胡晨/國(guó)營(yíng)蕪湖機(jī)械廠

0 引言

航電系統(tǒng)集成驗(yàn)證環(huán)境的主要功能是按增量集成策略完成航電系統(tǒng)從設(shè)備、分系統(tǒng)級(jí)到系統(tǒng)級(jí)的綜合，完成航電系統(tǒng)的功能和接口測(cè)試。航電系統(tǒng)集成驗(yàn)證環(huán)境建設(shè)按功能可劃分為試驗(yàn)總控系統(tǒng)、飛行仿真系統(tǒng)、綜合配線系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集測(cè)試系統(tǒng)、模擬座艙、供配電系統(tǒng)、視景系統(tǒng)等，其中，試驗(yàn)總控系統(tǒng)主要完成航電系統(tǒng)集成驗(yàn)證環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的統(tǒng)一管理和配置。

1 總控系統(tǒng)建設(shè)的必要性

目前，航電系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)由聯(lián)合式向綜合化模塊化IMA 航電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，產(chǎn)品之間互相融合和交聯(lián)緊密、工作關(guān)系相互依賴，航電聯(lián)試系統(tǒng)采用多種綜合激勵(lì)手段對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試。隨著維修體制和模式改革的不斷深入，維修體制由三級(jí)向二級(jí)轉(zhuǎn)化，航電系統(tǒng)的維修流程也隨之調(diào)整，除目前的修理后裝機(jī)前檢查外，還承擔(dān)著分解后系統(tǒng)故檢、為制定單機(jī)維修方案提供依據(jù)的任務(wù)，因此，航電系統(tǒng)的總控系統(tǒng)功能需要加強(qiáng)。按照一代飛機(jī)、多代航電的迭代升級(jí)理念，航電系統(tǒng)的升級(jí)及改裝工作正在持續(xù)開發(fā)中，綜觀近幾年的型號(hào)維修經(jīng)驗(yàn)，為應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的測(cè)試模式，建設(shè)試驗(yàn)總控系統(tǒng)勢(shì)在必行。

2 總控系統(tǒng)建設(shè)的基本要求

試驗(yàn)總控系統(tǒng)通過以太網(wǎng)接口接入試驗(yàn)仿真網(wǎng)絡(luò)，利用上位機(jī)的專用軟件實(shí)現(xiàn)通信接口的定義，通過控制命令的下發(fā)以及通信數(shù)據(jù)的監(jiān)控完成整個(gè)試驗(yàn)過程中的各類配置、參數(shù)、模型、數(shù)據(jù)及相互關(guān)聯(lián)關(guān)系的管理以及測(cè)試設(shè)備狀態(tài)的控制和管理，且具備按測(cè)試腳本進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試的功能，是航電系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試環(huán)境的控制核心。因此，試驗(yàn)總控系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能：試驗(yàn)前對(duì)整個(gè)試驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行配置，設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)；試驗(yàn)中對(duì)各模型的運(yùn)行情況和設(shè)備間接口數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，進(jìn)行故障注入或靜態(tài)測(cè)試等；試驗(yàn)后，對(duì)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果的回放、分析、處理和報(bào)告生成。

3 總控系統(tǒng)建設(shè)的基本方案

試驗(yàn)總控系統(tǒng)應(yīng)包括以下功能模塊：試驗(yàn)配置管理模塊、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)管理模塊、靜態(tài)測(cè)試模塊、故障注入模塊、自動(dòng)化檢測(cè)模塊、試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理模塊。

3.1 硬件設(shè)備

試驗(yàn)總控系統(tǒng)硬件由工作站計(jì)算機(jī)、顯示器、畫面切換設(shè)備等組成，包括：總控系統(tǒng)工作站8 臺(tái)；控制柜2 臺(tái)；顯示器若干；畫面切換設(shè)備（KVM 設(shè)備）1 臺(tái)；實(shí)時(shí)網(wǎng)交換機(jī)1 臺(tái)、以太網(wǎng)HUB1 臺(tái)。

