军械装备故障诊断训练方法

摘要

本发明公开了一种军械装备故障诊断训练方法，涉及程序控制系统技术领域。所述方法包括以下步骤：（1）建立虚拟维修训练样机；（2）设置虚拟维修训练样机的故障诊断训练流程；（3）对故障诊断训练流程按科目体系封装；（4）对封装好的故障诊断训练流程进行发布；（5）通过虚拟维修训练环境进行故障诊断训练。该方法能够解决军械装备故障诊断训练中的训练效果和训练质量问题，克服当前故障诊断面临的难题，用以提高训练效果和质量、降低训练成本、保障训练安全，缓解现有维修训练手段的不足。

说明书

技术领域

本发明涉及程序控制系统技术领域，尤其涉及一种军械装备故障诊断训练方法。

背景技术

军械装备故障诊断是指在一定工作环境下查明导致军械装备某种功能失调的原因或性质，判断劣化状态发生的部位或部件。在军械装备维修过程中，故障诊断是很重要的一环，是装备修理得以顺利完成的前提和重要保证，直接关系到后续修理工作的走向。没有良好、准确的检测与故障诊断，后续修理工作将无的放矢。因此，对维修相关人员进行故障诊断训练尤为重要。

目前，军械装备故障诊断训练面临以下四个难点：一是装备结构复杂，技术含量高，价格昂贵，无法保证训练使用装备的数量和次数。二是在进行故障排除训练时，不能任意的设置故障，导致呈现的故障现象的种类有现，使得受训人员训练受限，不能全面的对各类故障展开排故训练。三是在故障排除训练中，当故障被设置后，装备面板呈现的故障状态不够明显，使得受训人员很难查找故障现象，导致故障诊断训练无法继续进行。四是某一故障现象可能由不同种类和不同数量的故障原因引起，受训人员在进行故障排除时，很难对某一故障现象确定故障原因，这增加了训练的难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种军械故障诊断训练方法，该方法能够解决军械装备故障诊断训练中的训练效果和训练质量问题，克服当前故障诊断面临的难题，用以提高训练效果和质量、降低训练成本、保障训练安全，缓解现有维修训练手段的不足。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种军械装备故障诊断训练方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）建立虚拟维修训练样机；

（2）设置虚拟维修训练样机的故障诊断训练流程；

（3）对故障诊断训练流程按科目体系封装；

（4）对封装好的故障诊断训练流程进行发布；

（5）通过虚拟维修训练环境进行故障诊断训练。

进一步的技术方案在于：建立虚拟维修训练样机包括以下步骤：

（1）多种军械装备故障信息的采集和录入；

（2）三维军械装备样机仿真信息设计；

（3）构建虚拟维修训练样机。

进一步的技术方案在于：所述步骤三维军械装备样机仿真信息设计包括以下步骤：

（1）通过3DMax建模软件根据军械装备内、外部图片信息建立虚拟军械装备的模型，通过贴图材质、渲染使虚拟装备逼真模拟军械装备；

（2）通过Ngrain、Eon、Virtools虚拟软件进行虚拟装备模型的动作动画制作。

进一步的技术方案在于：所述步骤构建虚拟维修训练样机包括以下步骤：

（1）按照装备的层次结构建立虚拟样机的层次结构树信息，包含虚拟样机的系统、子系统、子单元、子部件信息，完成虚拟样机基本信息的构建；

（2）规定每一个装备部件或子系统都包含有正常状态和故障状态两类状态信息，每个部件在某一时刻处于某一具体状态下；定义每种部件正常和故障状态下的具体状态名称及其对应的参数、特征信息；可以定义每个分系统或子系统某一状态下子部件或子系统的具体对应状态信息，完成虚拟样机的状态模型信息的构建；

（3）描述复杂虚拟样机多个单元之间的功能和故障关系，样机单元输入输出与其子或同级单元输入输出之间的关系，完成虚拟样机的关联关系模型信息的构建；

（4）构建部件交互行为库，结合三维仿真动画设置每个部件的所涉及到的交互操作信息，从而构建起虚拟样机与三维仿真动画的联系；通过设置部件的操作角色、操作方式、工具设备及其使用方式，操作提示、正确反馈行为、错误信息、操作约束和状态改变信息建立部件的交互模型；每种部件可以根据操作和使用工具设备的不同和反馈形式定义不同交互行为，完成虚拟样机的交互功能模型信息。

