基于柵格服務的測試保障智能化研究

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支援保障的重要技術環節，測試設備是該測試保障的核心功能裝備，所以測試設備一般采用從屬技術支援系統按比例配套的方式。技術支援保障單位作為使用方一般按照型號進行“多線作業”模式配置技術支援系統；隨著多型號裝備快速服役和系列化發展，保障單位一般會承擔多型保障任務，因此會同時擁有很多套測試設備[1-3]。

近年來，隨著測試設備通用化和標準化設計要求越發細化，該類裝備配套測試設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能力也隨著科技發展逐漸變強，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保障性，還可由測試保障帶動整個技術支援保障的智能化和自動化水平，形成根據需求重組保障系統的能力，進而全面提升保障力。

1 測試保障智能化需求分析

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

1.1 柵格資源虛擬化封裝技術

測試保障所使用的柵格資源主要是網絡儀器資源，其虛擬化管理以APP形式掛接在云平臺上對外提供服務，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，提供數字化的描述設置，便于需求與能力的對接，如主控機柜、綜合機柜、測試機柜、PIX總線設備、電源機柜、專用機柜等資源集合及其內部信號源、板卡等設備數量、參數范圍、通道等管理。儀器資源能力封裝整體業務流程圖如圖1所示。

圖1 儀器資源能力封裝流程圖

1.2 測試保障任務封裝執行技術

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

通過柵格資源虛擬化封裝技術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，進而映射至物理域集成測試設備使用的能力。因此柵格保障技術調用的測試保障任務需要在傳統的測試軟件基礎上升級為包含虛擬儀器資源信息的TPS，作為測試保障任務模型進行管控，初始TPS任務模型封裝在已有測試軟件基礎上，一般需要通過對虛擬化柵格儀器集成調用完成，在傳統測試軟件基礎上升級虛擬儀器資源信息的原理過程大致如下：①首先TPS系統向柵格管理軟件請求儀器資源的相關信息及函數信息；②柵格系統根據TPS的請求從數據庫中調取數據，根據程序約定好的通訊協議格式進行拼裝，并將TPS請求的數據根據約定好的通訊協議傳輸給TPS；③TPS根據獲取到的數據包以及程序約定好的協議進行解析，將解析出的信息形成相應的狀態圖元和函數信息。通過對每條測試流程升級虛擬儀器資源信息，完成柵格可以調用的測試保障任務模型封裝。

形成的狀態圖元主要表征測試任務屬性，專門用于智能化自主測試任務執行前任務狀態與儀器資源集合匹配狀態的確認，因此狀態圖元是網絡儀器資源虛擬化管理和測試保障任務模型化封裝執行的核心焦點。當利用狀態圖元搭建測試流程/集成測試設備時，需要設置狀態圖元的屬性。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信息可供TPS等其他軟件應用，TPS可通過虛擬化的函數信息形成相應的圖元信息，通過圖元的拖拽組成相應的測試序列(即封裝后的測試流程)，通過執行測試序列，完成從邏輯域至物理域的映射，逐條執行測試流程完成測試保障任務。

圖3 基于云服務的測試保障體系運轉示意圖

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動作的圖元，即為“邏輯圖元”，包括并、或、等待、循環等動作。測試資源虛擬化平臺對此些圖元也進行相應的虛擬化，并作為固定的圖元庫存放到云平臺當中。

2 基于柵格的智能化測試保障設計

某通用型測試設備由通用測試系統平臺加裝各型號專用測試組件組成，系統全面采用網絡化技術架構、由網絡儀器集成，已經具備了應用柵格化技術實施智能化測試保障的能力，下面將以該型測試系統為背景論述測試保障智能化技術研究。

2.1 柵格資源劃分

圖6 通用測試系統平臺柵格節點構建示意圖

由于測試系統型號專用測試組件的強專用性和面向專用功能目標的設計，一般不作為可拆分的獨立功能包劃分節點；因此通用測試系統平臺實際上是客戶需要充分利用的協同作業獨立功能節點，同時通用測試系統平臺由大量智能儀器集成，全面采用網絡互聯，已經具備了分布式測試技術實施的基礎，還可繼續拆分其獨立功能，因此多個通用測試系統平臺已經具備構建測試保障體系、推進互操作能力建設、形成測試保障柵格的條件。以通用測試系統平臺為背景，從構建柵格的角度重新劃分資源及其能力，以柵格應用的角度重新構建測試系統資源動態調度體系，形成面向柵格應用的測試保障能力，推動測試保障智能化。

