隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，特別是數(shù)字技術(shù)及各種超大規(guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用，電子裝備尤其是軍用電子裝備結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，功能越來越完善，自動(dòng)化程度也越來越高。雖然電子系統(tǒng)的性能得到提高，但是對測試和維修保障也產(chǎn)生了測試流程復(fù)雜、測試時(shí)間長、維修保障困難、維修費(fèi)用高等諸多問題，這些問題嚴(yán)重影響了電子設(shè)備的完好性和壽命周期。

　　電路板故障診斷技術(shù)，可以快速、準(zhǔn)確地對電子系統(tǒng)是否異常進(jìn)行判斷，對于出現(xiàn)的故障進(jìn)行快速定位，并將故障隔離到可更換單元。在電子設(shè)備維護(hù)保障中應(yīng)用現(xiàn)代故障診斷技術(shù)，可以提高系統(tǒng)的可靠性、有效性，保障設(shè)備發(fā)揮設(shè)計(jì)能力，延長使用壽命，降低壽命周期費(fèi)用；通過檢測監(jiān)視、故障統(tǒng)計(jì)分析及性能評估等，為設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)和信息，因此研究電子設(shè)備尤其是電路板故障診斷技術(shù)，將研究成果產(chǎn)品化推廣應(yīng)用，具有廣闊的應(yīng)用前景。利用基于MapInfo和系統(tǒng)的電路故障診斷系統(tǒng)，可以幫助測試技術(shù)人員及時(shí)、準(zhǔn)確地對各種異常狀態(tài)和故障做出診斷，并預(yù)防和消除故障。

　　1 故障診斷系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

　　故障診斷技術(shù)發(fā)展至今，已提出了大量較成熟的方法。按照國際故障診斷權(quán)威FRANK P M教授的觀點(diǎn)，所有的故障診斷方法可以分為3種：（1）基于解析模型的方法；（2）基于信號處理的方法；（3）基于知識的方法[1]?；谥R的診斷方法包括基于系統(tǒng)的方法、基于模糊的方法、基于神經(jīng)網(wǎng)路的方法和基于故障樹的方法[2]。

　　邏輯轉(zhuǎn)換裝置的測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。本文采用系統(tǒng)的方法設(shè)計(jì)故障診斷系統(tǒng)，診斷的結(jié)果還將通過電子地圖的方式提供給測試人員。

　　2 故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)是一個(gè)智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，其內(nèi)部含有大量的某個(gè)領(lǐng)域水平的知識與經(jīng)驗(yàn)，能夠利用人類的知識和解決問題的方法來處理該領(lǐng)域問題。也就是說，系統(tǒng)是一個(gè)具有大量的專門知識與經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng)，它應(yīng)用人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，根據(jù)某領(lǐng)域一個(gè)或多個(gè)提供的知識和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行推理和判斷，模擬人類的決策過程，以便解決那些需要人類處理的復(fù)雜問題，簡而言之，系統(tǒng)是一種模擬人類解決領(lǐng)域問題的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)故障方法是計(jì)算機(jī)在采集被診斷對象的信息后，綜合運(yùn)用各種規(guī)則（經(jīng)驗(yàn)），進(jìn)行一系列的推理[3]。必要時(shí)還可以隨時(shí)調(diào)用各種應(yīng)用程序，運(yùn)行過程中向用戶索取必要的信息后，就可快速地找到終故障或有可能發(fā)生的故障，再由用戶來證實(shí)[4]。

　　本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)如圖2所示，由人機(jī)接口、數(shù)據(jù)庫、推理機(jī)、知識故障庫等組成。

　　人機(jī)接口：人與系統(tǒng)打交道的橋梁和窗口，也也是人機(jī)信息的交互界面。

　　數(shù)據(jù)庫：采集大量信號和器件在測試中的正確狀態(tài)。如輸入輸出信號線、中間信號在測試過程每一步的正確值及開關(guān)、燈、繼電器以及三極管在測試中的正確狀態(tài)。系統(tǒng)采用Access完成知識和數(shù)據(jù)的存儲，信息以表的形式存儲。數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)易于系統(tǒng)推理加工和處理，在管理軟件的控制下，數(shù)據(jù)庫接收和存儲有關(guān)故障類型的信息和相對應(yīng)的信息。

