郭飛龍 ，王燕平

（1.上?？臻g推進(jìn)研究所，上海 201112；2.上?？臻g發(fā)動(dòng)機(jī)工程技術(shù)研究中心，上海 201112）

引言

在液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試車過(guò)程中，試車程序的編寫(xiě)是一項(xiàng)很重要的工作。目前，對(duì)于不同的試車臺(tái)，航天企業(yè)采用的試車程序編寫(xiě)方法各不相同，相對(duì)于單機(jī)試車來(lái)說(shuō)，全系統(tǒng)試車臺(tái)的程序編寫(xiě)要更為復(fù)雜，數(shù)據(jù)量龐大，需要消耗大量時(shí)間。如何高效的將任務(wù)書(shū)的時(shí)序圖紙、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)銜接起來(lái)，這是需要迫切解決的問(wèn)題。

1 現(xiàn)有數(shù)據(jù)處理端文件的編寫(xiě)

系統(tǒng)試車前期，設(shè)計(jì)部門(mén)通過(guò)CAD 軟件進(jìn)行擬畫(huà)試車簡(jiǎn)易時(shí)序圖，包括主程序、子程序圖紙。系統(tǒng)試車控制系統(tǒng)所兼容的文件為T(mén)XT 或者Excel 文件，為此，需要根據(jù)圖紙上分機(jī)工作時(shí)間，手動(dòng)輸入“0”和“1”，再將文件導(dǎo)入控制系統(tǒng)。如圖1 所示為控制系統(tǒng)所需的試車程序文件。

圖1 控制系統(tǒng)所需的試車程序文件

圖2 數(shù)據(jù)處理的文件

如此次試車程序時(shí)間比較長(zhǎng)，分機(jī)比較多的情況下，需要消耗大量時(shí)間，容錯(cuò)率較高，檢查修改起來(lái)比較困難。

試車程序數(shù)據(jù)處理是基于VEE 程序開(kāi)發(fā)，尤其是全系統(tǒng)試車，各分機(jī)程序均不一樣，需要試車數(shù)據(jù)的同時(shí)，還需要讀取各分機(jī)工作時(shí)間的配置文件，均為手動(dòng)輸入，需要消耗大量時(shí)間，如圖2 所示。

其中，第一行代表著分機(jī)數(shù)量，第二行分別表示分機(jī)工作時(shí)刻、脈沖次數(shù)、開(kāi)機(jī)時(shí)間、關(guān)機(jī)時(shí)間和分機(jī)名。手動(dòng)輸入容錯(cuò)率非常高，一旦有誤寫(xiě)的地方，會(huì)影響正常處理；另外耗時(shí)非常久。

2 控制程序自動(dòng)轉(zhuǎn)化軟件的設(shè)計(jì)說(shuō)明

設(shè)計(jì)思路是整合試車程序設(shè)計(jì)階段、試車前時(shí)序準(zhǔn)備階段、試車后數(shù)據(jù)處理階段經(jīng)過(guò)同一軟件實(shí)現(xiàn)高效化、智能化、自動(dòng)化轉(zhuǎn)換的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)。

2.1 設(shè)計(jì)原理

設(shè)計(jì)原理主要是根據(jù)全系統(tǒng)控制程序的算法和數(shù)據(jù)處理VEE 程序的算法，通過(guò)LabVIEW 環(huán)境搭建軟件框架，編寫(xiě)前端試車程序和自動(dòng)生成后端控制程序文件和數(shù)據(jù)處理文件，大大減少了前期試驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間和后期數(shù)據(jù)分析時(shí)間，為整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程提高了效率。

2.2 現(xiàn)編譯方法和關(guān)鍵點(diǎn)

圖3 編譯流程圖

基于LabVIEW 高級(jí)編程搭建的框架，LabVIEW 是NI 推出的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)軟件，它們能夠以其直觀簡(jiǎn)便的編程方式、眾多的源碼級(jí)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、多種多樣的分析和表達(dá)功能支持?？蓪⑺械膬x器控制信息均集中在軟件模塊中，可以采用多種方式顯示采集的數(shù)據(jù)、分析的結(jié)果和控制過(guò)程。這種對(duì)關(guān)鍵部分的轉(zhuǎn)移增加了虛擬儀器的靈活性。圖3 為現(xiàn)編譯方法流程圖，將原先的手動(dòng)工作量替換成自動(dòng)工作方式。