根據柵格技術應用需求，組成柵格應用節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，為了實現柵格所追求的信息快速共享和使用；

2)獨立應用界定：柵格體系應用節點對于整個柵格體系而言提供對應其模型描述的獨立功能，如傳感、響應、激勵等。如果其功能缺失獨立性，如A設備必須與B設備配對使用，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點對待。

通用測試系統平臺采用網絡化技術架構，但鑒于該裝備測試時對時序要求的嚴格性，低頻測量系統采用PXI總線技術架構，且直接通過機內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 通用測試系統硬件平臺設備連接圖

由圖5所示，從集成儀器資源面向使用的角度出發，標準接口設備作為眾多測試資源使用的統一接口，是各型裝備測試適配器的唯一匹配對象，且從技術規范的設計角度而言，標準接口設備與適配器的配合用于提供通用接口向專用接口的技術轉換，所以整個標準接口設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+測試機柜設備；綜合機柜承載了測試系統所有射頻儀器，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用節點，如微波信號源、數傳信號源等均為獨立柵格節點，由于通用測試系統平臺僅包含微波信號源，故后續論述僅以微波信號源作為有關典型應用開展，機柜內網絡供電接口轉接設備的功能就是網絡通信轉接，須作為柵格基礎通信設施，不做獨立功能節點考慮；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點；ups不做網絡控制，作為整個系統的輔助設施，無須考慮其體系內應用定位；示波器已經采用了智能化產品，本就是美國柵格技術的樣本產品，是柵格節點之一；網絡供電接口設備作為主干線網絡通信控制設施，需要將其控制部分剝離出來封裝作為柵格應用節點考慮，網絡通信可直接作為通信基礎設施看待。

因此對于通用測試系統平臺而言，整個產品可按照上文面向使用劃分為整個電源機柜+測試機柜設備、微波信號源、計算機+電子證書讀寫器+顯示器、示波器、網絡供電接口設備共5個應用節點，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，因此使用測試設備的功能儀器協同不盡相同。柵格化技術應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層面上進行智能籌劃以提升應用效率，回避傳統測試設備集中式應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。

在傳統技術支援保障管理模式下，測試設備作為一個整體參與技術支援保障過程。在技術準備流程中，裝備各項測試保障均需占用一套測試設備，因此可同時作業的裝備數目等同于系統內測試設備的數目。采用基于時間Petri網(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，則在技術支援系統內有N套測試設備的條件下，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，測試設備不再作為一個設備整體參與到技術支援保障過程，而是將其分化為由多個測試資源柵格節點組成的組合，在技術準備流程各步驟中依據測試需求，對柵格節點進行適用性組合應用，實現各測試資源的靈活組合，參與到技術支援保障流程；而此時不需要參與使用的測試資源柵格節點可以從當前任務中釋放，并在其它任務中使用組合，從而面向測試資源應用提升其復用效率。

依照柵格保障技術方案，傳統保障模式中的一套測試設備，可拆分為保障柵格中的4個保障設備節點：鍵盤顯示組合節點(x1)，示波器節點(x2),，信號源節點(x3)和測試接口節點(x4)。則依據保障過程，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，則在系統內有n1個鍵盤顯示組合節點(x1)，n2個示波器節點(x2)，n3個微波信號測試節點(x3)和電源及測試接口節點(x4)，n4個測試設備的條件下，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點配置仿真效果圖

由此可見，測試保障任務分解越細致、數量越多，測試保障應用柵格化技術優勢越發明顯；如果柵格節點區分能夠更為細致、精準，可供靈活調度、分時復用儀器資源更多，測試保障智能應用效果更為突出；不但如此，在多型、多量裝備協同測試保障過程中，應用此模式將更能充分發揮儀器資源的使用效率，能夠滿足未來新型模式下技術支援保障協同指揮籌劃、提升保障力需求。

3 結束語

柵格技術可以充分發揮通用化和標準化測試設備成果，充分提升資源使用效率，使客戶對于裝備技術能力及狀態的管理直接深入到可供調度的資源級別，對上可以利用柵格技術集成傳統應用的功能系統，對下利用互操作技術直接調度柵格節點資源，融合邏輯域與物理域，構建智能化指揮平臺，為指揮保障一體化奠定基礎。

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