基于動態可重構的自動測試方法在特種裝備溫度循環試驗中的應用

四川九洲空管科技有限責任公司 董文曉

針對特種裝備的溫度循環試驗，傳統的溫度循環試驗方式存在對參試人員身體消耗較大、試驗操作易疏忽遺漏等諸多問題，基于此，提出了一種基于動態可重構的自動測試方法，并成功應用于特種裝備的溫度循環試驗當中。該方法通過將配套的儀器儀表以動態可重構的方式與工控機進行接口連接與控制，同時輔以電源控制模塊對參試設備進行電源的通/斷控制，在工控機中進行試驗程序控制以及對儀器儀表的動態配置，從而實現對特種裝備溫度循環試驗的自動測試與無人值守，解放了參試人員，降低了人力成本，避免了由于參試人員疏忽而導致的試驗操作遺漏等隱患，并且實現了對有限儀器儀表資源的多項目復用。

環境可靠性試驗是指參試設備能夠按IEC、MIL、ISO、GB、GJB等各種標準或用戶要求進行高溫、低溫、溫度沖擊、浸漬、溫度循環、低氣壓、高低溫低氣壓、沙塵、耐爆炸、鹽霧腐蝕、氣體腐蝕、霉菌、淋雨、太陽輻射、光老化等試驗。

溫度循環作為自然環境的模擬，可以考核產品在不同環境條件下的適應能力，常用于產品開發階段的型式試驗、元器件的篩選試驗等。

溫度循環的技術指標包括：高溫溫度、高溫保持時間、下降速率、低溫溫度、低溫保持時間、上升速率、循環次數。溫度循環試驗室用來確認產品在溫濕度氣候環境條件下儲存、運輸、使用的適應性。試驗的嚴苛程度取決于高/低溫、濕度和曝露持續時間。

在溫度循環試驗過程中，根據試驗大綱的要求，一方面需要對溫度循環試驗箱進行參數設置，另一方面還需要參試設備在試驗過程中進行開機使用以及關機儲存等操作，此外，試驗時間一般至少持續24h以上，且斷續的需要參試人員值守現場對參試設備進行操作。

以某典型的環境應力篩選試驗為例，其溫度循環條件圖如圖1所示，一個完整的循環需要在不同的時刻對參試設備進行開電、斷電（降溫過程）、斷電（低溫保持）、通電檢測（低溫）、斷電（升溫過程）、斷電（高溫保持）、通電（高溫）、檢測（高溫）、斷電等操作，需持續4h。而一次溫度循環試驗則包括20次這種循環。因此，就需要參試人員在整個溫度循環試驗中連續現場值守（一般需40～80h左右），以保障隨時對參試設備進行各類操作，這將不僅會對參試人員造成較大的身體消耗，導致參試人員在試驗過程中以及試驗完成后的一段時間內工作狀態不佳、效率不高；而且還存在由于參試人員疏忽而導致的試驗操作遺漏等隱患。

儀器儀表資源一直都是各單位的核心資產，尤其是當多個項目并行開展工作時，儀器儀表資源往往都會發生沖突，如果每個項目都配套購買相應的儀器儀表通常又會導致資金浪費和重復建設，因此如何解決多項目并行展開時的資源沖突問題也是需要考慮的重點。

圖1 某溫度循環條件圖

本文針對上述問題，本文提出一種基于動態可重構的自動測試方法，并成功應用于特種裝備的溫度循環試驗當中。該方法通過將配套的儀器儀表以動態可重構的方式與工控機進行接口連接與控制，同時輔以電源控制模塊對參試設備進行電源的通/斷控制，在工控機中進行試驗程序控制以及對儀器儀表的動態配置，從而實現對特種裝備溫度循環試驗的自動測試與無人值守，解放了參試人員，降低了人力成本，避免了由于參試人員疏忽而導致的試驗操作遺漏等隱患，并且實現了對有限儀器儀表資源的多項目復用。