3.2 軟件

試驗(yàn)總控系統(tǒng)包含的應(yīng)用軟件有：硬線連接管理軟件；電子接口設(shè)計(jì)與管理工具；I/O 資源操作軟件；ICD 數(shù)據(jù)采集監(jiān)控軟件；靜態(tài)激勵(lì)管理軟件；綜合配線/配電管理軟件；航電仿真管理軟件；飛行仿真管理軟件；飛行仿真視景軟件；自動(dòng)化檢測(cè)軟件；試驗(yàn)健康監(jiān)控軟件。

本文主要介紹總控系統(tǒng)的硬線連接管理軟件、 電子接口設(shè)計(jì)與管理工具、自動(dòng)化檢測(cè)軟件、試驗(yàn)健康監(jiān)控軟件。

1）硬線連接管理軟件

航電系統(tǒng)綜合試驗(yàn)臺(tái)是一套復(fù)雜系統(tǒng)，各類參試設(shè)備和真件設(shè)備相互交聯(lián)，電纜連接關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜。硬線連接管理軟件主要用于對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)中各設(shè)備及其接插件之間的電纜線束連接關(guān)系進(jìn)行編輯、查詢、檢索和管理，主要實(shí)現(xiàn)以下兩方面的功能。

a.便于試驗(yàn)系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)。通過軟件的方式對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)中數(shù)萬/數(shù)十萬根硬線進(jìn)行管理，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)方便進(jìn)行故障的定位并及時(shí)排故。

b. 為各類試驗(yàn)軟件提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)備間連接關(guān)系決定了某個(gè)通道或某個(gè)模塊的應(yīng)用功能。由硬線連接關(guān)系可以得出數(shù)據(jù)采集或配線開關(guān)與ICD 數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過軟件間的配置文件接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬線連接信息的復(fù)用。

硬線管理的定制軟件具備以下功能：支持各接口板的功能配置和自檢測(cè)，并能顯示錯(cuò)誤信息；統(tǒng)一管理各種硬件資源，包括離散量、模擬量等接口板卡，實(shí)現(xiàn)板卡的初始化、工作、退出等操作；具備非總線數(shù)據(jù)監(jiān)控、解析、判讀、記錄與傳輸、回放等功能；硬線數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，如硬線數(shù)據(jù)的增刪改查操作、硬線數(shù)據(jù)的版本管理以及系統(tǒng)用戶的權(quán)限管理。

硬線管理系統(tǒng)的外部接口包括：聯(lián)試環(huán)境的機(jī)上電纜在設(shè)計(jì)過程中會(huì)引出專門的測(cè)試電纜，通過航插連接器與測(cè)試系統(tǒng)的調(diào)理箱對(duì)接；系統(tǒng)可通過試驗(yàn)仿真網(wǎng)絡(luò)接收測(cè)試主控命令，讀取腳本判據(jù)，以及向數(shù)據(jù)管理中心傳輸判讀結(jié)果和過程記錄文件。

2）電子接口設(shè)計(jì)和管理軟件

電子接口設(shè)計(jì)和管理軟件是對(duì)復(fù)雜電子系統(tǒng)各設(shè)備間的接口信息進(jìn)行設(shè)計(jì)與管理的工作平臺(tái)。各航電設(shè)備之間通過ICD 交換的信號(hào)類型越來越復(fù)雜、數(shù)量龐大，因而ICD 的設(shè)計(jì)和管理成為了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的ICD設(shè)計(jì)手段，無論是采用文檔編輯器（如word）手工編制管理ICD 數(shù)據(jù)，還是簡(jiǎn)易的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序，都費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，效率低且容易出錯(cuò)，已無法滿足日益復(fù)雜化的要求。電子接口設(shè)計(jì)和管理軟件有效解決了上述問題，為ICD 設(shè)計(jì)與管理提供了一個(gè)功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)單的環(huán)境，可以支持多人多型號(hào)多種總線形式的并行開發(fā)，同時(shí)還對(duì)ICD 信息在系統(tǒng)仿真、系統(tǒng)測(cè)試和軟件開發(fā)中的應(yīng)用提供了有力支持，如圖1 所示。

