丁璐

（中國航發(fā)西安動力控制科技有限公司，陜西西安，710077）

0 引言

隨著航空技術(shù)的迅速發(fā)展，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，航空電子控制器向數(shù)字化、綜合化、自動化、智能化的方向快速發(fā)[1]。對于上述航空電子控制器，不僅需要在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行周密、完備設(shè)計(jì)，更需要進(jìn)行完整、細(xì)致測試，確保交付產(chǎn)品工作正常、可靠。一般而言，測試工作包括調(diào)試后驗(yàn)收測試、環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)測試、環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)測試、交付驗(yàn)收試驗(yàn)測試、以及軍檢驗(yàn)收測試。

另一方面，由于航空電子控制器的結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，功能日益強(qiáng)大，隨之而來的是裝備的維修難度越來越大，“木桶－短板效應(yīng)”現(xiàn)象越來越明顯，甚至可以說，已經(jīng)成為提高裝備完好率和飛機(jī)出勤率的主要瓶頸之一[2]。從提高電子控制器維修效率，降低維修難度的角度來看，也迫切需要能夠盡可能真實(shí)模擬實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，并具備故障診斷、功能完善的測試設(shè)備。

本文針對某航空電子控制器實(shí)際測試需求，提出了一種基于C#語言開發(fā)+數(shù)據(jù)庫技術(shù)應(yīng)用的方法，設(shè)計(jì)出一種多功能航空測試設(shè)備，滿足了該航空電子控制器在產(chǎn)品調(diào)試、環(huán)境試驗(yàn)、交付試驗(yàn)、軍檢驗(yàn)收、故障排除中的測試要求，數(shù)據(jù)庫對產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，方便對比查看，提高了測試效率，節(jié)約了人力資源。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

■1.1 系統(tǒng)功能需求

某航空測試設(shè)備主要用于被測產(chǎn)品的調(diào)試后驗(yàn)收測試、環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)測試、環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)測試、交付驗(yàn)收試驗(yàn)測試、軍檢驗(yàn)收測試、以及故障排除。當(dāng)進(jìn)行產(chǎn)品調(diào)試時(shí)，測試設(shè)備提供激勵(lì)信號，向被測產(chǎn)品發(fā)出傳感器信號。產(chǎn)品進(jìn)行項(xiàng)目試驗(yàn)時(shí)，測試設(shè)備應(yīng)能提供一鍵啟動功能，一鍵啟動后，測試設(shè)備自動運(yùn)行，中途不需要人為干預(yù)，在測試成功后，自動從產(chǎn)品側(cè)拷貝數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫并保存數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，并將判斷結(jié)果顯示出來，將關(guān)鍵數(shù)據(jù)插入到驗(yàn)收表格中，進(jìn)行打印。

為確保測試設(shè)備測試項(xiàng)目的完整，保證測試設(shè)備能滿足系統(tǒng)在試驗(yàn)、驗(yàn)收、排故等方面的既定要求，本文對所設(shè)計(jì)的測試設(shè)備提出如下需求：

（1）在被測產(chǎn)品與測試設(shè)備通過調(diào)理箱交聯(lián)的情況下，能夠記錄被測產(chǎn)品關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并可將關(guān)鍵數(shù)據(jù)插入到驗(yàn)收表格中；

（2）能夠?qū)y試設(shè)備自身功能進(jìn)行自檢，自檢通過后顯示自檢結(jié)果；

（3）可對測試項(xiàng)目進(jìn)行一鍵開始，針對測試中的故障進(jìn)行提示，等測試完成后保存、判斷測試數(shù)據(jù)；

（4）能夠?qū)y試結(jié)果進(jìn)行記錄、分析、判斷、顯示并存儲。

■1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

基于上述系統(tǒng)需求，本文提出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如下：以工控機(jī)+PCI卡為硬件平臺核心，采用C#語言開發(fā)控制邏輯及界面顯示，其工作原理：運(yùn)行在工控機(jī)上的測試軟件，通過PCI總線驅(qū)動各測試板卡，由硬件產(chǎn)生被測產(chǎn)品所需的信號激勵(lì)，完成被測產(chǎn)品所輸出信號的采集和測量，由軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算、分析和處理，利用工控機(jī)顯示器來模擬傳統(tǒng)儀器的控制畫面，并形象直觀地顯示測試結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)被測產(chǎn)品的各項(xiàng)測試。

