武君勝,李 莉,,曹 靜,張 雙

(1.西北工業(yè)大學(xué) 軟件與微電子學(xué)院，西安 710072; 2.中航工業(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，西安 710068)

機(jī)載機(jī)電系統(tǒng)自動(dòng)測試平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

武君勝1,李 莉1,2,曹 靜1,張 雙2

(1.西北工業(yè)大學(xué) 軟件與微電子學(xué)院，西安 710072; 2.中航工業(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，西安 710068)

以提高某型飛機(jī)機(jī)載機(jī)電系統(tǒng)UMS的外場故障定位和隔離能力為背景，實(shí)現(xiàn)資源整合，對UMS系統(tǒng)通用自動(dòng)測試平臺GPATE的硬件結(jié)構(gòu)與軟件技術(shù)進(jìn)行了研究，介紹了GPATE平臺的硬件結(jié)構(gòu)的組成和軟件架構(gòu)的設(shè)計(jì)，在GPATE平臺上采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了硬件的通用性和軟件的可移植性；通過實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)仿真和外場動(dòng)態(tài)驗(yàn)證表明，GPATE的設(shè)計(jì)合理、各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足實(shí)現(xiàn)對UMS系統(tǒng)功能測試的要求，有效地提高了產(chǎn)品的故障檢測率。

通用自動(dòng)測試平臺；測試程序集；機(jī)載機(jī)電系統(tǒng)；可移植性

0 引言

在現(xiàn)代飛機(jī)一體化發(fā)展的大趨勢下，飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)正向著綜合化、多電化和智能化的方向發(fā)展，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)功能、能量、控制和物理4個(gè)方面的全綜合[1]?，F(xiàn)階段，已將飛機(jī)的燃油系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和剎車系統(tǒng)等融合設(shè)計(jì)為機(jī)電系統(tǒng)(UMS)，實(shí)現(xiàn)了物理結(jié)合、綜合控制和能力管理，是飛機(jī)機(jī)載系統(tǒng)綜合化的一大跨越。

針對UMS系統(tǒng)的測試是貫穿其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、維護(hù)和維修的全壽命周期過程中必不可少的重要環(huán)節(jié)，也是檢驗(yàn)系統(tǒng)工作狀態(tài)的重要手段[2-3]。依據(jù)飛機(jī)UMS系統(tǒng)的組成特點(diǎn)，針對其工作的重要性和架構(gòu)的特殊性，遵循通用化、標(biāo)準(zhǔn)化及模塊化的原則，研制通用自動(dòng)測試平臺(GPATE)。GPATE是以ATLAS 716編譯器和可互換虛擬儀器(IVI)驅(qū)動(dòng)技術(shù)為核心的軟、硬件結(jié)合的集成系統(tǒng)，它由自動(dòng)測試系統(tǒng)集成、測試程序開發(fā)、調(diào)試及運(yùn)行等多重功能和環(huán)境組成，支持IVI-C和IVI-COM接口，提供同類儀器的互換機(jī)制，實(shí)現(xiàn)同類儀器驅(qū)動(dòng)器函數(shù)形式和參數(shù)的完全統(tǒng)一[4]。此設(shè)計(jì)使GPATE的硬件接口具有通用性和開放性、測控軟件可移植且可重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了平臺的靈活組建，滿足了系統(tǒng)的擴(kuò)展需求。

GPATE包括通用檢測平臺、系統(tǒng)專用適配器及測控軟件三部分，文中將對平臺硬件技術(shù)、測控軟件技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)研究，并對系統(tǒng)專用適配器的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行介紹。

1 GPATE平臺硬件技術(shù)

1.1 通用檢測平臺的硬件結(jié)構(gòu)

GPATE的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由系統(tǒng)控制器、測試系統(tǒng)主機(jī)箱、適配器(TUA)和被測單元(UUT)四部分構(gòu)成[5]。其中：系統(tǒng)控制器和測試系統(tǒng)主機(jī)箱的組合則被稱為‘通用檢測平臺’(見圖1中的虛線部分)。

圖1 通用檢測平臺硬件結(jié)構(gòu)

