航電系統集成驗證環境中的試驗總控系統建設

胡晨/國營蕪湖機械廠

0 引言

航電系統集成驗證環境的主要功能是按增量集成策略完成航電系統從設備、分系統級到系統級的綜合，完成航電系統的功能和接口測試。航電系統集成驗證環境建設按功能可劃分為試驗總控系統、飛行仿真系統、綜合配線系統、數據采集測試系統、模擬座艙、供配電系統、視景系統等，其中，試驗總控系統主要完成航電系統集成驗證環境試驗設備的統一管理和配置。

1 總控系統建設的必要性

目前，航電系統已實現由聯合式向綜合化模塊化IMA 航電系統的轉變，產品之間互相融合和交聯緊密、工作關系相互依賴，航電聯試系統采用多種綜合激勵手段對產品進行測試。隨著維修體制和模式改革的不斷深入，維修體制由三級向二級轉化，航電系統的維修流程也隨之調整，除目前的修理后裝機前檢查外，還承擔著分解后系統故檢、為制定單機維修方案提供依據的任務，因此，航電系統的總控系統功能需要加強。按照一代飛機、多代航電的迭代升級理念，航電系統的升級及改裝工作正在持續開發中，綜觀近幾年的型號維修經驗，為應對日益復雜的測試模式，建設試驗總控系統勢在必行。

2 總控系統建設的基本要求

試驗總控系統通過以太網接口接入試驗仿真網絡，利用上位機的專用軟件實現通信接口的定義，通過控制命令的下發以及通信數據的監控完成整個試驗過程中的各類配置、參數、模型、數據及相互關聯關系的管理以及測試設備狀態的控制和管理，且具備按測試腳本進行自動化測試的功能，是航電系統聯調聯試環境的控制核心。因此，試驗總控系統應具備以下功能：試驗前對整個試驗環境進行配置，設置試驗參數；試驗中對各模型的運行情況和設備間接口數據進行監控，進行故障注入或靜態測試等；試驗后，對產生的數據進行管理，實現試驗結果的回放、分析、處理和報告生成。

3 總控系統建設的基本方案

試驗總控系統應包括以下功能模塊：試驗配置管理模塊、動態試驗管理模塊、靜態測試模塊、故障注入模塊、自動化檢測模塊、試驗數據管理模塊。

3.1 硬件設備

試驗總控系統硬件由工作站計算機、顯示器、畫面切換設備等組成，包括：總控系統工作站8 臺；控制柜2 臺；顯示器若干；畫面切換設備（KVM 設備）1 臺；實時網交換機1 臺、以太網HUB1 臺。

3.2 軟件

試驗總控系統包含的應用軟件有：硬線連接管理軟件；電子接口設計與管理工具；I/O 資源操作軟件；ICD 數據采集監控軟件；靜態激勵管理軟件；綜合配線/配電管理軟件；航電仿真管理軟件；飛行仿真管理軟件；飛行仿真視景軟件；自動化檢測軟件；試驗健康監控軟件。

本文主要介紹總控系統的硬線連接管理軟件、 電子接口設計與管理工具、自動化檢測軟件、試驗健康監控軟件。

1）硬線連接管理軟件

航電系統綜合試驗臺是一套復雜系統，各類參試設備和真件設備相互交聯，電纜連接關系錯綜復雜。硬線連接管理軟件主要用于對試驗系統中各設備及其接插件之間的電纜線束連接關系進行編輯、查詢、檢索和管理，主要實現以下兩方面的功能。

a.便于試驗系統的調試和維護。通過軟件的方式對試驗系統中數萬/數十萬根硬線進行管理，在系統出現故障時方便進行故障的定位并及時排故。

b. 為各類試驗軟件提供基礎數據支撐。試驗系統的設備間連接關系決定了某個通道或某個模塊的應用功能。由硬線連接關系可以得出數據采集或配線開關與ICD 數據之間的對應關系，通過軟件間的配置文件接口，實現對硬線連接信息的復用。

硬線管理的定制軟件具備以下功能：支持各接口板的功能配置和自檢測，并能顯示錯誤信息；統一管理各種硬件資源，包括離散量、模擬量等接口板卡，實現板卡的初始化、工作、退出等操作；具備非總線數據監控、解析、判讀、記錄與傳輸、回放等功能；硬線數據的存儲和管理，如硬線數據的增刪改查操作、硬線數據的版本管理以及系統用戶的權限管理。

硬線管理系統的外部接口包括：聯試環境的機上電纜在設計過程中會引出專門的測試電纜，通過航插連接器與測試系統的調理箱對接；系統可通過試驗仿真網絡接收測試主控命令，讀取腳本判據，以及向數據管理中心傳輸判讀結果和過程記錄文件。

