王發(fā)麟，李志農(nóng)，王 娜

（1.南昌航空大學(xué)航空制造工程學(xué)院，南昌 330063；2.南昌航空大學(xué)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌 330063；3．航空工業(yè)江西洪都航空工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司飛機(jī)總裝廠，南昌 330024）

飛機(jī)上的航電系統(tǒng)、火控系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)等各系統(tǒng)要保證正常的運(yùn)行，少不了提供控制信號(hào)、動(dòng)力電源以及數(shù)據(jù)信息的、具有“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”之稱的整機(jī)線纜[1-2]。在眾多影響飛機(jī)質(zhì)量的因素中，飛機(jī)整機(jī)線纜的制造質(zhì)量極為重要，而線纜檢測(cè)是關(guān)乎線纜制造質(zhì)量高低的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在航空制造企業(yè)受到了廣泛重視。

在以飛機(jī)航電系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)等為主的系統(tǒng)功能試驗(yàn)之前，飛機(jī)總裝過(guò)程中線纜的完整性測(cè)試是不可缺少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[3-5]。各分系統(tǒng)的線路運(yùn)行情況、系統(tǒng)功能的完整性和可靠性等都需要通過(guò)線纜的完整性測(cè)試來(lái)得到保證?；谵D(zhuǎn)接電纜的線纜集成檢測(cè)方法，是目前國(guó)內(nèi)航空制造企業(yè)對(duì)處于總裝階段的飛機(jī)整機(jī)線纜檢測(cè)所采用的技術(shù)手段。整機(jī)的線纜配置狀況、內(nèi)部導(dǎo)通情況、絕緣情況等借助轉(zhuǎn)接電纜的方式來(lái)完成測(cè)試，這種方法對(duì)于測(cè)試點(diǎn)數(shù)在兩萬(wàn)點(diǎn)以內(nèi)的中小型飛機(jī)線纜檢測(cè)可以勝任。但對(duì)于如C919 等大飛機(jī)來(lái)說(shuō)，由于其線纜檢測(cè)點(diǎn)數(shù)約3萬(wàn)點(diǎn)，整機(jī)檢測(cè)點(diǎn)分布極廣且分散，如果仍采用上述基于轉(zhuǎn)接電纜的檢測(cè)方法，將會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題[6-7]：

（1）檢測(cè)的可靠性低。基于轉(zhuǎn)接電纜的方法很大程度上還是依賴于人工來(lái)進(jìn)行操作，由于存在經(jīng)驗(yàn)和操作熟練程度的差異，整機(jī)線纜檢測(cè)的可靠性難以得到保證。

（2）檢測(cè)難度大。航電系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)等涉及到的檢測(cè)點(diǎn)數(shù)多而分散，不同的系統(tǒng)在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)調(diào)整轉(zhuǎn)接方案，加大了檢測(cè)的難度。

（3）檢測(cè)周期長(zhǎng)，工作量大，效率低。以C919 大飛機(jī)為例，測(cè)試工作按“地面揀選轉(zhuǎn)接電纜→上機(jī)布置轉(zhuǎn)接電纜→完成轉(zhuǎn)接電纜插頭連接”進(jìn)行，那么以整機(jī)3萬(wàn)點(diǎn)的測(cè)試工作量來(lái)計(jì)算，完成全部測(cè)試工作需要3d，嚴(yán)重制約了飛機(jī)的最終交付時(shí)間。

（4）管理困難，設(shè)計(jì)成本高。檢測(cè)點(diǎn)數(shù)的增加，使得轉(zhuǎn)接電纜的數(shù)量也相應(yīng)增加，大量的轉(zhuǎn)接電纜在取用和存放問(wèn)題上給管理人員帶來(lái)難題。同時(shí)航空用的轉(zhuǎn)接電纜價(jià)格往往都比較貴，設(shè)計(jì)制造的成本將大大提高。

計(jì)算機(jī)的性能不斷提升，帶動(dòng)了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和集成檢測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，使得數(shù)字化裝配、自動(dòng)化檢測(cè)在飛機(jī)制造過(guò)程中得到了進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用[8]。利用數(shù)字化和自動(dòng)化檢測(cè)方法，飛機(jī)整機(jī)的線纜檢測(cè)周期和工作量將會(huì)大大減少，整機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量也會(huì)顯著提升，在整個(gè)飛機(jī)總裝配檢測(cè)環(huán)節(jié)上，人力、物力、資源配置等都將得到充分優(yōu)化和利用。本文結(jié)合當(dāng)前航空制造企業(yè)的現(xiàn)狀，對(duì)飛機(jī)整機(jī)線纜檢測(cè)方法進(jìn)行了比較和分析，對(duì)線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)的內(nèi)涵和主要研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了介紹，對(duì)比分析了國(guó)內(nèi)外線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)的研究現(xiàn)狀，并在此基礎(chǔ)上指出了當(dāng)前存在的主要問(wèn)題和今后的發(fā)展方向，最后對(duì)數(shù)字孿生技術(shù)在線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了展望，以期為航空制造業(yè)飛機(jī)整機(jī)線纜檢測(cè)提供參考和思路。

飛機(jī)整機(jī)線纜檢測(cè)方法比較與分析

根據(jù)線纜檢測(cè)技術(shù)的成熟度，飛機(jī)整機(jī)線纜檢測(cè)方法主要有傳統(tǒng)手工線纜檢測(cè)方法、基于轉(zhuǎn)接電纜的線纜檢測(cè)方法和整機(jī)線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)方法[6,9]。傳統(tǒng)手工的檢測(cè)方法隨著技術(shù)的發(fā)展逐漸被淘汰，基于轉(zhuǎn)接電纜的檢測(cè)方法目前還是主流，短期內(nèi)仍將是各航空制造企業(yè)所采用的方法，而自動(dòng)化集成檢測(cè)方法則將是未來(lái)發(fā)展的主要方向。

對(duì)飛機(jī)線纜而言，其連接狀態(tài)一般包括連接正常、線路短路、線路斷路、線纜端口接觸不良、出現(xiàn)誤配線等情況。對(duì)于一般的線路斷路現(xiàn)象，通過(guò)傳統(tǒng)的線纜測(cè)量方式可以得到解決；而對(duì)于諸如誤配線、線路短路、線路搭接等造成的故障問(wèn)題，則需要專業(yè)的儀器，采用轉(zhuǎn)接電纜的線纜檢測(cè)方法或自動(dòng)化集成檢測(cè)方法對(duì)所有點(diǎn)進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，才能準(zhǔn)確判斷；針對(duì)端口或連接器線纜接口焊接不牢、接口壓接用力不當(dāng)、出現(xiàn)掛錫、插拔力過(guò)大而引起的線纜端口接觸不良等問(wèn)題，則需要通過(guò)采用精密儀器進(jìn)行精密電阻測(cè)試，根據(jù)微弱的電阻變化來(lái)判斷問(wèn)題屬性。不同的測(cè)試方法具有不同的特點(diǎn)，下面對(duì)上述3種方法進(jìn)行介紹。