1 現有技術研究情況

當前針對特種裝備的溫度循環試驗，試驗過程主要還是依靠傳統方式，即參試人員按試驗大綱的要求采用全過程人工的方式對參試設備進行操作，不僅會對參試人員造成較大的身體消耗，導致參試人員在試驗過程中以及試驗完成后的一段時間內工作狀態不佳、效率不高；而且還存在由于參試人員疏忽而導致的試驗操作遺漏等隱患。

自動測試的發展主要經歷了三個階段：

第一個階段，采用專用測試設備，這種系統比較復雜，研制工作量大，造價高，適應性差，在改變測試內容時需要重新設計接口（包括儀器與儀器之間的接口和儀器與計算機之間的接口）。專用測試設備僅僅用來進行大量重復性試驗、快速測試或復雜測試，或用于對測試可靠性要求極高、有礙測試人員安全以及測試人員難以接近的測試場所使用。

第二階段，采用標準化通用接口母線連接有關設備，系統中各組成部分均配置標準化接口功能，用統一的無源母線電纜連接起來，不再需要自行設計接口，可靈活的更改、增刪測試內容。在第一和第二這兩個階段中，計算機主要承擔系統的控制、計算和數據處理任務，基本上是模擬人工測試的過程，尚不能充分發揮計算機的功能，而且需要對配套儀器儀表進行綁定，無法實現多個項目對儀器儀表的復用。

第三階段，將計算機與測試設備融為一體，用計算機軟件代替傳統設備中某些硬件的功能，能用計算機產生激勵，完成測試功能，生成測試程序。但是，針對特種設備的測試，這個階段的方法并不一定完全適合，需要進行定制化的配置，開發周期較長，人工成本較高。

圖2 方案組成框架

綜上，從現有技術的發展情況，由于被測設備的特殊性和通用性并存，因此三個階段的應用都是普遍存在的，更多的還是處于第二階段，但需要考慮對測試用儀器儀表的復用問題。

2 系統組成及工作流程

本文所描述的用于特種裝備溫度循環試驗的基于動態可重構的自動測試方法，其系統方案組成框架如圖2所示，具體描述如下：

方案組成包括工控機、配套測試儀器以及溫度循環試驗箱。

工控機：工控機是整個方案的核心。

一方面要實現與配套測試儀器的連接與控制，首先通過配套接插件以及接口驅動程序與配套的測試儀器儀表進行互聯，然后在工控機內的溫度循環主程序對其功能函數進行調試，確保多個測試儀器儀表之間功能函數在本項目的調用過程中時間資源不沖突、處理資源不沖突，同時監控各測試儀器的實時狀態以及時間利用空隙，并合理存儲相關測試數據，此外與復用相同測試儀器儀表的其他項目的工控機進行交互，確保資源的不沖突；

另一方面也要實現對溫度循環試驗箱的連接與控制，同樣的，通過配套接插件以及接口驅動程序與配套的測試儀器進行互聯，同時，設計專用接口用于適配被測的特種參試裝備，用于在溫度試驗過程中對被測的特種參試裝備進行開電、斷電（降溫過程）、斷電（低溫保持）、通電檢測（低溫）、斷電（升溫過程）、斷電（高溫保持）、通電（高溫）、檢測（高溫）、斷電等操作，并且在這個過程中實時讀取被測特種參試裝備的相關參數，并存儲于工控機中，用于后續分析處理；

此外，工控機還要完成對整個溫度循環試驗的自動控制以及對配套測試儀器儀表的操作與控制，即根據測試大綱對溫度試驗的各個過程進行分解、設計、編程、控制、監視、存儲、計算、分析與評估等。

