一种船用综合导航系统故障定位方法和系统与流程

1.本发明涉及航海导航领域，具体涉及一种船用综合导航系统故障定位方法和系统。


背景技术：

2.作为船舶在海上航行的“眼睛”，综合导航系统担负着本船运动信息测量与环境信息感知的任务，系统是否稳定可用密切影响着船舶的航行安全。而综合导航系统往往设备组成众多、数据交互频繁，一旦发生故障，需要花费较长时间进行故障定位，对船舶航行安全带来较为严重的威胁。
3.而目前通过人工进行故障定位的方式，严重依赖工程经验，如此无法有效提升故障定位的效率，影响船舶的航行安全。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种船用导航系统定位故障定位方法和系统，利用故障树分析，从故障现象出发，贴近用户故障处理现场的工程实际，面向用户的使用需求，易于理解并指导操作，提升故障的定位时间，为船舶航行的安全护航。
5.本发明的技术目的是通过以下技术方案实现的：
6.一种船用综合导航系统故障定位系统，该系统包括人机交互模块、定位推演模块和数据存储模块；
7.数据存储模块用以存储故障树数据以及对应故障的维修指导文件；
8.人机交互模块用以在故障发生时选择故障现象，将用户的选择指令发送给定位推演模块，显示定位推演模块的故障定位结果及对应的维修指导文件；
9.定位推演模块用以接收用户的选择指令从数据存储模块中对故障树进行检索找到与故障现象对应的故障定位结果以及对应的维修指导文件。
10.本发明还提供了一种船用综合导航系统故障定位方法，该方法包括构建故障树数据，将构建的故障树数据存储在数据存储模块中；故障发生时，用户通过人机交互模块选择发生的故障现象，并通过人机交互模块将用户在人机交互模块的选择指令发送至定位推演模块，定位推演模块接收到用人机交互模块发送的选择指令后对存储在数据存储模块中的数据树进行检索，定位到与故障现象相对应的故障事件，定位到的故障事件通过人机交互模块反馈给用户。
11.进一步地，该方法还包括故障定位完成后定位推演模块从数据存储模块中检索查询故障对应的维修指导文件，人机交互模块将对应的维修指导文件反馈给用户。
12.进一步地，构建故障树数据时包括以下步骤：
13.步骤1、在船舶舱室内设置若干用以观测故障表现的故障观测点；
14.步骤2、根据综合导航系统的历史故障统计数据、设备资料及系统网络架构形成故障观测点的故障现象合集；
15.步骤3、逐一以故障观测点的故障现象为顶事件，并以该顶事件建立综合导航系统故障树，综合导航系统故障树由上而下逐级分析获得导致综合导航系统故障树顶事件发生的所有底事件，综合导航系统故障树的最低层底事件为设备级故障；
16.步骤4、逐一以设备级故障为顶事件建立设备级故障树，设备级故障树由上而下逐级分析获得导致设备级故障树顶事件发生的所有底事件，设备级故障树的最低层底事件为维修中最低可更换单元级故障；
17.步骤5、综合导航系统故障树和设备级故障树组合形成完整故障树，将完整故障树的数据存储在数据存储模块。
18.进一步地，该方法还包括由上而下逐层将完整故障树的最小割集分别转化为可观测、可检测的事件，设置每层的排查优先级，形成每层的故障排查卡；逐一按照完整故障树逐层制作故障排查卡，并存储在定位推演模块中。
19.进一步地，根据检测可达度、器件故障率确定排查优先级，每一层的排查操作结果的集合对应下一层的故障排查卡，按照故障排查卡逐层排查直至排查至底事件。
20.进一步地，故障发生时：
21.s1、用户通过人机交互模块选择故障现象；
22.s2、人机交互模块根据完整故障树由上而下逐层以文本的形式提供故障排查卡，用户根据故障现象对故障排查卡进行选择，人机交互模块根据用户的选择指令将选择结果返回给定位推演模块；
23.s3、定位推演模块接收用户的选择指令后将下一层级的故障排查卡返给人机交互模块；
24.s4、重复步骤s3，直至故障定位至最底层级，完成故障定位。
25.进一步地，故障观测点设置在信息化设备处。
26.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