1 傳統(tǒng)手工線纜檢測(cè)方法

傳統(tǒng)的手工線纜檢測(cè)方法以萬(wàn)用表、兆歐表、蜂鳴器或指示燈為主要檢測(cè)工具[5]，利用手工完成每根導(dǎo)線的待測(cè)點(diǎn)搭接，通過(guò)電路中的導(dǎo)通電阻或蜂鳴器的聲響來(lái)判斷導(dǎo)線是否存在斷路故障以及每條連接線的絕緣情況。整個(gè)檢測(cè)過(guò)程要求檢測(cè)人員操作仔細(xì)，注意力集中，所處的周圍環(huán)境要達(dá)到一定的安靜程度，否則會(huì)影響檢測(cè)人員對(duì)檢測(cè)結(jié)果的誤判。在線纜檢測(cè)過(guò)程中，線纜的導(dǎo)通測(cè)試一般由兩人組成一個(gè)檢測(cè)小組，使用萬(wàn)用表來(lái)完成；而線纜絕緣性檢測(cè)則由3 人組成一個(gè)檢測(cè)小組，使用兆歐表來(lái)完成[10]。傳統(tǒng)的手工線纜檢測(cè)方法存在以下缺點(diǎn)[5,10-12]：

（1）手工檢測(cè)完全依靠工人來(lái)完成，一方面不同工人的操作熟練程度存在差異，另一方面工人的檢測(cè)專注度會(huì)受個(gè)人情緒的影響，人為影響因素較大，工人的自覺(jué)程度直接關(guān)系到線纜是否存在錯(cuò)檢、漏檢等現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)也無(wú)法保證每根導(dǎo)線是否都進(jìn)行過(guò)正確測(cè)試。

（2）檢測(cè)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量測(cè)試結(jié)果，手工檢測(cè)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)的信息化管理。布線設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)、修改和更新的數(shù)據(jù)不能及時(shí)到達(dá)工人手里，布線設(shè)計(jì)師與線纜檢測(cè)工人之間存在溝通延遲和不到位的現(xiàn)象，使得檢測(cè)工人因沒(méi)有及時(shí)獲得更新的數(shù)據(jù)而采用老式線纜測(cè)試參照表，導(dǎo)致出現(xiàn)本可以避免的錯(cuò)誤。

（3）由于檢測(cè)工人在進(jìn)行線纜測(cè)試時(shí)，采用的是人工紙質(zhì)記錄的方式將測(cè)試結(jié)果記錄下來(lái)，沒(méi)有進(jìn)行信息化和數(shù)字化的管理，使得紙質(zhì)版測(cè)試數(shù)據(jù)容易丟失，不利于長(zhǎng)久保存和管理，導(dǎo)致后續(xù)新批次的飛機(jī)整機(jī)線纜測(cè)試缺少相應(yīng)的數(shù)據(jù)參考。

（4）檢測(cè)過(guò)程依賴工人對(duì)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行一一檢測(cè)，大量的整機(jī)線纜大大增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，工作量大，檢測(cè)效率低。由于需要人工時(shí)刻觀察檢測(cè)數(shù)據(jù)，時(shí)間一長(zhǎng)工人容易產(chǎn)生疲勞，注意力下降，人為漏檢和錯(cuò)檢的概率增大，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，主要依靠工人的經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行排除。

除上述缺點(diǎn)外，傳統(tǒng)手工線纜檢測(cè)方法在完成線間短路安裝后如果沒(méi)有進(jìn)行檢查，在后續(xù)整機(jī)線纜通電檢測(cè)中，將再次對(duì)線路故障進(jìn)行排查，增加了工人的重復(fù)性工作，嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)機(jī)載設(shè)備造成損壞，這已構(gòu)成了影響批生產(chǎn)及新機(jī)研制的“瓶頸”，制約著國(guó)產(chǎn)飛機(jī)的型號(hào)研制。

2 基于轉(zhuǎn)接電纜的線纜檢測(cè)方法

針對(duì)傳統(tǒng)手工線纜檢測(cè)存在的上述不足，為提高飛機(jī)整機(jī)線纜的檢測(cè)效率和質(zhì)量，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，基于轉(zhuǎn)接電纜的線纜檢測(cè)方法被提出。其主要原理是轉(zhuǎn)接電纜作為中間件，一端通過(guò)轉(zhuǎn)接端口與飛機(jī)上的電纜相接，另一端與布置在飛機(jī)周圍的分布式測(cè)試箱相接，飛機(jī)上的機(jī)載線纜由此接入外部的測(cè)試系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)上線纜的檢測(cè)。基于轉(zhuǎn)接電纜的機(jī)上線纜檢測(cè)如圖1所示。

基于轉(zhuǎn)接電纜的線纜檢測(cè)方法解決了傳統(tǒng)手工檢測(cè)方法諸如工作量大、勞動(dòng)強(qiáng)度高、檢測(cè)效率低等問(wèn)題，為航空制造企業(yè)提升飛機(jī)整機(jī)質(zhì)量起到了重要作用，對(duì)于飛機(jī)總裝階段線纜檢測(cè)模式的更新也產(chǎn)生了重要影響。目前該方法在國(guó)內(nèi)一些航空主機(jī)廠應(yīng)用較多。但正如該方法的工作原理闡述的那樣，轉(zhuǎn)接電纜兩端分別連接上了機(jī)上電纜和測(cè)試箱，為了將轉(zhuǎn)接電纜的一端與機(jī)上電纜相接，需要將轉(zhuǎn)接電纜進(jìn)行拖拽，并與飛機(jī)上的不同部位進(jìn)行端接。由于轉(zhuǎn)接電纜的柔性特性以及長(zhǎng)短不一，轉(zhuǎn)接電纜在拖拽的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)纏絞、工人踩踏、轉(zhuǎn)接電纜架空等現(xiàn)象[9]，使得轉(zhuǎn)接電纜的存儲(chǔ)成為一個(gè)棘手的問(wèn)題。工人在檢測(cè)前對(duì)轉(zhuǎn)接電纜的查找、檢測(cè)完后對(duì)轉(zhuǎn)接電纜的收放等，都需要耗費(fèi)很多時(shí)間。對(duì)于超長(zhǎng)轉(zhuǎn)接電纜，自身出現(xiàn)絕緣等問(wèn)題也是難以發(fā)現(xiàn)的一類情況，出現(xiàn)這種情況反而影響現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)效率。例如對(duì)于大型飛機(jī)來(lái)說(shuō)，測(cè)試點(diǎn)數(shù)接近4萬(wàn)點(diǎn)，在飛機(jī)機(jī)頭和中機(jī)身部位測(cè)試點(diǎn)更為密集，如果繼續(xù)采用基于轉(zhuǎn)接電纜的線纜檢測(cè)方法，則轉(zhuǎn)接電纜數(shù)量將非常龐大，重量非常重，給安裝、拆卸和維護(hù)造成很大的困難，同時(shí)也會(huì)占用絕大部分的機(jī)內(nèi)可用空間，無(wú)法放置其他測(cè)試設(shè)備[7,12]。該方法在測(cè)試準(zhǔn)備階段耗費(fèi)的時(shí)間比較多，轉(zhuǎn)接電纜的取用和歸放操作不便。另一方面，由于航空用轉(zhuǎn)接電纜價(jià)格一般比較昂貴，數(shù)量龐大的轉(zhuǎn)接電纜也會(huì)使得成本大大增加。因此，以計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制為主要技術(shù)支撐的線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)方法被提出，該方法借助了新一代信息技術(shù)，下面進(jìn)行詳細(xì)闡述。

圖1 轉(zhuǎn)接電纜檢測(cè)線纜示意圖Fig.1 Schematic diagram of transfer cable detection cable

