武器系统
自动化测试技术的发展趋势
张 婵 丛 敏
摘 要 论述了近年出现在测
试领域, 尤其是在军用测试领域的新技术、新工艺和新方法。着重讨论了标准接口总线技术、虚拟仪器技术、可测试性技术以及测试软件开发方面出现的一些新趋势。
军用测试领域的新技术、新方法作一综述。
1 标准接口技术的现状与发展
主题词 自动化测试设备
接口总线 虚拟仪器 可测性设计 测试软件
前 言
微电子技术的发展日新月异, 电子系统已在现代武器装备
中占据主导地位, 因此, 未来的局部战争将主要以电子战方式进行。
现代电子系统的模块化、数字化和通用化, 要求军用装备必须形成体系, 以适应未来的电子战。在这个体系中, 测试维修已是不可缺少的重要环节, 这说明, 在复杂的电子装备中, 测试诊断和维修是战斗力的组成部分, 关系到在电子战中的成败。
正是上述情况引起军用测试设备的不断更新和测试技术的不断发展, 同时, 微电子技术、计算机技术和数字技术的发展也为测试技术的发展创造了必要的条件。本文将对测试领域, 尤其是
趋势
1. 1 G P 2I B 总线
G P 2I B (G eneral Purpose 2In 2terface Bus ) 通用仪器接口总线是由美国HP 公司最先提出, 后经国际电工委员会(IEC ) 认可, 美国电气与电子工程师学会(IEEE ) 于1975年正式颁布了标准文件ANSI 2MIC1. 121975, 1987年6月IEEE 又通过了升级文本IEEE488. 2, 对代码、格式、通用命令等做了很多扩充。
G P 2I B 接口系统通常可连接的器件的数目最多为15台, 这是由接口电路负载能力的限制所决定的。数据最大传输路径总长为20m , 或者是器件数乘以2m , 二者取最小者。当传输距离超过此值时, 必须采用专用的距离扩展器, 利用距离扩展器传输距离可达1000m 以上。
G P 2I B 标准接口一问世就得到了人们的重视, 其应用也得到迅速发展。作为G P 2I B 发源地的美国HP 公司及Fluke 等大公司, 他们生产的仪器几乎都装备有通
用接口, 国内带有这种接口的仪器也在不断发展, 作为一种测试手段, 通用接口技术已深入到各个领域。产品繁多的S olartron 公司, 数字仪表的出厂检验装置就是G P 2I B 系统; 法国的Schlum 2berger 公司生产的大规模集成电路、印刷电路板测试装置也是利用G P 2I B 总线组建的。
作为一种通用接口技术, G P 2I B 为系统的组建提供了非常便利的手段, 利用它组建的系统方便灵活, 适应性强; 但由于这种系统的组建方式采用积木式结构, 当所需组建的系统较为复杂、器件较多时, 最终组成的系统就会非常庞大, 只适用于固定场合的测试。同时, 由于受最多器件数目的限制, 大的系统组建起来就非常困难。这些不利条件大大地限制了它在军事领域的应用, 尤其是后来军用测试设备推广模块化、便携化后, 人们开始逐渐把目光移到了更新的总线系统上。然而, G P 2I B 作为一种在世界范围内得到认可的标准接口技术, 而且几乎目前国内外生产的所有通用仪器都带有这种接口, 系统组建起来较简单, 调试周期也短, 因此在一些中小型军
本文2002204205收到, 作者系中国航天科工集团三院三部翻译、高级工程师
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用测试系统中仍占有重要的地位。1. 2 VXI 总线
VXI 总线是一种更新型的总
经成为世界上最为通行的数字仪
器标准总线。1. 3 PXI 总线
PXI 是PCI 在仪器领域的扩
系统的易于集成与使用。
PXI 与VXI 总线面向仪器领域的扩展性能比较见表1。基于C om pact PCI 工业总线规范发展起来的PXI 系统可以从众多可利用的软、硬件中获益, 如运行在PXI 系统上的应用软件和操作系统就是最终用户在通常的台式PCI 计算机上所使用过的软件。PXI 通过增加坚固的工业封装、更多的仪器模件扩展槽以及高级触发、定时和高速边带通讯性能更好地满足了仪器用户的需要。PXI 较高的性价比对很多用户有着较大的吸引力, 缺点是通用模块较少, 原因是PXI 目前尚未被IEEE 所认可, 一些大的仪器公司如美国的TEK 、HP 等公司一直对该总线系统保持沉默。
2 虚拟仪器技术