電子接口設(shè)計(jì)和管理軟件主要由ICD 數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)器端和客戶端三個(gè)部分構(gòu)成，各部分關(guān)系如圖2 所示。所有ICD 數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在ICD 數(shù)據(jù)庫(kù)中，系統(tǒng)可通過試驗(yàn)仿真網(wǎng)絡(luò)接收測(cè)試服務(wù)器端的主控命令，支持航電系統(tǒng)總線的源碼數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、解析數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、導(dǎo)航數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、總線判據(jù)自動(dòng)檢測(cè)、記錄、源碼回放、解析回放、遠(yuǎn)程終端仿真等功能；同時(shí)服務(wù)器端還負(fù)責(zé)ICD 數(shù)據(jù)的版本管理以及系統(tǒng)用戶的權(quán)限管理，用戶通過客戶端界面對(duì)ICD 數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、檢索以及加載。

3）自動(dòng)化檢測(cè)軟件

自動(dòng)化檢測(cè)軟件基于NI TestStand自動(dòng)化檢測(cè)引擎進(jìn)行開發(fā)，提供了測(cè)試序列的編輯及測(cè)試序列管理、模板管理、序列執(zhí)行與調(diào)試、結(jié)果判讀等功能，并可自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告。自動(dòng)化檢測(cè)軟件還可用于人工測(cè)試的總線數(shù)據(jù)的生成與采集，還可進(jìn)行物理件與仿真模型件間的切換控制、仿真模型件的狀態(tài)控制、在線調(diào)參及仿真數(shù)據(jù)監(jiān)控等功能。自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)提供的功能如下。

a. 測(cè)試功能

包括自動(dòng)讀取總線數(shù)據(jù)及離散和模擬信號(hào)值，自動(dòng)修改總線數(shù)據(jù)及離散和模擬信號(hào)值，自動(dòng)設(shè)置設(shè)備狀態(tài)，自動(dòng)設(shè)置仿真參數(shù)，自動(dòng)判讀測(cè)試結(jié)果，自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告。

b. 測(cè)試序列編輯與管理

包括測(cè)試序列圖形化編輯、If/else/while 流程控制、用戶交互功能、測(cè)試序列配置管理、測(cè)試序列嵌套功能、測(cè)試庫(kù)、測(cè)試模板、測(cè)試變量編輯。

c. 測(cè)試序列執(zhí)行與監(jiān)控

包括測(cè)試結(jié)果突出顯示、測(cè)試變量查看、執(zhí)行堆棧顯示、表達(dá)式查看、斷點(diǎn)調(diào)試功能。

d. 測(cè)試報(bào)告自動(dòng)生成

自動(dòng)化檢測(cè)軟件采用三層架構(gòu)，上層界面程序供用戶操作，中間層調(diào)用TestStand 的ActiveX 和API 控制測(cè)試步驟及測(cè)試執(zhí)行狀態(tài)，底層Module 發(fā)送指令控制試驗(yàn)系統(tǒng)完成操作，返回執(zhí)行結(jié)果供界面顯示。

軟件架構(gòu)如圖3 所示，分為測(cè)試序列的編輯和執(zhí)行兩個(gè)主要流程。用戶通過測(cè)試界面軟件編輯測(cè)試序列，系統(tǒng)調(diào)用TestStand 引擎生成測(cè)試序列文件。在執(zhí)行測(cè)試時(shí)，通過測(cè)試界面軟件調(diào)用TestStand 引擎創(chuàng)建測(cè)試序列執(zhí)行進(jìn)程，并自動(dòng)執(zhí)行測(cè)試序列中的各個(gè)步驟。

