李 祺，羅章雨，佘敦俊

(北京機電工程研究所，北京 100074)

0 引言

測試保障是某類裝備技術(shù)支援保障的重要技術(shù)環(huán)節(jié)，測試設(shè)備是該測試保障的核心功能裝備，所以測試設(shè)備一般采用從屬技術(shù)支援系統(tǒng)按比例配套的方式。技術(shù)支援保障單位作為使用方一般按照型號進行“多線作業(yè)”模式配置技術(shù)支援系統(tǒng)；隨著多型號裝備快速服役和系列化發(fā)展，保障單位一般會承擔(dān)多型保障任務(wù)，因此會同時擁有很多套測試設(shè)備[1-3]。

近年來，隨著測試設(shè)備通用化和標準化設(shè)計要求越發(fā)細化，該類裝備配套測試設(shè)備所采用的通用平臺和專測組件集成模式快速推廣，通用平臺及其集成的通用儀器資源技術(shù)能力也隨著科技發(fā)展逐漸變強，進而較大程度壓縮了各型專用測試組件配置規(guī)模，使得保障單位實際針對某型裝備測試保障過程中，可使用的測試保障資源尤其是通用部分，遠比能力建設(shè)時的標準配置要多，尤其對于具備多型保障能力的客戶而言，如果測試儀器資源能夠“根據(jù)測試保障需求”自主在線重組，將極大提升資源利用率、測試保障效率和系統(tǒng)保障性，還可由測試保障帶動整個技術(shù)支援保障的智能化和自動化水平，形成根據(jù)需求重組保障系統(tǒng)的能力，進而全面提升保障力。

1 測試保障智能化需求分析

技術(shù)支援保障任務(wù)中最為核心的是技術(shù)準備保障工作，一般技術(shù)準備保障流程分為十幾個環(huán)節(jié)，測試保障為其中一個環(huán)節(jié)。技術(shù)準備平均時間是技術(shù)準備保障指標體系的核心，直接關(guān)系裝備應(yīng)用指揮籌劃。由于技術(shù)準備流程其它環(huán)節(jié)用時短、共用資源充沛、使用簡單且以人力驅(qū)動為主，可以通過增加人力資源實現(xiàn)保障時間的壓縮，而測試保障環(huán)節(jié)受限于測試設(shè)備資源數(shù)量、測試流程固化以及領(lǐng)域性通用化程度所帶來的狀態(tài)管控難度，導(dǎo)致保障單位一般只能按系統(tǒng)固化配置開展工作，形成了技術(shù)準備時間消耗的瓶頸。

1.1 柵格資源虛擬化封裝技術(shù)

測試保障所使用的柵格資源主要是網(wǎng)絡(luò)儀器資源，其虛擬化管理以APP形式掛接在云平臺上對外提供服務(wù)，對測試儀器資源能力的虛擬化封裝主要是對各層級儀器資源組合的虛擬化以及儀器資源基本能力的封裝和描述管理，提供數(shù)字化的描述設(shè)置，便于需求與能力的對接，如主控機柜、綜合機柜、測試機柜、PIX總線設(shè)備、電源機柜、專用機柜等資源集合及其內(nèi)部信號源、板卡等設(shè)備數(shù)量、參數(shù)范圍、通道等管理。儀器資源能力封裝整體業(yè)務(wù)流程圖如圖1所示。

圖1 儀器資源能力封裝流程圖

1.2 測試保障任務(wù)封裝執(zhí)行技術(shù)

傳統(tǒng)的測試保障任務(wù)以測試軟件為靈魂對測試儀器資源進行有序調(diào)度完成所有測試流程。測試軟件本身即為測試保障任務(wù)模型，只對測試項目和測試程序進行執(zhí)行層面的管理，不進行測試需求和測試環(huán)境管理。