　　推理機(jī)：根據(jù)獲取的信息，綜合運(yùn)用各種規(guī)則進(jìn)行故障診斷、輸出診斷結(jié)果。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩種算法：（1）通過計(jì)算匹配度確定故障原因。根據(jù)已知的錯(cuò)誤信息檢索數(shù)據(jù)庫，保存匹配度大于0的所有故障類型，并按匹配度大小進(jìn)行排隊(duì)，匹配度大的故障類型是實(shí)際發(fā)生故障的可能性比較大，由此可以根據(jù)知識庫推理出可能出錯(cuò)的元器件。（2）根據(jù)測試中錯(cuò)誤信號的分布范圍確定故障位置。根據(jù)報(bào)錯(cuò)的所有測試步驟，查詢涉及到的輸入輸出信號、中間信號、交叉信號，并通過比對輸出。技術(shù)人員在地圖上根據(jù)信號找到出錯(cuò)的元器件。

　　知識故障庫：包括所有的故障類型和故障類型對應(yīng)的信息。故障類型與其對應(yīng)信息可以在線檢測時(shí)添加，使得知識庫在使用中會(huì)不斷豐富壯大。

　　3 電路地圖的開發(fā)制作

　　3.1 基于MapInfo制作電路地圖的步驟

　　MapInfo是美國MapInfo公司的桌面地理信息系統(tǒng)軟件，是一種數(shù)據(jù)可視化、信息地圖化的桌面解決方案。它依據(jù)地圖及其應(yīng)用的概念、采用辦公自動(dòng)化的操作、集成多種數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)、融合計(jì)算機(jī)地圖方法、使用地理數(shù)據(jù)庫技術(shù)、加入了地理信息系統(tǒng)分析功能，形成了極具實(shí)用價(jià)值的、可以為各行各業(yè)所用的大眾化小型軟件系統(tǒng)。MapInfo 含義是“Mapping + Information（地圖+信息）”即：地圖對象+屬性數(shù)據(jù)。

　　經(jīng)過獲取柵格圖、配準(zhǔn)柵格圖、地圖圖層化三個(gè)步驟后得到的部分電路地圖如圖3所示。

　　圖3是制作完成的控制邏輯轉(zhuǎn)換裝置PCB電路地圖的一部分。包括元件C19（電容）、C8（電容）、D1（CPLD）、以及元件管腳上的信號。圖層1是作為背景的柵格圖像層；圖層2是信號圖層，由星狀標(biāo)識構(gòu)成，每一個(gè)星狀標(biāo)識代表一個(gè)信號；圖層3是信元器件圖層，由黃色多邊形構(gòu)成，每一個(gè)多邊形代表一個(gè)元器件。

　　地圖編碼首先將以上所得到的三個(gè)圖層制作成一個(gè)“。gst”文件，然后采集“。gst”文件中元器件和信號的名稱、位置、放大倍數(shù)等信息，并將其保存到Access數(shù)據(jù)庫，這樣就可以實(shí)現(xiàn)調(diào)用地圖進(jìn)行SQL查詢，但由于尚無導(dǎo)航功能，因此必須以此為基礎(chǔ)進(jìn)行二次開發(fā)。

　　3.2 基于VB.Net+MapX的導(dǎo)航電子地圖實(shí)現(xiàn)

　　電子地圖（英語：Electronic map），即數(shù)字地圖，是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，以數(shù)字方式存儲和查閱的地圖。 電子地圖儲存資訊的方法，一般使用向量式圖像儲存，地圖比例可放大、縮小或旋轉(zhuǎn)而不影響顯示效果，早期使用位圖式儲存，地圖比例不能放大或縮小，現(xiàn)代電子地圖軟件一般利用地理信息系統(tǒng)來儲存和傳送地圖數(shù)據(jù)，也有其他的信息系統(tǒng)。

　　MapX是MapInfo的ActiveX控件產(chǎn)品。它是一種基于Windows操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)控件，因而能支持絕大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的可視化開發(fā)環(huán)境，如Visual C++、Visual Basic、Delphi、PowerBuilder、Visual Studio.NET等。利用MapX能夠簡單快速地在軟件中嵌入地圖化功能，增強(qiáng)軟件的空間分析能力。

　　在VB.Net環(huán)境下集成MapX開發(fā)GIS，將MapX做為控件軟件添加到應(yīng)用程序中，然后通過設(shè)置屬性和調(diào)用該屬性方法來實(shí)現(xiàn)。

　　3.2.1 添加MapX控件

　　在VB.Net開發(fā)環(huán)境界面中，在工具欄中點(diǎn)擊右鍵，選擇“Choose Items”項(xiàng)。在隨即彈出的對話框中，選擇“COM Components”選項(xiàng)卡，選中“MapInfo MapX V5”。即可完成添加。