3 整機(jī)線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)方法

3.1 線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)內(nèi)涵

傳統(tǒng)的手工線纜檢測(cè)方法和基于轉(zhuǎn)接電纜的線纜檢測(cè)方法都存在很多缺點(diǎn)，嚴(yán)重制約著飛機(jī)總裝的效率和整機(jī)質(zhì)量。線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)技術(shù)充分利用了計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)，將傳統(tǒng)的人工勞力解放了出來(lái)，為提升飛機(jī)整機(jī)線纜測(cè)試效率和質(zhì)量往前推進(jìn)了一大步。其工作原理為[7,13-14]：使用工藝在線可替換單元（Line replaceable unit，LRU）、工藝轉(zhuǎn)接電纜、電纜插頭轉(zhuǎn)接器等工藝設(shè)備將飛機(jī)上待測(cè)線纜兩端連接到測(cè)試設(shè)備上，向?qū)Ь€輸出低壓或高壓信號(hào)，然后對(duì)導(dǎo)線的導(dǎo)通電阻、導(dǎo)通電流進(jìn)行精確測(cè)試，從而定量分析電纜的整體連接狀況，根據(jù)施加的電壓不同而測(cè)量所對(duì)應(yīng)電壓下的電流泄露情況（線纜中對(duì)地情況、線纜之間的情況），從而分析和判斷線纜的絕緣狀況，并綜合上述情況來(lái)判斷導(dǎo)線的電氣特性是否符合規(guī)定的要求；對(duì)全機(jī)所有導(dǎo)線采取上述方法，并將各導(dǎo)線的連接關(guān)系、測(cè)試參數(shù)等信息存儲(chǔ)在專門的測(cè)試軟件數(shù)據(jù)庫(kù)中，作為線纜測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)；測(cè)試設(shè)備能夠根據(jù)比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)來(lái)快速判斷所有線纜的電氣特性是否無(wú)誤，從而完成對(duì)飛機(jī)整機(jī)線纜的檢測(cè)。線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)方法相比于傳統(tǒng)的檢測(cè)方法和基于轉(zhuǎn)接電纜的方法有更大的優(yōu)勢(shì)。

3.2 線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)技術(shù)

以歐美國(guó)家為主的航空制造企業(yè)在整機(jī)線纜集成檢測(cè)技術(shù)運(yùn)用方面發(fā)展比較成熟，從20世紀(jì)60～70年代就開(kāi)始在單板機(jī)模式下開(kāi)展飛機(jī)線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)[12,15]。經(jīng)過(guò)近60年的發(fā)展，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了整機(jī)線纜系統(tǒng)檢測(cè)的數(shù)字化和智能化[13]。得益于技術(shù)上的積累，國(guó)外先進(jìn)的航空制造企業(yè)在對(duì)大型飛機(jī)進(jìn)行整機(jī)線纜檢測(cè)時(shí)，所需人工耗時(shí)僅為兩名工人投入兩天時(shí)間。對(duì)于自動(dòng)化檢測(cè)程度高的企業(yè)，在總裝階段甚至可以省去模擬通電檢測(cè)工序，大大提高了檢測(cè)效率和生產(chǎn)效率。

如前所述，線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)方法主要通過(guò)工藝LRU、分布式測(cè)試箱、轉(zhuǎn)接電纜等將飛機(jī)待測(cè)線纜兩端進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)工藝LRU 和分布式測(cè)試箱的線纜集成檢測(cè)，工藝轉(zhuǎn)接電纜的數(shù)量大大減少，在提高檢測(cè)效率和質(zhì)量的同時(shí)，方便了相關(guān)檢測(cè)設(shè)備及其附件的管理。飛機(jī)整機(jī)線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)如圖2所示。

線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)方法所用的主要設(shè)備如下[9,10-12]。

（1）檢測(cè)主控單元。線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)檢測(cè)主控單元自動(dòng)設(shè)置檢測(cè)激勵(lì)源，對(duì)控制指令即時(shí)發(fā)出，根據(jù)測(cè)試單元的不同來(lái)設(shè)定開(kāi)關(guān)次序[9]；同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)測(cè)試過(guò)程的監(jiān)控，支持對(duì)測(cè)試線纜數(shù)據(jù)庫(kù)的操作、維護(hù)以及人機(jī)交互，測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)可以進(jìn)行傳送并打印。檢測(cè)主控單元主要由控制器、測(cè)試激勵(lì)源模塊、供電模塊等構(gòu)成，是整個(gè)集成檢測(cè)系統(tǒng)的核心。工作時(shí)需要通過(guò)以太網(wǎng)與計(jì)算機(jī)連接，按操作員的測(cè)控指令來(lái)執(zhí)行測(cè)試任務(wù)，同時(shí)控制與其相連的各分布式測(cè)試箱，測(cè)試結(jié)果會(huì)輸出到計(jì)算機(jī)顯示器上進(jìn)行顯示。當(dāng)測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，檢測(cè)主控單元還將發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

（2）分布式測(cè)試箱。對(duì)于大型飛機(jī)的線纜檢測(cè)，由于機(jī)內(nèi)線纜多、布局復(fù)雜，采用轉(zhuǎn)接電纜的方式來(lái)進(jìn)行集中式檢測(cè)，耗費(fèi)在轉(zhuǎn)接電纜預(yù)先配制上的時(shí)間將大幅增加。為解決這一問(wèn)題，必須采用分布式測(cè)試箱進(jìn)行布局，以替代集中式線纜檢測(cè)方法。分布式測(cè)試箱集通信功能、控制功能、復(fù)用功能、絕緣功能于一體，可在檢測(cè)主控單元與被測(cè)飛機(jī)線纜兩者之間進(jìn)行信號(hào)切換。各分布式測(cè)試箱將機(jī)上線纜（被測(cè)線纜）與檢測(cè)主控單元相連接，利用主控單元中的測(cè)量?jī)x表、測(cè)試激勵(lì)源完成導(dǎo)通、絕緣等相關(guān)內(nèi)容測(cè)試，分布式測(cè)試箱的電能由檢測(cè)主控單元提供，其內(nèi)部主要為控制信號(hào)的開(kāi)關(guān)矩陣[10]。

（3）工藝LRU。飛機(jī)內(nèi)部因安裝了大量的零部件，空間往往比較狹小，尤其是對(duì)于機(jī)載設(shè)備艙更加明顯。以飛機(jī)駕駛艙為例，線纜敷設(shè)往往比較密集，需要測(cè)試的點(diǎn)數(shù)也多，狹小空間內(nèi)集中了多個(gè)矩形連接器（也被稱為機(jī)載LRU，一般采用托架進(jìn)行布置），“分布式測(cè)試箱+轉(zhuǎn)接電纜”的組合測(cè)試方式一方面會(huì)造成轉(zhuǎn)接電纜數(shù)量龐大，出現(xiàn)纏繞和扭絞現(xiàn)象；另一方面給測(cè)試前的準(zhǔn)備及測(cè)試后的收尾工作都增加了較多工作量。工藝LRU 在外形、尺寸、接口上，與機(jī)載LRU 都保持一致，在功能上與分布式測(cè)試箱相同。由于工藝LRU可以直接與機(jī)上接口相連接，省掉了轉(zhuǎn)接電纜和分布式測(cè)試箱的組合連接方式，測(cè)試準(zhǔn)備工作量及轉(zhuǎn)接電纜數(shù)量都大為減少，是進(jìn)行飛機(jī)整機(jī)線纜集成檢測(cè)的一種可行解決方案。