圖1 支持功能

圖2 結(jié)構(gòu)圖

圖3 軟件架構(gòu)圖

軟件使用流程如圖4 所示。

自動(dòng)化檢測(cè)軟件使用TestStand 引擎作為測(cè)試序列編輯和執(zhí)行的核心。序列編輯器和操作者界面利用API 訪問NI TestStand 引擎，對(duì)測(cè)試序列進(jìn)行編輯和管理，并對(duì)測(cè)試序列的執(zhí)行過程進(jìn)行控制和管理，對(duì)測(cè)試序列執(zhí)行的過程數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問和監(jiān)控。

4）試驗(yàn)健康監(jiān)控軟件

圖4 軟件使用流程

航電系統(tǒng)是高度模塊化、綜合化的系統(tǒng)，系統(tǒng)本身以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)和集成過程的特點(diǎn)包括系統(tǒng)組成的設(shè)備眾多，需要諸多分系統(tǒng)進(jìn)行分布的集成和驗(yàn)證。

試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)人員面臨如何提高研發(fā)周期的挑戰(zhàn)，具體表現(xiàn)為如何監(jiān)控試驗(yàn)資源，如何協(xié)調(diào)分配資源，如何控制試驗(yàn)環(huán)境的一致性。

試驗(yàn)健康監(jiān)控系統(tǒng)與試驗(yàn)環(huán)境中其他系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)信息交互，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)環(huán)境的總體監(jiān)控。

試驗(yàn)健康監(jiān)控系統(tǒng)能夠幫助試驗(yàn)人員有效管理試驗(yàn)資源，從而提高研發(fā)效率。試驗(yàn)健康監(jiān)控面向的對(duì)象主要是設(shè)備資源和軟件資源。試驗(yàn)健康監(jiān)控系統(tǒng)的功能如下。

a. 貼近物理的監(jiān)控視野。采用機(jī)柜-設(shè)備-信息的逐級(jí)監(jiān)控模式，幾乎貼近物理視野。

b. 所見即所得的顯示。資源的狀態(tài)由資源圖片+顏色來顯式表達(dá)，資源的信息通過浮動(dòng)方式展現(xiàn)，直觀形象。

c. 實(shí)時(shí)監(jiān)控資源。系統(tǒng)對(duì)資源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并記錄異常日志。

d. 統(tǒng)一管理信息。系統(tǒng)統(tǒng)一管理試驗(yàn)版本信息，并向整個(gè)試驗(yàn)環(huán)境發(fā)布，如果分系統(tǒng)使用的信息不一致，系統(tǒng)將提供預(yù)警功能。

e. 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式。資源的數(shù)量、位置等信息采用動(dòng)態(tài)配置，支持試驗(yàn)環(huán)境的調(diào)整。

4 結(jié)束語

總控系統(tǒng)承擔(dān)著整個(gè)平臺(tái)的主控、試驗(yàn)構(gòu)型配置等功能，實(shí)現(xiàn)了仿真模型件和真實(shí)物理件之間的切換，完成了航電系統(tǒng)從全仿真到半實(shí)物仿真再到全實(shí)物聯(lián)試的整個(gè)過程，是系統(tǒng)級(jí)綜合集成驗(yàn)證平臺(tái)的核心部分。隨著多個(gè)型號(hào)航電系統(tǒng)的研制生產(chǎn)、交付使用，大量用于研制階段的系統(tǒng)級(jí)綜合驗(yàn)證理念、方法被引入航修領(lǐng)域中，總控系統(tǒng)需結(jié)合修理系統(tǒng)的需求特點(diǎn)及技術(shù)發(fā)展進(jìn)行特色化、實(shí)用化改進(jìn)，以提升飛機(jī)修理的可測(cè)試性及可靠性。