劉江

（中國西南電子技術(shù)研究所，四川成都，610036）

0 引言

機(jī)載顯控設(shè)備，作為飛行員與飛機(jī)間的人機(jī)接口重要設(shè)備，負(fù)責(zé)將飛行員對飛機(jī)的相關(guān)操作轉(zhuǎn)換為控制數(shù)據(jù)送至相應(yīng)設(shè)備，并回顯交聯(lián)設(shè)備狀態(tài)參數(shù)供飛行員參考。具有液晶屏顯示，鍵盤輸入，音頻輸出等典型人機(jī)交互特征。

因海、陸、空等軍兵種各飛機(jī)機(jī)型不同，機(jī)載顯控設(shè)備功能具體需求也不同。因此，各型顯控設(shè)備均為功能定制化設(shè)計，由此導(dǎo)致每承研一型顯控設(shè)備，就需要對應(yīng)配套設(shè)計開發(fā)一款測試臺，用于檢測顯控設(shè)備在生產(chǎn)、試驗(yàn)過程中功能性能是否滿足要求?，F(xiàn)階段每款測試臺均通過專用定制方式進(jìn)行開發(fā)，研制周期長，開發(fā)成本高，同時因?yàn)閭€性化定制，導(dǎo)致每個型號測試臺都存在個體差異，不能被其他型號顯控產(chǎn)品重復(fù)使用，伴隨設(shè)備型號鑒定后，即被廢棄，造成一定的成本流失。每種產(chǎn)品都配備專用測試設(shè)備,生產(chǎn)廠家不一樣,這給測試臺的維護(hù)、維修、保養(yǎng)等帶來極大不便[1]。

隨著航空領(lǐng)域的飛速發(fā)展，航空電子設(shè)備越來越復(fù)雜，測試維修工作也越來越繁重[2]。在測試系統(tǒng)的開發(fā)中如何能夠最大程度地復(fù)用已有的軟、硬件資源,或者使開發(fā)的測試系統(tǒng)具有某種程度的通用性和開放性,可以降低構(gòu)建新測試系統(tǒng)所需要的軟、硬件成本已成為一個重要研究方向[3]。

本文通過調(diào)研整理機(jī)載顯控產(chǎn)品線的測試需求并進(jìn)行歸一化梳理，采用通用化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計方法，實(shí)現(xiàn)了機(jī)載顯控設(shè)備通用測試臺的設(shè)計。覆蓋了現(xiàn)有各類型機(jī)載顯控設(shè)備的測試需求以及后續(xù)新增項(xiàng)目設(shè)備的測試需求，有效縮短了測試臺投產(chǎn)周期，提高復(fù)用率，降低了項(xiàng)目成本。

1 測試資源需求分析

通過對已有的顯控設(shè)備測試臺的測試需求進(jìn)行了統(tǒng)計，以及對未來項(xiàng)目顯控設(shè)備可能涉及的測試接口進(jìn)行合理預(yù)計。將測試需求匯總后按功能歸類得出目前顯控設(shè)備常用的接口種類大致包含以下幾種 “加電類”、“通用離散接口測試類”、“通用總線接口測試類”、“模擬音頻接口測試類”共4個功能群，詳細(xì)如圖1所示。

圖1 顯控測試臺資源需求統(tǒng)計

其中測試需求描述如下：

(1)“加電類”功能需求：包括產(chǎn)品加電、導(dǎo)光面板照明及亮度調(diào)節(jié)、指示燈照明及亮度調(diào)節(jié)、調(diào)試接口、產(chǎn)品工作位置指示信號等；

(2)“通用離散接口測試類”功能需求：包括離散輸入、離散輸出等；

(3)“通用總線接口測試類”功能需求：包括串口總線接口測試、以太網(wǎng)通信接口測試、CAN總線接口測試、光纖以太網(wǎng)接口測試、1394總線接口測試、視頻信號接口測試等；