进一步的技术方案在于：故障诊断训练流程按照GJB/Z 768A-98中故障树的形式设计。

进一步的技术方案在于：每个故障诊断树须有一个故障现象图形，至少一个检测步骤和故障原因，故障现象图形通过连线只能连接一个检测步骤图形，检测步骤图形至少连接一个故障原因图形、可以连接一个或多个检测步骤，故障原因图形为最末端不能够连接其它图形，图形由上到下的树状图形，每种图形只能按照规则连接其它图形，不能够自连。

进一步的技术方案在于：所述故障诊断训练流程按科目体系封装，以故障诊断训练数据包的形式发布，可以运用于单机版 、网络版模式的故障诊断训练，故障诊断训练数据遵循S1000D和SCORM数据标准。

进一步的技术方案在于：建立装备故障诊断训练数据包信息，按照维修工作内容或装备结构设置故障诊断训练数据包的科目训练体系，每级体系下设置讲解演示、自主学习、引导式训练、自主训练、自测五种不同的训练模式，每一种模式下建立故障排除课程内容；

讲解演示模式：针对故障诊断训练流程内容进行自动播放演示；

自主学习模式：针对故障诊断训练流程内容自主控制播放演示；

引导式训练模式：故障诊断训练内容给以提示操作信息，由用户进行故障诊断交互操作，完成排故训练，此模式下用户可以选择是随机注入故障还是自选故障点进行训练；

自测模式：故障诊断训练过程中没有提示信息，由用户自己选择工具设备进行故障诊断交互操作，故障排除完成后，实现系统自动评分；

故障诊断训练数据包和训练体系的建立数据设计采用符合S1000D的数据标准建立*.tcp格式的数据文件存储，故障诊断训练内容采用符合Scrom和S1000D的数据标准建立imsmanifest.xml 、*.dmt、*.dgt、*.stp和元数据xml的数据文件；

*.dmt文件用于描述故障排除类的虚拟交互排故训练内容及排故文件相对路径信息；

*.dgt文件存储排故流程信息，包括故障现象、检测步骤基本信息、步骤文件相对路径信息、故障原因信息、排故信息、工具设备信息相对路径信息和图形相对路径信息；

*.stp文件存储步骤交互的流程信息，包括流程图的相对信息、工具设备相对信息、步骤的基本信息、交互信息、反馈信息、提示信息、问题式问题答案选项信息以及资料和帮助信息。

进一步的技术方案在于：故障诊断训练按照不同的训练模式其表现是不相同的，故障诊断训练形式分为随机注入故障和已知故障训练两种形式；

引导式训练模式：选择随机注入故障形式，训练端提供故障现象加载显示，进入故障排除交互流程中，用户可以根据提示信息进行诊断操作，当进行故障诊断训练流程中检测部件信息时，系统根据判断是否是设置的故障点给以检测反馈信息，如果是故障点检测信息反馈之后将显示故障的表现信息，故障点正确找到，系统提示是否进行排故，选择是进行故障排除信息或故障排除交互操作；

自主学习模式：选择自选故障点训练形式，训练端提供故障现象加载显示，进入故障设置页面根据故障诊断训练流程树选择故障原因点，进行故障注入加载三维虚拟样机，进入故障排除交互流程中，用户可以根据提示信息进行诊断操作，当进行故障诊断训练流程中检测部件信息时，系统根据判断是否是设置的故障点给以检测反馈信息，如果是故障点检测信息反馈之后将显示故障的表现信息，故障点正确找到系统提示是否进行排故，选择是进行故障排除信息或故障排除交互操作；

自测模式：自测模式端提供故障现象加载显示，进入故障排除交互流程中，用户自行进行诊断操作，当进行故障诊断训练流程中检测部件信息时，系统根据判断是否是设置的故障点给以检测反馈信息，如果是故障点检测信息反馈之后将显示故障的表现信息，故障点正确找到系统提示是否进行排故，选择是进行故障排除信息或故障排除交互操作。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：该方法能够解决军械装备故障诊断训练中的训练效果和训练质量问题，克服当前故障诊断面临的难题，用以提高训练效果和质量、降低训练成本、保障训练安全，缓解现有维修训练手段的不足。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明中故障诊断训练流程；