圖4

圖5

圖6

2.3 具體實(shí)現(xiàn)步驟、功能與操作流程

為了達(dá)到設(shè)計(jì)目的，考慮到LabVIEW 安裝不便（700MB），現(xiàn)將程序打包為可執(zhí)行文件（exe）。任意一臺(tái)未安裝LabVIEW 編譯軟件的計(jì)算機(jī)均可以安裝此新程序，大小僅為2MB，安裝極其簡(jiǎn)易，無(wú)需安裝數(shù)據(jù)量龐大的LabVIEW。

步驟一，完成軟件的需求分析，功能實(shí)現(xiàn)分析，提出方案；

步驟二，軟件框架搭建，通過(guò)LabVIEW 環(huán)境編寫(xiě)前端時(shí)序圖，后段控制程序；

步驟三，根據(jù)全系統(tǒng)控制程序的算法和數(shù)據(jù)處理的算法進(jìn)行編寫(xiě)；

步驟四，對(duì)編譯完成的軟件進(jìn)行測(cè)試。

設(shè)計(jì)的初衷是使系統(tǒng)更加自動(dòng)化、簡(jiǎn)易化、智能化，軟件操作起來(lái)簡(jiǎn)潔化、效率化，用最小的數(shù)據(jù)量表述最大的信息量。

（1）如圖4 所示，將編譯好的軟件打包成可執(zhí)行文件（exe），使得任意計(jì)算機(jī)均可安裝。

圖7

圖8

圖9

圖10

（2）圖5 為此次系統(tǒng)試車所用到的試車程序段，包括所需的穩(wěn)態(tài)和脈沖，程序段命名可以以任意方式命名，方便為分機(jī)程序調(diào)用其中的子程序。

圖11

表1 工作效率對(duì)比表

（3）圖6 為各分機(jī)的試車程序，只需填寫(xiě)開(kāi)機(jī)時(shí)間和編譯好子程序的名字（如可將某脈沖程序命名為A、B、C、D、），在分機(jī)界面中可復(fù)制粘帖寫(xiě)入程序名，由后臺(tái)程序調(diào)用即可。

（4）圖7、8 為程序生成的電磁閥時(shí)序圖，可進(jìn)行局部分析、對(duì)照、打印。

（5）圖9 為軟件根據(jù)所有程序時(shí)間的最小區(qū)間機(jī)動(dòng)選取最大時(shí)間間隔生成控制程序文件，既節(jié)約了生成時(shí)間，又在同樣功能的前提下，降低了數(shù)據(jù)量。文本可直接導(dǎo)入系統(tǒng)試車的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生成、轉(zhuǎn)換，大大降低了容錯(cuò)率，節(jié)約了大量前期試車準(zhǔn)備時(shí)間，提高了效率。

（6）圖10 為文件導(dǎo)入控制系統(tǒng)后生成的試車時(shí)序圖，用于正式試車程序。如今該設(shè)計(jì)已經(jīng)運(yùn)用在各大全系統(tǒng)試車中，運(yùn)行下來(lái)效率顯著提升，節(jié)約了大量前期準(zhǔn)備時(shí)間。

（7）圖11 為生成數(shù)據(jù)處理的配置文件，有單元和雙元發(fā)動(dòng)機(jī)可選，也可選擇需要生成的分機(jī)。加上采集好的數(shù)據(jù)文件，可實(shí)現(xiàn)3 天內(nèi)生成數(shù)據(jù)報(bào)告，與原先的兩周時(shí)間提升了3-4 倍的效率。

3 技術(shù)創(chuàng)新

（1）分析所有程序的時(shí)間量，通過(guò)算法，找出時(shí)序的最大間隔時(shí)間，從而用最小的數(shù)據(jù)量表達(dá)最大的信息量。

（2）通過(guò)對(duì)程序的命名，分析子程序和組程序，通過(guò)算法有序組織這些程序的混合編程。

（3）根據(jù)控制程序的算法，無(wú)序地添加子程序和組程序，并能方便修改。

（4）分析對(duì)數(shù)據(jù)的判讀，將程序中的時(shí)間量轉(zhuǎn)換為布爾量，并生成控制程序。

（5）顯示時(shí)序曲線，并能任意瀏覽時(shí)序曲線、保存圖像、導(dǎo)出數(shù)據(jù)。

（6）根據(jù)VEE 數(shù)據(jù)處理方式，將時(shí)序數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為兼容VEE 數(shù)據(jù)處理的文件。