測試設(shè)備有兩種可切換工作模式：自檢模式和工作模式。當(dāng)測試設(shè)備在自檢模式，測試設(shè)備將與被測產(chǎn)品之間的交聯(lián)信號進(jìn)行切斷處理，對切斷信號進(jìn)行輸出、采集，并在內(nèi)部將監(jiān)控結(jié)果進(jìn)行對比、確認(rèn)。當(dāng)切換到工作模式，測試設(shè)備根據(jù)仿真曲線發(fā)出傳感器等實(shí)時(shí)信號，與被測產(chǎn)品進(jìn)行信號交聯(lián)。并且在工作模式下，測試設(shè)備軟件與被測產(chǎn)品進(jìn)行配合，由測試設(shè)備提供被測產(chǎn)品測試所需的外部信號，從被測產(chǎn)品讀取測試結(jié)果并處理，實(shí)現(xiàn)被測產(chǎn)品的一鍵測試。

為滿足被測產(chǎn)品的測試需求，測試設(shè)備具備下列接口功能：提供12路0—10V模擬量輸出信號；提供16路離散量輸出；提供16路離散量采集；提供6路RS232總線通訊。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

■2.1 硬件總體設(shè)計(jì)

測試設(shè)備由一臺19英寸42U高的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜組成。機(jī)柜前面板包括：標(biāo)牌、工控機(jī)電源開關(guān)、顯示屏、USB口、VGA口。其硬件架構(gòu)如圖1所示。

圖1 硬件架構(gòu)

當(dāng)處于工作模式時(shí)，測試設(shè)備與被測產(chǎn)品進(jìn)行信號交聯(lián)，在整個(gè)硬件系統(tǒng)中，工控機(jī)是核心，當(dāng)測試設(shè)備處于工作模式時(shí)，測試設(shè)備通過顯示器操作畫面按鍵，工控機(jī)通過調(diào)理箱與被測產(chǎn)品直接進(jìn)行信號交互。

■2.2 調(diào)理箱設(shè)計(jì)

信號調(diào)理箱完成模擬信號的轉(zhuǎn)接、幅值調(diào)整、信號變換，數(shù)字信號的整形和電平轉(zhuǎn)換，電源激勵(lì)的隔離和變換，提供模擬負(fù)載等功能，使得測試設(shè)備輸出信號與測試產(chǎn)品信號電氣特性一致。調(diào)理箱自檢主要完成板卡的輸入輸出是否正常，通過上位軟件發(fā)出命令，通過串口給ARM處理器，ARM處理器輸出控制模擬開關(guān)芯片，進(jìn)行電路的切換，將采集的數(shù)據(jù)回傳給板卡或ARM處理器（ARM處理器反饋信號給上位機(jī)軟件）滿足自檢功能。調(diào)整對板卡輸出的電壓通過調(diào)整電路達(dá)到設(shè)備技術(shù)指標(biāo)要求。產(chǎn)品供電回路增加產(chǎn)品供電電流檢測供電電流功能，可以判斷產(chǎn)品初次上電是否正常，并且將數(shù)據(jù)顯示到人機(jī)界面上。

3 軟件設(shè)計(jì)

■3.1 總體設(shè)計(jì)思想

測試軟件的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所有檢測功能的重要保證，同時(shí)也是提高測試設(shè)備性能的載體，在整個(gè)測試設(shè)備的研制中占有很重要的地位[3]。在實(shí)際開發(fā)中，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟件開發(fā)的重點(diǎn)是系統(tǒng)集成架構(gòu)的開發(fā)。通過集成架構(gòu)，可以把選擇的項(xiàng)目設(shè)計(jì)成一個(gè)有機(jī)的整體，整個(gè)軟件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。操作系統(tǒng)為美國Microsoft公司的Windows7 Professional，數(shù)據(jù)庫使用SqlServer保存配置信息，使用Visual Stdio 2017 開發(fā)工具進(jìn)行開發(fā)。Visual Stdio 2017可以直接打開并處理 C＃、 C ++ 、 Ruby 、 Go 等一系列語言的任何文件，提供一種能以簡易的方式編譯、處理低級存儲器、僅產(chǎn)生少量的機(jī)器碼以及不需要任何運(yùn)行環(huán)境支持便能運(yùn)行的編程語言。主要用于定制化開發(fā)測試、測量與控制系統(tǒng)，它提供的編程語言大大提高了開發(fā)人員的工作效率。

