作者： 高天虹，汪海波（北京中科泛華測控技術有限公司 北京 100083）
摘要：本文通過對現代軍工行業發展的分析，及大量的實際應用案例解析，提出了適應現代軍工測試系統需求的設計理念。
關鍵詞：柔性測試技術、軍工測試需求、軟件分層架構、接插件
隨著現代科技水平的發展，軍工系統中武器裝備更新速度加快、復雜程度加深、電子化程度日益提高等等，這些軍工產業中新特征的顯現，使得軍工的測試系統被測信號的類型多樣，信號間的關聯程度緊密，后期信號分析過程難度增大。同時，由于軍工行業特殊的環境要求，也使測試設備的運行環境相對惡劣。
上述的現代軍工行業特點要求我們在搭建測試系統時，需要充分考慮其對以下幾方面的需求：
- 測試系統的可靠性需求：這種可靠性包括軟、硬件平臺的可靠性，即開發性平臺本身應具備高可靠性，并且要求所選平臺能夠具備一定程度的長期支持性。
- 測試系統的精確性需求：體現在測試精度、準度以及通道數量等方面。
- 測試系統的適應性需求：針對現代軍工測試系統待測信號類型眾多，測試步驟靈活等特征，測試系統應當最大限度地為測試人員提供可自定義的多功能適應性空間，無論測試步驟還是硬件資源，均可進行靈活配置，真正做到量身定做、隨需而動。
- 測試系統的擴展性需求：從快速變化的趨勢考慮，需要為測試系統提供多元化的擴展空間，保證其最大程度的復用，節約開發周期及成本等。
根據現代軍工行業的發展需求，同時結合泛華測控多年來在軍工測試領域的耕耘實踐，泛華測控率先在業界提出了構建測試系統的核心技術—“柔性測試”技術。它是以虛擬儀器技術、測試測量技術、機電一體化技術、軟件技術、通信及網絡技術等為基礎，以測試系統的精確性、可靠性、適應性、靈活性和拓展性為研究目標，關注測試測量系統的整體功能及性能，對滿足測試測量系統需求的方法及手段進行深入研究的一門技術。“柔性測試”技術的提出正符合了軍工行業測試系統對其可靠性、精確性、適應性和擴展性的需求，其不僅可指導軍工行業的測試系統搭建，它也必然是當前中國測試技術發展的趨勢。
- 下面我將通過實際應用案例來說明如何構建一個滿足軍工行業多方面需求的測試系統。
針對現代軍工測試系統信號類型多并且信號間的關聯程度高的特點，及結合“柔性測試”技術對于追求測試系統可靠性、適應性、擴展性等需求的核心設計理念，我們選擇了基于計算機的高可靠性平臺PXI。
當然，在硬件平臺的選擇方面有很多備選方案可供選擇，我們選擇的是能滿足軍工行業發展需求的，同時在測試測量領域較好的方案。PXI既避免了使用普通的PC機在運輸、環境、工作條件等方面的壓力，又避免了使用傳統測試儀器為其帶來的低復用性和高成本的問題。PXI平臺不僅從品質上滿足了可靠性、高性能等需求，模塊化的結構也使得適用性及擴展性得以保障。
某型通用測試系統，如圖1所示，是基于PXI-SCXI混合機箱搭建，該系統具備極高的信號適應性，具備對壓力、電壓、溫度、頻率、轉速等不同類型信號的采集能力，大大節約了硬件成本，實現了對不同信號類型的統一整合測量。
泛華使用圖形化的編程語言LabVIEW。至今LabVIEW在測試測量領域處于主導地位，它專門為測試測量而優化，內部整合了眾多測試測量過程中會用到的相關函數，在工程師搭建測試系統時，大大節約了時間及人力成本。另外，針對軍工測試中對可靠性及高性能的需求，LabVIEW同時具備的RT版本更是確定了LabVIEW最為軟件開發平臺的地位，使得工程師可以在Windows的平臺上開發程序，之后自動部署到實時目標中去，使得編程過程大大簡化了。對于測試系統，采用實時操作系統，可以保證系統響應的確定性，長時間進行可靠的數據采集。
如圖2所示，是用LabVIEW設計的某型發動機測試系統最終應用程序的軟件界面，頂端的系統級按鈕，主題部分的瞬態數據顯示及預警，波形信息的顯示以及報表生成等功能一應俱全，客戶很好的滿足用戶的測試需求。
