范文晶，王召利，殷翔，孫棪伊，牛遠(yuǎn)征

（1.上海機(jī)電工程研究所，上海，201109；2.上海無線電設(shè)備研究所，上海，201109）

0 引言

發(fā)射車是地面裝備中功能最為復(fù)雜、配置數(shù)量最多的作戰(zhàn)車輛，集機(jī)動(dòng)運(yùn)輸、陣地展開與撤收、隨動(dòng)指向、裝備檢測(cè)、發(fā)射等功能于一體，功能復(fù)雜，性能要求高。在發(fā)射車總調(diào)、綜測(cè)和例試中，需對(duì)發(fā)射車的電氣系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，整車電氣檢測(cè)質(zhì)量是發(fā)射車功能性能保證的最重要環(huán)節(jié)[1,2]。整車總裝總調(diào)過程中電氣檢測(cè)工作量巨大，是整個(gè)生產(chǎn)過程中最為費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工藝環(huán)節(jié)[3,4]。

當(dāng)前，在發(fā)射車電氣檢測(cè)采用的測(cè)試工具都是通用儀表儀器，比如數(shù)字萬用表、示波器、筆錄儀等，測(cè)試技術(shù)手段的落后，檢測(cè)自動(dòng)化程度低，效率低，對(duì)檢測(cè)人員技能水平要求高，檢測(cè)周期長；而且由于各型號(hào)發(fā)射車通用化水平低，設(shè)備難以通用，人員難以兼崗，各個(gè)型號(hào)檢測(cè)線相互獨(dú)立，無法綜合優(yōu)化，生產(chǎn)效率也進(jìn)一步受到影響，同時(shí)因工位轉(zhuǎn)換引起的計(jì)劃編排、設(shè)備調(diào)配、進(jìn)度調(diào)控和質(zhì)量控制難度大幅增加。隨著生產(chǎn)任務(wù)的激增，現(xiàn)有的發(fā)射車整車電氣檢測(cè)工藝方法已經(jīng)很難滿足多型號(hào)批產(chǎn)需求，已經(jīng)成為提升發(fā)射車生產(chǎn)效率的瓶頸[5]。為此，本文研究了基于適配器的發(fā)射車電氣檢測(cè)技術(shù)，采用“通用平臺(tái)+適配器”的模式，集數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)、檢測(cè)、結(jié)果判別及顯示等功能于一體，明顯提高發(fā)射車電氣檢測(cè)自動(dòng)化、通用化水平和檢測(cè)效率。

1 設(shè)備組成

基于適配器的發(fā)射車電氣檢測(cè)技術(shù)采用“通用平臺(tái)+適配器”的模式，通用測(cè)試平臺(tái)主要電纜檢測(cè)設(shè)備、電源檢測(cè)設(shè)備、總線檢測(cè)設(shè)備、信號(hào)檢測(cè)設(shè)備和數(shù)據(jù)分析評(píng)估設(shè)備等通用檢測(cè)設(shè)備組成，四個(gè)通用檢測(cè)設(shè)備分別獨(dú)立完成對(duì)被測(cè)對(duì)象的測(cè)試，還可以通過以太網(wǎng)接口將測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)分析評(píng)估設(shè)備，在分析評(píng)估設(shè)備上完成對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的保存，分析和故障診斷。設(shè)備組成如圖1所示。其中通用測(cè)試平臺(tái)提供標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試接口，將所有測(cè)試資源連接到標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試接口中，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試接口可以滿足所有型號(hào)電氣檢測(cè)的需求。而針對(duì)不同型號(hào)的發(fā)射車，設(shè)計(jì)與被測(cè)設(shè)備對(duì)應(yīng)的適配器。在適配器中完成被測(cè)信號(hào)的轉(zhuǎn)接、調(diào)理等信號(hào)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了被測(cè)信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化和歸一化，最終轉(zhuǎn)換為通用測(cè)試平臺(tái)可以使用的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，通過標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試接口連接到檢測(cè)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了通用檢測(cè)設(shè)備接口的通用化。