通過柵格資源虛擬化封裝技術(shù)封裝的測試儀器資源包括各種測試儀器及儀器組合，具備了在邏輯域靈活運用圖形化儀器資源搭建虛擬系統(tǒng)，進而映射至物理域集成測試設(shè)備使用的能力。因此柵格保障技術(shù)調(diào)用的測試保障任務(wù)需要在傳統(tǒng)的測試軟件基礎(chǔ)上升級為包含虛擬儀器資源信息的TPS，作為測試保障任務(wù)模型進行管控，初始TPS任務(wù)模型封裝在已有測試軟件基礎(chǔ)上，一般需要通過對虛擬化柵格儀器集成調(diào)用完成，在傳統(tǒng)測試軟件基礎(chǔ)上升級虛擬儀器資源信息的原理過程大致如下：①首先TPS系統(tǒng)向柵格管理軟件請求儀器資源的相關(guān)信息及函數(shù)信息；②柵格系統(tǒng)根據(jù)TPS的請求從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取數(shù)據(jù)，根據(jù)程序約定好的通訊協(xié)議格式進行拼裝，并將TPS請求的數(shù)據(jù)根據(jù)約定好的通訊協(xié)議傳輸給TPS；③TPS根據(jù)獲取到的數(shù)據(jù)包以及程序約定好的協(xié)議進行解析，將解析出的信息形成相應(yīng)的狀態(tài)圖元和函數(shù)信息。通過對每條測試流程升級虛擬儀器資源信息，完成柵格可以調(diào)用的測試保障任務(wù)模型封裝。

形成的狀態(tài)圖元主要表征測試任務(wù)屬性，專門用于智能化自主測試任務(wù)執(zhí)行前任務(wù)狀態(tài)與儀器資源集合匹配狀態(tài)的確認，因此狀態(tài)圖元是網(wǎng)絡(luò)儀器資源虛擬化管理和測試保障任務(wù)模型化封裝執(zhí)行的核心焦點。當(dāng)利用狀態(tài)圖元搭建測試流程/集成測試設(shè)備時，需要設(shè)置狀態(tài)圖元的屬性。流程如圖2所示。

圖2 儀器資源使用流程圖

儀器資源虛擬化后的所有函數(shù)信息可供TPS等其他軟件應(yīng)用，TPS可通過虛擬化的函數(shù)信息形成相應(yīng)的圖元信息，通過圖元的拖拽組成相應(yīng)的測試序列(即封裝后的測試流程)，通過執(zhí)行測試序列，完成從邏輯域至物理域的映射，逐條執(zhí)行測試流程完成測試保障任務(wù)。

圖3 基于云服務(wù)的測試保障體系運轉(zhuǎn)示意圖

在測試過程中，除了需要所有測試儀器資源虛擬化的測試圖元外，也需要測試過程中相關(guān)動作的圖元，即為“邏輯圖元”，包括并、或、等待、循環(huán)等動作。測試資源虛擬化平臺對此些圖元也進行相應(yīng)的虛擬化，并作為固定的圖元庫存放到云平臺當(dāng)中。

2 基于柵格的智能化測試保障設(shè)計

某通用型測試設(shè)備由通用測試系統(tǒng)平臺加裝各型號專用測試組件組成，系統(tǒng)全面采用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)架構(gòu)、由網(wǎng)絡(luò)儀器集成，已經(jīng)具備了應(yīng)用柵格化技術(shù)實施智能化測試保障的能力，下面將以該型測試系統(tǒng)為背景論述測試保障智能化技術(shù)研究。

2.1 柵格資源劃分

圖6 通用測試系統(tǒng)平臺柵格節(jié)點構(gòu)建示意圖

由于測試系統(tǒng)型號專用測試組件的強專用性和面向?qū)Ｓ霉δ苣繕说脑O(shè)計，一般不作為可拆分的獨立功能包劃分節(jié)點；因此通用測試系統(tǒng)平臺實際上是客戶需要充分利用的協(xié)同作業(yè)獨立功能節(jié)點，同時通用測試系統(tǒng)平臺由大量智能儀器集成，全面采用網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，已經(jīng)具備了分布式測試技術(shù)實施的基礎(chǔ)，還可繼續(xù)拆分其獨立功能，因此多個通用測試系統(tǒng)平臺已經(jīng)具備構(gòu)建測試保障體系、推進互操作能力建設(shè)、形成測試保障柵格的條件。以通用測試系統(tǒng)平臺為背景，從構(gòu)建柵格的角度重新劃分資源及其能力，以柵格應(yīng)用的角度重新構(gòu)建測試系統(tǒng)資源動態(tài)調(diào)度體系，形成面向柵格應(yīng)用的測試保障能力，推動測試保障智能化。

