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：本文通過對現(xiàn)代軍工行業(yè)發(fā)展的分析，及大量的實際應(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)被測信號的類型多樣，信號間的關(guān)聯(lián)程度緊密，后期信號分析過程難度增大。同時，由于軍工行業(yè)特殊的環(huán)境要求，也使測試設(shè)備的運行環(huán)境相對惡劣。
上述的現(xiàn)代軍工行業(yè)特點要求我們在搭建測試系統(tǒng)時，需要充分考慮其對以下幾方面的需求：
- 測試系統(tǒng)的可靠性需求：這種可靠性包括軟、硬件平臺的可靠性，即開發(fā)性平臺本身應(yīng)具備高可靠性，并且要求所選平臺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：針對現(xiàn)代軍工測試系統(tǒng)待測信號類型眾多，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，均可進行靈活配置，真正做到量身定做、隨需而動。
- 測試系統(tǒng)的擴展性需求：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，同時結(jié)合泛華測控多年來在軍工測試領(lǐng)域的耕耘實踐，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，對滿足測試測量系統(tǒng)需求的方法及手段進行深入研究的一門技術(shù)�！叭嵝詼y試”技術(shù)的提出正符合了軍工行業(yè)測試系統(tǒng)對其可靠性、精確性、適應(yīng)性和擴展性的需求，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。
- 下面我將通過實際應(yīng)用案例來說明如何構(gòu)建一個滿足軍工行業(yè)多方面需求的測試系統(tǒng)。
針對現(xiàn)代軍工測試系統(tǒng)信號類型多并且信號間的關(guān)聯(lián)程度高的特點，及結(jié)合“柔性測試”技術(shù)對于追求測試系統(tǒng)可靠性、適應(yīng)性、擴展性等需求的核心設(shè)計理念，我們選擇了基于計算機的高可靠性平臺PXI。
當(dāng)然，在硬件平臺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機在運輸、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混合機箱搭建，該系統(tǒng)具備極高的信號適應(yīng)性，具備對壓力、電壓、溫度、頻率、轉(zhuǎn)速等不同類型信號的采集能力，大大節(jié)約了硬件成本，實現(xiàn)了對不同信號類型的統(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用到的相關(guān)函數(shù)，在工程師搭建測試系統(tǒng)時，大大節(jié)約了時間及人力成本。另外，針對軍工測試中對可靠性及高性能的需求，LabVIEW同時具備的RT版本更是確定了LabVIEW最為軟件開發(fā)平臺的地位，使得工程師可以在Windows的平臺上開發(fā)程序，之后自動部署到實時目標(biāo)中去，使得編程過程大大簡化了。對于測試系統(tǒng)，采用實時操作系統(tǒng)，可以保證系統(tǒng)響應(yīng)的確定性，長時間進行可靠的數(shù)據(jù)采集。
如圖2所示，是用LabVIEW設(shè)計的某型發(fā)動機測試系統(tǒng)最終應(yīng)用程序的軟件界面，頂端的系統(tǒng)級按鈕，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環(huán)節(jié)，即所謂的“木桶效應(yīng)”，現(xiàn)在，即使一個測試系統(tǒng)已經(jīng)具備了高性能的軟硬件平臺，也并不能確保整個系統(tǒng)的高性能。由于軍工測試系統(tǒng)本身涉及到的信號類型眾多，信號間勢必會有極大的干擾，整個測試系統(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)在信號連接器上。所以我們通過采用國際通用的信號接入方法，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)實際情況針對系統(tǒng)的信號連接器部分，為實現(xiàn)測試系統(tǒng)資源與被測件測試信號的可靠連接，信號電氣連接器裝置必須具有測試要求的功率容率、信號頻率和使用壽命，由電氣連接器所引入的附加信號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：
- 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、負載電流大、抗震性能好及插拔力輕等優(yōu)點。
- 適用性：根據(jù)實際信號情況把所有傳感器信號分為3組分別進行混裝連接，每個連接器內(nèi)部，均采用模塊化的設(shè)計，用戶可以對所需的信號類型及路數(shù)進行自定義的設(shè)置，模塊化設(shè)計，便于升級及維修。
- 可靠性：使用耐高溫的高質(zhì)量屏蔽線纜進行連接，最終使信號連接器部分對整個系統(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)并非絕對層次，而是相對意義上的層次或功能層次的劃分。五個層次各具功能，協(xié)同起來可很好的達到可靠、適用、拓展的測試系統(tǒng)需求。
- 用戶界面層：負責(zé)人機對話和數(shù)據(jù)顯示等。
- 管理層：包括對系統(tǒng)硬件資源、標(biāo)定信息、試驗流程配置、試驗操作以及試驗數(shù)據(jù)進行管理。
- 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。為實時采集系統(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。同時向硬件驅(qū)動層發(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)動層：為測試流程控制層和數(shù)據(jù)采集輸入設(shè)備、振動噪聲采集設(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，程序運行時，系統(tǒng)會自動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)實際傳感器連接情況，對使用的設(shè)備進行使能選擇，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、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)計技術(shù)理念的核心思想。同時，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，從技術(shù)發(fā)展及實際應(yīng)用環(huán)境的角度來設(shè)計測試系統(tǒng)。
這樣才能在最大程度上滿足軍工行業(yè)對測試系統(tǒng)在可靠性、精確性、適應(yīng)性和擴展性方面的發(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認證，有著豐富的項目經(jīng)驗。
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。主要從事自動化測試系統(tǒng)構(gòu)建方面研究，擁有眾多大型項目開發(fā)實踐經(jīng)驗。