2）電子接口設計和管理軟件

電子接口設計和管理軟件是對復雜電子系統各設備間的接口信息進行設計與管理的工作平臺。各航電設備之間通過ICD 交換的信號類型越來越復雜、數量龐大，因而ICD 的設計和管理成為了系統設計中的關鍵環節。傳統的ICD設計手段，無論是采用文檔編輯器（如word）手工編制管理ICD 數據，還是簡易的數據庫應用程序，都費時、費力，效率低且容易出錯，已無法滿足日益復雜化的要求。電子接口設計和管理軟件有效解決了上述問題，為ICD 設計與管理提供了一個功能強大、操作簡單的環境，可以支持多人多型號多種總線形式的并行開發，同時還對ICD 信息在系統仿真、系統測試和軟件開發中的應用提供了有力支持，如圖1 所示。

電子接口設計和管理軟件主要由ICD 數據庫、服務器端和客戶端三個部分構成，各部分關系如圖2 所示。所有ICD 數據均存儲在ICD 數據庫中，系統可通過試驗仿真網絡接收測試服務器端的主控命令，支持航電系統總線的源碼數據實時監控、解析數據實時監控、導航數據轉發、總線判據自動檢測、記錄、源碼回放、解析回放、遠程終端仿真等功能；同時服務器端還負責ICD 數據的版本管理以及系統用戶的權限管理，用戶通過客戶端界面對ICD 數據進行設計、檢索以及加載。

3）自動化檢測軟件

自動化檢測軟件基于NI TestStand自動化檢測引擎進行開發，提供了測試序列的編輯及測試序列管理、模板管理、序列執行與調試、結果判讀等功能，并可自動生成測試報告。自動化檢測軟件還可用于人工測試的總線數據的生成與采集，還可進行物理件與仿真模型件間的切換控制、仿真模型件的狀態控制、在線調參及仿真數據監控等功能。自動化檢測系統提供的功能如下。

a. 測試功能

包括自動讀取總線數據及離散和模擬信號值，自動修改總線數據及離散和模擬信號值，自動設置設備狀態，自動設置仿真參數，自動判讀測試結果，自動生成測試報告。

b. 測試序列編輯與管理

包括測試序列圖形化編輯、If/else/while 流程控制、用戶交互功能、測試序列配置管理、測試序列嵌套功能、測試庫、測試模板、測試變量編輯。

c. 測試序列執行與監控

包括測試結果突出顯示、測試變量查看、執行堆棧顯示、表達式查看、斷點調試功能。

d. 測試報告自動生成

自動化檢測軟件采用三層架構，上層界面程序供用戶操作，中間層調用TestStand 的ActiveX 和API 控制測試步驟及測試執行狀態，底層Module 發送指令控制試驗系統完成操作，返回執行結果供界面顯示。

軟件架構如圖3 所示，分為測試序列的編輯和執行兩個主要流程。用戶通過測試界面軟件編輯測試序列，系統調用TestStand 引擎生成測試序列文件。在執行測試時，通過測試界面軟件調用TestStand 引擎創建測試序列執行進程，并自動執行測試序列中的各個步驟。

圖1 支持功能

圖2 結構圖

圖3 軟件架構圖

軟件使用流程如圖4 所示。

自動化檢測軟件使用TestStand 引擎作為測試序列編輯和執行的核心。序列編輯器和操作者界面利用API 訪問NI TestStand 引擎，對測試序列進行編輯和管理，并對測試序列的執行過程進行控制和管理，對測試序列執行的過程數據進行訪問和監控。

4）試驗健康監控軟件

圖4 軟件使用流程

航電系統是高度模塊化、綜合化的系統，系統本身以及系統設計和集成過程的特點包括系統組成的設備眾多，需要諸多分系統進行分布的集成和驗證。

試驗過程中，試驗人員面臨如何提高研發周期的挑戰，具體表現為如何監控試驗資源，如何協調分配資源，如何控制試驗環境的一致性。

試驗健康監控系統與試驗環境中其他系統進行實時信息交互，從而實現對試驗環境的總體監控。

試驗健康監控系統能夠幫助試驗人員有效管理試驗資源，從而提高研發效率。試驗健康監控面向的對象主要是設備資源和軟件資源。試驗健康監控系統的功能如下。

a. 貼近物理的監控視野。采用機柜-設備-信息的逐級監控模式，幾乎貼近物理視野。

b. 所見即所得的顯示。資源的狀態由資源圖片+顏色來顯式表達，資源的信息通過浮動方式展現，直觀形象。

c. 實時監控資源。系統對資源進行實時監控，并記錄異常日志。

d. 統一管理信息。系統統一管理試驗版本信息，并向整個試驗環境發布，如果分系統使用的信息不一致，系統將提供預警功能。

e. 數據驅動模式。資源的數量、位置等信息采用動態配置，支持試驗環境的調整。

4 結束語

總控系統承擔著整個平臺的主控、試驗構型配置等功能，實現了仿真模型件和真實物理件之間的切換，完成了航電系統從全仿真到半實物仿真再到全實物聯試的整個過程，是系統級綜合集成驗證平臺的核心部分。隨著多個型號航電系統的研制生產、交付使用，大量用于研制階段的系統級綜合驗證理念、方法被引入航修領域中，總控系統需結合修理系統的需求特點及技術發展進行特色化、實用化改進，以提升飛機修理的可測試性及可靠性。