圖3 工作流程

配套測試儀器：配套測試儀器是對被測的特種參試裝備在整個溫度循環試驗全過程的參數測量手段。一般情況下，配套的測試儀器儀表大都為通用設備，如示波器、頻譜儀、功率計、網分儀等等，在一個項目的溫度循環過程中通常也不會全過程滿負荷工作，存在較大的時間空閑，以此，本文所述方法通過接口分配器將一個通用的儀器儀表與多個項目的工控機相連，在不影響項目間使用沖突的前提下，通過工控機主程序中的驅動程序設計，實現對該儀器儀表的分時復用以及動態重構，并根據儀器儀表的使用操作說明，必要時自動設計斷電后冷啟動與驅動匹配以及自檢進程，經試驗檢驗證明，該方法完全可以實現一臺通用儀器儀表在兩個項目進程中的復用。

溫度循環試驗箱：溫度循環試驗箱是為被測的特種參試裝備構建溫度環境，支持溫度定值控制和程序控制，支持全程數據記錄以及接口傳輸功能。本文所述方法在溫度循環試驗箱的使用過程中主要涉及工控機對溫度循環試驗箱的自動控制與參數記錄，并通過配套接插件實現溫度循環試驗箱內部的被測特種參試裝備與溫度循環試驗箱外部的工控機進行互聯。

本文所描述的用于特種裝備溫度循環試驗的基于動態可重構的自動測試方法，其工作流程如圖3所示，具體描述如下：

第一，根據試驗大綱的要求，選取相應的測試儀器，分別獲取其接口的硬件信息和軟件驅動程序、功能函數等；選取相應的PXI接口板卡，設計接口轉換模塊，實現測試儀器控制接口到本地端的轉換與驅動；調用相應的功能函數，實現工控機軟件對測試儀器的操控，并實時監測測試儀器的狀態信息以及時間利用空隙，合理存儲相關數據參數；

第二，根據試驗大綱對參試的特種裝備測試項的要求，設計接口單元，制作連接電纜，實現工控機對參試設備的接口數據交互；

第三，在工控機內按試驗大綱要求設計試驗操控程序，同時考慮其他項目對測試儀器儀表的使用需求，對測試儀器儀表進行分時復用和動態重構，從而實現本項目對參試設備的自動測試，并支持多個項目并行工作；

第四，根據試驗狀態顯示及告警模塊實現對試驗的監視、記錄、告警等。

3 應用前景分析

本文所描述的用于特種裝備溫度循環試驗的基于動態可重構的自動測試方法，具備以下特點：

（1）可實現對特種裝備溫度循環試驗的無人值守與自動控制；（2）通過接口分配器、驅動程序開發設計實現對測試用儀器儀表的分時復用和動態重構，從而支持多個項目并行工作；（3）利用接口轉換模塊（包括配套接插件、驅動程序、功能函數等）實現測試儀器的計算機軟件控制；（4）利用電源控制模塊通過計算機軟件實現對參試設備的電源通/斷控制；（5）整個試驗過程僅通過計算機軟件進行程序設計實現，而無需人工現場手動操作；（6）試驗過程支持自動監視、記錄、告警。

在應用前景方面，本文所述方法可應用于特種電子裝備的溫度循環試驗中，且可擴展應用于其他環境試驗；此外，通過針對性的集成，可成為電子裝備的內場檢測設備，滿足裝備的內場維護和保障需求。

結束語：本文從傳統溫度循環試驗的具體執行情況出發，針對試驗過程中存在的對參試人員身體消耗較大、試驗操作易疏忽遺漏、儀器儀表利用沖突等問題，提出了一種基于動態可重構的自動測試方法。該方法通過工控機按試驗大綱要求對測試儀器進行接口連接與控制，同時輔以電源控制模塊對參試設備進行電源的通/斷控制，可實現溫度循環試驗的自動測試與無人值守，并且實現對儀器儀表的分時復用與動態重構。本文著重描述了該方法的核心思想以及本方法所涉系統的組成及工作流程，并分析了其潛在的應用前景，可為軍工單位的環境試驗建設以及相關產品裝備的內場檢測設備的開發提供些許參考思路。