27.1、本发明的船用综合导航系统故障定位方法和系统可有效辅助进行故障定位，从故障现象出发，贴近用户故障处理现场的工程实际，面向用户的使用需求，易于理解并指导操作，提升故障的定位时间，为船舶航行的安全护航。
28.2、综合导航系统故障树和设备级故障树结合的方式建立完整故障树，能够在故障树建立与数据存储阶段，有效将综合导航系统故障树和设备级故障树解耦合，减少不必要的排列组合，简化故障树的构建过程，提升检索的运算效率。
29.3、由上而下逐层将故障树的最小割集分别转化为可观测、可检测的事件，作为故障现象在此层级的排查操作步骤；并根据检测可达度、器件故障率确定排查优先级形成该层级的故障排查卡，明确了故障排查目标，有效减少非必要操作，且不遗漏故障源可能；并通过优先级的设置，以最小时间、最小人力成本完成故障定位。
30.4、通过若干故障观测点，建立故障现象合集，作为故障定位的输入与故障树的顶事件，能够建立高效的故障显现整合机制，短时间内完成第一步故障排查，有效避免同一个故障引发多点位故障现象而产生的数据冗余，较大程度减少故障排除步骤，提升故障定位效率，且易于用户操作。
附图说明
31.图1是本发明的船用综合导航系统故障定位方法流程示意图。
32.图2是本发明中船用导航系统故障树分析图。
33.图3是本发明中气象传真机故障树分析图。
具体实施方式
34.下面结合具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步描述：
35.一种船用综合导航系统故障定位系统，该系统包括人机交互模块、定位推演模块和数据存储模块；将人机交互模块、定位推演模块和数据存储模块部署安装在计算机上，计算机如笔记本电脑(lenovo legion r9000p2021hxxxxxx，cpu型号r7-5800h，内存32gb，硬盘512gb)。船用综合导航系统由综合导航显控台、ais接收设备、气象传真机、航行告警接收机、gps定位设备、陀螺罗经、导航雷达、串口服务器、以太网交换机组成。
36.数据存储模块用以存储故障树数据以及对应故障的维修指导文件；人机交互模块用以在故障发生时选择故障现象，将用户的选择指令发送给定位推演模块，显示定位推演模块的故障定位结果及对应的维修指导文件；定位推演模块用以接收用户的选择指令从数据存储模块中对故障树进行检索找到与故障现象对应的故障定位结果以及对应的维修指导文件。
37.本实施例还提供了一种船用综合导航系统故障定位方法，其运用了上述的船用综合导航系统故障定位系统，该方法包括：构建故障树数据，将构建的故障树数据存储在数据存储模块中；故障发生时，用户通过人机交互模块选择发生的故障现象，并通过人机交互模块将用户在人机交互模块的选择指令发送至定位推演模块，定位推演模块接收到用人机交互模块发送的选择指令后对存储在数据存储模块中的数据树进行检索，定位到与故障现象相对应的故障事件，定位到的故障事件通过人机交互模块反馈给用户。故障定位完成后定位推演模块从数据存储模块中检索查询故障对应的维修指导文件，人机交互模块将对应的维修指导文件反馈给用户。
38.构建故障树数据时，也即建立故障定位算法，如图1所示，包括以下步骤：
39.步骤1、故障观测点设置在信息化设备处，本实施例中确定3个故障观测点，包括综合导航显控台数值显示v1、综合导航显控台工作状态指示灯v2、以太网交换机工作指示灯v3；
40.步骤2、结合本船综合导航系统历史故障统计数据、查阅设备资料及系统网络构架，去除冗余数据，确定各故障fi发生时综合导航显控台数值显示v1、综合导航显控台工作状态指示灯v2及以太网交换机工作指示灯v3的故障现象{r
1i
，r
2i
，r
3i
}，并形成合集，对照系统fmea确认无遗漏。如下表所示：
41.[0042][0043]
步骤3、以故障现象{综合导航显控台软件运行正常，无气象传真数据，其他数据正常；综合导航显控台工作状态指示灯正常；以太网交换机工作指示灯正常}为顶事件，建立综合导航系统故障树，如图2所示，由上而下逐级分析，获得可能导致顶事件发生的所有最小割集：“气象传真机与以太网交换机之间端口接触不良”、“气象传真机与以太网交换机之
