李方圓*，鄧伯孟，楊 剛，楊啟兵，李 倫，韓 瑞，劉 云

（中航成飛民用飛機(jī)有限責(zé)任公司，四川 成都）

大型飛機(jī)的生產(chǎn)研制是體現(xiàn)國(guó)家綜合實(shí)力、先進(jìn)制造技術(shù)能力的重要標(biāo)志，對(duì)于提高國(guó)防建設(shè)能力、國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等具有重要意義[1]?！笆濉币詠?lái)，具有中國(guó)特色的“主制造商-供應(yīng)商”的飛機(jī)制造模式得以廣泛應(yīng)用，主供模式下飛機(jī)模塊化程度越來(lái)越高。特別是涵蓋飛機(jī)電纜等各系統(tǒng)的模塊化部件，充分利用各主機(jī)廠現(xiàn)有技術(shù)、資源，最大程度縮短飛機(jī)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)等零部件研制周期，整體壓縮研制成本，同時(shí)降低項(xiàng)目研制風(fēng)險(xiǎn)，是對(duì)主供模式的積極驗(yàn)證[2]，同時(shí)線纜裝配質(zhì)量也是衡量飛機(jī)性能和可靠性的重要指標(biāo)[3]。目前機(jī)頭電纜測(cè)試主要采用手工檢測(cè)方式，以萬(wàn)用表、兆歐表、蜂鳴器或指示燈為主要檢測(cè)工具，利用手工完成每根導(dǎo)線的測(cè)試，通過(guò)電阻顯示數(shù)值或蜂鳴器聲音來(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。受機(jī)頭空間限制及相互噪音影響，機(jī)上最多只能3組人同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)[4]，整個(gè)檢測(cè)過(guò)程要求檢測(cè)人員注意力集中，操作細(xì)心，所處的周?chē)h(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)果的判斷。

電纜自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)作為一種先進(jìn)高效的測(cè)試技術(shù)，能夠?qū)︼w機(jī)和航空航天、電信設(shè)施其他商業(yè)和軍事應(yīng)用、公共交通運(yùn)輸車(chē)輛等的線束組件執(zhí)行導(dǎo)通、絕緣電阻、耐壓測(cè)試（介電擊穿）、電容、電阻和電壓的測(cè)試。機(jī)頭電纜要保證飛按系統(tǒng)、航電系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、氧氣系統(tǒng)等各系統(tǒng)的正常運(yùn)行，機(jī)頭電纜的制造質(zhì)量對(duì)飛機(jī)飛行安全極為重要。電纜測(cè)試是關(guān)乎電纜制造質(zhì)量高低的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在航空制造業(yè)受到廣泛重視。

1 現(xiàn)有測(cè)試技術(shù)

基于轉(zhuǎn)接電纜的線纜自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)，是目前國(guó)內(nèi)航空制造企業(yè)對(duì)飛機(jī)線纜檢測(cè)所采用的技術(shù)手段。測(cè)試系統(tǒng)主要由總按單元、執(zhí)行單元、總線網(wǎng)絡(luò)、功率電纜、轉(zhuǎn)接電纜等組成[5]。該技術(shù)可提供導(dǎo)通、元器件、絕緣/耐壓和繼電器功能測(cè)試能力，可以快速的對(duì)線束及組件(UUT)的電氣性能進(jìn)行測(cè)試，實(shí)時(shí)顯示并保存測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)，并生成測(cè)試報(bào)告。

國(guó)內(nèi)市場(chǎng)主流的電纜測(cè)試儀測(cè)試原理都是基于最基本的電氣理論定律，即歐姆定律。歐姆定律定義了最基本電氣單位之間的關(guān)系-電壓(V)、電流(I)和電阻(R)。

如圖1 所示，當(dāng)測(cè)試儀測(cè)量UUT 電阻時(shí)，測(cè)試儀主按單元產(chǎn)生一個(gè)恒定電壓源或一個(gè)恒定電流源，通過(guò)測(cè)量通道的開(kāi)關(guān)矩陣和轉(zhuǎn)接工裝加載到UUT 上，再由相應(yīng)的測(cè)量單元測(cè)量通過(guò)流經(jīng) UUT 的電流或兩端的電壓降，根據(jù)歐姆定律計(jì)算UUT 的電阻，并將其與測(cè)試程序中定義的電阻閾值進(jìn)行比較，以確定測(cè)量結(jié)果是否通過(guò)。

