基于交互式電子故障診斷手冊的機器可讀層級驗證工具研究

李顏若玥 李文文

摘 要：針對機器可讀標(biāo)準(zhǔn)層級驗證的需求，以交互式電子故障診斷手冊為例，對其進(jìn)行機器可讀層級及特征分析，在此基礎(chǔ)上提出了基于交互式電子故障診斷手冊的機器可讀層級驗證測試系統(tǒng)的功能需求，設(shè)計并開發(fā)了驗證工具功能模塊，選取特定交互式電子故障診斷手冊進(jìn)行了驗證工具的應(yīng)用。相關(guān)研究方法和成果可應(yīng)用于交互式電子故障診斷手冊的機器可讀層級驗證，可為其他新型標(biāo)準(zhǔn)的機器可讀層級驗證提供參考。

關(guān)鍵詞：交互式電子故障診斷手冊，機器可讀層級，驗證工具

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2024.06.012

0 引 言

隨著國家標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化進(jìn)程的推進(jìn)，機器可讀標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展逐漸深入。機器可讀標(biāo)準(zhǔn)是一種新型標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)具備數(shù)字化形態(tài)，結(jié)構(gòu)化程度高，互操作能力強，可擴展性強，使得機器可以對標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容進(jìn)行識別、執(zhí)行、決策等。標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容從傳統(tǒng)的文字實現(xiàn)方式轉(zhuǎn)變?yōu)闄C器可讀方式，是標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)代化發(fā)展的大勢所趨[1]。

2019年，ISO提出了機器可讀標(biāo)準(zhǔn)分級模型的發(fā)展階段劃分，并在研究和實踐應(yīng)用不斷推進(jìn)的基礎(chǔ)上，對于相關(guān)內(nèi)容的定義和表述也進(jìn)行了優(yōu)化[2]。國際上普遍都采取這種分級模型。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容與機器的交互程度，將其劃分為5個發(fā)展階段[3，4]。以ISO的分級模型為基礎(chǔ)，在前期研究中，本團隊對機器可識別、機器可執(zhí)行、機器可決策3個等級進(jìn)行了研究，構(gòu)建了機器可讀等級概念模型，建立了等級評價指標(biāo)體系。目前雖然研究了機器可讀標(biāo)準(zhǔn)可識別、可執(zhí)行和可決策的3個層級，不同層級的劃分及其指標(biāo)體系概念模型，但是由于越向智能化層級發(fā)展，機器可讀標(biāo)準(zhǔn)的表現(xiàn)形式將越發(fā)個性化、定制化，對于機器可讀層級的評價及驗證就更需要在指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，根據(jù)特定的對象實行特定的實踐。

國家標(biāo)準(zhǔn)計劃《數(shù)字化電氣文件編制 第1部分：交互式電子故障診斷手冊》[5]提出了交互式電子故障診斷手冊的相關(guān)要求。由于交互式電子故障診斷手冊具備機器可識別、可執(zhí)行和可決策的特性，本文選取其為研究對象。以交互式電子故障診斷手冊機器可讀層級的驗證為目標(biāo)，首先介紹了交互式電子故障診斷手冊的含義，與傳統(tǒng)故障診斷手冊的區(qū)別。并對交互式電子故障診斷手冊進(jìn)行分析，研究其機器可讀層級及對應(yīng)的特征，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了針對性的驗證工具，用于進(jìn)行交互式電子故障診斷手冊的機器可讀層級驗證。所采取的驗證方法和策略可以為后續(xù)其他新型標(biāo)準(zhǔn)的機器可讀層級驗證提供參考。

1 交互式電子故障診斷手冊介紹

故障診斷手冊[6 ]是介紹和描述產(chǎn)品使用過程中可能出現(xiàn)的故障，并對這些故障的排查、診斷提供一套快速的診斷流程，以便于維修人員能夠快速、準(zhǔn)確地定位故障，查找故障原因，并在最短時間內(nèi)排除故障。傳統(tǒng)的故障診斷手冊需要維修人員根據(jù)實際發(fā)生的現(xiàn)象，對照故障手冊，人工進(jìn)行搜索和選擇，再根據(jù)故障手冊的提示逐步進(jìn)行故障的定位和排查。

