康達,張卓

(南京航空航天大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院，江蘇 南京 211106)

1 引言

復(fù)雜裝備的研發(fā)往往非常困難，并且研究耗時較長，需要多人合作進行研發(fā)[1]。而通過復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)則可以縮短研發(fā)時間，提高研發(fā)效率，減少研發(fā)所需人力、物力，實現(xiàn)復(fù)雜裝備的智能研發(fā)，對于復(fù)雜裝備的研發(fā)有巨大意義[2]。

對于復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)的研究，國內(nèi)外都十分重視，并取得了多樣化的研究成果。其中國外對于復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)的相關(guān)研究開展較早，在八十年代就開始探索復(fù)雜裝備實現(xiàn)自動研發(fā)的可能性并開展了相關(guān)研究[3]。在九十年代，復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)的研究取得了突破性進展，系統(tǒng)的研發(fā)與完善被提上日程，很多學(xué)者都開展了相關(guān)研究。直到近代，通過復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)已經(jīng)可以實現(xiàn)多個領(lǐng)域復(fù)雜裝備的研發(fā)，其中應(yīng)用最為廣泛的一種復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)是基于動態(tài)輸出的復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)，主要通過動態(tài)輸出理論構(gòu)建復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)。而國內(nèi)對于復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)的研究則起步較晚，但發(fā)展十分迅速并取得了重大研究成果。有學(xué)者提出一種基于通用化模擬器的復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)，主要基于通用化模擬器構(gòu)建復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)。由于在利用以上研發(fā)系統(tǒng)進行復(fù)雜裝備自動研發(fā)時，在資源利用率為70%-78%的范圍內(nèi)存在研發(fā)周期較長的問題，因此設(shè)計一種協(xié)同創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)下的復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)。

2 協(xié)同創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)下復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

協(xié)同創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)下復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成包括主控模塊、恒流源模塊、ADC模塊、開關(guān)量檢測模塊、開關(guān)量輸出模塊[4]。

2.1.1 主控模塊

主控模塊由硬盤單元、內(nèi)存單元、處理器單元、顯示器接口單元、USB 接口單元、以太網(wǎng)接口單元、串口單元、PCI 接口單元構(gòu)成[5]，其具體配置參數(shù)與接口資源如表1所示。

表1 主控模塊具體配置參數(shù)與接口資源

2.1.2 恒流源模塊

恒流源模塊由通信電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、電流輸出采樣電路、電流電壓轉(zhuǎn)換電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、控制器、模糊控制器構(gòu)成，其模塊框圖如圖1所示。

圖1 恒流源模塊框圖

其中控制器的選用型號為STM23C8F130T4，具備多樣化的片上資源包括I2C 接口、SPI 通信接口、串口等，其控制算法能夠以電流誤差為依據(jù)對控制信號進行計算[6]?？刂破骶邆鋬煞N類型的管腳，包括VLInt 管腳與VHInt 管腳，根據(jù)這兩種管腳的狀態(tài)進行電壓調(diào)整，具體如表2所示。

表2 控制器電壓調(diào)整方式

電流電壓轉(zhuǎn)換電路能夠線性地將電壓轉(zhuǎn)換成電流，從而實現(xiàn)恒流輸出。其電路設(shè)計具體如圖2所示。

圖2 電流電壓轉(zhuǎn)換電路設(shè)計

模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路與電流輸出采樣電路構(gòu)成了數(shù)控電路，能夠?qū)崿F(xiàn)恒流源模塊的數(shù)字控制[7]。

通信電路則負責(zé)實現(xiàn)模塊的通信功能。

模糊控制器能夠?qū)崿F(xiàn)模塊中輸出量與輸入量的模糊化，選取的模糊語言包括負大、負中、負小、零、正小、正中、正大，分別用NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB來表示，則模糊控制器具體的模糊控制規(guī)則如表3所示。

表3 模糊控制器具體的模糊控制規(guī)則

2.1.3 ADC模塊

ADC模塊主要用于對模擬電壓量進行采集，通過ADC板卡實現(xiàn)該功能，選擇的板卡型號為PCI6023，其具體技術(shù)指標如表4所示。

表4 ADC板卡具體技術(shù)指標

2.1.4 開關(guān)量檢測模塊

開關(guān)量檢測模塊主要用于對開關(guān)量信號進行檢測，通過定時計數(shù)器卡實現(xiàn)該功能，選擇的定時計數(shù)器卡的型號為PCI1932板卡，該板卡的具體技術(shù)指標如表5所示。