2. 1 虚拟仪器出现的背景与推
线标准, 是计算机技术和集成电
路技术发展到一个新阶段的产物。它是一种在世界范围内完全开放的模块化仪器总线系统, 集G P 2I B 和VME 总线精华于一身, 吸取了VME 计算机总线高速通讯和G P 2I B 仪器易于组合的优点, 集中了智能仪器、个人仪器和自动测试仪器的很多特长, 具有小型便携、高速数据传输、模块化结构、组建系统灵活方便、易于充分发挥计算机效能和标准化程度高等优点。因此, VXI 总线问世以来, 在全世界得到了迅速发展和推广。
VXI 系统在制定其硬件结构
展(PCI Extensions for Instrumenta 2tions ) 。作为一种总线体系结构, 它于1997年由美国国家仪器公司(NI 公司) 发布。PXI 将C om 2pact PCI 规范定义的PCI 总线技术发展成适合于实验、测量与数据采集场合应用的机械、电气和软件规范, 从而形成了新的总线体系结构。制定PXI 规范的目的是为了将台式PC 的性能价格比优势与PCI 总线面向仪器领域的必要扩展完美地结合起来, 形成一种主流的测试平台。
PXI 这种新型模块化仪器系统是在PCI 总线内核技术上增加了成熟技术规范和要求而形成的。它通过增加用于多板同步的触发总线和参考时钟、用于进行精确定时的星形触发总线、以及用于相邻模块间高速通讯的局部总线来满足实验和测量用户的要求。PXI 规范在C om pact PCI 机械规范中增加了环境测试和主动冷却要求, 以保证多厂商产品的互操作性和系统的易集成性。PXI 将Micros oft Windows NT 和Micros oft Windows 95定义为其标
标准的同时, 也推出了相应的软件结构标准VPP (VXI Plug&Play ) 。VPP 标准要求VXI 产品的制造商不仅要向用户提供VXI 模件, 还要提供VXI 模件的
广
80年代末由美国率先提出
底层驱动程序和满足VPP 标准的用户应用程序(如虚拟仪器软面板等) 和系统开发程序。比如HP 公司生产的每块VXI 模件, 都有相应的模块驱动程序和软面板, 并提供可视化的开发系统HP 2VEE 子程序。程序员所作的工作就是编写测试流程, 运用简单的命令调用VXI 模件的功能完成测试目的, 这样就大大简化了用户组建VXI 测试系统的工作。
由于VXI 总线已被美国电气及电子工程师协会(IEEE ) 批准为IEEE 21155标准, 并被世界上绝
了虚拟仪器VI (Virtual Instrument )
概念, 国际上从1988
年开始陆续有虚拟产品面市。美国是虚拟仪器的诞生地, 也是全球最大的虚拟仪器制造国, 生产虚拟仪器的主要厂家有HP 公司, 目前生产有100多种型号的虚拟仪器, 此外还有TEK 公司, NI 等公司。为配合虚拟仪器的推广和加强对虚拟仪器市场的占领, NI 公司一
准软件框架, 并要求所有的仪器模块都必须带有按VIS A 规范编写的WI N32设备驱动程序, 使PXI 成为一种系统级规范, 保证
表1 PXI 与VXI 总线面向仪器领域的扩展性能比较参考时钟
VXI PXI
10MH z EC L 10MH z TT L
触发线
8TT L &2EC L 8TT L
星形总线仅D 尺寸系统每槽1根
局部总线
12线13线
大多数仪器生产厂家所接受, 已飞航导弹 2002年第5期
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方面从硬件上提出了PXI 总线体2) 虚拟仪器的性价比高。一
系, 另一方面又加强了对应用于方面, 虚拟仪器能同时对多个参
虚拟仪器的软件工具的开发, 先数进行实时高效的测量, 同时, 后开发出了LibView , LibWin 2由于信号的传送和数据的处理几dows/C VI 等软件系统, 且版本不乎都是靠数字信号或软件来实现断升级。
的, 所以还大大降低了环境干扰虚拟仪器技术在我国的推广和系统误差的影响。此外, 用户应用是随着VXI 总线技术的引入也可以随时根据需要调整虚拟仪而开始的。虚拟仪器的出现是仪器的功能, 大大缩短了仪器在改器发展史上的一场革命, 代表着变测量对象时的更新周期。另一仪器发展的最新方向和潮流, 是方面, 采用虚拟仪器还可以降低信息技术的一个重要领域, 对科测试系统的硬件环节, 从而降低学技术的发展和工业生产将产生系统的开发成本和维护成本, 因不可估量的影响。此, 使用虚拟仪器比传统仪器经2. 2 虚拟仪器的特点