1)系統(tǒng)控制器。采用外置式計(jì)算機(jī)，用于管理和控制系統(tǒng)的運(yùn)行，是整個(gè)測試系統(tǒng)的核心，完成的功能包括測試控制、故障診斷控制、界面和數(shù)據(jù)顯示及系統(tǒng)管理等。

2)測試系統(tǒng)主機(jī)箱。包含電源、總線背板、冷卻系統(tǒng)、模塊化儀器(例如測量類儀器、能源類儀器、開關(guān)模塊和通用負(fù)載等)、ICA端口連接器、各種內(nèi)部總線和連線等。其中，主機(jī)箱內(nèi)所有模塊化儀器的輸入、輸出端口直接與ICA相連。

3)通用資源控制總線。系統(tǒng)控制器通過VXI/PXI總線等方式完成對測試系統(tǒng)主機(jī)箱內(nèi)各種測試資源的初始化，并收集測試結(jié)果、存儲和顯示。

4)模塊化儀器。接收來自資源控制總線的命令，確定能源類模塊和負(fù)載類模塊的狀態(tài)；通過開關(guān)模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)測試通路的分配和控制；使用測量類儀器完成對系統(tǒng)輸出信號的測量；并通過資源控制總線反饋測試結(jié)果。

1.2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

GPATE采用箱體式硬件結(jié)構(gòu)，使用緊固卡口實(shí)現(xiàn)箱體之間的對接。為了便于運(yùn)輸，在箱體組合和內(nèi)部儀器之間設(shè)有減震裝置。箱體組合的前后部還設(shè)有擋板，可在運(yùn)輸或儲存過程中起到防塵和防潮的作用。

使用時(shí)，在箱體組合后部通過電纜將GPATE的測試資源全部連接起來；箱體組合的前部則連接系統(tǒng)控制器，實(shí)現(xiàn)操作平臺與測試系統(tǒng)的對接。

1.3 測試適配器設(shè)計(jì)

系統(tǒng)專用適配器(TUA)作為GPATE平臺硬件的組成部分，主要完成通用檢測平臺與UUT之間的連接、對輸入/輸出信號進(jìn)行調(diào)理、對通用檢測平臺和UUT起到隔離保護(hù)的作用。在通用檢測平臺的ICA端配置了所有常用測試資源及足夠的開關(guān)資源。UUT可根據(jù)測試需求，在TUA端的ITA端設(shè)定自身的所需的測試資源。

2 GPATE測控軟件技術(shù)

2.1 UMS測控軟件的組成

UMS系統(tǒng)測控軟件(TP)由通用檢測平臺端的測試/激勵(lì)軟件(SP)和UUT端的駐留軟件(RP)構(gòu)成，如圖2所示。

圖2 UMS測控軟件組成

其中：

1)平臺測試/激勵(lì)軟件(SP)由實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)及測試應(yīng)用程序組成，支持對GPATE提供的資源進(jìn)行自動(dòng)分配和重新配置；負(fù)責(zé)完成對UMS系統(tǒng)功能和主要性能的測試；對GPATE的測試結(jié)果進(jìn)行分析和處理，使整個(gè)UMS系統(tǒng)能夠安全、可靠、正常的運(yùn)行，并為UMS的可恢復(fù)使用測試提供支持。

2)UMS內(nèi)部駐留軟件(RP)，支持?jǐn)?shù)據(jù)的顯示和程序的加載運(yùn)行；完成UMS系統(tǒng)和GPATE之間的數(shù)據(jù)交互；根據(jù)GPATE的測試命令，完成相應(yīng)測試。

2.2 測試流程

UMS的TPS測試可分為A通道測試和B通道測試兩大部分。而A、B通道的測試則包括存儲器測試、中斷測試、串行口測試、離散量輸入測試、離散量輸出測試、直流模擬量輸入測試和交流模擬量輸入測試等七個(gè)部分，詳見圖3。

圖3 UMS TPS測試模型

TPS運(yùn)行過程中，平臺測試/激勵(lì)軟件(SP)會先與UUT內(nèi)部駐留軟件(RP)建立通訊(即RS232)，再按照測試要求完成UMS產(chǎn)品的各項(xiàng)測試。如果在測試過程中發(fā)現(xiàn)有故障，即認(rèn)為其中的某個(gè)部件或某幾個(gè)部件有故障。

