基于PXI總線的飛機接口控制盒 自動測試平臺設(shè)計研究

黃興，劉文波，郭佳

（1.南京航空航天大學，江蘇 南京 210000；2.國營蕪湖機械廠，安徽 蕪湖 241000）

隨著對飛機修理質(zhì)量和維修效率要求的提高，持續(xù)更新接口控制盒的測試手段，完善測試方法，一直是電傳控制系統(tǒng)修理研究的重要內(nèi)容。

目前，接口控制盒現(xiàn)有測試平臺為手動測試平臺，操作人員的測試強度大，而且測試的質(zhì)量也難以保證，缺乏測試數(shù)據(jù)的追溯性。當人員需要檢測某一信號時，需要將測試儀表的插針線纜插到對應(yīng)的接線插孔中進行測量。該方法有諸多不足，如受操作人員的生理和心理影響較大，人工操作費時、易出現(xiàn)差錯等。試驗過程中手工操作量過多，不但存在檢查項目的漏檢和誤檢問題，而且可能會發(fā)生該接通時斷開、該斷開時卻接通的低級錯誤，導致修理出現(xiàn)嚴重質(zhì)量問題。飛機子系統(tǒng)的漏檢和誤檢故障，若在飛機總裝配后發(fā)現(xiàn)，將造成返工、返修甚至報廢等損失，導致飛機不能按修理節(jié)點完成工序任務(wù)，若在總裝配后依然沒有發(fā)現(xiàn)，設(shè)備將直接帶故障飛行，可能帶來嚴重的等級事故。

本文立足形成某型飛機數(shù)字電傳控制系統(tǒng)接口控制盒的測試和故障初步診斷能力，通過測試工控機和機械裝置協(xié)同實現(xiàn)無介入自動測試，利用故障特征碼比較和優(yōu)化實現(xiàn)智能故障診斷，對接口控制盒類設(shè)備測試技術(shù)改進具有一定的理論意義和使用價值。

1 總體設(shè)計

根據(jù)被測對象的測試需求，設(shè)計測試設(shè)備硬件的資源配置，針對兩型被測對象設(shè)計測試適配電路、信號調(diào)理電路、測試電纜等硬件環(huán)境；設(shè)計被測對象聯(lián)動機械裝置，實現(xiàn)機械裝置的受控操作。確定軟件開發(fā)平臺，按照接口控制盒的工藝檢測項目設(shè)計自動測試工程軟件；預留機械裝置控制軟件接口，實現(xiàn)通訊控制；開展故障判斷樹的設(shè)計和故障特征碼優(yōu)化程序的開發(fā)。

自動測試平臺采用工業(yè)標準機箱框架，以PXI總線工業(yè)計算機為基礎(chǔ)，按照被測對象測試需求和測試工藝實現(xiàn)的要求配置數(shù)字萬用表模塊、通用開關(guān)模塊、矩陣開關(guān)模塊、離散IO模塊和程控直流電源，自行研制硬件適配和調(diào)理電路，故障特征點測試電路，與接口控制盒操作機械裝置構(gòu)成設(shè)備硬件平臺。測試平臺配置1套VPC9025接口模塊，該模塊具有20英寸平板工作臺，為了方便鍵盤操作與屏幕查看，平臺將顯示器與鍵鼠放置在壁掛式支架上。平臺外觀布局見圖1。

圖1 平臺布局示意圖

2 硬件設(shè)計

2.1 信號陣列接口設(shè)計

信號陣列接口是平臺所有硬件資源信號的對外輸出接口，采用VPC9025接口模塊。

2.2 適配機箱設(shè)計

明確產(chǎn)品接口信號和調(diào)理電路后，對不同號產(chǎn)品測試適配機箱進行設(shè)計。適配機箱主要功能是實現(xiàn)被測對象的信號傳輸實現(xiàn)測試功能。同時，測試平臺包含兩型被測對象，因此增加設(shè)計了適配機箱識別電路，用以識別不同測試對象。

激勵和采集電路需要按照測試工藝需求，輸出各種離散指令激勵信號，實現(xiàn)控制設(shè)備功能測試。同時，測試平臺故障診斷功能需要測量被測對象的故障特征點，達到采集特征值數(shù)據(jù)的目的，因此設(shè)計了共用和專用的數(shù)據(jù)采集電路，如圖2。