（4）終端模塊。整機(jī)線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)還在于，相對(duì)于整個(gè)待檢測(cè)區(qū)，檢測(cè)節(jié)點(diǎn)數(shù)量少或不方便工人操作的區(qū)域，可以采用終端模塊來(lái)處理。該模塊是一種快速連接裝置，被測(cè)線纜一端與測(cè)試系統(tǒng)相連，另一端與終端模塊連接器相匹配的短接端子連接，通過(guò)線纜內(nèi)部電阻和電子二級(jí)管并聯(lián)的方式，將單獨(dú)測(cè)試電纜正向?qū)ǎ聪虿粚?dǎo)通，進(jìn)而形成并聯(lián)回路。利用終端模塊可以減少工藝轉(zhuǎn)接電纜的數(shù)量，同時(shí)無(wú)需較長(zhǎng)的轉(zhuǎn)接電纜，方便了工人在狹小的空間內(nèi)進(jìn)行測(cè)試工作。

（5）轉(zhuǎn)接電纜。轉(zhuǎn)接電纜在整機(jī)線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)中具有非常重要的作用。雖然測(cè)試過(guò)程中也采用了工藝LRU，但并不能完全替代轉(zhuǎn)接電纜。轉(zhuǎn)接電纜作為一個(gè)中間紐帶的角色，將分布式測(cè)試箱和機(jī)上待測(cè)線纜關(guān)聯(lián)起來(lái)。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)連接器與分布式測(cè)試箱連接，通過(guò)相匹配的插座或插頭接插件與機(jī)上待測(cè)線纜連接，由此將機(jī)上導(dǎo)線接入到外圍的測(cè)試系統(tǒng)。轉(zhuǎn)接電纜在進(jìn)行插接時(shí)，由于需要頻繁的對(duì)轉(zhuǎn)接電纜本身進(jìn)行拉拽和端口的插拔，轉(zhuǎn)接電纜及其插接件的可靠性關(guān)乎到整個(gè)線纜的測(cè)試結(jié)果和質(zhì)量，因此在轉(zhuǎn)接電纜設(shè)計(jì)和制造時(shí)，其可靠性需要充分得到保證。

（6）控制總線。整機(jī)線纜在測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試設(shè)備需要相應(yīng)的電源和激勵(lì)源來(lái)保障其正常工作；同時(shí)測(cè)試產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、各分布式測(cè)試箱內(nèi)部轉(zhuǎn)換的信號(hào)等，都需要向主控單元和計(jì)算機(jī)進(jìn)行傳輸，控制總線（控制電纜）用于完成上述任務(wù)。除了傳輸功能外，它還是連接檢測(cè)主控單元、分布式測(cè)試箱、工藝LRU的重要橋梁。檢測(cè)主控單元一方面為各分布式測(cè)試箱提供電能，另一方面控制各分布式測(cè)試箱內(nèi)部開(kāi)關(guān)矩陣的切換狀態(tài)。為防止高溫復(fù)雜狀態(tài)下控制電纜受到損傷，在設(shè)計(jì)控制電纜時(shí)會(huì)增加耐高溫、耐磨損的保護(hù)功能，以提高控制電纜的壽命。

（7）智能存儲(chǔ)箱。轉(zhuǎn)接電纜查找、收放等耗時(shí)多和存儲(chǔ)困難，是航空制造企業(yè)經(jīng)常面臨的難題。檢測(cè)前的準(zhǔn)備工作和測(cè)試結(jié)束后的收尾工作，是整個(gè)飛機(jī)線纜檢測(cè)的兩個(gè)重要階段。從某種程度上講，充分的檢測(cè)前準(zhǔn)備，是保證檢測(cè)工作順利進(jìn)行的前提；而測(cè)試結(jié)束后的收尾工作，則關(guān)系到下一次線纜檢測(cè)是否能夠有序開(kāi)展。智能存儲(chǔ)箱對(duì)檢測(cè)過(guò)程中用到的轉(zhuǎn)接電纜、工藝LRU、終端模塊、連接器等進(jìn)行智能存儲(chǔ)和管理。通過(guò)加裝位置識(shí)別器、RFID 等來(lái)實(shí)現(xiàn)智能存儲(chǔ)系統(tǒng)與整機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的連接和定位識(shí)別，轉(zhuǎn)接電纜的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)位置、各階段測(cè)試的狀態(tài)信息、測(cè)試設(shè)備的使用狀況等，都可以處在監(jiān)控狀態(tài)下。

（8）其他輔助測(cè)試設(shè)備。用于輔助測(cè)試的其他相關(guān)設(shè)備，如復(fù)用板卡、測(cè)試探針、轉(zhuǎn)接箱、打印機(jī)、通訊線等。

4 線纜檢測(cè)方法比較

手工線纜檢測(cè)、基于轉(zhuǎn)接電纜的線纜檢測(cè)和整機(jī)線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)3種方法的比較如表1所示。

表1 線纜檢測(cè)方法比較Table1 Comparison of cable detection methods

線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)研究?jī)?nèi)容

1 線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)工藝方法設(shè)計(jì)

對(duì)于具有檢測(cè)點(diǎn)數(shù)多、檢測(cè)點(diǎn)分散等特點(diǎn)的飛機(jī)整機(jī)線纜檢測(cè)，現(xiàn)有的方法存在人為差錯(cuò)幾率高、可靠性差、效率低下等問(wèn)題。數(shù)字化技術(shù)和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)等的發(fā)展，促進(jìn)了大型飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)與裝配的進(jìn)程，進(jìn)而需要研究適用于總裝配檢測(cè)環(huán)節(jié)飛機(jī)整機(jī)線纜的數(shù)字化和自動(dòng)化集成檢測(cè)工藝方法。線間絕緣檢測(cè)是傳統(tǒng)手工檢測(cè)難以完成的工作，需要研究新的集成檢測(cè)工藝方法，在實(shí)現(xiàn)線間絕緣檢測(cè)的同時(shí)，還可以測(cè)量導(dǎo)線配電終端的電壓，以防止后續(xù)線纜通電時(shí)可能出現(xiàn)的安全隱患，確保整個(gè)電源系統(tǒng)能夠配電正確。

2 線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)轉(zhuǎn)接電纜優(yōu)化設(shè)計(jì)

提高測(cè)試質(zhì)量和效率是整機(jī)線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)追求的永恒目標(biāo)。轉(zhuǎn)接電纜作為直接與飛機(jī)被測(cè)系統(tǒng)連接的重要紐帶，其優(yōu)化設(shè)計(jì)及合理性對(duì)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的功能發(fā)揮具有決定性作用。在整機(jī)線纜自動(dòng)化檢測(cè)過(guò)程中，以分布式測(cè)試箱和轉(zhuǎn)接電纜為搭配組合的測(cè)試方案仍是最常使用的一種。測(cè)試前的準(zhǔn)備工作和測(cè)試結(jié)束后的收尾工作，所占據(jù)的時(shí)間達(dá)到整個(gè)測(cè)試周期的3/4，而在這3/4的時(shí)間里，所花費(fèi)時(shí)間最多的是轉(zhuǎn)接電纜與機(jī)上待測(cè)點(diǎn)的連接。因此，為提升整個(gè)線纜測(cè)試系統(tǒng)的質(zhì)量和效率，需要對(duì)轉(zhuǎn)接電纜進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以增加設(shè)計(jì)質(zhì)量的最優(yōu)性和現(xiàn)場(chǎng)使用的便捷性。

