遠程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)研究

摘要：為了解決診斷資源時間空間的限制、系統(tǒng)開發(fā)通用性差的問題，設(shè)計了遠程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)。首先，分析了系統(tǒng)的總體框架和結(jié)構(gòu)。然后，分別介紹了監(jiān)測子系統(tǒng)和故障診斷推理機的結(jié)構(gòu)及設(shè)計。最后，介紹了基于組件技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)點。本系統(tǒng)主要采用組件技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理扣故障診斷通用性，同時利用基于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計實現(xiàn)診斷資源共享。
關(guān)鍵詞：監(jiān)測；故障診斷；組件技術(shù)；資源共享

    隨著分布式計算、遠程信息處理等技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)測診斷系統(tǒng)的開發(fā)已經(jīng)具備相當?shù)囊?guī)模，得到了較為廣泛的應(yīng)用。但也還存在一些問題，主要有：1)軟件系統(tǒng)的通用性差，相似功能的軟件模塊重復(fù)多次開發(fā)，浪費人力、物力等資源；2)軟件系統(tǒng)的可靠性無法保證，開發(fā)工作不連續(xù)造成的獨立、非標準化、沒有繼承性的開發(fā)很難保證軟件的可靠性；3)資源受到時間、空間的限制。無法及時有效地提供給系統(tǒng)使用；4)軟件系統(tǒng)的開放性差，沒有統(tǒng)一的軟件接口規(guī)范，診斷知識數(shù)字化積累、集成困難，因此不同開發(fā)單位、不同開發(fā)部門的不同開發(fā)人員開發(fā)的軟件無法彼此集成。
    基于上述原因，系統(tǒng)利用組件技術(shù)開發(fā)組件化模型，創(chuàng)建遠程監(jiān)測與故障診斷體系結(jié)構(gòu)。當系統(tǒng)隨著時間的變化其功能需要增加或者局部需要修改時，只需增加、修改或更換相應(yīng)的組件即可，大大增加了軟件系統(tǒng)的可重構(gòu)性。通過組件技術(shù)的可復(fù)用性有效地解決了當前系統(tǒng)開發(fā)中所面臨的問題。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計
1．1 總體設(shè)計
    基于組件技術(shù)的遠程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要組成部分包括用戶界面組件、診斷推理組件、數(shù)據(jù)庫管理組件、知識庫管理組件和診斷測試接口組件等。各功能組件通過診斷服務(wù)通信接口與其他組件交換信息，就像掛在“軟總線”上通過公共通道傳遞信息。

1．2 總體框圖
    依據(jù)上述的設(shè)計思想，設(shè)計系統(tǒng)的總體軟件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

    系統(tǒng)由遠程診斷子系統(tǒng)和局部診斷子系統(tǒng)構(gòu)成。局部診斷子系統(tǒng)主要由系統(tǒng)配置軟件、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)監(jiān)視子系統(tǒng)和故障診斷子系統(tǒng)。其中系統(tǒng)配置軟件和數(shù)據(jù)監(jiān)視子系統(tǒng)是局部診斷子系統(tǒng)的客戶端部分，數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和故障診斷子系統(tǒng)是局部診斷子系統(tǒng)的服務(wù)器部分。遠程診斷子系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)診斷資源共享和專家在線協(xié)助指導(dǎo)。

2 監(jiān)測子系統(tǒng)組件設(shè)計實現(xiàn)
    監(jiān)測子系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)監(jiān)視子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)是監(jiān)測子系統(tǒng)的核心組成部分，負責診斷數(shù)據(jù)解析、處理、判讀及傳輸。為實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理流程的可重構(gòu)和數(shù)據(jù)處理的通用性，數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)所需的算法資源以及執(zhí)行軟件實體工具等均采用組件技術(shù)實現(xiàn)。數(shù)據(jù)監(jiān)視子系統(tǒng)實現(xiàn)參數(shù)狀態(tài)趨勢的監(jiān)視。
2．1 數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)
    數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)軟件主要由數(shù)據(jù)采集器、流程管理器、數(shù)據(jù)判讀器及數(shù)據(jù)管理模塊構(gòu)成，各部分功能介紹如圖3所示。

    數(shù)據(jù)采集器是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，主要負責加載本地數(shù)據(jù)或接收遠程網(wǎng)絡(luò)傳送的數(shù)據(jù)，并將其歸檔為歷史數(shù)據(jù)文件，或者將數(shù)據(jù)寫入共享內(nèi)存，實現(xiàn)流程管理器運行所需數(shù)據(jù)源的分發(fā)。數(shù)據(jù)采集器組件的實現(xiàn)采用進程內(nèi)COM組件形式，而數(shù)據(jù)采集器與流程管理器之間的數(shù)據(jù)傳輸利用共享內(nèi)存和事件通知形式實現(xiàn)。
    流程管理器是數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)的核心組件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理流程配置文件解析生成流程模型：根據(jù)數(shù)據(jù)采集器事件形式通知的參數(shù)列表從共享內(nèi)存中獲取參數(shù)數(shù)據(jù)并分發(fā)給所需的處理流程作為流程輸入數(shù)據(jù)；執(zhí)行流程(單流程執(zhí)行或多流程并行執(zhí)行)獲取流程輸出：為數(shù)據(jù)判讀器進行參數(shù)判讀提供判讀數(shù)據(jù)源。流程管理器采用進程內(nèi)COM組件實現(xiàn)。
    數(shù)據(jù)判讀器，將流程輸出數(shù)據(jù)依據(jù)判讀準則進行簡單判讀后經(jīng)數(shù)據(jù)廣播再監(jiān)視顯示。
2．2 數(shù)據(jù)監(jiān)視子系統(tǒng)
    數(shù)據(jù)監(jiān)視子系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)視開發(fā)子系統(tǒng)開發(fā)的監(jiān)視配置文件，生成用戶自定義監(jiān)視界面。在監(jiān)視過程中，數(shù)據(jù)監(jiān)視運行子系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)判讀器發(fā)送的判讀參數(shù)信息，并在監(jiān)視界面中顯示，如圖4所示。監(jiān)視參數(shù)顯示采用報表或曲線形式，可以實現(xiàn)多報表頁面或多曲線頁面并行顯示，能在不同監(jiān)視頁面之間切換。在參數(shù)監(jiān)視過程中，系統(tǒng)能夠保存當前監(jiān)視的參數(shù)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)文件。