图2是本发明中DMT数据内容图；

图3是本发明中DGT数据内容图；

图4是本发明中STP数据内容图；

图5a-5b本发明故障诊断训练流程图；

图6是添加故障现象信息设置图；

图7是故障原因基本信息设置图；

图8是故障表示设置图；

图9是排除故障设置图；

图10是排除故障步骤图；

图11是检测信息的基本信息设置图；

图12是检测步骤流程图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明公开了一种军械故障诊断训练方法，所述方法通过装备虚拟维修训练数据开发系统构建装备虚拟故障诊断课程进行三维故障的设置，以训练数据包的形式发布给装备虚拟维修训练系统进行装备的故障诊断的虚拟训练。具体故障诊断训练开发过程包括如下五个步骤：

步骤一：虚拟维修样机建立。

（1）故障知识、资料整理

一般排除一个故障需要知道故障现象、排故检测流程、故障表现、排除故障的方法。按照这个思路整理现有故障知识信息、素材和资料信息，按照类型的不同格式进行存放，设计排故的步骤流程表格。

（2）三维样机仿真信息设计

1）通过3DMax建模软件根据装备内外部图片信息建立虚拟装备的模型，通过贴图材质、渲染使虚拟装备逼真模拟实装；

2）通过Ngrain、Eon、Virtools等虚拟软件进行虚拟装备模型的动作动画制作。

（3）构建虚拟样机

虚拟样机由基本信息、状态模型信息、功能模型信息、关联关系模型信息、交互模型信息组成，建立其故障和正常信息下不同的状态、功能、关联关系、交互信息和三维虚拟样机的动作之间的关联。

1）虚拟样机基本信息

按照装备的层次结构建立虚拟样机的层次结构树信息，包含虚拟样机的系统、子系统、子单元、子部件信息。

2）虚拟样机的状态模型信息

规定每一个装备部件或子系统都包含有正常状态和故障状态两类状态信息，每个部件在某一时刻处于某一具体状态下。定义每种部件正常和故障状态下的具体状态名称及其对应的参数、特征等信息。可以定义每个分系统或子系统某一状态下子部件或子系统的具体对应状态信息。

3）虚拟样机的关联关系模型信息

关联关系模型则用于描述复杂虚拟样机多个单元之间的功能和故障关系。样机单元输入输出与其子（或同级）单元输入输出之间的关系。

4）虚拟样机的交互功能模型信息

构建部件交互行为库，结合三维仿真动画设置每个部件的所涉及到的交互操作信息，从而构建起虚拟样机与三维仿真动画的联系。通过设置部件的操作角色、操作方式、工具设备及其使用方式，操作提示、正确反馈行为、错误信息、操作约束和状态改变信息建立部件的交互模型。每种部件可以根据操作和使用工具设备的不同和反馈形式定义不同交互行为。

步骤二：故障诊断训练流程设计

故障诊断训练流程参照GJB/Z 768A-98中故障树的形式设计基于故障诊断树的故障诊断训练流程设计。故障诊断树由故障现象、检测步骤、故障原因图形符号组成，针对故障现象、检测步骤、故障原因进行故障现象、检测操作流程、故障点、故障表现、排故方法及操作信息的设置，如图1所示。

故障现象用圆角矩形符号表示，检测步骤用矩形图形符号表示、故障原因用圆形符号表示。

故障诊断树的制作规则：每个故障诊断树须有一个故障现象图形，至少一个检测步骤和故障原因组成，故障现象图形通过连线只能连接一个检测步骤图形；检测步骤图形至少连接一个故障原因图形、可以连接一个或多个检测步骤；故障原因图形为最末端不能够连接其它图形。图形由上到下的树状图形，每种图形只能按照规则连接其它图形，不能够自连。

故障树的建立步骤如下：

（1）添加“故障现象”，设置故障现象信息；故障现象为在训练系统中给受训者展示的故障表现信息，可采用三维动画信息、视频、文字、图片或图文格式呈现，如图6所示；

（2）添加“故障原因”，设置故障原因信息；

基本信息为故障点的设置，故障部件及其故障状态，如图7所示；

故障表示为受训者找到故障点后，故障件或故障部位的展现，可采用三维动画信息、视频、文字、图片或图文格式呈现，如图8所示；

排故设置为受训者找寻到故障点后如何排除此故障的信息，可采用三维动画信息、视频、文字、图片或图文格式告诉受训者如何排除故障，也可采用步骤信息，设置更换维修操作过程，如图9所示；

排故设置中选择“步骤信息”，点击“排除故障采取更换、调整、维修操作等处理措施设置”链接，在弹出的维修训练过程建模窗体中设置排故步骤流程，点击保存即可，如图10所示。