济。
虚拟仪器的实质就是利用现3) 虚拟仪器具有良好的人机有的计算机, 加上特殊设计的仪界面。在虚拟仪器中, 测量结果器硬件和专用软件, 形成既有普是通过由软件在计算机屏幕上生通仪器的基本功能, 又有一般仪成的、与传统仪器面板相似的图器所没有的特殊功能的高档低价形界面2软面板来实现的, 因此, 的新型仪器。它利用PC 计算机用户可根据自己的爱好, 通过编强大的图形环境和在线帮助功制软件来定义所喜爱的软面板形能, 建立中英文界面的虚拟仪器式。
面板, 完成对仪器的控制, 数据4) 虚拟仪器具有和其它设的分析与显示, 代替传统仪器, 备互联的能力, 如和VXI 或现场改变传统仪器的适用方式, 提高总线等的接口能力, 还可以将虚仪器的功能和使用效率, 降低仪拟仪器接入网络, 如I NTRANET 器的价格。与传统仪器相比, 虚等, 以实现对现场生产的监控和拟仪器具有很高的灵活性, 用户管理。虚拟仪器与传统仪器在功可以通过编制软件来定义它的功能、使用、价格等方面的比较结能。概括地说, 它主要有以下特果见表2。点:
2. 3 虚拟仪器的分类
1) 软件是虚拟仪器的核心。虚拟仪器的发展随着微机的虚拟仪器的硬件确立后, 它的功发展和采用总线方式的不同, 可能, 如抗混淆滤波、小波分析分为五种类型:
等, 主要是通过软件来实现的, 第一类:PC 总线2插卡型虚软件在虚拟仪器中具有重要的地拟仪器
位。美国国家仪器公司(NI ) 就曾这种方式借助于插入计算机提出一个著名的口号:软件就是内的数据采集卡与专用的软件仪器。(如DASP 与LabVIEW ) 相结合,
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完成测试任务。它充分利用计算机的总线、机箱、电源及软件的便利, 但它的关键取决于A/D 转换技术; 同时这种方式受PC 机机箱和总线限制, 且有电源功率不足, 在机箱内部的噪声电平较高, 插槽数目不多, 插槽尺寸较小, 机箱内无屏蔽等缺点。
插卡式仪器价格最便宜, 因个人计算机数量非常庞大, 用途广泛, 特别适合于教学部门和各种实验室使用。
第二类:并行口式虚拟仪器最近出现了一系列可连接到计算机并行口的测试装置, 它们把硬件集成在一个采集盒里或一个探头上。软件装在计算机上, 通常可以完成各种虚拟仪器的功能, 典型的有C OI NV 的I NV 306系列和LI NK 公司的DS O 221xx 系列数字示波器。它们的最大好处是可以与笔记本计算机相连, 方便野外作业; 又可与台式PC 机相连, 实现台式和便携式两用, 非常方便。
第三类:G P 2I B 总线方式的虚拟仪器
G P 2I B 技术是IEEE 2488标准的虚拟仪器早期的发展阶段, 它的出现使电子测量由独立的单台手工操作向大规模自动测试系统发展。典型的G P 2I B 系统由一台PC 机、一块G P 2I B 接口卡和若干台G P 2I B 形式的仪器通过G P 2I B 电缆连接而成。在标准情况下, 一块G P 2I B 接口卡可带多达15台仪器, 电缆长度可达20m 。
G P 2I B 技术可用计算机实现对仪器的操作和控制, 替代传统
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的人工操作方式, 可以很方便地把多台仪器组合起来, 形成大的自动测量系统。G P 2I B 测量系统的结构和命令简单, 造价较低, 主要市场在台式仪器市场, 适合于要求高的精确度, 但不要求对计算机高速传输状况时应用。
第四类:VXI 总线方式虚拟仪器
VXI 总线是一种高速计算机
第五类:PXI 总线方式的虚拟仪器
PXI 总线方式是在PCI 总线内核技术上增加了成熟的技术规范和要求形成的, 增加了多板同步触发总线的参考时钟、用于精确定时的星形触发总线、以及用于相邻模块的高速通讯的局部总线。PXI 的高度可扩展性:PXI 具有8个扩展槽, 而台式PCI 系统只有3～4个扩展槽, 通过使用PCI 2PCI 桥接器, 可扩展到256个扩展槽, 台式PC 的性能价格比和PCI 总线面向仪器领域的扩展优势结合起来, 将形成未来主流的虚拟仪器平台。2. 4 虚拟仪器对军用测试技术的影响
