遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)研究

摘要：為了解決診斷資源時(shí)間空間的限制、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)通用性差的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)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(cè)子系統(tǒng)和故障診斷推理機(jī)的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)。最后，介紹了基于組件技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)主要采用組件技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理扣故障診斷通用性，同時(shí)利用基于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)診斷資源共享。
關(guān)鍵詞：監(jiān)測(cè)；故障診斷；組件技術(shù)；資源共享

    隨著分布式計(jì)算、遠(yuǎn)程信息處理等技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)已經(jīng)具備相當(dāng)?shù)囊?guī)模，得到了較為廣泛的應(yīng)用。但也還存在一些問(wèn)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(kāi)發(fā)，浪費(fèi)人力、物力等資源；2)軟件系統(tǒng)的可靠性無(wú)法保證，開(kāi)發(fā)工作不連續(xù)造成的獨(dú)立、非標(biāo)準(zhǔn)化、沒(méi)有繼承性的開(kāi)發(fā)很難保證軟件的可靠性；3)資源受到時(shí)間、空間的限制。無(wú)法及時(shí)有效地提供給系統(tǒng)使用；4)軟件系統(tǒng)的開(kāi)放性差，沒(méi)有統(tǒng)一的軟件接口規(guī)范，診斷知識(shí)數(shù)字化積累、集成困難，因此不同開(kāi)發(fā)單位、不同開(kāi)發(fā)部門(mén)的不同開(kāi)發(fā)人員開(kāi)發(fā)的軟件無(wú)法彼此集成。
    基于上述原因，系統(tǒng)利用組件技術(shù)開(kāi)發(fā)組件化模型，創(chuàng)建遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷體系結(jié)構(gòu)。當(dāng)系統(tǒng)隨著時(shí)間的變化其功能需要增加或者局部需要修改時(shí)，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(guò)組件技術(shù)的可復(fù)用性有效地解決了當(dāng)前系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中所面臨的問(wèn)題。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
1．1 總體設(shè)計(jì)
    基于組件技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)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(kù)管理組件、知識(shí)庫(kù)管理組件和診斷測(cè)試接口組件等。各功能組件通過(guò)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(guò)公共通道傳遞信息。

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

    系統(tǒng)由遠(yuǎn)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(yuǎn)程診斷子系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)診斷資源共享和專(zhuān)家在線協(xié)助指導(dǎo)。

2 監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)組件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
    監(jiān)測(cè)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(cè)子系統(tǒng)的核心組成部分，負(fù)責(zé)診斷數(shù)據(jù)解析、處理、判讀及傳輸。為實(shí)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(shí)體工具等均采用組件技術(shù)實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)監(jiān)視子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)參數(shù)狀態(tài)趨勢(shì)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(fù)責(zé)加載本地?cái)?shù)據(jù)或接收遠(yuǎn)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(xiě)入共享內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)流程管理器運(yùn)行所需數(shù)據(jù)源的分發(fā)。數(shù)據(jù)采集器組件的實(shí)現(xiàn)采用進(jìn)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(shí)現(xiàn)。
    流程管理器是數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)的核心組件，實(shí)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(jìn)行參數(shù)判讀提供判讀數(shù)據(jù)源。流程管理器采用進(jìn)程內(nèi)COM組件實(shí)現(xiàn)。
    數(shù)據(jù)判讀器，將流程輸出數(shù)據(jù)依據(jù)判讀準(zhǔn)則進(jìn)行簡(jiǎn)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(kāi)發(fā)子系統(tǒng)開(kāi)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(guò)程中，數(shù)據(jù)監(jiān)視運(yùn)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(bào)表或曲線形式，可以實(shí)現(xiàn)多報(bào)表頁(yè)面或多曲線頁(yè)面并行顯示，能在不同監(jiān)視頁(yè)面之間切換。在參數(shù)監(jiān)視過(guò)程中，系統(tǒng)能夠保存當(dāng)前監(jiān)視的參數(shù)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)文件。