(4)“模擬音頻接口測試類”功能需求：包括模擬音頻信號的輸入、輸出，以及對應(yīng)離散輸入輸出控制等。

經(jīng)過統(tǒng)計，雖然每個型號顯控設(shè)備測試接口都有一定差異性，但是接口種類基本限于現(xiàn)有的航空總線標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，沒有較大的離散性，因此測試臺具備通用設(shè)計的基礎(chǔ)。

2 通用測試臺方案設(shè)計

2.1 設(shè)計思路和原則

根據(jù)機(jī)載顯控設(shè)備自身的功能特性，其工作時具有典型的人機(jī)交互特征，如人工觀察液晶顯示屏顯示內(nèi)容，人工聽取模擬音頻聲音內(nèi)容，人工操作顯控面板按鍵等。如采用全自動化測試設(shè)計，為滿足對此類人機(jī)交互內(nèi)容測試覆蓋，需要額外開發(fā)一套人工智能測試系統(tǒng)。由此導(dǎo)致的開發(fā)成本大、研制周期長以及測試工裝體積巨大等問題。當(dāng)前軍用領(lǐng)域自動測試裝備的一個明顯的發(fā)展趨勢是充分利用多測試手段綜合的技術(shù)，以求測試系統(tǒng)診斷測試效能的提高[4]。因此，綜合評估可采用半自動測試與人工檢測相結(jié)合的方式開展測試臺設(shè)計，同時需滿足以下設(shè)計原則：

(1)覆蓋性：能覆蓋圖1中規(guī)定的所有信號的測試；

(2)通用性：通過滿足不同顯控設(shè)備的測試需求；

(3)易用性：測試臺的體積小巧，重量較輕，要求可做到輕便易攜帶。

2.2 設(shè)計方案

按最大化測試資源需求設(shè)計一款測試臺是很容易的事情。但由于覆蓋每個工程顯控設(shè)備對應(yīng)的測試接口，必然會造成測試資源的浪費(fèi)，且由于測試臺采用最大化設(shè)計，硬件體積重量龐大，不具備便攜移動性。

通過在硬件構(gòu)架上采用模塊化的設(shè)計，使硬件、軟件上的修改、擴(kuò)展都更加方便，有利于提高測試系統(tǒng)的資源復(fù)用性[5]。通過對顯控設(shè)備接口資源的梳理，可考慮設(shè)計成3個獨(dú)立功能測試組件模塊（見圖2），每個測試模塊物理形態(tài)上獨(dú)立，可做成標(biāo)準(zhǔn)尺寸產(chǎn)品，模塊間可以進(jìn)行任意組合，實(shí)現(xiàn)測試臺的功能靈活組合復(fù)用，不受不同顯控設(shè)備功能增減的影響。通過組合功能單元實(shí)現(xiàn)測試功能的全覆蓋，適配不同類型顯控產(chǎn)品測試需求。

圖2 通用顯控測試臺組成

通用測試臺設(shè)計工作原理如下：

(1)各個測試模塊通過結(jié)構(gòu)件可相互拼接成一個組合型的測試臺；

(2)顯控設(shè)備通過測試臺線纜將不同類別的信號分別接入到各個接口測試模塊單元；

(3)直流電源、音頻分析儀、測控計算機(jī)也連接至測試臺的各個接口測試單元；

(4)通過加電/通用離散接口測試單元上的加電開關(guān)為顯控設(shè)備加電，旋鈕調(diào)節(jié)亮度，調(diào)試接口進(jìn)行模塊調(diào)試；

(5)通過加電/通用離散接口測試單元將設(shè)備的通用離散信號分類引出到測控計算機(jī)測試軟件進(jìn)行信號激勵和采集；

(6)通過模擬音頻接口測試單元將顯控設(shè)備模擬音頻信號、音頻PTT引出到測試臺面，使用音頻分析儀測量音頻指標(biāo)；

(7)通過通用總線接口測試單元將顯控設(shè)備的數(shù)字總線型信號分類引出到通用計算機(jī)總線測試板卡。

2.3 硬件設(shè)計

2.3.1 硬件組成

(1)加電/通用離散接口測試單元；

(2)模擬音頻接口測試單元；

(3)通用總線接口測試單元；

(4)測試臺線纜。

2.3.2 加電/通用離散接口測試單元

由于顯控設(shè)備基本都包含加電信號、通用離散信號，且通用離散信號數(shù)量不算特別多，不用在臺面預(yù)留信號測試點(diǎn)，不占用測試臺表面位置，因此將加電信號、通用離散信號都合并到加電/通用離散接口測試單元中來，可以壓縮測試單元的個數(shù)。加電/通用離散接口測試單元用一組電源輸入，分叉接到正常和應(yīng)急供電，再分別設(shè)計一個加電開關(guān)單獨(dú)控制加電，同時配備工作電壓、電流狀態(tài)顯示。

