歐陽寰，程江濤，王超勇，黎子芬

（海軍航空工程學(xué)院 青島校區(qū)，山東 青島 266041）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)和微電子學(xué)的飛速發(fā)展，軍用作戰(zhàn)飛機(jī)的任務(wù)越來越繁重，導(dǎo)致航空機(jī)載火控設(shè)備復(fù)雜度不斷加劇，設(shè)備中集成電路板集成度越來越高，傳統(tǒng)的電路板維修方式已無法適應(yīng)種類繁多的高集成電路板檢修，研制通用性高的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)[1]（Automatic Test System，ATS）成為新的發(fā)展趨勢(shì)。在各種航空機(jī)載火控設(shè)備中，主要存在數(shù)字電路板和模數(shù)混合電路板，單純的模擬電路板比較少，且接口不統(tǒng)一。為提高機(jī)載火控設(shè)備故障診斷和檢修的效率，減少測(cè)試檢查儀器和設(shè)備，關(guān)于ATS電路板故障診斷通用性方法研究就顯得十分必要。

1 影響ATS故障診斷方法通用性的因素

ATS是自動(dòng)測(cè)試的軟、硬件集合體。它采用虛擬儀器系統(tǒng)平臺(tái)的思想，建立一個(gè)具有前向通道、后向通道、存貯及數(shù)據(jù)處理部件、人機(jī)接口及測(cè)試軟件的通用的綜合測(cè)試平臺(tái)。通過改變測(cè)試軟件，就可應(yīng)用于不同的被測(cè)試對(duì)象（Unit Under Test，UUT）。ATS通常由以下3個(gè)部分組成：主控計(jì)算機(jī)，程控儀器設(shè)備，測(cè)試軟件，如圖1所示。

在不同的ATS上同一被測(cè)對(duì)象采用的故障診斷方法存在著很大的差異，嚴(yán)重地影響了診斷方法的互換通用性，而這些差異主要是由ATS儀器設(shè)備配置的不同、儀器設(shè)備與被測(cè)對(duì)象間連接的不同、各系統(tǒng)間測(cè)試軟件的不同所引起的。另外對(duì)于同型號(hào)的ATS，由于設(shè)備的升級(jí)、儀器損壞更換，也會(huì)使得同型號(hào)系統(tǒng)變成不同型號(hào)，使得原來的診斷方法的有效性受到較大的影響[2]。

1.1 ATS儀器設(shè)備配置上的不同

被測(cè)對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試的一個(gè)硬件基礎(chǔ)就是測(cè)試儀器設(shè)備，但測(cè)試儀器設(shè)備的型號(hào)是千差萬別的，即使是同一類儀器也有生產(chǎn)廠商、性能參數(shù)、功能上的差別。以示波器為例，HP54615B是帶有GPIB接口的雙通道波形分析儀，TVS641是基于VXI總線的4通道波形分析儀，它們又具有一定的共性，都是采樣速率為1G/S的數(shù)字波形分析儀，可以完成250M以下模擬信號(hào)的精確測(cè)量分析。如果在兩套ATS中，分別配置了這兩種不同的波形分析儀，通道數(shù)如果超過兩個(gè)，HP54615B就不能夠勝任測(cè)試。儀器設(shè)備配置的關(guān)鍵在于不同ATS儀器設(shè)備是否能夠完成相同測(cè)試任務(wù)。只要不同ATS的儀器配置能夠完成該測(cè)試任務(wù)，系統(tǒng)與該測(cè)試任務(wù)無關(guān)的任何儀器配置是不會(huì)影響該被測(cè)對(duì)象的故障診斷方法。由于系統(tǒng)資源、經(jīng)濟(jì)效益等限制，一套ATS系統(tǒng)是不可能配備功能齊全的儀器設(shè)備，設(shè)備根據(jù)測(cè)試任務(wù)要求不同，在儀器配置上會(huì)有一定的取舍[3]。

圖1 ATS組成示意圖Fig.1 ATS of schematic diagram

圖2 標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試連接結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Standardized test connection structure diagram

圖3 UUT與ATE的連接Fig.3 UUT connected with ATE

1.2 ATS儀器設(shè)備連接適配器的不同

ATS儀器連接適配器主要提供測(cè)試儀器到被測(cè)對(duì)象的信號(hào)轉(zhuǎn)接、測(cè)試信號(hào)的預(yù)處理，包括電平的提拉和轉(zhuǎn)換等，同時(shí)還可以為被測(cè)對(duì)象提供一定的固定與支撐。對(duì)于不同的ATS，由于其儀器配置、儀器輸入輸出接口、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的差異都會(huì)造成ATS與被測(cè)對(duì)象連接適配器的不同，使得同一被測(cè)對(duì)象不能使用相同的連接適配器連接不同的ATS。