（3）添加“检测”，设置检测信息，其中“检测前准备、检测、检测后操作设置”的设置即维修训练过程的添加，如图11所示；

（4）检测步骤设计，设计与维修过程建模一致，如图12所示；

（5）继续添加控件，连接控件并完成流程；

（6）输入故障树名称，进行保存。

故障诊断训练流程采用接近故障树的流程设计，便于将现有的资料和三维仿真数据结合转化为故障诊断训练流程的训练数据。结合三维仿真的设计，使故障诊断训练形式采用交互式的虚拟训练手段，用以提高训练效果和训练质量。

步骤三：故障诊断课程与科目设计

故障诊断训练数据按科目体系封装，以故障诊断训练数据包的形式发布，可以运用于单机版 、网络版模式的故障诊断训练。故障诊断训练数据遵循S1000D和SCORM数据标准。

建立装备故障诊断训练数据包信息，按照维修工作内容或装备结构设置故障诊断训练数据包的科目训练体系，每级体系下设置讲解演示、自主学习、引导式训练、自主训练、自测五种不同的训练模式，每一种模式下建立故障排除课程内容。

讲解演示模式：针对故障诊断训练流程内容进行自动播放演示。

自主学习模式：针对故障诊断训练流程内容自主控制播放演示。

引导式训练模式：故障诊断训练内容给以提示操作信息，由用户进行故障诊断交互操作，完成排故训练。此模式下用户可以选择是随机注入故障还是自选故障点进行训练。

自测模式：故障诊断训练过程中没有提示信息，由用户自己选择工具设备进行故障诊断交互操作，故障排除完成后，实现系统自动评分。

故障诊断训练数据包和训练体系的建立数据设计采用符合S1000D的数据标准建立*.tcp格式的数据文件存储，故障诊断训练内容采用符合Scrom和S1000D的数据标准建立imsmanifest.xml 、*.dmt、*.dgt、*.stp和元数据xml的数据文件。

DMT文件用于描述故障排除类的虚拟交互排故训练内容及排故文件相对路径信息，如图2所示。

DGT文件存储排故流程信息，包括故障现象、检测步骤基本信息、步骤文件相对路径信息、故障原因信息、排故信息、工具设备信息相对路径信息、图形相对路径信息等，如图3所示。

STP文件存储步骤交互的流程信息，包括流程图的相对信息、工具设备相对信息、步骤的基本信息、交互信息、反馈信息、提示信息、问题式问题答案选项信息、资料和帮助信息等，如图4所示。

步骤四：故障诊断训练数据包发布

故障诊断数据以数据包的形式发布，便于数据的共享和分布式部署。故障诊断训练数据符合S1000D和Scrom数据的标准，便于其国际化。

步骤五：故障诊断训练

故障诊断训练按照不同的训练模式其表现是不相同的，故障诊断训练形式分为随机注入故障和已知故障训练两种形式。具体如图5a-5b所示：

引导式训练模式：选择随机注入故障形式，训练端提供故障现象加载显示，进入故障排除交互流程中，用户可以根据提示信息进行诊断操作，当进行故障诊断训练流程中检测部件信息时，系统根据判断是否是设置的故障点给以检测反馈信息，如果是故障点检测信息反馈之后将显示故障的表现信息，故障点正确找到系统提示是否进行排故，选择是进行故障排除信息或故障排除交互操作。

选择自选故障点训练形式，训练端提供故障现象加载显示，进入故障设置页面根据故障诊断训练流程树选择故障原因点，进行故障注入加载三维虚拟样机，进入故障排除交互流程中，用户可以根据提示信息进行诊断操作，当进行故障诊断训练流程中检测部件信息时，系统根据判断是否是设置的故障点给以检测反馈信息，如果是故障点检测信息反馈之后将显示故障的表现信息，故障点正确找到系统提示是否进行排故，选择是进行故障排除信息或故障排除交互操作。

自主训练和引导式训练相似，单没有提示信息。

自测模式训练端提供故障现象加载显示，进入故障排除交互流程中，用户自行进行诊断操作，当进行故障诊断训练流程中检测部件信息时，系统根据判断是否是设置的故障点给以检测反馈信息，如果是故障点检测信息反馈之后将显示故障的表现信息，故障点正确找到系统提示是否进行排故，选择是进行故障排除信息或故障排除交互操作。

该方法能够解决军械装备故障诊断训练中的训练效果和训练质量问题，克服当前故障诊断面临的难题，用以提高训练效果和质量、降低训练成本、保障训练安全，缓解现有维修训练手段的不足。