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(西安雷光科技實業(yè)有限公司，西安 710043)

0 引言

在飛機的裝配生產(chǎn)過程最大限度的采用自動化、電子化和信息化手段已經(jīng)是國內(nèi)外軍民飛機生產(chǎn)的必然趨勢，國內(nèi)飛機在總裝生產(chǎn)階段，大部分還處于手動與有紙水平，本文正是結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大趨勢，設計無紙交互式電子飛機總裝生產(chǎn)輔助設備，主要論述其中的飛機無線電設備總裝測試系統(tǒng)。

該系統(tǒng)采用現(xiàn)代信息化、網(wǎng)絡化設備和最新自動化儀器設備構(gòu)建，組建飛機無線電系統(tǒng)測試專用網(wǎng)絡，實現(xiàn)飛機無線電設備總裝的全工序自動化測試；并實現(xiàn)通電測試過程無紙化、可視化，電紙化操作，全程采用電子工藝卡片指導試驗員進行測試操作、測試結(jié)果判讀及測試狀態(tài)、結(jié)果記錄；使用本測試系統(tǒng)能最大程度的提高測試效率和測試可靠度，使用電子工藝卡片，指導生產(chǎn)人員利用自動化軟件、工具對飛機各系統(tǒng)進行測試、利用軟件提供的指示信息和檢測結(jié)果即可進行故障檢測和隔離，可有效縮短飛機通電測試調(diào)試時間，減少了飛機生產(chǎn)對人員的高要求，利用該系統(tǒng)，一般工人即可進行正確的飛機無線電系統(tǒng)裝配測試，并對不合格項快速判斷故障點，進行調(diào)試。

1 系統(tǒng)構(gòu)架

飛機無線電系統(tǒng)包括：機載塔康、儀表著陸系統(tǒng)(ILS)、伏爾(VOR)、指點信標、微波著陸、空管應答、空中防撞模擬設備試驗器。其中，儀表著陸系統(tǒng)(ILS)、伏爾(VOR)、短波電臺和衛(wèi)星導航等設備，要完成這些成品設備的總裝生產(chǎn)測試，測試系統(tǒng)的功能設計了三大部分的內(nèi)容：

1)儀器設備自動控制，完成無線電設備的測試組織及執(zhí)行；

2)信息化管理及網(wǎng)絡傳輸，完成測試數(shù)據(jù)流的傳輸、管理和保存等功能；

3)提供電子工藝單，引導工人進行飛機無線電設備裝配和測試，并提供電子的生產(chǎn)文件指導生產(chǎn)流程，并對各生產(chǎn)環(huán)境的結(jié)果輸出進行記錄，并形成電子報告單[1]。

飛機無線電設備總裝測試系統(tǒng)原理如圖1所示，測試系統(tǒng)配置高度表測試儀、空中防撞系統(tǒng)測試儀、無線電導航測試儀、GPS信號源和電臺外廠測試儀[2]，用于激勵相應無線電設備工作，模擬各種工作狀態(tài)；配置以太網(wǎng)接入器，方便沒有以太網(wǎng)接口的設備通過以太網(wǎng)接入；測試控制方面配置測試控制計算機，通過以太網(wǎng)完成測試配置與設備控制，另外配置便攜式控制顯示終端提供電子工藝指導測試員完成測試。在無線電測試系統(tǒng)開始工作后，首先模擬產(chǎn)生各種無線電通訊導航信號源，模擬飛行過程地面和空中的各類通訊導航信號，為機載被測無線電設備提供激勵信號，然后裝配測試人員利用測試控制計算機或便攜式顯示控制終端，遠程控制無線電測試系統(tǒng)中的儀器設備，讓飛機無線電系統(tǒng)進入相應的工作狀態(tài)，測試人員觀察飛機綜合顯示界面，對照便攜式控制顯示終端提示的正確畫面，判斷工作是否正常，并在電子表格上記錄數(shù)據(jù)，完成機載被測無線電設備的裝配性能檢查；在無線電設備的測試中，交互式電子工藝單，為整個飛機無線電設備總裝及測試提供無紙化的生產(chǎn)指導，及無紙化的生產(chǎn)組織，并對生產(chǎn)過程中的情況記錄，形成報告上傳保存。