電纜檢測(cè)設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射車的電纜導(dǎo)通、絕緣和耐壓測(cè)試，電源檢測(cè)設(shè)備主要測(cè)量直流電源的電氣特性，包括電源的輸出電壓、負(fù)載效應(yīng)、紋波特性；交流電源的電氣特性，包括電壓、畸變率等特性；信號(hào)檢測(cè)設(shè)備主要完成發(fā)射車各類分立的模擬與數(shù)字信號(hào)的檢測(cè)，同時(shí)還需對(duì)導(dǎo)彈的發(fā)射時(shí)序進(jìn)行錄取分析，獲取導(dǎo)彈發(fā)射過程中的時(shí)序參數(shù)；總線檢測(cè)設(shè)備主要對(duì)GJB289A（1553B）總線、CAN總線、RS422/RS232/RS485總線和以太網(wǎng)總線的通信質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控。數(shù)據(jù)分析評(píng)估設(shè)備實(shí)現(xiàn)各類檢測(cè)項(xiàng)目的集中控制與數(shù)據(jù)處理，該設(shè)備通過以太網(wǎng)對(duì)電纜檢測(cè)設(shè)備、電源檢測(cè)設(shè)備、總線檢測(cè)子設(shè)備與信號(hào)檢測(cè)子設(shè)備進(jìn)行集中遠(yuǎn)程控制，能夠?qū)Ω黝悳y(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、保存、回放和評(píng)估，且能及時(shí)掌握系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。

圖1 電氣一體化檢測(cè)設(shè)備組成框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

通用檢測(cè)設(shè)備都采用標(biāo)準(zhǔn)19英寸6U高度上架機(jī)箱模式，內(nèi)部安裝基于PXI/PXIe總線的便攜式8槽PXI機(jī)籠，然后安裝基于PXIe零槽控制器、PXI總線的功能板卡，通過計(jì)算機(jī)控制相應(yīng)的功能板卡實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的測(cè)試功能。通用檢測(cè)設(shè)備的原理框圖如圖2所示。

圖2 通用檢測(cè)設(shè)備原理框圖

測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了平臺(tái)的擴(kuò)展性，測(cè)試單元內(nèi)部PXIe機(jī)箱均采用8槽設(shè)計(jì)，最多可插8塊功能板卡，目前實(shí)際使用基本在4至6塊，用戶可根據(jù)需要安裝新的模塊已完成更多新功能測(cè)試；測(cè)試插座設(shè)計(jì)也預(yù)留了10%-20%的空針；模塊電源方面最大輸出可以達(dá)到500W，也預(yù)留了50%空間。零槽控制器采用標(biāo)配4GB內(nèi)存/250GB硬盤，用戶可以根據(jù)需要最大選擇16GB內(nèi)存/500GB硬盤。

每個(gè)檢測(cè)設(shè)備提供了通用測(cè)試接口，用戶測(cè)試時(shí)需要連接相應(yīng)的測(cè)試適配器才能完成測(cè)試。適配器用于各型發(fā)射車的測(cè)試接口與檢測(cè)設(shè)備的接口匹配，通過對(duì)接口的整體規(guī)劃，可以為每個(gè)型號(hào)發(fā)射車研制相應(yīng)的適配器。從而解決不同檢測(cè)設(shè)備適用于不同型號(hào)的發(fā)射車的硬件接口。更換不同的適配器即可完成不同型號(hào)發(fā)射車的測(cè)試，而通用檢測(cè)設(shè)備本身不需要做任何更改，使各種電氣檢測(cè)設(shè)備真正具有通用化的測(cè)試能力。適配器結(jié)構(gòu)組成較簡(jiǎn)單，其硬件成本只占整個(gè)一體化檢測(cè)設(shè)備的10%，電氣檢測(cè)硬件通用化率達(dá)到了90%。總線檢測(cè)適配器如圖3所示。

