作者： 高天虹，汪海波（北京中科泛華測控技術(shù)有限公司 北京 100083）
摘要：本文通過對(duì)現(xiàn)代軍工行業(yè)發(fā)展的分析，及大量的實(shí)際應(yīng)用案例解析，提出了適應(yīng)現(xiàn)代軍工測試系統(tǒng)需求的設(shè)計(jì)理念。
關(guān)鍵詞：柔性測試技術(shù)、軍工測試需求、軟件分層架構(gòu)、接插件
- 現(xiàn)代軍工測試系統(tǒng)面臨的新挑戰(zhàn)
隨著現(xiàn)代科技水平的發(fā)展，軍工系統(tǒng)中武器裝備更新速度加快、復(fù)雜程度加深、電子化程度日益提高等等，這些軍工產(chǎn)業(yè)中新特征的顯現(xiàn)，使得軍工的測試系統(tǒng)被測信號(hào)的類型多樣，信號(hào)間的關(guān)聯(lián)程度緊密，后期信號(hào)分析過程難度增大。同時(shí)，由于軍工行業(yè)特殊的環(huán)境要求，也使測試設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境相對(duì)惡劣。
上述的現(xiàn)代軍工行業(yè)特點(diǎn)要求我們?cè)诖罱y試系統(tǒng)時(shí)，需要充分考慮其對(duì)以下幾方面的需求：
- 測試系統(tǒng)的可靠性需求：這種可靠性包括軟、硬件平臺(tái)的可靠性，即開發(fā)性平臺(tái)本身應(yīng)具備高可靠性，并且要求所選平臺(tái)能夠具備一定程度的長期支持性。
- 測試系統(tǒng)的精確性需求：體現(xiàn)在測試精度、準(zhǔn)度以及通道數(shù)量等方面。
- 測試系統(tǒng)的適應(yīng)性需求：針對(duì)現(xiàn)代軍工測試系統(tǒng)待測信號(hào)類型眾多，測試步驟靈活等特征，測試系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)最大限度地為測試人員提供可自定義的多功能適應(yīng)性空間，無論測試步驟還是硬件資源，均可進(jìn)行靈活配置，真正做到量身定做、隨需而動(dòng)。
- 測試系統(tǒng)的擴(kuò)展性需求：從快速變化的趨勢考慮，需要為測試系統(tǒng)提供多元化的擴(kuò)展空間，保證其最大程度的復(fù)用，節(jié)約開發(fā)周期及成本等。
- 滿足軍工行業(yè)測試系統(tǒng)需求的“柔性測試”技術(shù)
根據(jù)現(xiàn)代軍工行業(yè)的發(fā)展需求，同時(shí)結(jié)合泛華測控多年來在軍工測試領(lǐng)域的耕耘實(shí)踐，泛華測控率先在業(yè)界提出了構(gòu)建測試系統(tǒng)的核心技術(shù)—“柔性測試”技術(shù)。它是以虛擬儀器技術(shù)、測試測量技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、軟件技術(shù)、通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等為基礎(chǔ)，以測試系統(tǒng)的精確性、可靠性、適應(yīng)性、靈活性和拓展性為研究目標(biāo)，關(guān)注測試測量系統(tǒng)的整體功能及性能，對(duì)滿足測試測量系統(tǒng)需求的方法及手段進(jìn)行深入研究的一門技術(shù)。“柔性測試”技術(shù)的提出正符合了軍工行業(yè)測試系統(tǒng)對(duì)其可靠性、精確性、適應(yīng)性和擴(kuò)展性的需求，其不僅可指導(dǎo)軍工行業(yè)的測試系統(tǒng)搭建，它也必然是當(dāng)前中國測試技術(shù)發(fā)展的趨勢。
- 下面我將通過實(shí)際應(yīng)用案例來說明如何構(gòu)建一個(gè)滿足軍工行業(yè)多方面需求的測試系統(tǒng)。
- 基礎(chǔ)平臺(tái)的選擇
- 硬件平臺(tái)
針對(duì)現(xiàn)代軍工測試系統(tǒng)信號(hào)類型多并且信號(hào)間的關(guān)聯(lián)程度高的特點(diǎn)，及結(jié)合“柔性測試”技術(shù)對(duì)于追求測試系統(tǒng)可靠性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性等需求的核心設(shè)計(jì)理念，我們選擇了基于計(jì)算機(jī)的高可靠性平臺(tái)PXI。
