曹向荣　李向阳　刘杰　李荣

摘要：随着导弹发射车复杂度的不断增加，为了提高系统可靠性，故障诊断成为了发射车系统必不可少的一部分。针对各个型号单独研发故障诊断系统，需要投入大量的人力、物力及时间成本。该文提出一种发射车通用故障诊断设计平台，通过对人机交互、通信接口、诊断算法等核心功能的抽象与模块化设计，实现故障诊断系统的高度可配置化。针对不同的型号需求，通过简单的配置管理，就能得到最终的故障诊断系统，减少不必要的二次开发，从而降低研发周期与成本。

关键词：故障诊断；可配置；CAN；通用平台

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）30-0271-03

The Design of Missile Launching Vehicle Common Fault Diagnosis Platform

CAO Xiang-rong， LI Xiang-yang， LIU Jie， LI Rong

（Beijing Institution of Space Launch Technology， Beijing 100076， China）

Abstract： With the constantly increase of complexity for missile launching vehicle， the fault diagnosis system has become one essential part to guarantee the reliability. It will drain on lots of manpower and material resources for various diagnosis system developing of each project. A missile launching vehicle's common fault diagnosis platform is proposed in this paper. It realizes highly configuration of the diagnosis system by core function modularity， such as user interface， communication， diagnosis method and will reduce the cost and time of research and development.

Key words： Fault Diagnosis； Configurable； CAN； Common Platform

故障診断是指利用被诊断系统的各种状态信息和已有的专家知识，进行信息的综合处理，最终得到关于系统运行与故障状况综合评价的过程。故障诊断系统是一个实现了信息通信、故障推理及决策的综合信息管理系统[1-3]。导弹发射车由于信息化发展需求导致系统复杂度不断增加，为了确保武器系统的可靠性，故障诊断系统已经成为了各型号必不可少的重要组成部分。

按照一般型号研发流程，需要为不同的型号单独研发各自的故障诊断系统，研发周期长，需要投入的人力成本高。随着型号日益增多，对于一个通用导弹发射车故障诊断平台的需求日益突出。基于该平台，设计人员通过配置管理，就能获得满足各型号的故障诊断系统大大缩短开发周期，降低开发成本，实现“一次开发，灵活配置，全面匹配”的目标。

1 发射车车载系统概述

如图1所示，发射车主要模块包括车控、液压、底盘、温控、供配电等，它们基于CAN[6-7]总线构成车载系统的主体。利用CAN总线良好的可

扩展性，故障诊断系统可以作为一个独立的CAN节点无缝接入原有系统；数据记录仪记录了所有总线上的历史数据，所以故障诊断系统既可以从总线获取实时数据，也可以从数据记录仪获取历史数据进行分析。总线网关负责车载系统与其他总线（如以太网）之间的通信。对于不同型号而言，虽然发射车功能有差别，但是其车载系统的架构却是基本相同的，这也为我们能够设计通用故障诊断系统的基础。

2 发射车通用故障诊断平台设计

2.1 发射车故障诊断系统功能抽象

若想设计发射车通用故障诊断平台，首先必须要详细了解各型号故障诊断系统的功能，并且提炼出统一的功能模型[5]。图2描述了发射车故障诊断系统的一般功能抽象，其中用户管理模块负责对故障诊断系统操作人员的管理；状态检测模块负责监控系统实时状态信息；故障推理模块负责在发生故障时对故障进行诊断分析；数据存储模块负责存储管理整个故障诊断系统需要保存的数据；数据通信模块负责故障诊断软件与系统其他模块的通信；人机交互模块负责信息的显示以及指令交互。

2.2 通用故障诊断平台设计

不同型号发射车故障诊断系统之间的差异，都可以归结到如图2所示的抽象功能模块之间的不同。如果将这些通用模块定制为可配置的，那么通过配置管理的方式，就能得到不同型号的故障诊断系统，这也是实现通用故障诊断平台的基本思想。

图3描述了通用故障诊断平台的功能架构，在此我们主要对系统的可配置性设计进行说明。

1）人机交互可配置设计

故障诊断系统的图形交互界面，主要显示系统的各种状态量、基本故障信息等。图形界面的需求千变万化，每个故诊系统包含的图形元素都不尽相同，在布局位置等要求上也各有差异，对其进行常规意义下的可配置设计，几乎不可能。