圖1 飛機無線電設備總裝測試系統(tǒng)原理

在飛機無線電系統(tǒng)總裝測試過程中，使用數(shù)據(jù)庫管理各類機械電子設備的測試工藝、ICD定義和測試結(jié)果，并能按機型自動調(diào)用電子工藝和ICD定義編碼，保證了測試過程數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，并且可按權(quán)限提供給各級別人員調(diào)用數(shù)據(jù)，管理和組織飛機生產(chǎn)，最大限度發(fā)揮飛機無線電設備總裝測試系統(tǒng)作用[3]。

2 硬件設計

飛機無線電設備總裝測試系統(tǒng)硬件包括信號模擬與激勵設備、信號采集與通訊設備、信號分配與調(diào)理設備，系統(tǒng)的硬件組成與工作原理如圖2所示，各部分的設計原理介紹如下：

1)信號模擬與激勵設備：按照通訊體制，通過軟件無線電思想，模擬地面塔臺及空中飛機間的無線電信號，構(gòu)成完整的通訊系統(tǒng)，給無線電設備工作提供信號激勵；這些設備產(chǎn)生的信號通過切換與增益控制后以無線的形式發(fā)射出來，與飛機無線電系統(tǒng)通訊。信號模擬主要采用數(shù)字信號處理技術(shù)和軟件無線電技術(shù)，實現(xiàn)各種通訊體制的基帶數(shù)據(jù)產(chǎn)生，并調(diào)制和上變頻后，通過天線發(fā)射；產(chǎn)生信號的工作頻段：108.1～4350.0 MHz，信號強度：-10～+13 dBm[4]。

2)信號采集與總線通訊設備：無線電設備開始工作后，在不同的激勵下，會有不同的工作狀態(tài)輸出，這需要測試系統(tǒng)對不同狀態(tài)輸出進行采集，測試系統(tǒng)提供采集板卡對模擬量、離散量、ARINC429等信號讀取，并通過通訊設備建立通訊鏈路對采集輸出信息進行傳輸，保證系統(tǒng)間的信息共享，并在各顯示終端對采集到的狀態(tài)數(shù)據(jù)進行顯示，并模擬飛機的電子飛行儀表(EFIS)界面，讓實驗員依據(jù)工藝規(guī)程文件的提示對比真實EFIS界面，觀察各無線電導航設備輸出的導航信息，判定測試結(jié)果是否合格，完成測試。為了保證測試系統(tǒng)有更長的生命周期，硬件上采用了可互換技術(shù)設計，用以IVI-MSS儀器驅(qū)動技術(shù)為依托的儀器可互換配置結(jié)構(gòu)實現(xiàn)硬件靈活配置。IVI-MSS是IVI聯(lián)盟最新的儀器可互換標準，很好解決測試系統(tǒng)儀器的可互換性，使用該標準模式可在測試中靈活選擇硬件資源，甚至允許在測試平臺交付后硬件型號更改[5]。

3)信號分配與調(diào)理設備：該設備是測試系統(tǒng)與被測對象間的橋梁，完成信號的接口匹配、信號的調(diào)理、信號的轉(zhuǎn)接與分配、電源接入，保證被測對象的信號能正確的接入到測試系統(tǒng)。具體有下面5個方面的作用：1)將測試儀表切換連接到被測試信號線上；2)將激勵源輸出的仿真信號切換并連接到被測設備的輸入端口上；3)完成自動和手動測試功能的切換；4)完成電源加電控制和監(jiān)測切換；5)完成信號電平及阻抗的匹配；另外信號檢測孔安裝在適配箱面板上，用于測試過程中對關鍵信號的監(jiān)測；為了保證測試系統(tǒng)的擴展性，該部分硬件還具備適配不同機型接口的功能，適應同類多型被測航電設備的匹配，包括已知的和未知的設備型號變化導致的連接器型號及插針定義的變化。當接口定義發(fā)生變化時，可以在測試軟件接口配置界面中修改接口定義配置表改變接口定義，然后測試軟件選擇不同型號設備的接口適配板完成測試連接，保證接口定義的正確性；采用加裝備用航空連接器，解決被測航電設備連接器型號變化的問題。