（7）將程序打包成（exe）可執(zhí)行文件，并能在任意電腦上獨(dú)立運(yùn)行，安裝非常簡(jiǎn)易，無(wú)需安裝龐大的LabVIEW 編程軟件。

4 應(yīng)用成效及經(jīng)濟(jì)效益

從軟件開(kāi)發(fā)至今，企業(yè)內(nèi)所有的系統(tǒng)試車，均應(yīng)用了該設(shè)計(jì)。首先通過(guò)頭兩次系統(tǒng)試車的檢驗(yàn)，來(lái)考核本項(xiàng)目，驗(yàn)證了可靠性、準(zhǔn)確性，大幅提升工作效率。以表1 為新舊方法在兩次實(shí)際工作運(yùn)用上的對(duì)比圖，相對(duì)于控制程序，效率提升倍數(shù)為兩位數(shù)以上。小型系統(tǒng)試車可節(jié)省2-3 個(gè)工作日的工作量；大型系統(tǒng)試車可節(jié)省3-5 個(gè)工作日的工作量。數(shù)據(jù)處理可在一天內(nèi)完成，未出現(xiàn)過(guò)軟件錯(cuò)誤，各大型系統(tǒng)試車均能無(wú)縫銜接時(shí)序、控制和數(shù)據(jù)。

4.1 使用效果

（1）利用LabVIEW 編程，可實(shí)時(shí)、直接地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，也可通過(guò)計(jì)算機(jī)總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱鎯?chǔ)器。既解決了數(shù)據(jù)傳輸，又充分利用了計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)能力，使其幾乎具有無(wú)限的數(shù)據(jù)記錄容量。

（2）由于虛擬儀器關(guān)鍵在于軟件，硬件的局限性比較小，因此與其他儀器連接比較容易實(shí)現(xiàn)。且可以方便地與網(wǎng)絡(luò)、外設(shè)及其他應(yīng)用連接，還可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多用戶數(shù)據(jù)共享。

（3）利用LabVIEW 的靈活性、便捷性，可將原本手動(dòng)操作的工作，逐步轉(zhuǎn)換成自動(dòng)操作。例如遠(yuǎn)程自動(dòng)校準(zhǔn)傳感器、遠(yuǎn)程自動(dòng)增壓、遠(yuǎn)程自動(dòng)處理數(shù)據(jù)等等，均可嵌入開(kāi)發(fā)程序，提高效率。

4.2 效益情況

（1）該成果大幅提高了系統(tǒng)試車時(shí)序控制文件的編寫(xiě)和數(shù)據(jù)處理，編寫(xiě)時(shí)間是原手動(dòng)編寫(xiě)的1/50 到1/150，數(shù)據(jù)處理從原來(lái)的一兩周縮短至1 天。

（2）該成果有效地降低了手動(dòng)編寫(xiě)的容錯(cuò)率，消除了由人為因素所產(chǎn)生的差錯(cuò)，軟件運(yùn)行準(zhǔn)確率為100%。

（3）利用該設(shè)計(jì)方法，大大地縮短試驗(yàn)前期準(zhǔn)備時(shí)間和后期數(shù)據(jù)處理時(shí)間，大幅度節(jié)省了試驗(yàn)期間的時(shí)間，縮短了試驗(yàn)周期，增強(qiáng)了效益。

5 結(jié)論

航天企業(yè)通過(guò)軟件編譯，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)試驗(yàn)時(shí)序圖編寫(xiě)，生成數(shù)據(jù)信息，圖片信息，減少了編寫(xiě)的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了控制程序自動(dòng)轉(zhuǎn)化。大大降低了控制程序編寫(xiě)時(shí)間，同時(shí)提高了試驗(yàn)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。實(shí)現(xiàn)了后臺(tái)自動(dòng)生成數(shù)據(jù)處理文件，將控制系統(tǒng)與采集系統(tǒng)形成一個(gè)高效的對(duì)接，減少了80%數(shù)據(jù)處理時(shí)間。