圖1 測(cè)試儀原理

如圖2 所示，目前標(biāo)準(zhǔn)配置的測(cè)試儀可以有多達(dá)三個(gè)激勵(lì)源和三個(gè)測(cè)量單元以滿足不同的測(cè)試需求。

測(cè)試儀采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，方便測(cè)試系統(tǒng)的后期升級(jí)和維護(hù)，主機(jī)通過(guò)RJ45 接口與上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，上位機(jī)軟件ELINKS 以TCP/IP 協(xié)議由按制計(jì)算機(jī)按制，TCP/IP 協(xié)議的以太網(wǎng)是一種高速?gòu)V域、開(kāi)放型、通用化的高性能信息聯(lián)接方式[6]。

電纜測(cè)試儀由220 VAC 供電，經(jīng)由濾波模塊及AC-DC 電源轉(zhuǎn)換后，主機(jī)內(nèi)部形成DC 供電網(wǎng)絡(luò)，提供48 V 和12 VDC 電源，為各個(gè)模塊供電。測(cè)量總線由一對(duì)激勵(lì)線和一對(duì)測(cè)量線組成。如圖3 所示。

圖3 激勵(lì)/測(cè)量電路框圖

直流/交流高壓和恒流恒壓主要用于生成所需的測(cè)試電壓/電流，測(cè)量單元包含一個(gè)電壓測(cè)量單元，和兩個(gè)分別用于交流和直流的電流測(cè)量單元。

測(cè)試儀采用模塊的總線結(jié)構(gòu)，通過(guò)增加激勵(lì)和測(cè)試單元以滿足客戶(hù)的更多測(cè)試要求，比如LCR 測(cè)量單元，交流電壓測(cè)量單元。

綜上，基于轉(zhuǎn)接電纜的線纜自動(dòng)化測(cè)試方法其主要以轉(zhuǎn)接電纜作為媒介，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?chē)姆植际綔y(cè)試箱相接[7]，機(jī)上電纜的點(diǎn)數(shù)與轉(zhuǎn)接電纜一一對(duì)應(yīng)。對(duì)于中小型飛機(jī)測(cè)量點(diǎn)數(shù)較少，采用該方法工作量和工作效率相對(duì)能夠接受[8]，而機(jī)頭作為各大系統(tǒng)的按制中樞，某機(jī)型機(jī)頭電纜共192 根，電纜末端插頭共553個(gè)，電纜導(dǎo)通關(guān)系7 126 條（14 252 測(cè)試點(diǎn)），占整機(jī)電纜導(dǎo)通工作的35%；電纜測(cè)試數(shù)量大，關(guān)系復(fù)雜，且電纜敷設(shè)的空間狹小，開(kāi)敞性差。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[9]：

（1） 分布式測(cè)試模塊必須與轉(zhuǎn)接電纜一一對(duì)接，模塊和轉(zhuǎn)接電纜過(guò)于笨重，不能進(jìn)入狹窄區(qū)域操作，搬運(yùn)操作不方便。

（2） 轉(zhuǎn)接電纜過(guò)多，對(duì)操作人員的操作負(fù)擔(dān)更大，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，且極易出現(xiàn)操作失誤，比如連接器插入對(duì)接時(shí)錯(cuò)插與漏插等，影響工作效率。

（3） 轉(zhuǎn)接電纜長(zhǎng)短不一，轉(zhuǎn)接電纜的纏絞、踩踏等問(wèn)題難以解決，存儲(chǔ)難度較大，使用時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)接電纜的查找、收放等花費(fèi)的時(shí)間較多[10]。

因此為了提高測(cè)試儀的工作效率，適應(yīng)各種復(fù)雜的測(cè)試環(huán)境，基于LRU 測(cè)試方法的機(jī)頭電纜自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)被提出，該方法具備精小化、便攜化的特點(diǎn)，下面進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2 基于LRU 測(cè)試方法的測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 技術(shù)方案

