刘学勇，徐晓东

（1.江南计算技术研究所，江苏无锡214083;2.总装备部工程兵军事代表局，北京， 100850）

现代工程机械的智能化、电子化的程度相对较高，涉及到机、电、液和气一体化等多学科交叉技术，其各个组成部分，如机械传动系统、液压系统、工作装置、回转机构等的工作原理和结构组成都比较复杂，出现故障后的检测与维修难度大，给工程兵部队的使用、维护、保养和故障带来很大的不便。这些装备在使用过程中的拆装、调试、检测和维修的技术资料储备，维修技术力量的培训，维修设备和手段的更新等，严重滞后于部队的实际需求。根据部队平时使用、训练过程中有关这三种新型工程机械故障排除与维修的统计资料显示，作业与保障分队各种类型工程装备的突发随机故障有很多，而各分队在进行故障分析、排除和对结构原理的掌握等方面具有明显的不足，严重地影响了对这些设备的快速日常维护、保养和故障检测及排除，因而必须更多地借助生产厂家或外部技术力量的支持。到目前为止，绝大多数部分队仍没有能够拿出一套行之有效的解决方法。这一现状显然无法满足部队工程装备高完好率、高机动性的要求。本文提出研制一套基于便携式电脑和手持式电子装置（PDA）的新型工程机械故障专家诊断系统，以提高部队在新型工程机械检测维修方面的保障能力。

1 系统功能与组成

新型工程机械故障专家诊断系统，主要包括两方面的功能:1）维修决策与指导功能，用来帮助工程兵分队进行推、挖、装等工程机械的故障分析、识别、诊断、定位和维修方法、维修时间、维修编组等维修方案的确定和实施等任务。2）教学训练功能，可进行工程装备使用、操纵与维修人员和新兵的工程机械工作原理、结构组成方面的教学训练，以及工程装备故障的分析、诊断、定位、维修方案的制定与实施等的训练学习。

该系统硬件由两部分构成，即作为应用系统主体的笔记本计算机和现场使用终端的手持工业计算机终端（以下简称PDA）。其中PDA主要用来在计算机难以使用的场合，用来指导操作维修人员利用维修领域专家的经验知识进行工程装备故障的分析判断、故障定位、维修方案制定和现场维修诊断等。通过PDA同时可以获取故障经验数据和信息进行暂时存储，然后利用无线或有线手段上传到笔记本计算机中，以丰富、完善和更新故障专家诊断与训教系统的数据库，扩大和增长系统的指导诊断能力。笔记本计算机及其应用软件系统是本系统的核心，可以用来进行故障分析、诊断、定位、维修方案的制定，进而指导维修人员实施故障的快速维修和设备的现场快速保养维护。另一方面，用来进行专业人员的培训教学，利用系统所融合的维修专家的经验数据，使培训人员掌握工程装备故障的分析判断过程、定位方法、具体故障维修方案的制定，了解和掌握工程机械零部件及系统的工作原理、结构组成、性能参数、分解、检修、装配与调整技巧与方法，形象直观地显示故障的层次关系及工程装备结构的组成特点、工作原理和性能特点，提高专业人员的维修技能与装备保障能力。

2 系统总体设计

2.1 系统规划

系统由手持式智能工业终端（PDA）模块、专家故障诊断模块、数据录入模块、工作原理结构检测装配与调整模块、维修方案生成模块、训教模块、帮助模块和打印输出模块等组成，程序流程如图1所示。

图1 软件系统主程序框图

2.2 专家故障诊断软件

故障专家诊断的主要功能是根据使用维修人员提供的现场故障信息，综合系统所融合的维修保障领域专家有关故障现象分析、故障原因识别、总成或系统工作原理、结构、分解、检修、装配与调整等方面的经验、技能信息，对工程装备的故障进行系统的诊断与分析解剖，并能根据故障原因的不同给出故障维修方案，包括维修方法、维修时间、维修编组、维修器材与工具等技术方案。另外，专家诊断模块也可用来进行维修操作人员的维修保障训练、实习等工作。该模块的流程图如图2所示。

2.3 数据录入软件

为防止初学者输入无效数据，破坏故障数据库内容，所以数据录入模块面向高级用户，在进入数据录入功能时要求输入高级用户密码，只有正确输入密码才能进入数据录入界面。

图2 故障专家诊断流程图

数据录入界面除下拉式操作菜单外，也提供了方便的操作命令按钮，如“插入节点”、“插入子节点”、“更改节点名称”等，用户可以利用菜单或命令按钮，方便地进行新型工程机械故障的数据录入工作。

各个故障数据节点均由自身编号（ID）和父编号（parent）组成，如图3所示。上级节点和下级节点由parent链接，下级节点的父编号（parent）与上级节点的ID号相同，形成从上级节点到下级节点的单向链接关系。故障树的层次结构成为动态扩展的树形结构，有效地解决了大数据量存储与数据库结构的固定分配空间约束这一难题。

图3 故障数据的链表结构

2.4 维修方案生成软件

维修方案主要包括故障现象、故障分析判断、故障原因分析、故障的排除和调整方法、故障零部件的更换与修理时间、零部件维修的编组、机具设备、工具材料及辅料等内容。

维修方案和排除步骤是在专家诊断并确定故障原因后，提供的给维修人员的维修方案和维修操作步骤。

维修方案数据的存储方式与故障数据存储方式相似，也是采用单向链表的形式，不再赘述。

3 系统设计中的关键技术

3.1 故障层次结构数据库与检索方案的设计

由于新型工程机械的结构与工作原理的复杂性，在设计故障信息数据库时面临极大的困难。实际工程应用中，同一故障现象，可能由多种原因引起，而每种故障原因又可能由不同的零部件引起。同一零部件又会产生多种故障原因。因此，故障零部件、系统、故障原因、故障现象等元素之间的关系错综复杂，再加上领域专家的相关的经验知识，这些元素在数据库的存储时很难处理。在设计数据库时，合理的融合了链表式结构与层次化结构，构建了故障现象、故障原因和故障分析过程数据表，满足了专家推理的需求和程序的高效运行的要求。

3.2 工作原理、结构、检修、分解、装配与调整数据信息高效存储与显示

每一个新型工程机械，其组成零部件至少上万，考虑到其检修、分解、装配与调整等信息数据，其数据量几乎是海量的。如何存储这些数据，并恰当地显示出来是件巨大的工作。经过对当前所能见到的帮助系统和工程装备信息化管理手段进行仔细分析和比较。应用了Word文档格式转换为Html格式，将相应的主题信息存储到SQL Server数据库中，开发了编译软件，对转换后的html文件和数据库进行编译链接，较好地处理了数据库信息检索、html文档数据存储和可执行文件数据查询三者联合作用的工作原理等数据存储与显示模式。程序执行效果与人机界面都是比较优秀的。

4 结论

新型工程机械故障专家诊断系统在研制开发过程中，认真贯彻了有关设计标准、规范，主要性能指标满足了规定的技术指标要求。所采用的嵌入式工业级移动数据终端、嵌入式数据库技术、面向对象软件开发技术和数据库技术等，具有先进、成熟、可靠等优点。系统的开发设计充分贯彻了模块化、一体化、结构化、面向对象和面向应用的设计思想，使系统的软件稳定、可靠、友好，达到了使用要求。