一方面，由于技術(shù)、工藝、材料等的不斷進(jìn)步，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，故障診斷難度逐步增加。傳統(tǒng)故障診斷手冊在應(yīng)用過程中出現(xiàn)體積龐大、機動性差、數(shù)量巨大、效率低下等問題。另一方面，隨著數(shù)字化進(jìn)程的推進(jìn)，要求在整個過程中機器的參與度逐步提升，在最大限度內(nèi)減少人力的消耗，人員僅在必須且關(guān)鍵的點位介入。在此前提下，中機生產(chǎn)力促進(jìn)中心[5 ]提出了國家標(biāo)準(zhǔn)計劃《數(shù)字化電氣文件編制 第1部分：交互式電子故障診斷手冊》，該標(biāo)準(zhǔn)將規(guī)定交互式電子故障診斷手冊的編寫基本要求、編寫內(nèi)容要求、故障診斷方案、故障診斷步驟及手冊發(fā)布要求等，以使得交互式電子故障手冊的編制、發(fā)布和使用實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。

交互式電子故障診斷手冊采用信息技術(shù)的手段，以產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫、故障信息數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用結(jié)構(gòu)化、模塊化的編制技術(shù)，開發(fā)的故障診斷手冊有助于提高故障診斷效率，減少誤判斷，縮短故障排除時間。交互式電子故障診斷手冊是以計算機軟件的形式發(fā)揮效用。將其部署在計算機系統(tǒng)上，當(dāng)故障發(fā)生后，通過傳感器檢測，并發(fā)送故障代碼信息，交互式電子故障診斷手冊系統(tǒng)接收相關(guān)信息后，調(diào)取相關(guān)診斷信息，與人員進(jìn)行交互，引導(dǎo)維修人員的故障診斷和排除工作。交互式電子故障診斷手冊克服了傳統(tǒng)紙質(zhì)或開放數(shù)據(jù)格式故障診斷手冊在使用中的不足。

2 交互式電子故障診斷手冊的機器可讀層級及特征

為實現(xiàn)交互式電子故障診斷手冊機器可讀層級驗證的目的，首先需要對其機器可讀層級及相應(yīng)層級特征進(jìn)行研究分析，提取驗證要點，為后續(xù)驗證工具的開發(fā)提供需求輸入。本文結(jié)合交互式電子故障診斷手冊的功能，分析各功能的實現(xiàn)方式及技術(shù)特點，從機器可識別、機器可執(zhí)行和機器可決策3個層級對于交互式電子故障診斷手冊進(jìn)行了特征分析。

2.1 機器可識別

交互式電子故障診斷手冊的機器可識別能力，表現(xiàn)在故障代碼的可識別、故障代碼唯一性以及故障信息復(fù)用性。故障代碼可識別，即針對特定產(chǎn)品，每一個故障都有其特定的編號，稱之為故障代碼。故障發(fā)生時，傳感器檢測到后，會發(fā)出相應(yīng)信號，包含故障代碼信息，系統(tǒng)可以識別到該故障代碼，調(diào)取相應(yīng)的信息，以便后續(xù)和維修人員進(jìn)行交互。故障代碼唯一性，即故障和故障代碼必須一一對應(yīng)，這是機器可識別的基礎(chǔ)要求。故障信息可復(fù)用，是指每一個故障背后都涉及相應(yīng)的故障診斷排查信息，不同故障的診斷信息可能會存在重復(fù)的部分，同一條信息可以在不同故障診斷信息中重復(fù)使用。