圖2 硬件組成與原理圖

3 軟件設計

對軟件的需求進行分析，充分考慮軟件的可擴展性、可裁剪性、可靠性、可實現(xiàn)性，采用層次化、模塊化和分布式架構(gòu)設計實現(xiàn)測試系統(tǒng)軟件，通過規(guī)劃，系統(tǒng)軟件分為三大塊：無線電設備控制軟件、電子工藝卡及檢測記錄軟件、設備管理軟件。

3.1 無線電設備控制軟件

其中無線電設備控制軟件需要對無線電系統(tǒng)的激勵信號源進行控制，才能完成無線電系統(tǒng)的測試；該部分的設計重點是保障軟件互操作性，適應各種類型和型號的硬件更換；在設計上采用了嚴格的層次化結(jié)構(gòu)，將硬件訪問、測試控制、人機交互完全獨立分層，降低了軟件開發(fā)、測試和維護的難度。各個層次獨立開發(fā)設計測試，大大縮短了系統(tǒng)開發(fā)時間，便于系統(tǒng)擴展。硬件資源的獨立封裝。該架構(gòu)將硬件訪問控制完整封裝，并提供統(tǒng)一的訪問接口，并通過XML文件對封裝的硬件資源進行描述，便于上層軟件模塊的操作訪問的歸一化設計。便于硬件測試資源的升級、更換和調(diào)整。用戶交互界面的硬件與平臺無關，用戶交互模塊軟件，可以在系統(tǒng)中任意計算機上運行，可以多用戶同時登錄進行測試、管理、維護、數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)瀏覽等工作。該軟件架構(gòu)的優(yōu)點主要體現(xiàn)在擴展性和開放性上，無論是想提升系統(tǒng)的測試能力還是想減小測試的規(guī)模，都可以很容易的通過添加或者刪減測試資源實現(xiàn)，而且各個分系統(tǒng)計算機測試資源變動對整個分布式測試系統(tǒng)的軟件并無影響，系統(tǒng)的升級維護都很方便。具體一點，每一個信號源對應一個動態(tài)鏈接庫，這樣實現(xiàn)軟件控制的模塊化，測試人員通過控制界面調(diào)度動態(tài)庫，驅(qū)動相應的儀器設備，從而達到控制產(chǎn)生信號的目的。對每個信號源進行獨立封裝，就能方便以后系統(tǒng)升級和擴展，新的變化，只需改變一下動態(tài)庫，就能夠直接被應用程序調(diào)用。所以這樣多層化、模塊化的管理不僅使軟件結(jié)構(gòu)清晰，還能夠減少日后維護的復雜程度和工作量，降低了維護成本[6]。

該部分的軟件操作，軟件提供手動測試界面，測試人員可以根據(jù)需求操作相應的界面，對測試儀器的參數(shù)進行配置和保存，也可以直接對其過往參數(shù)配置進行調(diào)用，實現(xiàn)測試人員的快速參數(shù)配置。同時軟件可以提供，測試人員單次或者循環(huán)對某一測試項進行測試，方便在測試中出現(xiàn)問題時，對故障進行排查。

3.2 電子工藝卡與檢測記錄軟件設計

為了實現(xiàn)數(shù)字化飛機制造，工藝卡電子化是重要一步，避免了紙質(zhì)工藝在車間中流傳帶來的各種管理問題，不再單靠人為管理實現(xiàn)工藝指令的執(zhí)行，飛機無線電設備總裝測試系統(tǒng)中重點設計了電子工藝軟件，主要調(diào)用和顯示電子工藝指示單，提示操作，并記錄結(jié)果；具體在特設系統(tǒng)加電測試中電子工藝完成如下功能：工藝圖形化顯示;操作提示;判讀提示;測試結(jié)果記錄;測試現(xiàn)象圖形及視頻記錄;測試報告生產(chǎn);數(shù)據(jù)下載與上傳。