圖3 加電/通用離散接口測試單元示意

2.3.3 模擬音頻接口測試單元

模擬音頻接口測試單元將模擬音頻信號全部引出到測試臺表面使用音頻分析儀測量。音頻離散狀態(tài)的輸入，可使用帶狀態(tài)鎖定開關(guān)，音頻離散狀態(tài)的輸出使用信號燈顯示。

圖4 模擬音頻接口測試單元示意

2.3.4 通用總線接口測試單元

顯控設(shè)備信號通過線纜接入測試臺后，經(jīng)測試臺表面連接器引出數(shù)字總線，再通過測試線纜連接到測控計算機(jī)的測試板卡，使用測試軟件完成總線信號測試。主要包括了ARNIC429總線、RS422總線、CAN總線、以太網(wǎng)等總線接口。

圖5 模擬音頻接口測試單元示意

2.3.5 測試臺線纜

測試臺線纜由顯控設(shè)備到測試臺線纜、測試計算機(jī)臺到測試臺線纜2種，可由設(shè)計人員根據(jù)自己的需求進(jìn)行設(shè)計,只要提供的接口與測試臺連接器保持兼容就可以[6]。最后在每種線纜做線纜標(biāo)識，如圖6所示。

圖6 測試臺線纜標(biāo)示示意

2.4 測試臺卡槽式拼接設(shè)計

測試臺模塊單元的拼接是組合式拼接測試臺設(shè)計的關(guān)鍵。通過從抽屜滑軌、卡槽結(jié)構(gòu)形式得到啟發(fā)，如圖7所示，創(chuàng)新設(shè)計了測試臺卡槽式拼接結(jié)構(gòu)，其要點(diǎn)如下：

圖7 抽屜滑軌、卡槽拼接示意

(1)卡槽金屬材料選用6mm厚的鎂鋁合金板材，各模塊單元之間由滑槽連接，再由螺釘緊固；

(2)結(jié)構(gòu)前后面鎖緊后，整體強(qiáng)度可靠性高，連接面承重強(qiáng)度可達(dá)20Kg；

(3)卡槽接觸面采用圓弧設(shè)計，結(jié)構(gòu)安裝順暢，在單元拼接時不會因?yàn)槎啻文p而產(chǎn)生殘渣造成松動和卡滯；

(4)整體輕盈，便于安裝和攜帶；

(5)測試臺卡槽式結(jié)構(gòu)及拼接示意如圖8圖9所示。

圖8 測試臺單元拼裝結(jié)構(gòu)示意

圖9 半圓凹槽與半圓凸臺結(jié)合部分示意

結(jié)構(gòu)設(shè)計特點(diǎn)：

(1)圓弧連接結(jié)構(gòu)安裝順暢，在單元拼接時不會出現(xiàn)卡槽等情況，也不會因?yàn)槎啻文p而產(chǎn)生的殘渣造成松動和卡槽；

(2)鎖緊結(jié)構(gòu)前后面緊固后，整體強(qiáng)度可靠性高，連接面承重強(qiáng)度可達(dá)20Kg；

(3)整機(jī)十分輕盈，便于安裝和攜帶。

2.5 測試臺加工材料

通過對測試臺常用加工材料調(diào)研，考慮測試臺有攜帶外場排故使用需求，對材料的防摔性及耐用度均有較嚴(yán)格要求，因此基本排除了塑料、玻璃鋼等非金屬制品，可選擇材料基本集中在鋁合金、不銹鋼等金屬材料。通過查詢其密度及剛性強(qiáng)度如下[7]：