1.3 不同ATS間測(cè)試軟件接口不同

ATS測(cè)試軟件是完成系統(tǒng)測(cè)試任務(wù)所需要的各種應(yīng)用軟件（包括測(cè)試環(huán)境軟件，測(cè)試開發(fā)軟件，驅(qū)動(dòng)程序、I/O接口等等）。由于不同的測(cè)試系統(tǒng)使用了不同的測(cè)試軟件，這樣就使得同一被測(cè)對(duì)象對(duì)應(yīng)不同的ATS有不同的測(cè)試程序。

測(cè)試軟件作為應(yīng)用軟件可以在不同的ATS的主控計(jì)算機(jī)上安裝運(yùn)行，也就是說在不同的ATS上開發(fā)的測(cè)試程序能夠在其他ATS上被調(diào)用。而儀器驅(qū)動(dòng)程序、I/O接口維護(hù)卻是ATS固有的測(cè)試軟件，它取決于系統(tǒng)儀器、設(shè)備的配置以及儀器設(shè)備驅(qū)動(dòng)的版本情況，它使得不同測(cè)試系統(tǒng)上開發(fā)的測(cè)試程序被調(diào)用時(shí)無法驅(qū)動(dòng)指定儀器設(shè)備完成預(yù)定操作。那么，測(cè)試程序中驅(qū)動(dòng)原開發(fā)ATS中的儀器、設(shè)備的軟件函數(shù)是否能夠同時(shí)驅(qū)動(dòng)其他ATS的儀器、設(shè)備成了影響程序通用性的關(guān)鍵因素之一。

2 解決措施

針對(duì)上述影響故障診斷方法通用性的因素，主要的解決措施有：

2.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化配置ATS

由于儀器設(shè)備配置不同帶來的問題，一方面采取對(duì)ATS儀器配置系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，使得不同用途的ATS形成相對(duì)穩(wěn)定的儀器、設(shè)備配置?；诋?dāng)前的狀況及以后測(cè)試系統(tǒng)的可升級(jí)性、可擴(kuò)展性考慮，面向測(cè)試對(duì)象的ATS應(yīng)當(dāng)向現(xiàn)有的ATS的配置靠攏，實(shí)現(xiàn)儀器配置的標(biāo)準(zhǔn)化。目前，標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試系統(tǒng)通用儀器配置包括四通道波形分析儀（采樣速率1G/S以上）、任意波形發(fā)生器（可產(chǎn)生函數(shù)波形和自定任意波形）、數(shù)字I/O接口（數(shù)據(jù)收發(fā)速率20M、192路以上）等等。通過對(duì)系統(tǒng)配置的調(diào)整，使同類ATS可以完成的測(cè)試任務(wù)趨于相同，以此來消除系統(tǒng)配置對(duì)被測(cè)對(duì)象故障診斷方法通用性的影響。

2.2 設(shè)計(jì)通用適配器

對(duì)于ATS儀器設(shè)備與被測(cè)對(duì)象間連接的不同，采取建立連接適配規(guī)范的方式，使輸入、輸出接口標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)現(xiàn)有機(jī)載火控設(shè)備ATS，設(shè)計(jì)通用適配器，使被測(cè)對(duì)象與自動(dòng)測(cè)試設(shè)備之間建立了一種通用的、標(biāo)準(zhǔn)的連接關(guān)系和測(cè)試連接結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。開發(fā)人員只需根據(jù)被測(cè)單元的實(shí)際情況和測(cè)試方案，設(shè)計(jì)針對(duì)于被測(cè)單元的專用適配接口電路，就可準(zhǔn)確無誤地按照測(cè)試方案將被測(cè)單元與采用標(biāo)準(zhǔn)適配接口ATS系統(tǒng)中的儀器相連接，如圖3所示：

2.3 使用IVI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范軟件接口

為了解決不同ATS之間軟件接口不同的問題，引入IVI標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)有效解決途徑。IVI標(biāo)準(zhǔn)使儀器使用從基本的互操作性（Interoperability）提升到可互換性（Interchangeability），使儀器驅(qū)動(dòng)程序提升到了標(biāo)準(zhǔn)化水平。針對(duì)現(xiàn)有的機(jī)載火控設(shè)備ATS中已經(jīng)成熟的儀器設(shè)備引入IVI標(biāo)準(zhǔn)，建立標(biāo)準(zhǔn)的軟件接口。通過為測(cè)試儀器制定一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)范，使研發(fā)人員獲得更大的硬件獨(dú)立性，減少了軟件維護(hù)和支持費(fèi)用、縮短了儀器編程時(shí)間、提高了運(yùn)行性能。另外，對(duì)于尚未使用IVI標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試設(shè)備，建立“類IVI標(biāo)準(zhǔn)”，在小范圍內(nèi)達(dá)成軟件接口一致，解決短期的通用性問題。通過調(diào)研，可引入IVI標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試設(shè)備有電源、波形分析儀、任意波形發(fā)生器、多用表、矩陣開關(guān)等等，建立類IVI標(biāo)準(zhǔn)的有數(shù)字I/O模塊[4]。