对此，通用平台采用“图形元素控件库”与“人机界面设计工具”来解决图形界面配置化问题。“图形元素控件库”通过对各型号故障诊断系统界面需求的调研，将图形要素归纳为如下几个主要控件：模拟量控件、开关量控件，曲线图控件以及信息显示控件。这些控件的表现形式一定，但数量、位置、大小都是可配置的。这样对于故障诊断系统界面设计而言，可以将每个界面包含的控件数量、位置、大小等信息写入配置文件，从而实现了界面的配置化生成。“人机界面设计”是基于控件库的可视化界面设计工具，设计人员通过直观、简单的操作就能完成界面设计，并将配置信息自动添加到配置文件中。

对通用平台而言，图形控件不仅需要能够适应不同的外观配置，更重要的是其与数据的关联性也要具备可配置性，如一个模拟量控件到底是显示温度还是速度？为此，我们在控件中加入CAN通信ID属性，在控制流程中通过轮询数据流ID、控件属性ID的方式实现数据与空间的关联性，如图4所示。

2）数据通信可配置设计

故障诊断软件需要获取系统状态信息，才能进行诊断与推理，所以对通用平台而言，数据通信协议的可配置设计必不可少。发射车车载系统采用CAN总线作为数据通信方式，通信协议基于CANOpen协议实现，它们自身都具有很高的可配置属性[]，这为通用故障诊断平台可配置数据通信设计打下了良好的基础。

CAN数据帧通过“ID+数据”的方式传输。通过分配不同的ID，可以对应不同的数据。对于每个CAN设备而言，都有一个管理ID的配置文件，只要通过该文件就能配置CAN通信中的数据通信协议。对于一个针对特定应用的CAN系统而言，这样的配置一般是不变的，而故障诊断系统也是CAN网络中的一个CAN设备，所以只要在系统设计中，确定该配置文件定义，将接收到的数据按协议解析，就可以对应到不同模块，如开关量、模拟量或报警信息，从而实现数据通信的配置，如图5所示，该CAN配置文件也成为通用平台配置文件的一部分。

3）故障推理算法可配置分析

故障推理算法主要实现对故障的分析、推理以及定位。通用故障诊断平台采用基于故障树的分析方法实现故障推理。故障树分析法是一种国内外公认的对复杂系统故障分析比较实用的方法，已经在航空航天、机械、电子等领域被广泛应用[2-4]。故障树采用树形结构、与或逻辑将故障现象、中间过程以及底层原因组织在一起，其推理过程实质是对树形结构的遍历检索。不同故障的差异体现在树具体的内容，但是遍历检索的过程是一致的，所以图3中“故障诊断软件运行壳”实现了这一故障树检索算法，并且可以在各型号故障诊断系统中通用。

4）通用故障诊断系统配置文件设计

配置文件包含了通用故障诊断系统的所有可配置数据，如上面提及的控件信息、CAN数据配置信息等。如何有效地管理这些数据，是通用平台必须要解决的问题。

通用平台采用面向对象思想，基于XML[8，9]格式实现对配置文件数据的管理，如图6所示。文

件结构分为两层，第一层为对象名，第二层为对象属性以及属性值。故障诊断系统通过对象名解析不同对象的属性，这种结构具有良好的可扩张特性。

图3所示的其他模块功能简述如下，用户管理主要负责平台用户的权限管理；故障树管理负责向故障平台数据库录入故障树；故障诊断系统生成模块负责将各功能模块打包成可执行故诊程序；项目管理模块将各个型号的故障诊断系统按独立的项目进行管理。这些模块也是实现通用故障诊断平台必不可少的辅助功能。

3 结束语

本文通过对各型号车载故障诊断需求的详细分析，结合控件技术、CAN通信、可配置设计思想，提出了一种通用故障诊断平台的设计与实现。利用该平台设计人员可以通过配置管理，得到适用于各个型号的故诊系统。目前，该平台已经成功应用与多个型号的故障诊断系统的开发，各型号间的模块复用度大于90%，大大缩短了各型号故障诊断系统的开发周期，降低了研发成本。

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