圖2 激勵和采集電路設(shè)計

2.3 機械裝置設(shè)計

機械裝置是整個測試系統(tǒng)的硬件組成部分之一，其主體部分是接口控制盒安裝固定的機械結(jié)構(gòu)，具備受測試工控機控制和與之通訊的功能，通過安裝在其上的電磁推桿和機械動作機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)接口控制盒上開關(guān)的撥動和按壓操作。為實現(xiàn)按壓和撥動兩種不同動作，選擇長行程和短行程兩種電磁推桿。短行程電磁推桿直接實現(xiàn)按壓動作，長行程推桿通過直角轉(zhuǎn)換搖桿實現(xiàn)撥動操作，通過橡膠墊、彈簧等零件調(diào)整機構(gòu)實現(xiàn)適合的操作力，并保證操作的準確性。

該部分的主要工作是設(shè)計專門的工裝，并將選型確定的通訊/控制模塊電磁推桿和機械結(jié)構(gòu)集成到工裝上，實現(xiàn)設(shè)計目標。

機械裝置由三部分構(gòu)成，第一部分為安裝框架底座，該底座可以固定在測試適配器上或者放置在工作臺上。

在底座上通過鉸鏈連接測試蓋板，屬于機械裝置的第二和第三部分。蓋板上安裝有推動電磁閥、切換機構(gòu)及光敏傳感器等，可以進行電控，實現(xiàn)控制盒上撥動開關(guān)、按鍵開關(guān)的控制，光敏傳感器可以采集控制盒指示燈及導光板的光線變化。

3 測試軟件設(shè)計

測試系統(tǒng)軟件包括性能測試軟件和故障診斷軟件兩大部分。

3.1 性能測試軟件

性能測試軟件設(shè)計包括測試內(nèi)容管理、工藝測試項目實現(xiàn)和機械裝置通訊和控制三部分內(nèi)容。項目軟件運行環(huán)境為Windows7。軟件開發(fā)平臺選用在自動化測試系統(tǒng)方面廣泛使用的LabWindows/CVI虛擬儀器開發(fā)平臺。

性能測試軟件劃分為測試管理層、功能程序?qū)雍蛢x器驅(qū)動層3個層次結(jié)構(gòu)，并且預留故障診斷模塊接口。

測試管理層包含UI界面，用于測試任務(wù)執(zhí)行和功能調(diào)用、管理測試項目和測試數(shù)據(jù)。功能程序?qū)油ㄟ^子程序庫實現(xiàn)軟件的工藝測試功能，供管理層在執(zhí)行測試任務(wù)時調(diào)用，同時實現(xiàn)與機械裝置的接口。儀器驅(qū)動層由各儀器和硬件板卡的驅(qū)動程序組成，設(shè)計過程中安裝到檢測儀中，使用時由測試軟件調(diào)用儀器驅(qū)動程序函數(shù)樹進行加載。

3.2 故障診斷功能設(shè)計

故障診斷定位功能屬于軟件功能的一部分，它由故障字典和診斷軟件兩部分組成。

運用故障樹分析法建立被測對象故障原因和可測量的外部特征之間的關(guān)系。利用該關(guān)系加以條件判斷可以將故障特征對應(yīng)到各個器件故障的底事件，診斷軟件提取測試軟件測試到的被測對象特征值，通過邏輯關(guān)系在故障字典中查找底事件，實現(xiàn)故障定位。

4 結(jié)語

本文設(shè)計了一種飛機接口控制盒自動測試平臺，針對接口控制盒參數(shù)測試點多、人工操作繁雜、測試結(jié)果一致性和可追溯性差的問題，硬件上基于PXI總線設(shè)計通用測試資源平臺和專用測試機械裝置；軟件上選用LabWindows/CVI開發(fā)平臺，設(shè)計了模塊化性能測試模塊和基于特征參數(shù)向量的故障特征碼優(yōu)化和判斷軟件。很好地解決了接口控制盒人工測試中的問題，提高了測試自動化水平，經(jīng)工程實踐驗證取得了良好的效果。