3 通用性研究的展望

3.1 利于故障電路板的互換測(cè)試

基于儀器設(shè)備、適配接口、軟件接口的標(biāo)準(zhǔn)化，使得針對(duì)同一電路板所開發(fā)測(cè)試程序集(TPS)具有更強(qiáng)的通用性，達(dá)到不作修改或稍作修改就能夠在其他ATS上正常運(yùn)行的目的。這樣就避免了TPS的重復(fù)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了電路板的就近檢測(cè)和修理，縮短了維修時(shí)間，節(jié)約了維修成本。

3.2 利于新技術(shù)的吸納和系統(tǒng)功能的測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)擴(kuò)展

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、儀器設(shè)備的不斷更新為測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)帶來了極大的方便和效益，推動(dòng)了ATS的快速發(fā)展，然而測(cè)試系統(tǒng)高昂的軟硬件升級(jí)費(fèi)用在一定程度上阻礙了測(cè)試系統(tǒng)的重新配置和新技術(shù)支持，為保護(hù)前期技術(shù)投入，繼續(xù)使用原有的儀器、技術(shù)，就不能獲得新設(shè)備、新技術(shù)帶來的效益；若要更換儀器設(shè)備或者進(jìn)行系統(tǒng)功能擴(kuò)展，先前開發(fā)的電路板TPS就面臨全部報(bào)廢或需要重新開發(fā)的困難。通過對(duì)電路板故障診斷方法進(jìn)行研究，既保護(hù)了前期的技術(shù)投入，又保證了后來的新技術(shù)、新設(shè)備的及時(shí)升級(jí)使用，確保了測(cè)試系統(tǒng)與機(jī)載火控設(shè)備同步發(fā)展。

3.3 利于TPS使用壽命延長

電路板TPS有著一定的生命周期，它的生命周期取決于兩個(gè)方面：機(jī)載火控設(shè)備服役時(shí)間和TPS賴以生存的工作平臺(tái)ATS。通用性設(shè)計(jì)之前的ATS系統(tǒng)的每一次改型、升級(jí)和完善都會(huì)對(duì)先前開發(fā)的電路板TPS造成或多或少的影響，甚至提前終結(jié)TPS的使用。另外作為ATS一部分的儀器設(shè)備作為一種產(chǎn)品也有其固有生命期。在某種儀器設(shè)備生命期結(jié)束后，如果不能購置到同型號(hào)的儀器設(shè)備（儀器可能停產(chǎn)、斷線），更換的同型儀器設(shè)備不管性能如何優(yōu)越，都可能造成事實(shí)上ATS改型，引起TPS生命期的提前終結(jié)。更為嚴(yán)重的是，這種事實(shí)上的改型會(huì)造成ATS配置上的混亂，使原本可移植性較低的境況更加嚴(yán)重。通過對(duì)ATS硬件接口、軟件接口的標(biāo)準(zhǔn)化、通用性設(shè)計(jì)，使得ATS的改型、升級(jí)、完善只是表現(xiàn)在ATS內(nèi)部，對(duì)于先前開發(fā)的TPS均未產(chǎn)生影響，有效地保護(hù)了前期投入。

4 結(jié)束語

本文在理論上研究了機(jī)載火控設(shè)備ATS故障診斷方法通用性的問題，給測(cè)試系統(tǒng)研究開發(fā)提供了一條新途徑。所探討影響ATS故障診斷方法通用性的因素，對(duì)于ATS的儀器配置、連接適配器、各ATS間測(cè)試軟件接口設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)價(jià)值。針對(duì)這3個(gè)方面分別提出了相應(yīng)的解決措施，對(duì)機(jī)載火控設(shè)備ATS的開發(fā)使用有較好的啟發(fā)和借鑒。

[1]張娟,黃開臣.綜合自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)研究[J].測(cè)控技術(shù),2011,30(10):30-35.

[2]劉江,左正軍.通用航空器故障診斷專家系統(tǒng)研究[J].科技市場(chǎng)經(jīng)濟(jì),2013,8:5-9.

[3]劉潔.機(jī)載計(jì)算機(jī)通用自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].電子科技,2013,26(6):104-106.

[4]尉廣軍,馬駿.基于PXI總線的導(dǎo)彈裝備通用檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程,2012,40(9):54-56.