當(dāng)然，在硬件平臺(tái)的選擇方面有很多備選方案可供選擇，我們選擇的是能滿足軍工行業(yè)發(fā)展需求的，同時(shí)在測試測量領(lǐng)域較好的方案。PXI既避免了使用普通的PC機(jī)在運(yùn)輸、環(huán)境、工作條件等方面的壓力，又避免了使用傳統(tǒng)測試儀器為其帶來的低復(fù)用性和高成本的問題。PXI平臺(tái)不僅從品質(zhì)上滿足了可靠性、高性能等需求，模塊化的結(jié)構(gòu)也使得適用性及擴(kuò)展性得以保障。
某型通用測試系統(tǒng)，如圖1所示，是基于PXI-SCXI混合機(jī)箱搭建，該系統(tǒng)具備極高的信號(hào)適應(yīng)性，具備對(duì)壓力、電壓、溫度、頻率、轉(zhuǎn)速等不同類型信號(hào)的采集能力，大大節(jié)約了硬件成本，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同信號(hào)類型的統(tǒng)一整合測量。
泛華使用圖形化的編程語言LabVIEW。至今LabVIEW在測試測量領(lǐng)域處于主導(dǎo)地位，它專門為測試測量而優(yōu)化，內(nèi)部整合了眾多測試測量過程中會(huì)用到的相關(guān)函數(shù)，在工程師搭建測試系統(tǒng)時(shí)，大大節(jié)約了時(shí)間及人力成本。另外，針對(duì)軍工測試中對(duì)可靠性及高性能的需求，LabVIEW同時(shí)具備的RT版本更是確定了LabVIEW最為軟件開發(fā)平臺(tái)的地位，使得工程師可以在Windows的平臺(tái)上開發(fā)程序，之后自動(dòng)部署到實(shí)時(shí)目標(biāo)中去，使得編程過程大大簡化了。對(duì)于測試系統(tǒng)，采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，可以保證系統(tǒng)響應(yīng)的確定性，長時(shí)間進(jìn)行可靠的數(shù)據(jù)采集。
如圖2所示，是用LabVIEW設(shè)計(jì)的某型發(fā)動(dòng)機(jī)測試系統(tǒng)最終應(yīng)用程序的軟件界面，頂端的系統(tǒng)級(jí)按鈕，主題部分的瞬態(tài)數(shù)據(jù)顯示及預(yù)警，波形信息的顯示以及報(bào)表生成等功能一應(yīng)俱全，客戶很好的滿足用戶的測試需求。
系統(tǒng)的性能高低往往取決于其性能最薄弱的一個(gè)環(huán)節(jié)，即所謂的“木桶效應(yīng)”，現(xiàn)在，即使一個(gè)測試系統(tǒng)已經(jīng)具備了高性能的軟硬件平臺(tái)，也并不能確保整個(gè)系統(tǒng)的高性能。由于軍工測試系統(tǒng)本身涉及到的信號(hào)類型眾多，信號(hào)間勢必會(huì)有極大的干擾，整個(gè)測試系統(tǒng)所處的電測環(huán)境十分惡劣。綜上所述，軍工測試系統(tǒng)性能的最薄弱環(huán)節(jié)往往出現(xiàn)在信號(hào)連接器上。所以我們通過采用國際通用的信號(hào)接入方法，為用戶提供精準(zhǔn)耐用的連接器。
應(yīng)用案例：
某風(fēng)電測試系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際情況針對(duì)系統(tǒng)的信號(hào)連接器部分，為實(shí)現(xiàn)測試系統(tǒng)資源與被測件測試信號(hào)的可靠連接，信號(hào)電氣連接器裝置必須具有測試要求的功率容率、信號(hào)頻率和使用壽命，由電氣連接器所引入的附加信號(hào)衰減和干擾必須控制在測試所允許的范圍內(nèi)，所以采用了模塊化的混裝連接器，如圖3所示。
此種連接器具備以下特點(diǎn)：
- 高性能：采用線簧連接器，接觸可靠，高插拔次數(shù)，具有接觸電阻小、負(fù)載電流大、抗震性能好及插拔力輕等優(yōu)點(diǎn)。
- 適用性：根據(jù)實(shí)際信號(hào)情況把所有傳感器信號(hào)分為3組分別進(jìn)行混裝連接，每個(gè)連接器內(nèi)部，均采用模塊化的設(shè)計(jì)，用戶可以對(duì)所需的信號(hào)類型及路數(shù)進(jìn)行自定義的設(shè)置，模塊化設(shè)計(jì)，便于升級(jí)及維修。
- 可靠性：使用耐高溫的高質(zhì)量屏蔽線纜進(jìn)行連接，最終使信號(hào)連接器部分對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響降到最低。