■3.2 測試設(shè)備軟件

測試設(shè)備軟件是軟件系統(tǒng)中具有相對獨(dú)立功能的軟件實(shí)體，合理的劃分各分組件，有利于整個(gè)項(xiàng)目的復(fù)用和實(shí)現(xiàn)，以及提高測試系統(tǒng)的配置管理。組件分配越細(xì)致，其專業(yè)程度就越高；粒度越小，組件越易于復(fù)用，但管理組件等代價(jià)將增大。劃分組件時(shí)應(yīng)從功能模塊的完整性、高內(nèi)聚和低耦合性等方面出發(fā)。依據(jù)重用原則、閉包原則、單人組件原則、消息傳遞原則，將測試設(shè)備組件劃分如圖3所示。

圖2 軟件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

圖3 測試設(shè)備組件劃分

其中用戶管理組件主要完成用戶身份的驗(yàn)證、用戶的增加、刪除、修改、查詢等功能。可通過不同的用戶身份進(jìn)入不同的系統(tǒng)測試操作方式。比如，測試，維護(hù)，管理等都有不同的操作權(quán)限。

產(chǎn)品標(biāo)定組件完成被測產(chǎn)品的信號檢測功能，實(shí)時(shí)顯示其結(jié)果進(jìn)行維護(hù)調(diào)整。

測試項(xiàng)目組件提供測試設(shè)備各種項(xiàng)目名稱，點(diǎn)擊開始試驗(yàn)按鍵后一鍵啟動，自行分析判斷整個(gè)試驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)，提高生產(chǎn)效率，并將測試結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫中。

產(chǎn)品排故組件將被測產(chǎn)品的故障信息進(jìn)行浮現(xiàn)，方便操作人員進(jìn)行分析判斷。

數(shù)據(jù)查看組件主要功能是保存測試數(shù)據(jù)并根據(jù)操作要求進(jìn)行查看、打印測試數(shù)據(jù)。

■3.3 軟件編程方法

用戶交互操作界面層：采用標(biāo)準(zhǔn)Windows GUI風(fēng)格，為用戶提供統(tǒng)一、快捷的操作界面。可在線顯示試驗(yàn)臺和被測產(chǎn)品的狀態(tài)參數(shù)量值，使操作者能夠即時(shí)了解產(chǎn)品及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，具有完善的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、生成報(bào)表及輸出、存儲數(shù)據(jù)回放等操作、全中文顯示界面。

便攜式測試計(jì)算終端：負(fù)責(zé)整個(gè)測控流程的定制、系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)處理、試驗(yàn)過程控制、網(wǎng)絡(luò)通訊等功能。主要完成采樣通道配置管理、標(biāo)定與校驗(yàn)、設(shè)備自檢、信號調(diào)理調(diào)整、工程單位轉(zhuǎn)換、試驗(yàn)曲線生成和模擬輸出、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲和格式轉(zhuǎn)換、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ?。該層是本軟件平臺的核心部分。

數(shù)據(jù)采集和通訊單元：這些軟件模塊和組件單元都是建立在Windows系統(tǒng)內(nèi)核和數(shù)據(jù)采集設(shè)備基礎(chǔ)上的，不同測試設(shè)備對應(yīng)的硬件資源不同，因此需針對具體測試設(shè)備開發(fā)系統(tǒng)組件，并定義好調(diào)用接口。它們構(gòu)成了系統(tǒng)的各個(gè)AI、DI、測量參數(shù)的采集和DO控制輸出，以及通訊回路。這些模塊以及設(shè)備通訊組件為整個(gè)PCI系統(tǒng)提供底層支持服務(wù)。