圖3 總線檢測(cè)適配器原理圖

總線檢測(cè)適配器實(shí)現(xiàn)了通用總線檢測(cè)設(shè)備與被測(cè)發(fā)射車終端設(shè)備中1553B總線、CAN總線、RS422/485總線、RS232總線和以太網(wǎng)總線的接口轉(zhuǎn)接。適配器采用1553B耦合器實(shí)現(xiàn)1553B總線的通信轉(zhuǎn)接，1553B耦合器串接在待測(cè)1553B設(shè)備之間，通用總線檢測(cè)設(shè)備通過連接耦合器，接入被測(cè)總線網(wǎng)絡(luò)。適配器采用以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)待測(cè)以太網(wǎng)的通信轉(zhuǎn)接，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)串接在待測(cè)以太網(wǎng)設(shè)備之間，通用總線檢測(cè)設(shè)備通過連接網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，接入被測(cè)網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于CAN總線、RS422/485總線和RS232總線，通用總線檢測(cè)設(shè)備通過適配器直接并聯(lián)在待測(cè)發(fā)射車總線終端設(shè)備之間。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)一體化檢測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)的核心，也是系統(tǒng)主要組成部分。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用了圖形化、模塊化的設(shè)計(jì)方式。一體化檢測(cè)設(shè)備通過局域網(wǎng)將總線檢測(cè)設(shè)備、信號(hào)檢測(cè)設(shè)備、電源檢測(cè)設(shè)備、電纜檢測(cè)設(shè)備和數(shù)據(jù)分析評(píng)估設(shè)備進(jìn)行連接。單臺(tái)檢測(cè)設(shè)備可以獨(dú)立完成相應(yīng)的功能測(cè)試；也可以通過數(shù)據(jù)分析評(píng)估設(shè)備（主控）進(jìn)行控制和信號(hào)監(jiān)視完成系統(tǒng)功能測(cè)試。系統(tǒng)采用分布式架構(gòu)，可以靈活擴(kuò)展設(shè)備只需將需擴(kuò)展的設(shè)備（或PC）連接到局域網(wǎng)上就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的控制，數(shù)據(jù)監(jiān)視或者數(shù)據(jù)分析。以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的工作效率。一體化檢測(cè)設(shè)備亦可以并接與實(shí)驗(yàn)室局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的分析和評(píng)估。軟件體系架構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 軟件體系架構(gòu)圖

由于發(fā)射車檢測(cè)項(xiàng)目多、測(cè)試過程復(fù)雜，若為每型號(hào)單獨(dú)開發(fā)一套檢測(cè)軟件，則工作量巨大且擴(kuò)展性差。針對(duì)目前已有批產(chǎn)型號(hào)，同時(shí)充分考慮后續(xù)批產(chǎn)型號(hào)的需求，檢測(cè)軟件在保證設(shè)備自動(dòng)化設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，必須具備通用化。

主要通過如下途徑來保證“通用化”需求：(a)對(duì)檢測(cè)的軟件的功能進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，同時(shí)確保各功能模塊的功能覆蓋各型號(hào)測(cè)試的需求；(b)采用參數(shù)化技術(shù)，并對(duì)不同型號(hào)采用不同配置文件方式，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)軟件的通用化。

用戶通過在測(cè)試軟件的配置界面中對(duì)被測(cè)信號(hào)的名稱、對(duì)應(yīng)的硬件通道、測(cè)量結(jié)果的上下限及故障診斷策略等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，無需更改軟件，即可滿足不同型號(hào)的不同測(cè)試需求，實(shí)現(xiàn)測(cè)試軟件的通用化。

針對(duì)不同型號(hào)的不同測(cè)試要求，只需修改測(cè)試軟件的配置文件，無需更改測(cè)試軟件功能模塊，即可滿足相應(yīng)的測(cè)試要求，從而實(shí)現(xiàn)了測(cè)試軟件的通用化。一體化檢測(cè)軟件的功能模塊通用化率達(dá)到了100%。

3.1 軟件功能模塊劃分

按照功能來劃分可以將本系統(tǒng)的軟件分為軟件配置模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)分析、處理模塊。