2.3 檢測要求

1)識別電阻測試：TPS運(yùn)行應(yīng)先檢測TUA和UUT標(biāo)識電阻；若阻值錯(cuò)誤，則認(rèn)定TUA和UUT不對，必須更換。

2)UMS上電檢測：UMS上電后，如選擇A通道測試，則檢測A通道電源部件PS(A)輸出電壓，若在有效范圍內(nèi)，則認(rèn)為PS(A)正常；反之則報(bào)故，不再測試。如僅選擇B通道而不做A通道測試，則檢測PS(B)輸出電壓，若在有效范圍內(nèi)，則認(rèn)為PS(B)正常；反之則報(bào)故，不再測試。

3)建立RS-232通訊：UMS與GPATE之間采用RS-232串行口通訊。UMS上電后，若PS(A)正常，則‘建立RS-232(A)通訊’，如果失敗，不再進(jìn)行測試。若PS(B)正常，則‘建立RS-232(B)通訊’，如果失敗，不再進(jìn)行測試。

4)存儲器測試：測試UMS中處理器部件的存儲器，包括ROM、SRAM和FLASH等。

5)中斷測試：對UMS定時(shí)中斷、匯流條短路中斷及信號中斷的測試。

6)總線測試：對UMS與航電系統(tǒng)進(jìn)行通信的1553B總線接口的測試；對UMS與座艙顯示器進(jìn)行通信的HB 6096總線接口的測試；對UMS與左、右GCU和MMP進(jìn)行通信的RS-422接口的測試。

7)離散量輸入測試：每路信號都有兩種狀態(tài)，如‘27伏/開路’或‘GND/開路’；GPATE為每一路信號提供這兩種狀態(tài)。

8)離散量輸出測試：每路信號亦有兩種狀態(tài)，如‘27伏/開路’或‘接通/斷開’；GPATE能夠分別檢測每一路信號的這兩種狀態(tài)。

9)模擬量輸入測試：GPATE模擬飛機(jī)電源系統(tǒng)各類直流或交流匯流條的電壓，由UMS進(jìn)行采集和檢測。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

以UMS的‘存儲器測試’為例，說明UMS利用GPATE實(shí)現(xiàn)功能測試的過程。存儲器測試項(xiàng)包括：SRAM測試、FLASH測試、EPROM測試、EEPROM測試。由GPATE向UMS系統(tǒng)發(fā)送存儲器測試命令后，依靠UMS系統(tǒng)內(nèi)部的駐留測試支持程序?qū)Υ鎯ζ鬟M(jìn)行測試；測試完成后，由UMS系統(tǒng)向GPATE發(fā)送測試結(jié)果。測試流程如圖4所示。

圖4 存儲器測試流程

具體過程如下：

1)UMS的TP開始運(yùn)行后，由操作人員檢查是否已連接好UMS和UMS-TUA。如果已連接，繼續(xù)運(yùn)行TP；如果未連接，TP停止、退出運(yùn)行。

2)在操作人員確認(rèn)UMS-TUA已完全連接好了之后，需檢查UMS-TUA的使用是否正確。如果確認(rèn)UMS-TUA使用錯(cuò)誤，則TP停止運(yùn)行，并更換適配器；如UMS-TUA的使用是正確的，則TP將再次檢測。

3)要求操作者在開始測試前對操作者的姓名和代碼進(jìn)行記錄，并按照屏幕顯示的表格進(jìn)行填寫，信息包括：“操作者”、“LRU型號”、“LRU編號”、“LRU版本”和“測試類型”等。

4)填寫信息完成后，GPATE就會給UMS系統(tǒng)上電。同樣，在系統(tǒng)測試完成后，亦會執(zhí)行UMS系統(tǒng)的下電步驟。

5)UMS系統(tǒng)上電后，GPATE對RS-232串行口進(jìn)行初始化，并執(zhí)行通信握手程序，使UMS系統(tǒng)和GPATE建立RS-232通信。

6)RS-232通信建立后，TP繼續(xù)運(yùn)行，出現(xiàn)圖5所示的‘測試選擇界面’，操作者可根據(jù)所需的選擇需要測試的內(nèi)容。本次選擇“存儲器測試”。