根據(jù)柵格技術(shù)應(yīng)用需求，組成柵格應(yīng)用節(jié)點的智能儀器需要具有如下兩個獨立特征：

1)通信控制能力：用于與柵格體系進行互操作的通信控制，為了實現(xiàn)柵格所追求的信息快速共享和使用；

2)獨立應(yīng)用界定：柵格體系應(yīng)用節(jié)點對于整個柵格體系而言提供對應(yīng)其模型描述的獨立功能，如傳感、響應(yīng)、激勵等。如果其功能缺失獨立性，如A設(shè)備必須與B設(shè)備配對使用，雖然A和B都有獨立的通信能力，但仍需將A和B組合作為一個獨立節(jié)點對待。

通用測試系統(tǒng)平臺采用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)架構(gòu)，但鑒于該裝備測試時對時序要求的嚴格性，低頻測量系統(tǒng)采用PXI總線技術(shù)架構(gòu)，且直接通過機內(nèi)電纜連接到標準接口上，然后再與各型專用接口適配器及測試電纜連接，如圖5所示。

圖5 圖元庫管理示意圖

圖5 通用測試系統(tǒng)硬件平臺設(shè)備連接圖

由圖5所示，從集成儀器資源面向使用的角度出發(fā)，標準接口設(shè)備作為眾多測試資源使用的統(tǒng)一接口，是各型裝備測試適配器的唯一匹配對象，且從技術(shù)規(guī)范的設(shè)計角度而言，標準接口設(shè)備與適配器的配合用于提供通用接口向?qū)Ｓ媒涌诘募夹g(shù)轉(zhuǎn)換，所以整個標準接口設(shè)備及其后端涉及功能使用接口硬件需要作為一個整體看待，即整個電源機柜+測試機柜設(shè)備；綜合機柜承載了測試系統(tǒng)所有射頻儀器，每個射頻儀器有獨立使用功能及硬件接口，所以綜合機柜需要按照承載儀器獨立劃分柵格應(yīng)用節(jié)點，如微波信號源、數(shù)傳信號源等均為獨立柵格節(jié)點，由于通用測試系統(tǒng)平臺僅包含微波信號源，故后續(xù)論述僅以微波信號源作為有關(guān)典型應(yīng)用開展，機柜內(nèi)網(wǎng)絡(luò)供電接口轉(zhuǎn)接設(shè)備的功能就是網(wǎng)絡(luò)通信轉(zhuǎn)接，須作為柵格基礎(chǔ)通信設(shè)施，不做獨立功能節(jié)點考慮；主控機柜中主控計算機和顯示器功能耦合連接，計算機和電子證書讀寫器功能硬件接口耦合，所以此三者合并作為一個獨立柵格節(jié)點；ups不做網(wǎng)絡(luò)控制，作為整個系統(tǒng)的輔助設(shè)施，無須考慮其體系內(nèi)應(yīng)用定位；示波器已經(jīng)采用了智能化產(chǎn)品，本就是美國柵格技術(shù)的樣本產(chǎn)品，是柵格節(jié)點之一；網(wǎng)絡(luò)供電接口設(shè)備作為主干線網(wǎng)絡(luò)通信控制設(shè)施，需要將其控制部分剝離出來封裝作為柵格應(yīng)用節(jié)點考慮，網(wǎng)絡(luò)通信可直接作為通信基礎(chǔ)設(shè)施看待。

因此對于通用測試系統(tǒng)平臺而言，整個產(chǎn)品可按照上文面向使用劃分為整個電源機柜+測試機柜設(shè)備、微波信號源、計算機+電子證書讀寫器+顯示器、示波器、網(wǎng)絡(luò)供電接口設(shè)備共5個應(yīng)用節(jié)點，可定義為：標準接口、微波信號源、顯控終端、示波器和供電控制。

2.2 智能測試保障方案

測試保障除去測試準備和測后行動外，一般包括若干被測對象的功能單元測試和綜合測試，每種測試面向被測對象的不同功能單元，因此使用測試設(shè)備的功能儀器協(xié)同不盡相同。柵格化技術(shù)應(yīng)用于測試保障提高效率便是著眼于此處，如果能將每種功能儀器在具體測試任務(wù)層面上進行智能籌劃以提升應(yīng)用效率，回避傳統(tǒng)測試設(shè)備集中式應(yīng)用測試資源的粗放式管控，形成以儀器資源為單位的“物盡其用”效果，將對測試保障平均用時壓縮形成新的研究方向。