（1）軟件配置模塊

軟件配置模塊用來對(duì)測(cè)試信號(hào)的名稱數(shù)量、測(cè)試判據(jù)、硬件板卡等信息進(jìn)行配置，配置信息都可在軟件界面上進(jìn)行修改。硬件層配置使用Excel，用戶根據(jù)不同的型號(hào)的發(fā)射車的硬件信號(hào)需要對(duì)硬件的信號(hào)的通道名稱，參數(shù)，管腳映射進(jìn)行配置，以使得測(cè)試管腳功能的復(fù)用滿足不同型號(hào)對(duì)信號(hào)的需求特性。用戶可以通過軟件界面配置測(cè)試，監(jiān)測(cè)信號(hào)的名稱通道，結(jié)果上下限，故障診斷信息和硬件通道映射路徑。測(cè)試策略層配置主要針對(duì)不同測(cè)試需求，制定不同的測(cè)試流程，數(shù)據(jù)處理方式及信號(hào)采集的頻率。

當(dāng)測(cè)試設(shè)備應(yīng)用于不同類型的發(fā)射車時(shí)，只需對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行配置，不需要修改軟件代碼，即可完成相關(guān)測(cè)試，通過配置模塊實(shí)現(xiàn)了測(cè)試軟件的通用性。

（2）數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集是檢測(cè)過程的第1步，在整個(gè)系統(tǒng)中占有重要的地位。由于NI公司提供的數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)程序自動(dòng)攜帶可以嵌入LabVIEW的DAQ程序模塊庫，因此在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集程序時(shí)可以直接使用此模塊庫進(jìn)行編程[5][6]。此模塊主要是對(duì)采集設(shè)備的采樣參數(shù)進(jìn)行設(shè)置：設(shè)置采樣通道，信號(hào)輸入電壓范圍為-10V～+10V，采樣模式為連續(xù)采樣。在采集的過程中實(shí)時(shí)顯示采樣結(jié)果，并創(chuàng)建臨時(shí)文件對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。

（3）數(shù)據(jù)分析、處理

提供測(cè)試數(shù)據(jù)查詢，數(shù)據(jù)按時(shí)間回放，數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示，在測(cè)試符合要求的情況下，確認(rèn)產(chǎn)品無故障，在測(cè)試不符合要求的情況下，能記錄錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，為故障診斷設(shè)備提供數(shù)據(jù)接口；能按照要對(duì)對(duì)測(cè)試項(xiàng)目和數(shù)據(jù)查詢和測(cè)試報(bào)表生成。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

將基于適配器的發(fā)射車電氣檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于某型號(hào)發(fā)射車檢測(cè)中，檢測(cè)時(shí)，按圖5所示連接整個(gè)系統(tǒng)。

圖5 一體化檢測(cè)設(shè)備與發(fā)射車連接關(guān)系圖

使用該技術(shù)之后，用于檢測(cè)電纜網(wǎng)的兆歐表、萬用表，用于檢測(cè)電源特性的模擬負(fù)載，用于檢測(cè)發(fā)控系統(tǒng)的發(fā)控檢測(cè)工裝、筆錄儀等設(shè)備統(tǒng)一由一體化的檢測(cè)設(shè)備予以替代。操作的便捷性、工作效率的提升顯而易見。

圖6 檢測(cè)設(shè)備優(yōu)化效果

完成優(yōu)化后，發(fā)射車電氣檢測(cè)工藝流程大為簡(jiǎn)化，所需要的人員和測(cè)試工時(shí)都得到了壓縮，電氣檢測(cè)工位和工時(shí)縮減50%左右。

圖7 優(yōu)化前后發(fā)射車檢測(cè)工位、工時(shí)對(duì)比

5 結(jié)束語

針對(duì)目前發(fā)射車電氣檢測(cè)自動(dòng)化程度低、檢測(cè)工序繁雜、檢測(cè)工位眾多等問題，本文研究了基于適配器的發(fā)射車電氣檢測(cè)技術(shù)，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了發(fā)射車電氣檢測(cè)的自動(dòng)化、快速化和通用化。應(yīng)用該技術(shù)后，發(fā)射車的電氣檢測(cè)工時(shí)和檢測(cè)工位可減少近50%，大大提高了發(fā)射車電氣檢測(cè)的效率。該系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)用性，可廣泛應(yīng)用于各型號(hào)批產(chǎn)研制工作，對(duì)于類似計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)亦具有一定的參考價(jià)值。