電子對抗裝備維修指導信息系統的研究*

王昌寶 劉志斌 畢洋艦

(1.電子工程學院 合肥 230037)(2.91428部隊 余姚 315456)(3.95865部隊 北京 102218)

電子對抗裝備維修指導信息系統的研究*

王昌寶1劉志斌2畢洋艦3

(1.電子工程學院 合肥 230037)(2.91428部隊 余姚 315456)(3.95865部隊 北京 102218)

針對電子對抗裝備維修指導信息量多,維修人員對裝備維修存在工作強度和工作難度大問題,在維修指導信息分析的基礎上,建立了維修指導信息系統結構模型,研究了維修指導信息系統關鍵技術。該系統有助于指導維修人員對電子對抗裝備故障的分析、判斷、處理及定位,提高電子對抗裝備維修保障效率,增強電子對抗裝備維修保障能力。

電子對抗裝備; 維修指導; 信息系統

1 引言

隨著裝備種類、數量的增加,裝備技術的日益復雜,電子對抗裝備的維修保障的工作強度和工作難度也不斷增加,在裝備維修保障人員編制不斷壓縮,保障人員素質難于滿足裝備保障工作需要的情況下,要提升裝備保障水平,做到平戰統一,就必須研究新時期裝備維修保障的規律及特點,探索現代技術條件下裝備保障的新方法、新思路[1]。在總的維修保障架構下,應用信息技術、網絡技術、計算機技術以及數據庫技術的優勢,實現維修保障資源的綜合利用。因此,開展裝備維修指導信息系統研究,對提高裝備維修保障效能、為機關領導及時提供裝備維修保障決策、增強戰時裝備綜合保障能力等,具有重要的現實意義。

2 電子對抗裝備維修指導信息分析

裝備維修指導顧名思義就是利用各種裝備技術情報資料對裝備維修保障工作中可能遇到的各種問題,從法律、法規、操作規范、操作流程、業務等角度提供及時準確的技術支持,并告訴具體問題的解決方法。

電子對抗裝備維修指導信息是一切有關電子對抗裝備維修活動的現象和事實,包括利用語言、文字、符號、圖紙加工整理出來有關維修活動的數據、公式、資料、指令等,它含有一定內容的信號、代碼、文件、規章制度、理論和概念等[2]。

電子對抗裝備維修指導信息具有多種特點,首先,電子對抗裝備維修指導信息內容廣泛,如技術說明書、維修規程、技術條件、工藝、圖紙、技術通報以及各種維修參考數據、裝備技術狀況、故障檢測、維修人員技術力量、儀器儀表、場地設施、備品備件、修理價格、質量和消耗等。其次,裝備維修指導信息類型是多種多樣的,包括設備信息,如裝備、儀器儀表等；結構信息,如連接關系、接口關系、單元板位置圖、接插件等；資料信息,如電路圖、隨機說明書、歷史維修記錄等；信號信息,如信號樣式、波形、頻譜、參考數據；管理信息,如裝備技術狀況、場地設施、技術人員等。再次,裝備維修指導信息有些抽象且不直觀,如信號的頻率、帶寬、幅度等,這些信息隱含在裝備具體電路的信號中,不借助儀器儀表,難以直觀地表現出來。以上信息雜而散,沒有統一的結構標準,缺乏有效的圖表、圖形、曲線的信息表示,缺乏裝備維修信息的指導作用,維修信息可讀性差,維修人員難以全局地掌握裝備維修保障中的狀態、過程和元素等。這些無疑為裝備維修保障工作增添了難度。設計裝備維修指導信息系統,可以降低維修人員對維修信息管理、理解和利用的要求,有利于網絡傳輸,提高維修信息使用效率和利用率,使裝備維修保障工作更加方便和高效。

3 維修指導信息系統功能需求

要使所設計的系統滿足裝備保障工作需求,首先必須要有裝備技術情報作為支撐,同時還要能夠對維修保障工作進行指導。具體地說,電子對抗裝備維修指導信息系統主要有以下功能需求：

1) 信息資料提供。信息資料主要有裝備構造原理、裝備修理技術規程、配套圖紙、裝備法規制度(國、軍標)、裝備技術保障信息(設備、人員、器材、保障能力)、裝備履歷、數量、質量情況等。

2) 信息獲取并可視化顯示。在裝備維修保障中,信息獲取不僅獲取不曾擁有的信息,而且包括雖然擁有但由于認知、理解或環境條件的限制無法“獲取”的信息。信息系統則可幫助維修人員克服閱讀、認知或理解障礙的重要手段,是信息獲取的重要方式[3]。可視化是利用人們對可視信息的快速識別的自然能力,達到快速理解、消化信息或數據的目的。