在冷战时期, 最先进的ATE (自动化测试设备) 技术首先服务于军事目的, 随后经过商业化发展逐渐转为民用。冷战结束后, 经济和科技都发生了重大变革, 美国国防部的战略也随之发生了变化, 既要确保武器装备的卓越性能, 又要考虑经济承受能力。
例如, 为了实现一台(套) 设备能同时完成F orward 、Intermediate 和Depot 三级维护测试任务的目标, 美国国防部要求三军广泛采用现成的商用和通用软
、硬件产品, 以期实现军用自动测试系统的标准化和通用化。由此可见, 军民两用测试技术的发展经历了一个完整的周期———首先应用于军事的技术(如VXI ) , 经过商业开发进一步降低成本, 变成先进的民用技术, 最后又卖给部队使用。
世界军用ATE 的发展趋势研究表明, 设计验证、生产检测和诊断维修一体化、标准化将成为军用ATE 的基本要求, 而建立在VXI 、PXI 总线标准上的ATE 将是今后发展的基本方向。同时, 军用ATE 系统的寿命一般长达20～30年, 在很多时候, 仪器硬件不是过时就是需要更新, 因此, 还需要一种无需改动程序代码就可用新的仪器硬件改进系统的方法———I VI 。军用测试软件工具和标准化需要巨额投资, 但随着技术的更新, 这些软件和标
总线2VME 总线在虚拟仪器领域的扩展, 它具有稳定的电源, 强有力的冷却能力和严格的RFI/E MI 屏蔽。由于它的标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块可重复利用、众多仪器厂家支持的优点, 很快得到广泛的应用。
经过十多年的发展, VXI 系统的组建和使用越来越方便, 尤其是组建大、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求高的场合, 有其它仪器无法比拟的优势; 然而, 组建VXI 总线要求有机箱、零槽管理器及嵌入式控制器, 造价比较高。
表2 虚拟仪器与传统仪器在功能、使用、价格方面的比较
传统仪器
功能定义与其它设备的连接
用户界面数据处理关键技术价格扩展性技术更新周期开发和维护
由仪器厂商定义
与其它设备的连接十分有限图形界面小, 人工读数, 信息量小数据无法编辑硬件是关键价格昂贵
系统封闭、功能固定、扩展性差技术更新慢(周期为5～10年) 开发和维护费用高
由用户自己定义
面向应用的系统结构, 可方便地与网络外设、应用等连接
全汉化图形界面, 计算机读数、分析和处理数据可编辑、存储、打印软件是关键
价格低廉(是传统仪器价格的五到十分之一) 基于计算机技术的开放的模块可构成多种仪器技术更新快(周期为1～2年)
基于软件体系的结构, 大大节省开发维护费用
虚拟仪器
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准的维护费用昂贵且非常难以升门独立学科的确立。
级。I VI 为军用软件测试规范和3. 2 可测试性技术的关键技术商用技术工具之间建立一种桥梁3. 2. 1 可测试性度量机制奠定了基础。
要提高产品的可测试性, 首先要对产品的可测试性水平进行3 可测试性技术及其在军事领
描述, 也就是进行可测试性度域的应用
量。可测试性度量方法需满足精3. 1 可测试性技术的产生
确性和简单性两个要求, 所谓精可测试性的概念最早产生于确性是指可测试性度量方法能准航空电子领域, 较早的航空电子确地预计产品测试程序生成的困设备的测试过程通常采用以分析难, 并且定位到产品的某一部输入/输出端口为主的“黑箱”方分, 从而便于对产品设计进行更式进行。随着电子设备功能和结改。而简单性要求则是指度量可构日益复杂, 可靠性、维修性要测试性的计算量应小于测试程序求日益增高, “黑箱”方法已越来生成的计算量, 否则, 可测试性越难以满足需求。为此, 要求测度量方法就会失去实际的应用意试人员以更积极的方式介入测试义。过程, 不仅要承担传统测试中激3. 2. 2 可测试性机制的设计与励生成者和响应分析者的角色, 优化
而且要成为整个测试过程的主导可测试性设计的过程就是将者和设计者, 通过改善被测试对某种能方便测试进行的可测试性象的设计使其更便于测试, 即提机制引入到产品中, 提供获取被高被测对象的可测试性。这种可测对象内部测试信息的渠道, 显测试性的思想和概念最早由F. 然, 合理、有效的设计可测试性Liour 等人于1976年提出, 随后,