2.2 機器可執(zhí)行

交互式電子故障診斷手冊的機器可執(zhí)行能力，是指系統(tǒng)在接收到故障代碼信息或者人為輸入故障代碼/故障關(guān)鍵詞后，系統(tǒng)將輸出故障診斷準(zhǔn)備內(nèi)容，需要維修人員進(jìn)行安全注意事項的閱讀和確認(rèn)，工作環(huán)境的確認(rèn)，個人保護(hù)設(shè)備是否正確穿戴等信息的確認(rèn)。人員確認(rèn)所有準(zhǔn)備事項并反饋給系統(tǒng)后，系統(tǒng)自動調(diào)取后續(xù)故障診斷方案。即系統(tǒng)根據(jù)輸入信息及人員反饋信息，進(jìn)行相應(yīng)操作的過程，為交互式電子故障診斷手冊可執(zhí)行能力的體現(xiàn)。

2.3 機器可決策

交互式電子故障診斷手冊的機器可決策能力，是指系統(tǒng)在接收到故障代碼信息或者人為輸入故障代碼/故障關(guān)鍵詞后，維修人員可以根據(jù)實際使用情況選擇故障診斷優(yōu)選條件，包括故障診斷定位由外到內(nèi)，故障診斷定位由易到難，或者歷史發(fā)生概率由大到小等。交互式電子故障診斷手冊會給出基于優(yōu)選條件的故障診斷方案排序。即系統(tǒng)根據(jù)輸入信息及故障診斷優(yōu)選條件，給出不同的故障診斷方案順序，為交互式電子故障診斷手冊可決策能力的體現(xiàn)。

3 機器可讀層級驗證工具

3.1 功能需求分析

開發(fā)一套獨立的基于交互式電子故障診斷手冊的機器可讀層級驗證測試系統(tǒng)。系統(tǒng)驗證測試功能包含交互式電子故障診斷手冊的機器可識別、可執(zhí)行和可決策能力。通過用例測試，以演示驗證的方式，在系統(tǒng)上實現(xiàn)對應(yīng)的驗證過程及結(jié)果的展示。

此次開發(fā)的基于交互式電子故障診斷手冊的機器可讀層級驗證測試系統(tǒng)，在對于交互式電子故障診斷手冊的機器可讀層級和特性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)各層級的驗證提出了系統(tǒng)開發(fā)需求，以需求為依據(jù)，設(shè)計并開發(fā)相應(yīng)的功能模塊。

基于交互式電子故障診斷手冊的機器可讀層級驗證測試系統(tǒng)共包含5部分，第一部分是首頁，對于本系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行視頻介紹。第二部分是機器可識別驗證模塊，包括“故障代碼可識別驗證”“故障代碼唯一性驗證”和“故障信息復(fù)用性驗證”3個子菜單欄。第三、第四部分是機器可執(zhí)行驗證和可決策驗證模塊。最后一部分是測試結(jié)果統(tǒng)計模塊。

3.2 驗證工具設(shè)計及實現(xiàn)

3.2.1 功能模塊

（1）可識別驗證測試

1）故障代碼可識別驗證

選擇故障代碼測試用例，實現(xiàn)輸入故障代碼后可輸出對應(yīng)故障描述的過程。圖1為交互式電子故障診斷手冊故障代碼可識別驗證流程圖。

2）故障代碼唯一性驗證

圖2為交互式電子故障診斷手冊故障代碼唯一性驗證流程。輸入故障代碼或故障關(guān)鍵詞，系統(tǒng)查詢是否找到唯一匹配項，并給出相應(yīng)的結(jié)果。

3）故障信息復(fù)用驗證

圖3是交互式電子故障診斷手冊故障信息復(fù)用驗證流程圖。輸入多個故障代碼，系統(tǒng)給出對應(yīng)的故障描述和診斷方案。進(jìn)行完所有的測試用例的運行后，系統(tǒng)對于診斷方案復(fù)用情況進(jìn)行統(tǒng)計，并給出反饋說明。

（2）可執(zhí)行驗證測試

圖4是交互式電子故障診斷手冊可執(zhí)行驗證流程圖。輸入故障代碼或故障關(guān)鍵詞，系統(tǒng)輸出故障診斷準(zhǔn)備內(nèi)容，確認(rèn)后調(diào)取故障診斷方案。