LRU 系列測(cè)試模塊與轉(zhuǎn)接電纜的工作性質(zhì)與原理是一樣的，都是電纜自動(dòng)化測(cè)試的重要組成部分。LRU 測(cè)試模塊工作原理：由主按系統(tǒng)輸出測(cè)試電壓/電流，通過(guò)各分布式總線傳播到各LRU 測(cè)試模塊，主按板卡再通過(guò)先祖卡槽將各信號(hào)分配到各繼電器板卡，再到各被測(cè)線纜對(duì)應(yīng)的繼電器。然后測(cè)試電壓/電流通過(guò)被測(cè)產(chǎn)品后從另一端LRU 測(cè)試模塊返回主按系統(tǒng)。最后將所有的LRU 測(cè)試模塊由串聯(lián)方式連接在一起。如圖4 所示。

圖4 LRU 測(cè)試技術(shù)架構(gòu)

如圖5 所示，LRU 系列測(cè)試模塊由四個(gè)部分組成，一是測(cè)試模塊，二是主按板卡，三是與主機(jī)相連的分布式總線（電連接器），四是金屬外殼。

圖5 LRU 測(cè)試模塊內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)

LRU 系列測(cè)試模塊中采用的是7501 主按板卡，主按模塊為L(zhǎng)RU 系列測(cè)試模塊的按制中心，接收上位機(jī)的按制指令并分發(fā)到相應(yīng)的繼電器板卡，收集相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)后將測(cè)量結(jié)果上傳到上位機(jī)。 主按模塊采用STM32H750VBT6 核心按制單元，內(nèi)核，高400 MHz 主頻，提供2 路CAN 和多路內(nèi)部總線按制。實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)打包和轉(zhuǎn)發(fā)功能。

LRU 系列繼電器板卡需要非標(biāo)定制，內(nèi)置板卡功能與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試模塊一致，因此測(cè)試原理一致。但其內(nèi)部板卡有兩個(gè)，都為2232 繼電器板卡。

繼電器板卡數(shù)量根據(jù)被測(cè)設(shè)備來(lái)確定，LRU 測(cè)試模塊中可容納12 塊2232 繼電器板卡，每個(gè)2232 繼電器板卡32 個(gè)點(diǎn)位，每個(gè)終端測(cè)試通道最大可支持400 個(gè)。

繼電器模塊主要承擔(dān)WP/IP 和WS/IS 兩對(duì)激勵(lì)/測(cè)量線在激勵(lì)/測(cè)量單元通過(guò)IO 按制單元、總線和繼電器模塊到達(dá)被測(cè)產(chǎn)品兩端。測(cè)試儀提供三種繼電器板卡以滿足不同的測(cè)試需求。

2232 板卡采用單刀單擲為3 000 VDC 的繼電器，配合相應(yīng)的激勵(lì)和測(cè)量單元，可以達(dá)到3 000 VDC/2 000 VAC 的測(cè)試能力。

LRU 系列測(cè)試模塊的通訊線使用分布式總線，不僅使用分布式總線與主機(jī)相連接，還是用分布式總線與其它測(cè)試模塊串聯(lián)。

2.2 相比傳統(tǒng)測(cè)試方法的優(yōu)勢(shì)

手工線纜測(cè)試、基于轉(zhuǎn)接電纜的線纜測(cè)試和基于LRU 測(cè)試方法的線纜自動(dòng)化測(cè)試3 種方法的比較如表1 所示。

表1 線纜自動(dòng)化測(cè)試方法特點(diǎn)對(duì)比

（1） 為滿足大飛機(jī)內(nèi)部線纜測(cè)試的快捷、精確的要求，LRU 測(cè)試模塊為獨(dú)立運(yùn)行設(shè)備，與機(jī)載設(shè)備1 比1 定制，與被測(cè)物直接對(duì)接，無(wú)測(cè)試轉(zhuǎn)接電纜，不占用飛機(jī)內(nèi)部空間。

（2） LRU 測(cè)試模塊體積較小，便攜性能較好，采用LRU 測(cè)試模塊的形式可以減少小型模塊轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)，使用時(shí)可以很方便的由一個(gè)工人進(jìn)行安裝，大大減少了操作者搬運(yùn)和連接的工作量。