系統的性能高低往往取決于其性能最薄弱的一個環節，即所謂的“木桶效應”，現在，即使一個測試系統已經具備了高性能的軟硬件平臺，也并不能確保整個系統的高性能。由于軍工測試系統本身涉及到的信號類型眾多，信號間勢必會有極大的干擾，整個測試系統所處的電測環境十分惡劣。綜上所述，軍工測試系統性能的最薄弱環節往往出現在信號連接器上。所以我們通過采用國際通用的信號接入方法，為用戶提供精準耐用的連接器。
應用案例：
某風電測試系統，根據實際情況針對系統的信號連接器部分，為實現測試系統資源與被測件測試信號的可靠連接，信號電氣連接器裝置必須具有測試要求的功率容率、信號頻率和使用壽命，由電氣連接器所引入的附加信號衰減和干擾必須控制在測試所允許的范圍內，所以采用了模塊化的混裝連接器，如圖3所示。
此種連接器具備以下特點：
- 高性能：采用線簧連接器，接觸可靠，高插拔次數，具有接觸電阻小、負載電流大、抗震性能好及插拔力輕等優點。
- 適用性：根據實際信號情況把所有傳感器信號分為3組分別進行混裝連接，每個連接器內部，均采用模塊化的設計，用戶可以對所需的信號類型及路數進行自定義的設置，模塊化設計，便于升級及維修。
- 可靠性：使用耐高溫的高質量屏蔽線纜進行連接，最終使信號連接器部分對整個系統的影響降到最低。
在開發應用程序的過程中，通過軟件分層架構可以有助于工程師們高效的開發應用測試程序。如圖4所示，這樣的五層架構并非絕對層次，而是相對意義上的層次或功能層次的劃分。五個層次各具功能，協同起來可很好的達到可靠、適用、拓展的測試系統需求。
- 用戶界面層：負責人機對話和數據顯示等。
- 管理層：包括對系統硬件資源、標定信息、試驗流程配置、試驗操作以及試驗數據進行管理。
- 通信層：為主控終端提供原始數據引擎和狀態數據引擎。為實時采集系統提供配置信息和命令數據引擎。
- 測試流程控制層：這一層是執行端層次的核心結構，負責解析管理層的配置信息和命令參數并控制程序按照用戶配置的測試流程執行。同時向硬件驅動層發送指令和提取數據、分析數據，將原始數據和處理結果傳送到通信層。
- 硬件驅動層：為測試流程控制層和數據采集輸入設備、振動噪聲采集設備、數字I/O設備等建立標準接口，從輸入設備采集數據并發送到試驗流程控制層。
-
- 應用案例：
如圖5所示，某測試系統的應用程序提供了系統資源配置功能，程序運行時，系統會自動檢測到所有的硬件資源。在設備列表中列寫出來，用戶只需根據實際傳感器連接情況，對使用的設備進行使能選擇，并且可以配置相關的信息，比如通道名稱、傳感器類型、標定信息等。大大提高了系統的靈活性，給用戶提供最大限度的適用性空間，可以實現靈活的測試步驟和測試方法，滿足多種測試需求。
綜上所述，我們可以看出，要建立一個高效的軍工測試系統，不僅需要在系統建立最重要的三方面有優化、合適的選擇（即系統的軟硬件平臺、連接器及軟件結構），而且也需要具有系統化、發展性的設計技術理念的核心思想。同時，作為測試系統其本質不僅要具備測試行業本身的特性需求，還要順應其行業發展趨勢及特點，從技術發展及實際應用環境的角度來設計測試系統。
這樣才能在最大程度上滿足軍工行業對測試系統在可靠性、精確性、適應性和擴展性方面的發展需求，從而構建高效、精確的軍工測試系統。
作者介紹：
高天虹（1984年出生），女，北京中科泛華測控技術有限公司應用工程師，北京交通大學電子信息工程專業，主要從事測試技術方面的研究，獲得NI CLAD認證，有著豐富的項目經驗。
汪海波（1978年出生），男，北京中科泛華測控技術有限公司技術主管。主要從事自動化測試系統構建方面研究，擁有眾多大型項目開發實踐經驗。