（3）可決策驗證

圖5為交互式電子故障診斷手冊可決策驗證流程圖。輸入故障代碼或故障關(guān)鍵詞后，顯示可以選擇優(yōu)選條件的選擇框，選擇不同的優(yōu)選條件并顯示不同的優(yōu)選故障診斷方案，同時系統(tǒng)給出反饋說明：“發(fā)生了某故障，根據(jù)某優(yōu)選條件，優(yōu)選的故障診斷方案排序如下。”

3.2.2 頁面設(shè)計

驗證工具系統(tǒng)界面如圖6所示。左側(cè)是可識別驗證、可執(zhí)行驗證和可決策驗證等各個模塊的菜單欄及其子菜單欄。針對可識別、可執(zhí)行、可決策驗證3個功能模塊，詳細(xì)的界面設(shè)計為左側(cè)保留菜單欄，中間為故障代碼輸入框以及故障查詢率排名前15的故障列表，右側(cè)則為相關(guān)驗證的說明及對應(yīng)的圖1～圖5所示的驗證流程。

3.2.3 相關(guān)數(shù)據(jù)表

每次進(jìn)行驗證操作后，相關(guān)的數(shù)據(jù)由測試工具進(jìn)行記錄和統(tǒng)計，并在測試結(jié)果模塊進(jìn)行展示。測試結(jié)果部分設(shè)計了表格和餅狀圖的統(tǒng)計形式，將驗證項目及驗證次數(shù)，其中的成功次數(shù)和失敗次數(shù)以及所占總驗證次數(shù)的百分比進(jìn)行統(tǒng)計和展示，給出交互式電子故障診斷手冊機器可讀層級驗證的結(jié)果。

3.3 驗證工具應(yīng)用

選取了根據(jù)某型汽車的故障診斷信息實現(xiàn)的交互式電子故障診斷手冊，采用驗證工具進(jìn)行驗證的應(yīng)用。按照不同的機器可讀層級，分別利用驗證工具進(jìn)行了交互式電子故障診斷手冊機器可讀可識別、可執(zhí)行、可決策驗證測試。表1和圖7給出了經(jīng)過3層級驗證測試后的結(jié)果統(tǒng)計。對于故障代碼可識別驗證，總共進(jìn)行了14個用例的測試，其中11次實現(xiàn)了故障代碼的可識別。對于故障診斷方案可復(fù)用驗證，所有測試用例的故障診斷信息中有18條信息進(jìn)行了復(fù)用。對于故障代碼唯一性驗證，共進(jìn)行了11個用例的測試，其中10個故障代碼信息都是唯一的，1個故障代碼對應(yīng)了兩個故障，不符合唯一性要求。對于機器可執(zhí)行驗證，共進(jìn)行了11個用例的測試，7次調(diào)取了故障診斷先決事項，經(jīng)過人員交互后進(jìn)行下一步故障診斷，4次沒有成功調(diào)取故障診斷先決事項。對于機器可決策驗證，共進(jìn)行了6個用例測試，其中5次根據(jù)所選的優(yōu)選條件，故障診斷信息排序發(fā)生了變化，1次雖然選擇了優(yōu)選信息，但未給出優(yōu)選的故障診斷信息排序。

4 結(jié) 論

本文針對新型標(biāo)準(zhǔn)的機器可讀可識別、可執(zhí)行和可決策的層級驗證問題，以交互式電子故障診斷手冊為對象，分析了其機器可讀各個層級的能力要求及相應(yīng)特征，提出了驗證需求和驗證方法，以需求為導(dǎo)向，方法為輸入，設(shè)計開發(fā)了相應(yīng)的驗證工具，用于進(jìn)行交互式電子故障診斷手冊的機器可讀層級驗證。由于機器可讀標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)形式根據(jù)具體的標(biāo)準(zhǔn)對象會存在一定的差異性，機器可識別、可執(zhí)行和可決策的實現(xiàn)方式也存在一定區(qū)別，但是通用的機器可讀能力等級和要求是一致的，因此本論文的研究可以作為特例，后續(xù)可對相關(guān)方法進(jìn)行延伸和借鑒，為其他新型標(biāo)準(zhǔn)的機器可讀層級驗證提供參考。