圖5 測試選擇界面

7)存儲器測試步驟：GPATE給UMS系統(tǒng)發(fā)送測試數(shù)據(jù)包；UMS系統(tǒng)根據(jù)測試指令對存儲器進(jìn)行測試，測試完成后向GPATE發(fā)送測試結(jié)果；GPATE判別UMS系統(tǒng)的測試結(jié)果。

8)驗(yàn)證結(jié)果窗口。測試程序運(yùn)行過程中，所有測試結(jié)果出現(xiàn)在測試結(jié)果窗口，如圖6所示：當(dāng)測試結(jié)果為正常，“測試信息”一欄的值為“存儲器測試正確”；當(dāng)測試結(jié)果為故障，“測試信息”一欄的值為“存儲器測試錯(cuò)誤”。

圖6 測試結(jié)果窗口

9)UMS系統(tǒng)TPS測試結(jié)束后彈出‘TPS結(jié)束對話框’，點(diǎn)擊關(guān)閉測試程序。

TP不僅可以完成針對某一項(xiàng)或某幾項(xiàng)功能的定點(diǎn)測試，還可以按照2.3節(jié)的檢測要求，順序完成對UMS功能的測試。

4 結(jié)束語

以某型飛機(jī)的機(jī)電系統(tǒng)(UMS)作為目標(biāo)機(jī)，在實(shí)驗(yàn)室條件下完成對GPATE各項(xiàng)測試功能的靜態(tài)仿真，并在外場完成對GPATE各項(xiàng)測試功能的動(dòng)態(tài)驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明：GPATE能夠滿足UMS各項(xiàng)功能性能的測試要求。GPATE的使用，不但有效地提高了UMS系統(tǒng)離位測試(I-Level)的故障定位和故障隔離能力，還簡化了系統(tǒng)的排故流程、縮短了系統(tǒng)的維修時(shí)間，極大地提高了生產(chǎn)效率，目前該項(xiàng)目已完成設(shè)計(jì)定型并裝配使用。

[1] 林 明，蔡增杰，朱武峰. 飛機(jī)機(jī)電系統(tǒng)發(fā)展趨勢與啟示[J]. 機(jī)械研究與應(yīng)用，2011,06(2):153-156.

[2] 王緒飛. 國產(chǎn)化通用測試平臺的研制建設(shè)[J]. 電子世界，2013(14):11-12.

[3] 盧慧卿，孟 晨，方 丹，等. 通用檢測系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2010,10(5):185-188.

[4] 崔亞君，祝華遠(yuǎn)，殷 磊. 某型舵機(jī)自動(dòng)檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 裝備制造技術(shù)，2011(2):67-69.

[5] 北京東方信標(biāo)表測試技術(shù)有限技術(shù). GPTS3.0培訓(xùn)手冊[Z]. 2008-08.

Design and Implementation of Automatic Test Platform for Aircraft Unities Management System

Wu Junsheng1, Li Li1,2, Cao Jing1, Zhang Shuang2

(1.School of Software and Micro-electronics，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China；2.AVIC Xi’an Aeronautics Computing Technique Research Institute，Xi’an 710068，China)

In order to improve the field fault location and isolation capability of Aircraft-Unities-Management-System (UMS) as the background, to achieve the integration of resources, research of the structure of the hardware and software technology of General-Purpose-Automatic-Test-Equipment (GPATE) of the general UMS, introduces the design of hardware structure and software architecture composed of the GPATE, using GPATE standardization modular design, implement the general hardware and software portability. Through the static simulation the laboratory and the field dynamic verification, the design of the GPATE is reasonable and the indexes can meet the requirements of the functional test of the UMS, and the fault detection rate of the product is improved effectively.

general-purpose automatic test equipment (GPATE); test program set(TPS); unite management system (UMS); transportability

2016-10-14；

2016-11-24。

航空科學(xué)基金(20141931001)。

武君勝(1962-)，男，陜西西安人，教授，博士研究生導(dǎo)師，主要從事軟件工程和科學(xué)計(jì)算可視化等方向的研究。

1671-4598(2017)04-0012-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.04.004

O213.2

A