3 遠程診斷子系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)
    遠程診斷子系統(tǒng)(如圖5所示)是故障診斷遠程協(xié)作軟件系統(tǒng)，主要實現(xiàn)遠程診斷資源、信息的共享和重用以及遠程專家、技術(shù)人員的在線指導(dǎo)。系統(tǒng)采用B／S模式，用戶可以通過Web瀏覽器網(wǎng)頁啟動遠程診斷子系統(tǒng)，遠程診斷子系統(tǒng)應(yīng)用程序位于Web服務(wù)器上。

    遠程故障診斷子系統(tǒng)包括任務(wù)管理子系統(tǒng)、資源管理子系統(tǒng)、用戶管理子系統(tǒng)、技術(shù)交流論壇子系統(tǒng)和消息通信子系統(tǒng)。其中，技術(shù)交流論壇子系統(tǒng)和消息通信子系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)測診斷技術(shù)和知識的在線交流：任務(wù)管理子系統(tǒng)實現(xiàn)診斷任務(wù)的提交，診斷任務(wù)的分配和診斷任務(wù)的處理；資源管理子系統(tǒng)實現(xiàn)診斷資源的共享，可以上傳和下載資源。

4 診斷推理組件設(shè)計實現(xiàn)
4．1 診斷推理服務(wù)
    診斷推理過程描述如下：啟動診斷過程后，診斷推理機處于“初始化”狀態(tài)，在載入一個或多個診斷模型后，推理機進入“推理服務(wù)”狀態(tài)。在“推理服務(wù)”狀態(tài)，推理機從診斷模型中獲取測試信息并執(zhí)行測試，當某一測試項目執(zhí)行完獲得測試結(jié)果后，推理機進入“產(chǎn)生故障假設(shè)”狀態(tài)，或選擇下一步測試，或生成診斷結(jié)論。生成故障結(jié)論后，推理機還能夠根據(jù)用戶選擇繼續(xù)進行診斷直到獲取終極結(jié)論。推理機狀態(tài)圖如圖6所示。根據(jù)推理過程狀態(tài)圖，推理機服務(wù)定義如下：

    1)診斷模型管理服務(wù)：診斷模型的生成，診斷模型的載人，診斷模型中測試診斷信息的獲取等。
    2)控制推理服務(wù)：啟動或結(jié)束診斷過程，調(diào)用推理算法得到診斷結(jié)論，選擇下一步測試項目等。
    3)分析報告服務(wù)：計算測試時間、費用，根據(jù)診斷結(jié)論分析應(yīng)隔離的故障設(shè)備，顯示推理過程路徑等。
4．2 推理組件設(shè)計
    采用組件技術(shù)實現(xiàn)診斷推理機，在任何測試診斷系統(tǒng)中直接調(diào)用診斷推理機，實現(xiàn)診斷系統(tǒng)和測試系統(tǒng)無縫的連接。同時診斷知識和診斷推理機分離，將便于診斷知識的共享和重用。
    診斷推理機組件結(jié)構(gòu)如圖7所示。通過診斷模型加載器對象使診斷推理機加載診斷模型，診斷模型實體類廠對象利用診斷模型加載器對象獲得的具體診斷模型的知識要素實現(xiàn)模型實體對象的實例化，診斷模型實體集對象管理已加載的診斷知識模型。最后由DCOM接口將診斷推理機支持的服務(wù)暴露給推理機用戶。

    診斷推理機組件化模型如圖8所示。數(shù)據(jù)接口IDataService提供數(shù)據(jù)訪問服務(wù)，實現(xiàn)對診斷服務(wù)器數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)訪問功能；模型接口IM-odelManage提供診斷模型管理服務(wù)，實現(xiàn)診斷模型的生成和管理功能：推理接口IDiagInference提供診斷推理服務(wù)，實現(xiàn)故障診斷功能。

5 結(jié)論
    基于組件技術(shù)的遠程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)具有如下創(chuàng)新點：一是組件技術(shù)實現(xiàn)監(jiān)測與診斷推理機，使診斷知識和診斷推理機分離，便于診斷知識的共享和重用；二是方便系統(tǒng)進行功能擴充和完善，系統(tǒng)只需增加對應(yīng)的功能組件即可實現(xiàn)功能擴展；三是系統(tǒng)可以跨平臺、面向網(wǎng)絡(luò)運行。