在開發(fā)應(yīng)用程序的過程中，通過軟件分層架構(gòu)可以有助于工程師們高效的開發(fā)應(yīng)用測試程序。如圖4所示，這樣的五層架構(gòu)并非絕對(duì)層次，而是相對(duì)意義上的層次或功能層次的劃分。五個(gè)層次各具功能，協(xié)同起來可很好的達(dá)到可靠、適用、拓展的測試系統(tǒng)需求。
- 用戶界面層：負(fù)責(zé)人機(jī)對(duì)話和數(shù)據(jù)顯示等。
- 管理層：包括對(duì)系統(tǒng)硬件資源、標(biāo)定信息、試驗(yàn)流程配置、試驗(yàn)操作以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。
- 通信層：為主控終端提供原始數(shù)據(jù)引擎和狀態(tài)數(shù)據(jù)引擎。為實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)提供配置信息和命令數(shù)據(jù)引擎。
- 測試流程控制層：這一層是執(zhí)行端層次的核心結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)解析管理層的配置信息和命令參數(shù)并控制程序按照用戶配置的測試流程執(zhí)行。同時(shí)向硬件驅(qū)動(dòng)層發(fā)送指令和提取數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，將原始數(shù)據(jù)和處理結(jié)果傳送到通信層。
- 硬件驅(qū)動(dòng)層：為測試流程控制層和數(shù)據(jù)采集輸入設(shè)備、振動(dòng)噪聲采集設(shè)備、數(shù)字I/O設(shè)備等建立標(biāo)準(zhǔn)接口，從輸入設(shè)備采集數(shù)據(jù)并發(fā)送到試驗(yàn)流程控制層。
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- 應(yīng)用案例：
如圖5所示，某測試系統(tǒng)的應(yīng)用程序提供了系統(tǒng)資源配置功能，程序運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測到所有的硬件資源。在設(shè)備列表中列寫出來，用戶只需根據(jù)實(shí)際傳感器連接情況，對(duì)使用的設(shè)備進(jìn)行使能選擇，并且可以配置相關(guān)的信息，比如通道名稱、傳感器類型、標(biāo)定信息等。大大提高了系統(tǒng)的靈活性，給用戶提供最大限度的適用性空間，可以實(shí)現(xiàn)靈活的測試步驟和測試方法，滿足多種測試需求。
綜上所述，我們可以看出，要建立一個(gè)高效的軍工測試系統(tǒng)，不僅需要在系統(tǒng)建立最重要的三方面有優(yōu)化、合適的選擇（即系統(tǒng)的軟硬件平臺(tái)、連接器及軟件結(jié)構(gòu)），而且也需要具有系統(tǒng)化、發(fā)展性的設(shè)計(jì)技術(shù)理念的核心思想。同時(shí)，作為測試系統(tǒng)其本質(zhì)不僅要具備測試行業(yè)本身的特性需求，還要順應(yīng)其行業(yè)發(fā)展趨勢及特點(diǎn)，從技術(shù)發(fā)展及實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的角度來設(shè)計(jì)測試系統(tǒng)。
這樣才能在最大程度上滿足軍工行業(yè)對(duì)測試系統(tǒng)在可靠性、精確性、適應(yīng)性和擴(kuò)展性方面的發(fā)展需求，從而構(gòu)建高效、精確的軍工測試系統(tǒng)。
作者介紹：
高天虹（1984年出生），女，北京中科泛華測控技術(shù)有限公司應(yīng)用工程師，北京交通大學(xué)電子信息工程專業(yè)，主要從事測試技術(shù)方面的研究，獲得NI CLAD認(rèn)證，有著豐富的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。
汪海波（1978年出生），男，北京中科泛華測控技術(shù)有限公司技術(shù)主管。主要從事自動(dòng)化測試系統(tǒng)構(gòu)建方面研究，擁有眾多大型項(xiàng)目開發(fā)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