3 線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)故障快速定位技術(shù)

線纜檢測(cè)的目的之一就是查看整個(gè)線路連接狀態(tài)是否正常，如果檢測(cè)出故障，需要快速定位出故障所在位置并解決。飛機(jī)整機(jī)線纜常出現(xiàn)的現(xiàn)象是線路未能正常導(dǎo)通，造成該現(xiàn)象的原因主要包括開(kāi)路和錯(cuò)接兩種情況。其中開(kāi)路一般指因虛焊或線纜質(zhì)量所引起的問(wèn)題；而錯(cuò)接一般指兩根導(dǎo)線在接入同一個(gè)插頭上時(shí)插口位置被互換了。由于整機(jī)線纜數(shù)量多、連接復(fù)雜，加上敷設(shè)的長(zhǎng)度又比較長(zhǎng)，對(duì)其進(jìn)行導(dǎo)通故障的定位和原因的排查、判斷成了一件非常困難的事。目前采用的傳統(tǒng)人工排查的方法效率低下，對(duì)線纜發(fā)生的故障位置不能實(shí)現(xiàn)快速定位。因此需要對(duì)不同敷設(shè)區(qū)域內(nèi)線纜導(dǎo)通的故障特征進(jìn)行分析，基于導(dǎo)通表和檢測(cè)結(jié)果來(lái)建立線纜的導(dǎo)通模型，據(jù)此確定導(dǎo)通狀態(tài)矩陣；對(duì)導(dǎo)通狀態(tài)矩陣疊加導(dǎo)通激勵(lì)矩陣，生成導(dǎo)通相應(yīng)矩陣；最后根據(jù)導(dǎo)通狀態(tài)矩陣、導(dǎo)通激勵(lì)矩陣和導(dǎo)通相應(yīng)矩陣，判斷故障的性質(zhì)，定位故障的部位。

4 工藝轉(zhuǎn)接電纜智能存儲(chǔ)技術(shù)

對(duì)儀器設(shè)備和工具進(jìn)行智能化管理，能夠有效節(jié)省前期準(zhǔn)備時(shí)間，尤其是對(duì)于像工藝轉(zhuǎn)接電纜這樣的特殊零件，涉及的數(shù)量大、連接端口類型多，因帶柔性而彎曲纏繞明顯，采用傳統(tǒng)的人工管理會(huì)造成工藝轉(zhuǎn)接電纜及其附件使用信息和狀態(tài)信息以及相關(guān)使用人員信息不明確，嚴(yán)重影響檢測(cè)的進(jìn)度。研究工藝轉(zhuǎn)接電纜的智能存儲(chǔ)技術(shù)，引入連接器位置識(shí)別技術(shù)、RFID技術(shù)等智能識(shí)別技術(shù)，將工藝轉(zhuǎn)接電纜的智能存儲(chǔ)系統(tǒng)與整機(jī)線纜集成檢測(cè)系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工藝轉(zhuǎn)接電纜的存儲(chǔ)和測(cè)試等狀態(tài)信息[16-17]。為能夠快速定位出工藝轉(zhuǎn)接電纜的準(zhǔn)確存儲(chǔ)位置，以實(shí)現(xiàn)線纜檢測(cè)時(shí)方便快捷的取用和歸放，需要研究不同的存儲(chǔ)位置檢索方式。

國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述

1 國(guó)外研究現(xiàn)狀及其分析

飛機(jī)設(shè)計(jì)制造及數(shù)字化裝配、飛機(jī)整機(jī)的自動(dòng)化檢測(cè)等，隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展而上升到了一個(gè)新的臺(tái)階，裝配手段和檢測(cè)方法都有了很大改進(jìn)[18-19]。以國(guó)外先進(jìn)航空制造公司為例，針對(duì)飛機(jī)線纜網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)和故障診斷，自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)發(fā)揮出了優(yōu)勢(shì)[20]，整機(jī)線纜檢測(cè)效率得到了很大程度的提高，在檢測(cè)過(guò)程中因人為原因造成的安全隱患幾乎被排除，生產(chǎn)制造效率和飛機(jī)安全性都有了提高。

國(guó)外航空航天業(yè)的波音、空客以及洛克希德·馬丁公司等，在整機(jī)線纜檢測(cè)方面已經(jīng)放棄了傳統(tǒng)的人工檢測(cè)方法，廣泛采用了整機(jī)線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)技術(shù)對(duì)總裝階段的線纜導(dǎo)通、線纜絕緣、線纜故障等進(jìn)行功能測(cè)試和診斷，檢測(cè)過(guò)程高效、可靠、便捷[7,9]。如在軍用機(jī)方面有歐洲的A400M、美國(guó)的F-22、F-35 飛機(jī)等，在民用機(jī)方面有波音的787、空客的A350、A380 等[7]?？湛蜐h堡公司在對(duì)線纜測(cè)試點(diǎn)數(shù)接近4 萬(wàn)個(gè)的A318、A319 機(jī)身段進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，采用的自動(dòng)化集成檢測(cè)技術(shù)只需要兩個(gè)人用不到50min 就可以完成，節(jié)省了大量時(shí)間[21]。在集成測(cè)試平臺(tái)方面，法國(guó)的NEXEYA 公司在復(fù)雜系統(tǒng)研發(fā)階段的系統(tǒng)集成驗(yàn)證擁有豐富經(jīng)驗(yàn)，提供飛機(jī)級(jí)、系統(tǒng)級(jí)和關(guān)鍵設(shè)備的綜合驗(yàn)證系統(tǒng)，其開(kāi)發(fā)的通用集成測(cè)試平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)硬件和軟件的在線測(cè)試，對(duì)于缺位的軟件可以利用模型數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行代替，目前該測(cè)試平臺(tái)已經(jīng)成功應(yīng)用于空客A380的裝配測(cè)試中，在相鄰測(cè)試空間內(nèi)測(cè)試距離可以達(dá)到200m 及以上，經(jīng)擴(kuò)展后可達(dá)到500m，且可實(shí)現(xiàn)9個(gè)空間測(cè)試范圍內(nèi)的1 萬(wàn)多個(gè)測(cè)試點(diǎn)的檢測(cè)[22-23]。NEXEYA 公司的另一款產(chǎn)品——綜合驗(yàn)證臺(tái)SYSTeam 在檢測(cè)系統(tǒng)需求滿足方面同樣表現(xiàn)出較大優(yōu)勢(shì)，是航空制造企業(yè)青睞的對(duì)象[24]。

美國(guó)的航空制造業(yè)在全球都具有領(lǐng)先的地位。在線纜測(cè)試設(shè)備和檢測(cè)領(lǐng)域方面，DIT-MCO 公司在市場(chǎng)上占有很大的份額，經(jīng)過(guò)50 多年的技術(shù)積累和發(fā)展，該公司在開(kāi)發(fā)與應(yīng)用方面都具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，代表性的線纜測(cè)試儀產(chǎn)品有FACT 7000/8000型、2650型、2651型、2115型和2135型等[12,25]。作為波音的主要使用用戶之一，DIT-MCO 公司開(kāi)發(fā)的上述測(cè)試設(shè)備能夠無(wú)縫連接到波音的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，完成設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)讀取、測(cè)試程序編輯、測(cè)試結(jié)果上傳等工作，能夠?qū)崟r(shí)共享各分布式測(cè)試設(shè)備的測(cè)試資源，系統(tǒng)協(xié)調(diào)性好，工作效率高[13]。

