布式诊断资源的重组调用、协同工作、按需服务。该系统的体系结构如图4 所示。
从系统的需求和网格的层次结构上来看，整个系统分为网格入口层、Web 服务层、网格应用层、网格使能层、网格中间件层、分布式资源封装层。上面四层属于基于IETM 的远程协同故障诊断子系统，下面两层为网格支持子系统。
网格入口层：IETM 具有良好的交互性和互操作性，将多种资源的个性化信息及系统各项功能显示在IETM 的人机交互界面中，用户通过该界面进入网格系统，选择相应的服务并提交任务，最终得到所需的技术资料信息、诊断结果、维修方案等。
Web 服务层：远程协同诊断系统通过Web 服务的形式向网格用户提供服务。用户通过统URL 向Web服务器发送Http 请求，并由Web 浏览器引入系统工作界面，网格应用层接受来自于Web 服务层的请求，完成相关的任务请求，Web 服务层将故障分析结果及维修建议组织成HTML 页面，返回到IETM 人机交互界面上，供用户浏览下载。
网格应用层：针对业务系统中的应用场景开发集成化的应用环境，提供用户注册服务、作业提交、诊断任务协同分析、可视化资源管理等功能等模块，在这些模块的支持下，用户可以非常方便地利用网格中的诊断服务来完成复杂的应用，使整个系统成为一个有机的协同工作整体。
网格使能层：体现远程协同故障诊断的领域特征，其中包含在网格基础中间件基础上针对远程协同诊断领域开发的一些专业服务，用于共同支撑该网格中的应用。其中包括任务分解与调度，广义知识库管理、资源管理等等。
网格中间件层：本层用于构建网格应用所需的基本服务，采用国际上较成熟的Globus Toolkit 4.0 中间件为基础，部署MDS4，GridFTP，GRAM，UDDI，OGSA-DAI 等核心服务为基础构建底层支撑环境，提供作业管理、资源调度、数据传输、异构数据传输等网格的核心支撑功能，解决资源异构性问题，实现对各种资源的一致访问，以及它们之间的相互协作。
分布式资源封装层：将分散在客户、制造商、研究单位的诊断资源封装成服务，按照WSRF（Web Service Resource Framework,网页服务资源框架）规范注册到网格服务注册中心(UDDI)，构造网格资源层。
5 诊断资源的分类与封装
5.1 诊断资源的概念和特点
故障诊断资源指所有能够辅助维修保障人员进行故障诊断和问题求解的各种资源，包括计算机硬件、计算机软件（如诊断专家系统、数据分析软件等）、诊断设备和仪器、人类资源（如相关领域诊断专家、诊断技术人员及其所拥有的知识等）。随着网格技术应用到远程协同故障诊断，诊断资源将更为丰富、可用性更高、管理也更为方便高效。网格资源可以包括计算机、数据库、仪器设备、信息服务等范围极其广泛的内容，从超大型的仪器设备到一个简单的文本存档资源都可能是网格的共享目标。总体来讲网格环境下故障诊断资源具有以下特点：分布性、异构性、自治性、动态性、共享性、资源的二分性。
鉴于故障诊断中资源管理者的自治性、故障诊断网格资源本身的异构性和分布性、故障诊断资源动态变化等特点，如何对诊断资源进行科学的分类、有效的管理和使用，使资源更好的为诊断服务成为诊断资源共享有待解决的重要的问题。
5.2 诊断资源的分类
对诊断资源进行合理的分类是资源管理所必要的前提。针对诊断资源繁多、复杂、多元、异构等特性，采用一种基于服务内容的故障诊断资源的分类方法。该方法根据资源在具体的故障诊断过程中所提供的服务类别不同进行分类，将资源和其提供的诊断服务相联系，为资源的服务化封装提供清晰的服务-资源关联。将诊断资源分为计算服务、信息服务、设备服务、数据服务、知识服务等5 类资源。故障诊断资源分类如图5 所示。
5.3 诊断资源的封装
网格是网格服务的集合，网格中的诊断资源必须以服务的方式进行访问，因此需要对资源进行封装，其目的是隐藏物理资源的内部信息，只提供对外访问的、满足资源共享服务的资源信息。诊断资源服务化封装模型框架如图6 所示。
根据诊断资源特点，诊断资源封装主要包括以下内容：
（1）物理资源的抽象化，实现对物理资源的逻辑抽象；
（2）逻辑资源的描述及其共享接口的定义，实现逻辑资源的对外部访问所提供的接口，如获取资源属性、资源属性的更新、资源状态通知等；
（3）服务描述，服务与逻辑资源的绑定，实现服务与逻辑资源的一对一，一对多，多对一以及多对多的关联；
（4）逻辑资源与物理资源的关联；
（5）诊断服务部属，将抽象为诊断服务的逻辑诊断资源部署到相应的网格节点实现资源共享。
6. 结束语
未来信息化条件下的战争必然为体系与体系之间的对抗，网格环境下基于IETM 的远程协同故障诊断系统可对武器装备技术保障资料和相关维修保障信息进行有效管理，充分共享分布在异地的诊断资源，提高诊断效率和准确性，并能为维修保障提供及时准确方便直观的技术支持，从而提高装备保障能力和战备能力，充分发挥武器装备的效能，最终增强基于信息系统体系作战的装备保障能力。