3) 信息分析。信息可以用圖像、曲線、二維圖形、三維體和動畫來顯示,并可對其模式和相互關系進行分析。不僅能夠得到計算結果,而且知道在計算過程中發生了什么現象,并可改變參數,觀察其影響,對計算過程實現引導和控制。通過信息可視化方法,從已有信息中發現隱性內容,發現隱藏在信息內部的特征和規律。

4) 人與信息的交互。主要包括維修經驗交流論壇、遠程教學和在線學習等。人與信息之間良好的互動離不開人們主動思考和進一步的反饋,在這個過程中,維修人員與信息、視覺界面形成了一個良性循環的關系網,增強信息傳達的有效性。

5) 維修指導。實施裝備維修視頻語音專家指導,幫助排除裝備故障。裝備維修指導的方式有：在線實時維修指導、離線反饋維修指導以及多媒體教學維修指導。

6) 系統功能。系統能夠適于多種流行操作系統平臺,能夠方便、安全地實現各層次間的信息交換和管理,具有友好、方便的人機交互界面,操作方便、維護簡單、運行穩定可靠,數據的導入導出等。

4 維修指導信息系統結構模型

電子對抗裝備維修指導信息系統主要由九個模塊組成,如圖1所示。

圖1 維修指導信息系統結構模型

· 系統控制與管理模塊：主要包括控制程序執行方向,數據的導入導出,數據備份,日志管理,系統容錯等。

· 維修信息管理模塊：主要包括裝備工作原理,配套圖紙,裝備法規制度(國、軍標),裝備技術、使用、維修說明書,裝備履歷、數、質量情況,裝備技術狀況,歷史故障維修記錄,維修人員技術狀況等。

· 信息分析與處理模塊：包括圖像、曲線、二維圖形、三維體和動畫顯示,信息的計算、分類、排序以及從已有信息中發現隱性內容等。

· 裝備管理模塊/維修設備管理模塊：具有對裝備(通信對抗裝備、雷達對抗裝備、光電對抗裝備等)或設備(維修專用設備、儀器儀表等)信息的查詢、添加、修改、刪除、瀏覽、打印、更新等功能。

· 用戶管理模塊：查詢用戶的基本信息；對用戶的基本信息進行修改、刪除等操作；更新用戶的基本信息。

· 維修指導模塊：查詢發生故障裝備基本信息；對故障裝備按故障診斷流程進行分析操作；對故障裝備的維修應參考維修案例[4]；對己經分析完故障的裝備按維修流程進行維修管理操作。

· 訓練考核模塊：針對不同的裝備,對故障維修的思路、程序和方法等內容進行訓練；對訓練效果進行成績評定。

· 網絡交流園地模塊：提供咨詢室進行交互式維修咨詢,交流維修的心得體會和維修經驗,以進一步提高維修技能；還可通過論壇對維修工作中所遇到的難題,不甚理解的地方進行咨詢和答疑。

5 部分關鍵技術

5.1 裝備維修指導信息檢索可視化

可視化對象的抽取及虛擬結構的構造是信息檢索可視化的基礎,如果從不同的檢索需求角度實現多層次的檢索結果,就需有效抽取合適的可視化對象。維修信息檢索需要分析數據集的內部特點(語義結構、鏈接關系、引用關系等),抽取出結構化信息(如鏈接、引用關系)、上下文信息、元數據(文件大小)、使用信息(如瀏覽順序、操作)及語義信息(領域、關鍵詞、摘要、標題等)等,為選擇合適的可視化隱喻形式提供依據。電子對抗裝備維修指導信息檢索有以下五類可視化的對象[5]：

1) 檢索式：關鍵詞數量、關鍵詞本身、檢索詞間的操作符(如布爾邏輯符、排除、包括等)、詞干、其它同義詞等。

2) 檢索結果：結果本身、結果在列表中的排序、類型,標題、摘要、引用文獻的標題、關鍵詞所在位置鄰近的詞、返回結果數量等。

3) 信息內容：信息類型(文本、圖片、音頻、PDF文檔等)、文件大小、關鍵詞在文檔中的位置、創建者或作者、最后修改日期等。

4) 頁面的結構：信息文件的位置(如圖片在頁面的位置)、內部鏈接數、外部鏈接數等。

5) 操作性信息：頁面瀏覽順序、頁面瀏覽時間等。

圖2 裝備故障診斷維修指導操作界面流程

根據可視化對象及對象間的關系構造虛擬結構。所謂虛擬結構是指原始數據中本身并不存在,需要借助一定的抽取、分析方法加以抽象產生。虛擬結構往往可以幫助發現隱藏在數據中的規律及關聯信息(如相似度、含有相同關鍵詞的文檔)。傳統的信息檢索是通過將檢索式轉換成查詢向量與文檔向量進行簡單的詞匯匹配,計算出檢索式與文檔間的相似度,將相似度達到一定的閾值的文檔作為檢索結果返回,對結果文檔與結果文檔間的相似度并沒有揭示。而信息檢索可視化要實現對大文檔集的可視化描述,則需要對文檔與文檔間的相似度進行揭示,這是可視化顯示形式與基于文本顯示的重要區別所在。要在二維空間中顯示出文檔間的相似度,需要對高維文檔空間降維,目前所采用的降維方法多是借鑒了科學可視化中的數學方法,如利用多維擴展分析構造概念地圖[6]、利用潛在語義分析來實現信息可視化的降維[7]等。