快速定位故障位置是線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)過(guò)程中的一項(xiàng)重要功能。采用傳統(tǒng)的人工逐一排查，工作效率低，整機(jī)線纜自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)被大大削弱。因此利用自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)整機(jī)線纜導(dǎo)通故障快速定位成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題[13]?；裟犴f爾航空航天集團(tuán)公司為解決美國(guó)海軍每年需要花費(fèi)大量人工成本來(lái)對(duì)飛機(jī)線纜進(jìn)行維修與故障排除的難題（據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年超過(guò)180 萬(wàn)工時(shí)的投入），開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)定位線纜故障點(diǎn)的智能遠(yuǎn)程維護(hù)技術(shù)，通過(guò)在Nova 線纜集成項(xiàng)目中的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)在1min 內(nèi)完成對(duì)5000根電纜的檢測(cè)，并完成對(duì)故障類型的判斷，故障位置定位誤差精度在1cm以內(nèi)[26]。Furse 等[27]研發(fā)的智能線纜測(cè)試系統(tǒng)能夠利用頻域反射法（Frequency domain reflection，F(xiàn)DR）實(shí)現(xiàn)線纜自動(dòng)測(cè)試，通過(guò)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)對(duì)故障位置、故障類型等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并發(fā)送給相關(guān)維修人員，該系統(tǒng)的故障位置定位誤差精度在3cm以內(nèi)。Jeon 等[28]根據(jù)施加在線纜上的信號(hào)和反射信號(hào)彼此重疊的情況來(lái)分析線纜故障的位置，即使由于故障位置與應(yīng)用位置的接近而導(dǎo)致應(yīng)用信號(hào)和反射信號(hào)重疊，也可以準(zhǔn)確地檢查電纜的故障類型和故障位置。Ahmad 等[29]開(kāi)發(fā)了一種基于數(shù)據(jù)的電力電纜系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)較高的故障診斷性能，同時(shí)使用小波分析和倒譜分析生成新的特征變量。Lee 等[30]提出了一種基于時(shí)頻域反射法（Time-frequency domain reflectometry，TFDR）的多芯電纜故障診斷方法，該方法使用基于TFDR結(jié)果的聚類算法來(lái)檢測(cè)多芯電纜中的故障位置和故障線路，故障線檢測(cè)聚類算法使用TFDR 互相關(guān)和相位同步結(jié)果作為輸入特征數(shù)據(jù)，可以檢測(cè)故障線并成功識(shí)別故障點(diǎn)。

2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀及其分析

相對(duì)于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的航空制造企業(yè)而言，國(guó)內(nèi)對(duì)飛機(jī)線纜的檢測(cè)大多還是以采用人工操作和基于轉(zhuǎn)接電纜兩種方式為主，通過(guò)對(duì)電、光、聲等測(cè)試信號(hào)的觀察來(lái)判斷線纜的導(dǎo)通、絕緣等情況，而在自動(dòng)化集成檢測(cè)方面仍較落后[31]。

近些年，國(guó)內(nèi)的一些學(xué)者和部分航空制造企業(yè)在飛機(jī)線纜檢測(cè)技術(shù)方面進(jìn)行了研究。如北京航空測(cè)控技術(shù)公司在2006年設(shè)計(jì)了一款主要用于小型設(shè)備的日常維護(hù)檢測(cè)的電纜測(cè)試儀，該電纜測(cè)試儀攜帶方便，但對(duì)于飛機(jī)的復(fù)雜大型系統(tǒng)，其技術(shù)指標(biāo)還難以滿足要求[32]；王護(hù)利等[33]設(shè)計(jì)了一種便攜式電纜測(cè)試儀，可實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的實(shí)時(shí)顯示和打印，能夠滿足對(duì)于一般專用電纜的測(cè)試要求，但是只局限于小型設(shè)備的線纜檢測(cè)；李蘋慧等[34]以工控機(jī)為核心，采用模塊化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)了一款航空整機(jī)電纜自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)初步面向機(jī)載電纜測(cè)試；劉長(zhǎng)江[35]設(shè)計(jì)了基于改進(jìn)電橋法的智能電纜故障定位儀，并開(kāi)發(fā)軟件用于定位電纜故障點(diǎn)；杜金茹[36]和張大剛[37]等對(duì)目前航空電纜檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用及未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了闡述；孫長(zhǎng)勝等[38]對(duì)飛機(jī)電纜屏蔽層接地可靠性測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，系統(tǒng)以NI CompactRIO機(jī)箱為核心，通過(guò)連接上位機(jī)、輔助電路以及測(cè)試工具搭建硬件測(cè)試平臺(tái)，利用LabVIEW 可視化編程語(yǔ)言編寫控制程序；西安安泰電子公司（Aigtek）研制出的ATX-3000 飛機(jī)線束測(cè)試儀，為飛機(jī)線束檢測(cè)行業(yè)做出了貢獻(xiàn)[39]。還有研究者對(duì)航空多芯電纜檢測(cè)系統(tǒng)[40]、數(shù)字式電纜測(cè)試儀[41]、手持式電纜測(cè)試儀[42]等進(jìn)行了研究和開(kāi)發(fā)。文獻(xiàn)[12-13]對(duì)某型飛機(jī)全機(jī)線纜自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與優(yōu)化，同時(shí)對(duì)導(dǎo)通故障定位方法進(jìn)行了研究。

圍繞線纜故障檢測(cè)，翟禹堯等[43]以飛機(jī)電纜的絕緣缺陷為研究對(duì)象，根據(jù)時(shí)域反射法(Time domain reflectometry，TDR)原理建立了航空電纜絕緣故障模型，并用仿真軟件針對(duì)3種不同波形的脈沖進(jìn)行了仿真；高闖等[44]采用擴(kuò)展頻譜時(shí)域反射法(Spread spectrum time domain reflectometry，SSTDR)，基于FPGA技術(shù)設(shè)計(jì)了一種速率為500MHz的飛機(jī)電纜故障在線檢測(cè)和定位裝置，利用該裝置在線監(jiān)測(cè)電纜的健康狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)故障的檢測(cè)，在地面運(yùn)營(yíng)、維護(hù)方面提高了效率；毛健美等[45]提出采用感性耦合技術(shù)實(shí)現(xiàn)非接觸式電纜故障在線診斷的方法，以解決現(xiàn)有非接觸式診斷中容性耦合信號(hào)衰減量大、診斷效果不佳問(wèn)題。相比于接觸式診斷，非接觸式診斷避免了診斷裝置與待測(cè)電纜的電氣連接問(wèn)題；洪博等[46]針對(duì)航天器電源系統(tǒng)中一次母線故障的在線檢測(cè)定位問(wèn)題，構(gòu)建了一種基于擴(kuò)展頻譜時(shí)域反射法的高定位準(zhǔn)確度在線檢測(cè)方法。