　　3.2.2 利用MapX控件實(shí)現(xiàn)圖形的顯示、縮放、漫游、定位查詢

　?。?）圖形顯示

　　首先在工具欄中調(diào)用MapX控件，然后在顯示圖形窗體（frmView）上添加MapX圖，在初始化添加如下代碼。

　　Private Sub Form_Load（）

　　Dim lyr As MapXLib.Layer

　　Map1.Layers.Add App.Path & “\map\totalmap.tab”

　　Map1.Zoom=180′設(shè)置圖形初始顯示比例

　　Map1.CenterX=-1.2′設(shè)置圖形初始顯示X軸中心

　　Map1.CenterY=1′設(shè)置圖形初始顯示Y軸中心

　　Set lyr=Map1.Layers（“totalmap”）

　　lyr.Editable=False′設(shè)置圖形不可編輯

　　lyr.Selectable

　　End Sub

　?。?）圖形縮放、漫游

　　先在顯示圖形窗體（frmView）上添加放大按鈕、縮小按鈕、漫游按鈕。

　　這3個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)調(diào)用MapXLib中的函數(shù)miZoomInTool、miZoomOutTool和miPanTool來實(shí)現(xiàn)。

　?。?）圖形定位

　　定位功能有著重要的實(shí)用意義，技術(shù)人員將不必翻找大量資料，在定位元器件或信號的同時(shí)，技術(shù)人員還可獲取該元器件或信號的信息（如名稱、當(dāng)前的正確狀態(tài)），以便進(jìn)行下一步排故工作。

　　VB.Net定位功能實(shí)現(xiàn)的思路：在某一圖形窗體（frmView）上放2個(gè)MapX控件：Map1（主圖）、Map2（鷹眼圖，也稱導(dǎo)航圖）。然后編寫相應(yīng)代碼在鷹眼圖上創(chuàng)建一個(gè)圖層，在該圖層上添加一個(gè)矩形Feature，該矩形的大小隨著主圖邊界而變化。

　　完成以上工作后，電子地圖可以放大、縮小、移動(dòng)，通過主副圖配合使用，技術(shù)人員能夠快速地找到故障位置，獲得相關(guān)信息。

　　4 系統(tǒng)用戶界面設(shè)計(jì)

　　測試系統(tǒng)中與故障診斷界面相關(guān)的有故障分析界面和地圖操作界面。

　　（1）故障分析界面主要實(shí)現(xiàn)4個(gè)功能：輸入錯(cuò)誤信息、選擇算法診斷、輸出診斷界面、向故障知識庫添加新知識。

　?。?）地圖操作界面進(jìn)一步輔助用戶分析。用戶輸入出錯(cuò)的測試步驟時(shí)，地圖會(huì)自動(dòng)定位到相關(guān)的原理圖或PCB圖相關(guān)的元件上。通過查看電路圖，用戶就可以進(jìn)一步驗(yàn)證故障分析的結(jié)果。

　　此外，在地圖操作界面上，用戶可查出測試中每一步所有信號的正確狀態(tài)。因此用戶可判斷某一信號的狀態(tài)是否正確，方便手動(dòng)排除故障。地圖操作定位界面如圖4所示。

　　本系統(tǒng)采用人機(jī)對話界面風(fēng)格，系統(tǒng)功能按層次全部列于屏幕上，用戶可直接用鍵盤、鼠標(biāo)等各種設(shè)備選擇各項(xiàng)功能。在各子功能菜單上設(shè)計(jì)各種類型的對話框及圖標(biāo)，實(shí)現(xiàn)高度交互性，提高對無效信息的屏蔽，同時(shí)統(tǒng)一各菜單標(biāo)準(zhǔn)，提供運(yùn)行指導(dǎo)和聯(lián)機(jī)幫助功能。

　　通過對故障診斷系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試實(shí)驗(yàn)，對該方法進(jìn)行了大量有效驗(yàn)證，實(shí)踐證明該方法能夠較好地實(shí)現(xiàn)對該電路系統(tǒng)的故障診斷，并且與原測試系統(tǒng)相互配合，合為一體。與其他電子電路的故障診斷方法相比，采用系統(tǒng)和MapInfo方法設(shè)計(jì)的故障診斷系統(tǒng)，不但能診斷出故障原因和故障位置，還可將電路圖做成電子地圖，直觀、形象地查看故障，便于用戶實(shí)施解決方案。