3 遠(yuǎn)程診斷子系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
    遠(yuǎn)程診斷子系統(tǒng)(如圖5所示)是故障診斷遠(yuǎn)程協(xié)作軟件系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷資源、信息的共享和重用以及遠(yuǎn)程專(zhuān)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(guò)Web瀏覽器網(wǎng)頁(yè)啟動(dòng)遠(yuǎn)程診斷子系統(tǒng)，遠(yuǎn)程診斷子系統(tǒng)應(yīng)用程序位于Web服務(wù)器上。

    遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)和知識(shí)的在線交流：任務(wù)管理子系統(tǒng)實(shí)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(shí)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(jì)實(shí)現(xiàn)
4．1 診斷推理服務(wù)
    診斷推理過(guò)程描述如下：?jiǎn)?dòng)診斷過(guò)程后，診斷推理機(jī)處于“初始化”狀態(tài)，在載入一個(gè)或多個(gè)診斷模型后，推理機(jī)進(jìn)入“推理服務(wù)”狀態(tài)。在“推理服務(wù)”狀態(tài)，推理機(jī)從診斷模型中獲取測(cè)試信息并執(zhí)行測(cè)試，當(dāng)某一測(cè)試項(xiàng)目執(zhí)行完獲得測(cè)試結(jié)果后，推理機(jī)進(jìn)入“產(chǎn)生故障假設(shè)”狀態(tài)，或選擇下一步測(cè)試，或生成診斷結(jié)論。生成故障結(jié)論后，推理機(jī)還能夠根據(jù)用戶選擇繼續(xù)進(jìn)行診斷直到獲取終極結(jié)論。推理機(jī)狀態(tài)圖如圖6所示。根據(jù)推理過(guò)程狀態(tài)圖，推理機(jī)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(cè)試診斷信息的獲取等。
    2)控制推理服務(wù)：?jiǎn)?dòng)或結(jié)束診斷過(guò)程，調(diào)用推理算法得到診斷結(jié)論，選擇下一步測(cè)試項(xiàng)目等。
    3)分析報(bào)告服務(wù)：計(jì)算測(cè)試時(shí)間、費(fèi)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(guò)程路徑等。
4．2 推理組件設(shè)計(jì)
    采用組件技術(shù)實(shí)現(xiàn)診斷推理機(jī)，在任何測(cè)試診斷系統(tǒng)中直接調(diào)用診斷推理機(jī)，實(shí)現(xiàn)診斷系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)無(wú)縫的連接。同時(shí)診斷知識(shí)和診斷推理機(jī)分離，將便于診斷知識(shí)的共享和重用。
    診斷推理機(jī)組件結(jié)構(gòu)如圖7所示。通過(guò)診斷模型加載器對(duì)象使診斷推理機(jī)加載診斷模型，診斷模型實(shí)體類(lèi)廠對(duì)象利用診斷模型加載器對(duì)象獲得的具體診斷模型的知識(shí)要素實(shí)現(xiàn)模型實(shí)體對(duì)象的實(shí)例化，診斷模型實(shí)體集對(duì)象管理已加載的診斷知識(shí)模型。最后由DCOM接口將診斷推理機(jī)支持的服務(wù)暴露給推理機(jī)用戶。

    診斷推理機(jī)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(wèn)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)診斷服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)功能；模型接口IM-odelManage提供診斷模型管理服務(wù)，實(shí)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(shí)現(xiàn)故障診斷功能。

5 結(jié)論
    基于組件技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)具有如下創(chuàng)新點(diǎn)：一是組件技術(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)與診斷推理機(jī)，使診斷知識(shí)和診斷推理機(jī)分離，便于診斷知識(shí)的共享和重用；二是方便系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)充和完善，系統(tǒng)只需增加對(duì)應(yīng)的功能組件即可實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展；三是系統(tǒng)可以跨平臺(tái)、面向網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。