此外，荊濤等[47]提出了一種利用魏格納數(shù)據(jù)分布矩陣檢測(cè)飛機(jī)電纜故障的方法，在計(jì)算入射參考信號(hào)和反射信號(hào)之間相關(guān)性的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算相關(guān)函數(shù)波形中局部峰值時(shí)間準(zhǔn)確確定飛機(jī)電纜故障位置；張俊民等[48]對(duì)飛機(jī)電纜出現(xiàn)的缺陷與故障進(jìn)行了分類，著重介紹了傳統(tǒng)檢測(cè)方法和現(xiàn)代檢測(cè)方法——反射法，從理論上分析和探討反射法檢測(cè)電纜缺陷與故障的原理、試驗(yàn)方法以及可行性。Shi 等[49]提出了一種基于TFDR的飛機(jī)電纜故障檢測(cè)與定位方法，以有效地檢測(cè)間歇故障，并解決在時(shí)域反射中難以檢測(cè)到的串行和后連接器故障，該方法利用反射信號(hào)和參考信號(hào)的相關(guān)函數(shù)，根據(jù)反射信號(hào)和參考信號(hào)在時(shí)頻范圍內(nèi)的特征，對(duì)飛機(jī)故障進(jìn)行檢測(cè)和定位，有效提高了間歇性故障的檢測(cè)和定位命中率；周訓(xùn)春等[50]為了提高飛機(jī)電纜故障定位的準(zhǔn)確性，建立了電纜衰減特性模型并用該模型進(jìn)行Simulink 仿真和對(duì)4種長(zhǎng)度的飛機(jī)電纜進(jìn)行實(shí)測(cè)，所建立的衰減特性模型能較為準(zhǔn)確地計(jì)算出信號(hào)在不同長(zhǎng)度電纜中的衰減；Yuan 等[51]提出利用回歸分析的方式定位線纜故障的位置；Jing 等[52]指出傳統(tǒng)時(shí)域反射法只能判斷開(kāi)路故障或者短路故障，他們提出的相位檢測(cè)頻域反射法可以檢測(cè)出冷焊點(diǎn)、磨損點(diǎn)以及其他異常點(diǎn)。

從上述國(guó)內(nèi)外關(guān)于線纜檢測(cè)的研究現(xiàn)狀可以看出，經(jīng)過(guò)近60年的發(fā)展，以歐美國(guó)家為主要代表的飛機(jī)制造公司（如空客、波音等）和相關(guān)的電纜集成檢測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)與制造公司（如英國(guó)的MK 公司、美國(guó)的CKT 公司及DIT-MCO 公司等）在線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)技術(shù)方面積累了大量的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，在該技術(shù)運(yùn)用方面也比較早，技術(shù)發(fā)展比較成熟，具有很大的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。雖然國(guó)內(nèi)圍繞線纜檢測(cè)的研究做了一些有益的工作，也研制了部分線纜測(cè)試儀器，但產(chǎn)品大多借鑒國(guó)外產(chǎn)品，缺乏創(chuàng)新性和核心技術(shù)，在產(chǎn)品的應(yīng)用范圍和技術(shù)水平等方面仍落后于世界先進(jìn)水平。

線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)發(fā)展趨勢(shì)

1 轉(zhuǎn)接電纜數(shù)量最小化和輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)

對(duì)于大型飛機(jī)而言，測(cè)試點(diǎn)數(shù)往往是按幾萬(wàn)點(diǎn)的數(shù)量級(jí)別來(lái)計(jì)算，由測(cè)試點(diǎn)數(shù)來(lái)安排所需要的轉(zhuǎn)接電纜數(shù)量也非常大。相對(duì)于傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，整機(jī)線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)的一大優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)在于自動(dòng)測(cè)試，測(cè)試過(guò)程中對(duì)轉(zhuǎn)接電纜的操作（如揀選、取用、拖拽、歸放和保存等）是否方便、快捷，是決定整個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。數(shù)量最小化和輕量化設(shè)計(jì)是轉(zhuǎn)接電纜在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中實(shí)現(xiàn)操作便捷需要解決的重要難題。

2 線纜故障在線診測(cè)與性能衰退預(yù)測(cè)技術(shù)

飛機(jī)由于存在空間小、布線不規(guī)范、相鄰線纜走向不一致以及信號(hào)干擾大等特點(diǎn)，導(dǎo)致線路故障類型檢出難和定位難。飛機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和線纜本身的特性導(dǎo)致飛機(jī)線路故障定位效率低下，浪費(fèi)了大量的時(shí)間和精力。線纜性能衰退狀態(tài)預(yù)測(cè)是基于收集到的線纜歷史監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，預(yù)測(cè)線纜未來(lái)的性能變化趨勢(shì)。由于工作狀態(tài)中的線纜會(huì)通電等緣故，對(duì)于衰退預(yù)測(cè)，線纜性能衰退中復(fù)雜的特性給預(yù)測(cè)模型帶來(lái)了較大困難。因此，研究線纜故障在線診測(cè)與性能衰退預(yù)測(cè)技術(shù)，對(duì)于提高飛機(jī)整機(jī)性能具有重要的意義。

3 線纜健康狀態(tài)評(píng)估技術(shù)

作為飛機(jī)的“神經(jīng)系統(tǒng)和血管”，線纜在整個(gè)飛機(jī)服役期間起著極其重要的作用。飛機(jī)的整個(gè)通信系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)等的安全直接受線纜健康狀態(tài)的影響，準(zhǔn)確、客觀地評(píng)估線纜健康狀態(tài)，是實(shí)現(xiàn)飛機(jī)狀態(tài)維修的一個(gè)重要技術(shù)手段。研究新的智能檢測(cè)技術(shù)，將傳感檢測(cè)設(shè)備融入到整機(jī)電纜系統(tǒng)中，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)實(shí)時(shí)獲取的航空線纜數(shù)據(jù)和健康狀況進(jìn)行處理和分析，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線診斷，準(zhǔn)確評(píng)估飛機(jī)線纜的健康狀態(tài)，可以為飛機(jī)的飛行計(jì)劃和維修決策提供依據(jù)和技術(shù)支持[53]。

4 線纜工藝知識(shí)管理技術(shù)

線纜檢測(cè)工藝方法設(shè)計(jì)需要相應(yīng)的工藝知識(shí)作為支撐，作為提供輔助支持的管理工具，線纜工藝知識(shí)庫(kù)需具備實(shí)時(shí)更新的功能。飛機(jī)線纜的設(shè)計(jì)具有更改頻繁的特點(diǎn)，對(duì)其工藝知識(shí)的研究往往很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的應(yīng)用，這就使得很多航空制造企業(yè)沒(méi)有專門的線纜工藝知識(shí)管理系統(tǒng)，導(dǎo)致線纜工藝知識(shí)的獲取、存儲(chǔ)與共享缺少有效的工具。另外，線纜接線邏輯的更改和工藝規(guī)則的更新，使得原先在系統(tǒng)里定義存儲(chǔ)過(guò)程的程序代碼必須做出相應(yīng)的變化，這大大增加了專業(yè)的編程人員維護(hù)工藝知識(shí)庫(kù)的工作量[54]。因此，需要研究線纜工藝知識(shí)管理技術(shù)，為線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)提供知識(shí)基礎(chǔ)。

數(shù)字孿生技術(shù)在線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)中的應(yīng)用展望

1 數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于線纜檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)

數(shù)字孿生（Digital twin，DT）的概念模型[55-56]最早出現(xiàn)于2003年，由Grieves M.W.教授在美國(guó)密歇根大學(xué)的產(chǎn)品全生命周期管理（Product lifecycle management，PLM）課程上提出，最初被稱作“鏡像空間模型”（Mirrored spaced model）。2010年，美國(guó)國(guó)家航空航天局第一次將數(shù)字孿生概念引入到太空技術(shù)路線圖中，目的是采用數(shù)字孿生技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)飛行系統(tǒng)的診斷與預(yù)測(cè)功能[57]。