表5 板卡的具體技術(shù)指標

PCI1932板卡具備半周期測量能力，能夠?qū)υ奸_關(guān)量信號進行還原[8]。

在開關(guān)量檢測模塊中，計數(shù)值與電平持續(xù)時間的具體換算關(guān)系如下式所示：

式中，t代表電平持續(xù)時間；fclk代表時基頻率；M代表計數(shù)值。

2.1.5 開關(guān)量輸出模塊

開關(guān)量輸出模塊主要用于對開關(guān)控制信號進行模擬，通過PCI2671 板卡對該功能進行實現(xiàn)，其具體技術(shù)指標如表6所示。

表6 PCI2671板卡具體技術(shù)指標

2.2 軟件設(shè)計

協(xié)同創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)下復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)的軟件構(gòu)成包括模擬設(shè)計模塊、研發(fā)模塊。

2.2.1 模擬設(shè)計模塊

模擬設(shè)計模塊由以下單元構(gòu)成：數(shù)據(jù)分析單元、項目審批單元、復(fù)雜裝備設(shè)計單元、項目研發(fā)單元、申請合作單元，其具體模擬設(shè)計流程如圖3所示。

2.2.2 研發(fā)模塊

基于協(xié)同創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)設(shè)計研發(fā)模塊，研發(fā)模塊的主體即為協(xié)同創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)中的主體，通過這些主體協(xié)作進行復(fù)雜裝備的研發(fā)，這些主體共同構(gòu)成協(xié)同關(guān)系網(wǎng)絡(luò)。研發(fā)模塊的主體構(gòu)成具體如表7所示。

表7 研發(fā)模塊的主體構(gòu)成

3 自動研發(fā)實驗驗證

3.1 實驗方法設(shè)計

為驗證設(shè)計的協(xié)同創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)下復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)，對其進行實驗驗證。在實驗中對某復(fù)雜裝備進行自動研發(fā)，選擇的復(fù)雜裝備為航天器系統(tǒng)，該裝備的構(gòu)成具體如表8所示。

表8 裝備的構(gòu)成

利用協(xié)同創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)下復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)對實驗航天器系統(tǒng)進行自動研發(fā)。獲取資源利用率為70%-78%范圍內(nèi)的研發(fā)周期數(shù)據(jù)作為實驗數(shù)據(jù)。

為避免本次實驗結(jié)果過于單一，缺乏對比性，將原有的兩種研發(fā)系統(tǒng)作為實驗中的對比系統(tǒng)，包括基于動態(tài)輸出、基于通用化模擬器的復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)。同樣利用這兩種系統(tǒng)進行實驗航天器系統(tǒng)的自動研發(fā)，獲取資源利用率為70%-78%范圍內(nèi)的研發(fā)周期數(shù)據(jù)作為對比實驗數(shù)據(jù)。比較幾種實驗系統(tǒng)的研發(fā)周期對比實驗數(shù)據(jù)。

3.2 實驗結(jié)果分析

在資源利用率為70%-78%的范圍內(nèi)，當(dāng)數(shù)據(jù)處理整體較為順暢時，協(xié)同創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)下復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)與基于動態(tài)輸出、基于通用化模擬器的復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)的研發(fā)周期對比實驗結(jié)果如圖4所示。

根據(jù)圖4的研發(fā)周期對比實驗結(jié)果可知，在資源利用率偏低的情況下，協(xié)同創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)下復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)的研發(fā)周期低于基于動態(tài)輸出、基于通用化模擬器的復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)。

在資源利用率為70%-78%的范圍內(nèi)，當(dāng)數(shù)據(jù)處理整體不夠順暢，中途重新加入新的采集數(shù)據(jù)時，協(xié)同創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)下復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)與基于動態(tài)輸出、基于通用化模擬器的復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)的研發(fā)周期對比實驗結(jié)果如圖5所示。

根據(jù)圖5的研發(fā)周期對比實驗結(jié)果可知，在資源利用率偏低的情況下，協(xié)同創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)下復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)的研發(fā)周期低于基于動態(tài)輸出、基于通用化模擬器的復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)。

圖5 研發(fā)周期對比實驗結(jié)果

4 結(jié)束語

復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)能對各研發(fā)階段的研發(fā)成果進行性能測試，以確保下一個研發(fā)階段能夠順利展開。協(xié)同創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)下復(fù)雜裝備自動研發(fā)系統(tǒng)實現(xiàn)了資源利用率下研發(fā)周期的縮短，對于復(fù)雜裝備的智能研發(fā)有很大意義。