在傳統(tǒng)技術(shù)支援保障管理模式下，測試設(shè)備作為一個整體參與技術(shù)支援保障過程。在技術(shù)準備流程中，裝備各項測試保障均需占用一套測試設(shè)備，因此可同時作業(yè)的裝備數(shù)目等同于系統(tǒng)內(nèi)測試設(shè)備的數(shù)目。采用基于時間Petri網(wǎng)(Timed petri net，TdPN)理論建立該保障模式下的保障過程模型如圖7所示。

圖7 原始保障過程模型

圖中各元素符號含義如表1所示。

表1 原始保障過程模型元素說明

假設(shè)單元Ⅰ測試需要10分鐘，單元Ⅱ測試需要25分鐘，單元Ⅲ測試需要20分鐘，綜合測試需要15分鐘，則在技術(shù)支援系統(tǒng)內(nèi)有N套測試設(shè)備的條件下，可得出準備N個該裝備所需時間為:

(1)

在柵格化保障模式中，測試設(shè)備不再作為一個設(shè)備整體參與到技術(shù)支援保障過程，而是將其分化為由多個測試資源柵格節(jié)點組成的組合，在技術(shù)準備流程各步驟中依據(jù)測試需求，對柵格節(jié)點進行適用性組合應(yīng)用，實現(xiàn)各測試資源的靈活組合，參與到技術(shù)支援保障流程；而此時不需要參與使用的測試資源柵格節(jié)點可以從當(dāng)前任務(wù)中釋放，并在其它任務(wù)中使用組合，從而面向測試資源應(yīng)用提升其復(fù)用效率。

依照柵格保障技術(shù)方案，傳統(tǒng)保障模式中的一套測試設(shè)備，可拆分為保障柵格中的4個保障設(shè)備節(jié)點：鍵盤顯示組合節(jié)點(x1)，示波器節(jié)點(x2),，信號源節(jié)點(x3)和測試接口節(jié)點(x4)。則依據(jù)保障過程，基于TdPN理論建立柵格保障模式保障模型如圖8所示。

圖8 柵格模式保障過程模型

假設(shè)單元Ⅰ測試需要10分鐘，單元Ⅱ測試需要25分鐘，單元Ⅲ測試需要20分鐘，綜合測試需要15分鐘，則在系統(tǒng)內(nèi)有n1個鍵盤顯示組合節(jié)點(x1)，n2個示波器節(jié)點(x2)，n3個微波信號測試節(jié)點(x3)和電源及測試接口節(jié)點(x4)，n4個測試設(shè)備的條件下，準備N個該裝備所需時間可由仿真計算得到。

圖9 準備N個該裝備所需時間與柵格節(jié)點配置仿真效果圖

由此可見，測試保障任務(wù)分解越細致、數(shù)量越多，測試保障應(yīng)用柵格化技術(shù)優(yōu)勢越發(fā)明顯；如果柵格節(jié)點區(qū)分能夠更為細致、精準，可供靈活調(diào)度、分時復(fù)用儀器資源更多，測試保障智能應(yīng)用效果更為突出；不但如此，在多型、多量裝備協(xié)同測試保障過程中，應(yīng)用此模式將更能充分發(fā)揮儀器資源的使用效率，能夠滿足未來新型模式下技術(shù)支援保障協(xié)同指揮籌劃、提升保障力需求。

3 結(jié)束語

柵格技術(shù)可以充分發(fā)揮通用化和標準化測試設(shè)備成果，充分提升資源使用效率，使客戶對于裝備技術(shù)能力及狀態(tài)的管理直接深入到可供調(diào)度的資源級別，對上可以利用柵格技術(shù)集成傳統(tǒng)應(yīng)用的功能系統(tǒng)，對下利用互操作技術(shù)直接調(diào)度柵格節(jié)點資源，融合邏輯域與物理域，構(gòu)建智能化指揮平臺，為指揮保障一體化奠定基礎(chǔ)。

測試保障的智能化成果可直接引入技術(shù)支援保障領(lǐng)域，推動技術(shù)支援系統(tǒng)裝備及其資源柵格化，構(gòu)建技術(shù)陣地裝備資源化調(diào)度能力，可帶來裝備技術(shù)陣地保障力升級，包括推動技術(shù)支援系統(tǒng)通用化/標準化發(fā)展、牽引機電一體化技術(shù)推動AGV的廣泛應(yīng)用等，進而推動模型化保障指揮能力的快速發(fā)展，構(gòu)建技術(shù)準備保障自主調(diào)度、流轉(zhuǎn)能力，減少人的參與、提升保障工作準確度、減少技術(shù)準備平均時間，全面提升效率。