關(guān)于數(shù)字孿生，目前還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的定義。其主要思想是以數(shù)字化方式創(chuàng)建物理實(shí)體的虛擬模型，借助數(shù)據(jù)模擬物理實(shí)體在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的行為，通過(guò)虛實(shí)交互反饋、數(shù)據(jù)融合分析、決策迭代優(yōu)化等手段，為物理實(shí)體增加或擴(kuò)展新的能力[58-59]。作為一種充分利用模型、數(shù)據(jù)、智能并集成多學(xué)科的技術(shù)，數(shù)字孿生面向產(chǎn)品全生命周期過(guò)程，發(fā)揮連接物理世界和信息世界的橋梁和紐帶作用，提供更加實(shí)時(shí)、高效、智能的服務(wù)[60-62]。

檢測(cè)是針對(duì)被測(cè)對(duì)象某種或某些狀態(tài)參量進(jìn)行的實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)的定性或定量測(cè)量，在產(chǎn)品生產(chǎn)的整個(gè)過(guò)程中，檢測(cè)工作是保障各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)能夠正常、有序、高效率和高質(zhì)量往前推進(jìn)的重要條件。發(fā)展“四高兩低”（“四高”指高效率、高質(zhì)量、高精度、高可靠；“兩低”指低能耗、低消耗）[58]的檢測(cè)技術(shù)一直都是工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)整機(jī)線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)模式是在虛擬空間中構(gòu)建高保真度的線纜測(cè)試系統(tǒng)及被測(cè)線纜對(duì)象虛擬模型，借助測(cè)試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸、測(cè)試指令傳輸執(zhí)行技術(shù)，在歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)線纜物理被測(cè)對(duì)象和虛擬被測(cè)對(duì)象的多學(xué)科、多尺度、多物理屬性的高逼真度仿真與交互，從而直觀、全面地反映飛機(jī)整機(jī)線纜運(yùn)行過(guò)程全生命周期狀態(tài)，有效支撐基于數(shù)據(jù)和知識(shí)的科學(xué)決策。

數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)整機(jī)線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)基于物理系統(tǒng)和虛擬系統(tǒng)的虛實(shí)共生，具有以下新特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)[58]：

（1）檢測(cè)狀態(tài)和結(jié)果能夠直觀呈現(xiàn)。原來(lái)的檢測(cè)狀態(tài)和結(jié)果主要由狀態(tài)參量的數(shù)據(jù)化形式向工人呈現(xiàn)，工人需要根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)對(duì)呈現(xiàn)出來(lái)的結(jié)果和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、判斷和處理；而利用數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)現(xiàn)的線纜檢測(cè)狀態(tài)參量和結(jié)果則將以視覺(jué)化形式直觀呈現(xiàn)在工人的面前，由于是實(shí)時(shí)的測(cè)試狀態(tài)信息，工人可以較方便地得出飛機(jī)整機(jī)線纜的健康狀態(tài)。

（2）測(cè)試時(shí)間進(jìn)程的轉(zhuǎn)變。整機(jī)線纜測(cè)試往往在所有線纜敷設(shè)完成后進(jìn)行，或者飛機(jī)出現(xiàn)事故后再來(lái)進(jìn)行故障的診斷和分析，屬于事后測(cè)量。而基于數(shù)字孿生的線纜集成檢測(cè)則是將線纜的測(cè)試工作安排到事前測(cè)量，整個(gè)測(cè)試過(guò)程可以在飛機(jī)線纜裝配過(guò)程中或運(yùn)行期間進(jìn)行在線測(cè)量。

（3）測(cè)量的物理數(shù)據(jù)與反饋更新的虛擬數(shù)據(jù)共同指導(dǎo)整機(jī)的線纜測(cè)試。由于以虛擬信息的形式實(shí)時(shí)復(fù)現(xiàn)了物理狀態(tài)下整機(jī)線纜的檢測(cè)過(guò)程和數(shù)據(jù)，虛實(shí)共生的測(cè)試數(shù)據(jù)雙向作用并指導(dǎo)測(cè)試操作，實(shí)現(xiàn)“虛實(shí)共生，以虛控實(shí)”的目標(biāo)。

（4）響應(yīng)方式由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)。傳統(tǒng)檢測(cè)方式的測(cè)試響應(yīng)是根據(jù)測(cè)試結(jié)果來(lái)進(jìn)行的，屬于被動(dòng)響應(yīng)，即出現(xiàn)問(wèn)題再來(lái)做出相應(yīng)的反應(yīng)；而引入數(shù)字孿生技術(shù)后，響應(yīng)過(guò)程由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，亦即基于虛實(shí)交互的自適應(yīng)主動(dòng)控制。

（5）數(shù)字孿生技術(shù)的一大主要特點(diǎn)是全生命周期管理?；跀?shù)字孿生的飛機(jī)整機(jī)線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)由原先的狀態(tài)監(jiān)測(cè)向虛實(shí)同步映射的全生命周期健康狀態(tài)預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)變。

2 基于數(shù)字孿生的線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)

將數(shù)字孿生技術(shù)引入到線纜的自動(dòng)化集成檢測(cè)中，基于制造過(guò)程中的全數(shù)字量協(xié)調(diào)傳遞過(guò)程，借助“虛實(shí)共生、以虛控實(shí)”的手段，實(shí)現(xiàn)線纜的自動(dòng)化集成檢測(cè)。在線纜檢測(cè)過(guò)程中，數(shù)字孿生技術(shù)可以全面對(duì)線纜的各個(gè)運(yùn)行參數(shù)和指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估，對(duì)線纜的早期故障和性能退化信息進(jìn)行豐富反饋，指導(dǎo)線纜的維護(hù)工作和故障預(yù)防工作，使線纜能夠獲得更長(zhǎng)的壽命周期，延伸飛機(jī)的使用壽命。圍繞數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)整機(jī)線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)模式研究，亟需突破以下難點(diǎn)問(wèn)題：

（1）線纜數(shù)字孿生集成檢測(cè)系統(tǒng)建模。數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的線纜集成檢測(cè)以虛實(shí)共生為主要特征，構(gòu)建面向整機(jī)線纜性能和待測(cè)線纜行為的動(dòng)態(tài)集成測(cè)試系統(tǒng)模型，為整機(jī)線纜檢測(cè)數(shù)據(jù)流管理提供理論基礎(chǔ)。

（2）線纜數(shù)字孿生檢測(cè)系統(tǒng)信息物理融合。信息物理融合是開(kāi)展線纜數(shù)字孿生檢測(cè)的前提條件，整機(jī)線纜狀態(tài)測(cè)試、集成檢測(cè)以及性能評(píng)估與預(yù)測(cè)，需要研究虛實(shí)共生驅(qū)動(dòng)的測(cè)試設(shè)備和虛擬測(cè)試系統(tǒng)之間信息物理融合方法。

隨著對(duì)數(shù)字孿生技術(shù)研究的深入和新一代信息技術(shù)（如云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等）的不斷發(fā)展，數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)整機(jī)線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)將具有廣闊的應(yīng)用前景?；跀?shù)字孿生的飛機(jī)整機(jī)線纜自動(dòng)化集成檢測(cè)系統(tǒng)框架、研究?jī)?nèi)容、關(guān)鍵技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)途徑，作者及課題組成員將在后續(xù)的工作中進(jìn)行重點(diǎn)研究。