數(shù)據(jù)查看：通過建立數(shù)據(jù)庫，提供整個(gè)測控系統(tǒng)軟件的運(yùn)行支持，對界面參數(shù)定義、控制參數(shù)調(diào)整、數(shù)采通道定義、數(shù)據(jù)存儲格式，用戶權(quán)限設(shè)定等進(jìn)行在線配置，實(shí)現(xiàn)對計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)乃至硬件的訪問和控制。

■3.4 系統(tǒng)測試流程

系統(tǒng)的整體測試流程如圖4所示。

圖4 整體測試流程圖

測試系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行測試設(shè)備自檢測，如果自檢通過，系統(tǒng)進(jìn)行用戶登錄確認(rèn)，通過登錄后，系統(tǒng)進(jìn)行測試主流程。完成登錄后，根據(jù)用戶選擇測試設(shè)備可進(jìn)入不同測試場景。如果用戶選擇測試項(xiàng)目中的各子項(xiàng)，測試設(shè)備將按預(yù)先設(shè)定好的測試流程完成系統(tǒng)一鍵測試。如果用戶選擇單項(xiàng)測試，可進(jìn)一步選擇單項(xiàng)測試。所有測試完成后，測試設(shè)備可根據(jù)用戶選擇，決定是否查看測試數(shù)據(jù)，生成測試報(bào)表。完成所有測試及顯示后，被測產(chǎn)品下電，整個(gè)測試結(jié)束。

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

測試設(shè)備研制完成后進(jìn)行了一系列試驗(yàn)以驗(yàn)證其是否達(dá)到了預(yù)期的功能性能要求。

（1）系統(tǒng)聯(lián)試功能。測試設(shè)備通過調(diào)理箱將測試設(shè)備的信號輸出。當(dāng)外接被測設(shè)備，測試設(shè)備切換至工作模式，被測產(chǎn)品與測試設(shè)備能正常進(jìn)行交聯(lián)工作，并可通過測試設(shè)備監(jiān)測關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)狀態(tài)。

（2）一鍵啟動功能。當(dāng)測試設(shè)備與被測產(chǎn)品安裝固定后，在測試設(shè)備上點(diǎn)擊開始試驗(yàn)，開啟一鍵測試模式，啟動被測產(chǎn)品的自動測試，當(dāng)測試完成后測試設(shè)備能將測試內(nèi)容進(jìn)行存儲，并將測試結(jié)果按照預(yù)先設(shè)定格式生成試驗(yàn)報(bào)告。

（3）產(chǎn)品排故功能。測試設(shè)備針對整個(gè)測試過程中出現(xiàn)的故障問題，具備多種協(xié)助故障定位、排除手段。通過產(chǎn)品排故的執(zhí)行計(jì)劃，可對被測產(chǎn)品進(jìn)行故障復(fù)位。通過測試設(shè)備降低了故障定位、排查的難度，加快了故障排除的進(jìn)度。

（4）設(shè)備自檢功能。測試設(shè)備上電后，自動進(jìn)行設(shè)備自檢。自檢結(jié)束后，如果無故障，用戶可進(jìn)行下一步用戶登錄操作，如果自檢不通過，用戶不能登錄，禁止用戶進(jìn)一步操作，禁止登錄，有效的保證了整個(gè)操作的安全性。

通過上述試驗(yàn)證明，基于組件模型開發(fā)的多功能航空測試設(shè)備實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，能夠滿足被測產(chǎn)品在產(chǎn)品調(diào)試、交付試驗(yàn)、驗(yàn)收、故障排除中的測試要求。

5 結(jié)束語

本文從實(shí)際使用需求出發(fā)，基于組件模型和虛擬儀器技術(shù)的開發(fā)方法，研制出多功能航空測試設(shè)備。該測試設(shè)備已成功應(yīng)用于某航空產(chǎn)品調(diào)試、試驗(yàn)、聯(lián)調(diào)、排故等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用，避免了各個(gè)環(huán)節(jié)重復(fù)開發(fā)設(shè)備造成的浪費(fèi)。

經(jīng)過使用后證明，該測試設(shè)備的軟/硬件設(shè)計(jì)合理、自動化程度高、工作穩(wěn)定可靠、操作方便，能滿足該航空電子控制器的多種測試需求。