机制是成功地提高产品可测试性美国国防部相继颁布了MI L 2水平的基础。现有的可测试性机ST D 2471A 通告《设备或系统的机制设计方法包括:LFSR 方法、电内测试、外部测试、故障隔离和平灵敏设计、I DDQ 技术、边界扫可测试性特性要求的验证及评描机制等等。可测试性机制的引价》、MI L 2ST D 2470A 《系统及设备入可以提高系统的可测试性指维修性管理大纲》、MI L 2ST D 22165标, 降低产品的全寿命周期费《电子系统及设备的可测试性大用, 但同时也会在一定程度上提纲》等一系列与可测试性相关的高产品的成本; 因此, 综合权衡标准规范。其中, MI L 2ST D 22165可测试性机制的性能和费用, 进可测试性大纲将可测试性作为与行可测试性机制的优化设计是可可靠性及维修性等同的设计要测试性技术能否成功应用的另一求, 并规定可测试性分析、设计个重要因素。及验证的要求及实施方法, 该标3. 2. 3 测试信息的处理与故障准的颁布标志着可测试性作为一
诊断
为了实现提高产品质量和可
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靠性, 降低系统全寿命周期费用的目标, 要求可测试性技术能够方便、快捷地获取有关被测产品状态的信息, 确定产品工作正常与否、性能是否良好、是否存在故障以及存在何种故障, 以便于采取调整设计、排除故障、更换备件等后续行为。在对复杂的对象进行测试时, 难点往往不在于如何获取测试信息, 而在于如何对所获取的大量信息进行处理。因此, 能否对所获取的测试信息进行有效处理并对可能存在的故障进行精确诊断是可测试性技术成功应用的关键, 也是特定目标可测试性设计方法的根本缺陷。3. 3 可测试性的实施途径3. 3. 1 BIT 技术
BIT 技术是指系统/设备依靠其内部专设的一些自检测电路和自检测软件来完成系统/设备自身器件的工作参数的检测和故障自诊断, 然后执行故障隔离的一种综合能力。换句话说, 就是系统/设备内部提供的自动检测、诊断或隔离故障的综合能力, 它能及时向操作和维修人员报告工作状态。通常要求将故障隔离到外场可更换部件(line replaceable unit , LRU ) 级。
BIT (尤其是第一代BIT ) 技术设计还不够完善, 存在虚警率较高、诊断能力不足和诊断模糊等问题, 还不能满足使用要求。根据有关资料报道, 美国空军试验和评价中心对F/A 218等战机的BIT 进行了分析, 得到的结论是:这些飞机的BIT 诊断能力仅达到50%～70%、而虚警率高
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达85%; 美国海军进行的研究表以及在工厂进行诊断的要求; 其明, 从军用飞机上拆下的外场可次, 对测试资源进行综合。在每换单元大约有70%是没有故障一级维修测试中要通过分析, 选的。用适当的诊断方法和设备, 综合3. 3. 2 综合诊断技术
应用这些设备达到诊断所有故障为了提高BIT 的故障检测率的目的, 且使费用最低。最后, 和故障隔离率, 减少虚警率, 提在系统的设计开发和使用中保障高诊断能力, 必须采用其它技术各个阶段的综合, 要根据各个阶途径, 如综合诊断技术。段的要求和特点, 使其很好地配综合诊断技术是把构成设备合和协调, 以便减少技术返工并诊断能力的所有因素(测试性、尽快达到所要求的诊断能力。测试软硬件、技术资料、人员及培训等) 进行综合, 使系统的诊4 国外军用ATE/ATS 的发展
断能力达到最大有效性, 以便降趋势
低虚警率, 这是综合诊断技术的科索沃战争使世人震惊的是主要内涵。它具体包括设计、制高度现代化电子战, 在它的启示造、测试、可靠性、维修性、人下, 各国都不得不研究高新技术机工程和后勤保障之间的相互关的作用、新的作战理念、武器体系, 其目标是有效地检测和隔离系的形成以及电子装备的发展趋系统及设备内已知的和预期要发势。此后, 世界上大多数国家, 生的所有故障, 以满足系统的任特别是美国十分重视电子战设备务要求。
的研制, 组成各自的子系统、大综合诊断技术强调的是“综系统和巨系统。测试设备是组成合”二字, 它综合利用了各种诊该体系的重要一环, 由于军用电断资源进行分析, 使各级维修测子装备对质量和可靠性要求高, 试都达到最佳诊断能力, 减小了因而测试设备对军用武器装备的使用维修费用, 提高了系统的可保障占有举足轻重的地位。