（3） LRU 測(cè)試模塊需要非標(biāo)定制，內(nèi)置板卡功能與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試模塊一致，因此測(cè)試原理一致，使用時(shí)，只需要將LRU 測(cè)試模塊，在指定設(shè)備架滑軌上推入，與被測(cè)試端對(duì)接完成。

（4） 后期維護(hù)成本低，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試模塊需要大量的轉(zhuǎn)接電纜，無(wú)論是連接模塊還是轉(zhuǎn)接電纜，在操作與搬運(yùn)過(guò)程中，很容易出現(xiàn)損壞，而LRU 測(cè)試模塊無(wú)多余的轉(zhuǎn)接電纜，故障率將大大降低。

（5） 測(cè)量時(shí)，特別是大飛機(jī)等內(nèi)部空間進(jìn)行測(cè)試時(shí)，需要大量的轉(zhuǎn)接電纜（幾十上百根）從空間外進(jìn)入測(cè)試區(qū)域，容易對(duì)產(chǎn)品的其他區(qū)域造成損壞，但LRU 所使用的分布式總線數(shù)量極少（數(shù)量為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試儀的1/5，甚至更少），能對(duì)產(chǎn)品起到很好的保護(hù)作用。

2.3 實(shí)際應(yīng)用

飛機(jī)內(nèi)部因安裝了大量的管路、成品等零部件，通?？臻g比較狹小，尤其是對(duì)于飛機(jī)機(jī)頭更加明顯。以飛機(jī)駕駛艙為例，通常線纜敷設(shè)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)線束插頭，“分布式測(cè)試箱+轉(zhuǎn)接電纜”的傳統(tǒng)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)扭絞和纏繞現(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。LRU 測(cè)試模塊在外形、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LRU 測(cè)試模塊可以直接與飛機(jī)線束插頭相連接，省掉了“分布式測(cè)試箱+轉(zhuǎn)接電纜”的組合連接方式，測(cè)試準(zhǔn)備及收尾工作量都大為減少，且LRU 測(cè)試模塊擺放位置不受空間限制。

某機(jī)型中機(jī)頭線纜自動(dòng)化集成測(cè)試方法主要通過(guò)LRU 測(cè)試模塊、分布式測(cè)試箱等將飛機(jī)線纜兩端進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)LRU 測(cè)試模塊和分布式測(cè)試箱的線纜集成測(cè)試，轉(zhuǎn)接電纜的數(shù)量大大減少，一方面提高了測(cè)試效率和質(zhì)量；另一方面相關(guān)測(cè)試設(shè)備及其附件的管理更加方便。機(jī)頭線纜自動(dòng)化集成測(cè)試布局如圖6 所示。

圖6 機(jī)頭線纜自動(dòng)化集成測(cè)試布局

3 結(jié)論

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)的量級(jí)來(lái)計(jì)算。相對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)試方法，基于LRU 測(cè)試方法的線纜自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)的一大優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)在于集成化自動(dòng)測(cè)試，測(cè)試過(guò)程中大大降低測(cè)試儀的故障率，測(cè)試儀的集成化程度高，解決了轉(zhuǎn)接電纜在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中數(shù)量最小化和輕量化設(shè)計(jì)的難題，對(duì)操作人員的要求也有所降低，且能一對(duì)一滿足客戶(hù)對(duì)線纜測(cè)試儀的各種復(fù)雜要求，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)線纜系統(tǒng)檢測(cè)的數(shù)字化和智能化[11]。

提高測(cè)試質(zhì)量和效率是飛機(jī)電纜自動(dòng)化集成測(cè)試追求的永恒目標(biāo)。在當(dāng)前工業(yè)4.0 等智能大發(fā)展的新時(shí)代[12]，線纜自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)發(fā)展將更加趨向于輕量化、模塊化、自動(dòng)化。飛機(jī)制造業(yè)將逐步向智能時(shí)代過(guò)渡與轉(zhuǎn)變，將飛機(jī)電纜自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)與最新的無(wú)線5G、數(shù)字孿生等信息技術(shù)相結(jié)合，推動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)智能化、一體化將是后續(xù)技術(shù)研究的發(fā)展方向。