在測試過程中，軟件將測試流程中的操作方法和操作步驟以圖形和文字的形式給出，提示測試人員進行測試。將正在進行的測試步驟高亮顯示，并且利用仿真的界面閃爍提示測試現(xiàn)象和測試結(jié)果。測試步驟完成后進行下一步驟的測試。一個測試流程完成后，進行相應的測試結(jié)果的記錄。每一份通電文件中的操作過程、結(jié)果及記錄數(shù)據(jù)均有操作確認，及檢驗確認的署名功能。在一個完整的通電文件進行過程中，可對文件中任意一個工步進行駁回，但一份完整文件確認完成后，自動鎖定。

操作過程如遇故障，可在故障工步中進行故障記錄及故障排除原因編輯。同時亦可調(diào)用歷次工步下發(fā)生的故障原因及排除方法。測試結(jié)果處理將測試項目的測試結(jié)果進行顯示，向測試人員提供整個測試項目的測試結(jié)果和測試時間?？梢陨蓽y試報告，方便測試人員查閱。提供測試數(shù)據(jù)的上傳和下載，以減少不必要的重復性工作。

圖3 電子工藝軟件界面示例

3.3 便攜式設備登記管理軟件

該部分主要實現(xiàn)對設備的登記管理，對人員的身份進行識別登記，借出和歸還時間進行登記、校準時間提醒管理、以及借還狀態(tài)的管理。

圖4 軟件工作流程圖

用戶通過使用身份工作卡，進行身份識別，選擇想要借出的設備，系統(tǒng)會打卡設備所在的位置，并對借出人員的信息和借出時間進行登記，并對其內(nèi)容進行保存，可被服務器進行查詢訪問。同時歸還時，系統(tǒng)會記錄歸還人員的信息和時間，對校準時間進行登記和校準時間到期提醒，以及識別歸還的設備是否正確，并將所有的過程記錄到數(shù)據(jù)中。

3.4 軟件工作流程

上述的各軟件系統(tǒng)均運行在各自的計算機上，在測試系統(tǒng)工作后，要保證整體的運行，無線電設備控制軟件和電子工藝卡軟件需相互配合，共同完成整個測試流程，流程圖如圖4所示。

軟件工作流程中，無線電設備控制軟件和電子工藝卡軟件打開后，首先都是用戶登錄，驗證用戶身份，確認當前用戶是否具有對系統(tǒng)的操作權(quán)限，如果用戶驗證失敗，系統(tǒng)仍處于登陸狀態(tài)，也可以選擇取消退出登錄界面；登錄成功后，無線電設備控制軟件則向子工藝卡軟件發(fā)聯(lián)機請求命令，如子工藝卡軟件準備好，給無線電設備控制軟件回聯(lián)機確認信息；隨后，工藝卡軟件向無線電設備控制軟件發(fā)送自檢命令，控制各儀器設備調(diào)用自檢功能模塊分別完成本身自檢，并接收各測試資源的自檢結(jié)果，把自檢結(jié)果信息上傳給工藝卡軟件；接下來無線電設備控制軟件可以進行系統(tǒng)配置，配置完成，進入相關測試任務的執(zhí)行，這里由電子工藝軟件下發(fā)測試的TPS，具體的TPS執(zhí)行將下發(fā)到相應的測試儀器設備中完成，并由儀器設備上傳測試數(shù)據(jù)，由電子工藝軟件完成數(shù)據(jù)分析與結(jié)果記錄，并生成報表打印[7]。

5 結(jié)論

飛機無線電設備總裝測試系統(tǒng)，采用了先進的測試技術(shù)及模塊化和標準化的儀器設備，該設備已經(jīng)在某飛機總裝車間使用，用戶反映系統(tǒng)操作方面、測試準確、結(jié)構(gòu)布局合理，功能完善，大幅度提供了飛機生產(chǎn)效率；該飛機無線電設備總裝測試系統(tǒng)是一套具可靠性高、性價比優(yōu)良，實用性強、操作簡單、維護方便并具備擴展性和升級能力的測控系統(tǒng)。

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