(1)航空鋁：密度約2.8g.cm-3、硬度約150；

(2)鎂鋁合金：密度約1.8g.cm-3、硬度50-90；

(3)304不銹鋼：密度約7.93g.cm-3、硬度約180。

結(jié)合顯控測試臺的使用環(huán)境，主要為常溫地面試驗(yàn)環(huán)境，對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求不高，更多考慮的是其便攜可移動性，即重量因素。因此，經(jīng)過綜合考慮，選擇了以密度最小，硬度適中的鎂鋁合金為加工材料。測試臺蓋板選擇厚度為2.5mm厚的板材,測試臺圍框采用厚度為6mm厚的板材。

2.6 測試臺外形尺寸

通過對每個模塊單元組的旋鈕、開關(guān)數(shù)量，連接器型號尺寸，面板布局，以及內(nèi)部接線加工可制造性，確定了各單元的具體尺寸（單位：mm）

(1)加電/通用離散接口測試單元：

寬長高：≤86×270×110；

(2)模擬音頻接口測試單元：

寬長高：≤86×270×110；

(3)通用總線接口測試單元：

寬長高：≤106×270×110。

2.7 測試臺人機(jī)功效

(1)測試臺表面重要部件和端口在絲印層有清晰明確的標(biāo)注。

(2)測試臺外觀及布局，充分考慮結(jié)合實(shí)際操作的人機(jī)功效。如常見的電壓表、電流表置于左上角總開關(guān)附件，呈現(xiàn)顯目形式。

(3)由于通用測試臺要適用于多種不同設(shè)備的測試，臺面的信號絲印會隨被測設(shè)備發(fā)生變化，因此測試臺表面設(shè)計為可更換的。

3 實(shí)物檢查

已完成投產(chǎn)交付的“加電通用離散接口測試類”、“通用總線接口測試類”、“模擬音頻接口測試類”單元測試臺已獲得中電天奧校準(zhǔn)/檢測實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)驗(yàn)收測試，目前已在工程項(xiàng)目中正式投入使用。通過項(xiàng)目實(shí)際投產(chǎn)使用，充分說明卡槽式拼接測試臺方案合理可行，滿足了科研項(xiàng)目實(shí)際使用需求，達(dá)到了測試臺復(fù)用的設(shè)計目標(biāo)，實(shí)物如圖10所示。

圖10 通用測試臺拼接實(shí)物示意

(1)經(jīng)測量實(shí)物“加電類”模組測試臺實(shí)重2.0Kg，“通用總線接口測試類”模組實(shí)重1.8Kg，“模擬音頻接口測試類”模組測試臺實(shí)重1.9Kg，滿足輕量化、便攜化可移動使用需求；

(2)按照單元式測試臺的設(shè)計投產(chǎn)后，由于接口種類特征清晰，且進(jìn)行了分類分單元管理，信號布線不容易交叉，抗干擾能力加強(qiáng)，在使用中信號線出現(xiàn)故障的幾率也有降低；

(3)測試臺投產(chǎn)周期由傳統(tǒng)測試臺的5個月縮減到2.4月，采購時間周期節(jié)約（5-2.4）/ 5=52%；

(4)單個測試臺模塊的投產(chǎn)成本約4萬元，相比傳統(tǒng)測試臺的6萬元每個，直接節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本2萬元，采購成本節(jié)省33%。

4 結(jié)束語

通過創(chuàng)新設(shè)計卡槽式拼接通用測試臺既滿足了當(dāng)前科研項(xiàng)目測試臺的使用需求，又減少了后續(xù)新增項(xiàng)目測試工裝的設(shè)計周期以及采購成本，實(shí)現(xiàn)了測試臺在不同項(xiàng)目間的復(fù)用，減少了后續(xù)逐一新購測試臺的重復(fù)投入，節(jié)省了項(xiàng)目支出，提高了項(xiàng)目利潤率。

本研究，為其他機(jī)載終端測試臺通用化研制提供了設(shè)計參考，具有較好的工程實(shí)用價值。