间端口损坏”、“气象传真机故障”，综合导航系统故障树的最低层底事件为设备级故障，如图2所示。
[0044]
步骤4、以气象传真机故障为顶事件，建立设备级故障树，如图3所示，由上而下逐级分析后，获得可能导致顶事件发生的所有底事件：“气象传真机天线故障”、“气象传真机接收机故障”，设备级故障树的最低层底事件为维修中最低可更换单元级故障。
[0045]
步骤5、综合导航系统故障树和设备级故障树组合形成完整故障树，将完整故障树的数据存储在数据存储模块。
[0046]
完整故障树有p层，由上而下逐层将完整故障树的最小割集分别转化为可观测或可检测的事件{o
i1
，o
i2
，
…oiq
}，作为该故障现象在此层级的排查操作步骤，可观测的事件为人眼可以观测到的事件，如“气象传真机与以太网交换机之间紧固件松动”；可检测的事件为通过操作后可以直接观测的事件，如“更换气象传真机天线后，综导显控台气象传真数据恢复正常”。根据检测可达度、器件故障率确定排查优先级，形成该层级故障排查卡；逐一按照完整故障树逐层制作故障排查卡，并存储在定位推演模块中；每一组的排查操作步骤结果的合集{w
p1
，w
p2
，
…wpq
}都对应着下一层级的排查卡，按照故障排查卡逐层排查直至排查至底事件。
[0047]
p＝1层：
[0048]o11
：紧固端口，观察v1观测点数据接收是否恢复正常，若恢复正常，w
11
＝1，若未恢复正常，w
11
＝0；
[0049]o12
：在气象传真机与以太网交换机之间利用抓包工具检测数据包输出情况，若输出正常，则w
12
＝1，若输出不正常，w
12
＝0。
[0050]
根据检测可达度、器件故障率确定步骤o
11
为第一优先级，步骤o
12
为第二优先级。
[0051]
若w
11
＝1，则排查结束；
[0052]
若w
11
＝0，则进行步骤o
12
；
[0053]
若w
12
＝1，则排查结束；
[0054]
若w
12
＝0，则进行下一层排查。{o
11
，o
12
}形成第一层级故障排查卡。
[0055]
p＝2层：
[0056]o21
：检测气象传真机天线数据输出端是否正常，若正常，o
21
＝0，则为气象传真机的接收机故障；若不正常，o
21
＝1，气象传真机天线数据输出端故障。排查结束。
[0057]
{o
21
}形成第二层级故障排查卡。
[0058]
针对顶事件，按照故障树逐层制作故障排查卡，按逻辑存储至定位推演模块。
[0059]
故障发生后：
[0060]
s1、用户通过人机交互模块选择故障现象{综合导航显控台软件运行正常，无气象传真数据，其他数据正常；综合导航显控台工作状态指示灯正常；以太网交换机工作指示灯正常}；
[0061]
s2、人机交互模块根据完整故障树由上而下逐层以文本的形式提供故障排查卡，先提供第一层故障排查卡{o
11
，o
12
}，用户根据故障现象对故障排查卡进行选择，排查结果为w
11
＝0，w
12
＝0；
[0062]
人机交互模块根据用户的选择指令将选择结果返回给定位推演模块；
[0063]
s3、定位推演模块接收用户的选择指令后将下一层级的故障排查卡{o
21
}返给人机
交互模块；
[0064]
人机交互模块为用户提供第二层级故障排查卡{o
21
}，用户完成步骤o
21
后，o
21
＝1，判断气象传真机天线数据输出端故障，排查结束。
[0065]
若p＝2，则执行一次步骤s3；若p＞2，重复执行步骤s3直至故障定位至最底层级，完成故障定位。
[0066]
故障定位完成后，定位推演模块从数据存储模块中检索查询气象传真机天线故障所对应的维修作业指导文件，人机交互模块对定位推演模块提供的故障定位结果及相应的维修指导文件进行显示。
[0067]
本实施例只是对本发明的进一步解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性的修改，但是只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。