5.2 裝備故障診斷維修指導

進行電子對抗裝備故障診斷時,首先查詢故障裝備(通信對抗裝備、雷達對抗裝備、光電對抗裝備等)的類型,根據查詢條件,查詢是否存在該裝備類型的故障歷史信息。接下來輸入故障現象,在該裝備類型的故障歷史信息中,查詢是否存在與故障現象相同或類似的故障診斷維修記錄,若不存在則重新提交查詢條件查詢；若存在則可視化地顯示該裝備類型已有的基于故障現象的故障診斷歷史案例。以此案例作為維修指導[8],查詢裝備故障的原因及分析,維修的解決思路,檢修流程,解決方法,修理的故障部位,更換的故障器件以及用到的儀器儀表工具等等[9～10]。按照系統給出的維修指導,進行裝備維修。裝備故障診斷維修指導操作界面流程如圖2所示。

若沒有該裝備基于故障現象的故障診斷歷史案例,則重新提交裝備查詢條件,繼續其他條件查詢,也可以采用在線實時維修指導等方法,實施裝備維修。

5.3 在線實時維修指導

前面已經提到了三種維修指導的方式,分別是在線實時維修指導、離線反饋維修指導、多媒體教學維修指導。而這三種維修指導的方式當中又以在線實時維修指導方法研究最為復雜,軟件硬件要求都比較高。下面以在線實時維修指導為例,闡述該模塊的設計。

在線實時維修指導模塊的體系結構模型分兩層來實現,客戶端Client層和服務器端Server層,其結構模型如圖3所示。

圖3 在線實時維修指導模塊的體系結構模型

第一層客戶端與服務器端的服務器建立TCP/IP連接。第二層服務器負責向視頻會議室中用戶發送控制信息并接收來自客戶端的反饋信息。同時,服務器提供會議室的設置參數等狀態信息,負責接收和轉發來自客戶端的音、視頻流,從而實現音、視頻傳輸的功能。

在圖3結構模型的基礎上,設計在線實時維修指導操作流程[11]。維修指導專家和維修工作人員的操作界面流程分別如圖4和圖5所示。

圖4 維修工作人員界面流程圖

圖5 維修指導專家界面流程圖

6 結語

系統從裝備維修指導的角度出發,對電子對抗裝備維修的各個方面加以管理控制,采用計算機技術、網絡技術、信息化技術、數據庫技術,建立了裝備維修指導信息系統。能夠有效地完成裝備維修的日常作業,可對裝備維修工作提供快速高效的技術指導,實現了裝備維修信息化支持。系統用現代信息技術整合和規范裝備保障資源,提高各級主管機關和領導宏觀控制及決策能力,做到資源共享,優勢互補,充分利用現有資源(技術資源、維修保障資源、信息資源)來武裝維修保障隊伍,有效地節約保障能力形成成本,縮短保障能力形成周期,提高裝備維修保障效益,從而從根本上提高我軍的裝備維修保障能力。

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[3] 王鴻玲,糜玉林.信息可視化技術在軍事中的應用[J]. 艦船電子工程,2008,28(3):40-42.

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[9] 朱大奇.電子設備故障診斷原理與實踐[M].北京:電子工業出版社,2004.

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[11] 姚帆.裝備維修指導信息系統設計與實現[D].長沙:國防科學技術大學,2007:22-23.

Research of Maintenance Guidance Information System for Electric Countermeasure Equipments

WANG Changbao1LIU Zhibin2BI Yangjian3

(1. Electronic Engineering Instutute of PLA, Hefei 230037)(2. No. 91428 Troops of PLA, Yuyao 315456)(3. No. 95865 Troops of PLA, Beijing 315456)

In the maintenance of electric countermeasure equipments, there are lots of maintenance guidance information and great amount of working strength, working difficulties on the part of the maintenance personnel. On the basis of analyzing maintenance guidance information, a system model is established and the system key technology is researched. This system helps to guide maintenance personnel to analyze, judge, handle and position the trouble in the electric countermeasure equipments, thereby greatly enhancing the security efficiency and the support capacity.

electric countermeasure equipment, maintenance guidance, information system

TP391

2016年9月4日,

2016年10月21日

王昌寶,男,副教授,研究方向:通信對抗新技術,裝備故障診斷技術。劉志斌,男,碩士,工程師,研究方向:電子對抗裝備維護保障。畢洋艦,男,碩士,工程師,研究方向:電子對抗裝備的維護與保障。

TP391

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.03.002