靠性。其特点是:首先, 进行外为适应现代高新技术武器装场级、中间级和基地级等多层次备日益增长的维修保障要求, 将的诊断、维修测试的综合, 并考继续沿着模块化、系列化、标准虑使用中的故障检测与性能监控
化方向进一步改善ATE 的技术
表3 F 216、F/A 218机载火控雷达BIT 使用值与技术要求规范对比表
比较参数
F 216的APG 266/%
F/A 218的APG 265/%
故障检测率 使用值(要求值) 24～40(95) 47(98) 故障隔离率 使用值(要求值) 72～85(95) 73(99) 虚警率 使用值(要求值)
34～60(1)
72(1)
不必要的拆卸率
30～70
诊断能力
诊断能力差, 只有50～75
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性能。根据目前ATE/ATS 发展的现状, 可以预见未来军用ATE/ATS 将着重在如下几个方面发展。
1) 大力采用VXI 总线, 发展虚拟仪器技术
VXI 总线作为一种开放式的系统结构, 它集成了计算机数字接口和模块化仪器的优点, 也代表了测试测量技术今后的发展方向。它支持高达32位的数据/地址传输, (目前VXI 已宣布支持64位数据传输) , 数据传输速率高。与G P 2I B 接口、IEEE 21394接口连接方便, 可实现小型化, 且开发周期短、成本价格低, 其性能更为优越。更因为VXI 总线被惠普、泰克等几家著名的全球仪器生产厂家推出, 已经被国际
权威标准化组织———IEEE 协会接纳, 成为IEEE 2115521992标准。系统资源丰富, 技术先进, VXI 总线自动测试系统已成为国际上最新的标准化、开放式、模块化的仪器系统, 被大力采用和推广。
采用VXI 总线的原因之一就是为虚拟仪器技术的推广创造条件。虚拟仪器与传统仪器的区别在于其利用必要的硬件, 完全依靠高速计算机的软件设计方法来实现多种ATE 的功能。软件实现的功能将完成现在许多仪器才能完成的功能, 具有开放性、模块化、复用性和互换性等特点, 成为高度集成的测试设备。虚拟仪器能够进一步缩小ATE 的体积、减少其重量、增强其实用性和灵活性, 并可产生许多物理设备难以产生的激励信号, 是ATE 发展的必然趋向。
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2) 系统的互换性和互操作性
这些要求设计到系统中, 确保武
将得到进一步加强
器装备实现可测试性。
互操作性是在测试设备的多4) 专家系统和人工智能技术种物理配置上运行给定的应用程将在综合诊断支持系统中得到越序的能力。互换性是用经由不同来越广泛的应用
设计或制造, 但具有足够能力的专家系统和人工智能技术利仪器设备代换给定仪器设备的能用计算机模拟人的思维过程和处力。由于采用VXI 、VXI Plug &理问题的方法, 对测试系统的输Play 、I VI 等标准, 使得我们在使出进行分析、推理和判断, 以提用VXI 仪器时, 摒弃了各个类型高测试系统的诊断能力。综合诊控制器接口各自为战的情况, 从断的目标是经济有效地检测和准而实现了系统的互换性和互操作确隔离武器系统及设备中所有可性, 更加便利地针对武器型号系能出现的故障, 以满足武器系统统使用仪器, 完成测试应用, 实的任务要求。在综合诊断支持系现应用级的即插即用。
统的设计中, 充分综合武器装备3) 大量采用C OTS 技术, 增诊断能力的所有相关要素(如可加对嵌入式测试支持技术的投入
测试性、可靠性、诊断测试软、C OTS 是commercial off the 硬件等) , 运用人工智能技术, shelf 的缩写, 即商品化的产品和描述、组织和学习综合诊断所需技术。很显然, 采用C OTS 技术的知识, 组织知识库, 快速地进能够降低军事装备研制、开发、行分析、推理和判断过程, 将极生产和使用维护中所需的各种测大地提高系统的故障定位和故障试设备的费用, 进一步提高系统隔离能力与反应速度, 降低系统的标准化程度, 保证系统能够实的虚警率和误报率。因此, 应用现互换性和互操作性的要求。这样的综合诊断支持系统, 并在VXI 总线技术以及VXI Plug&Play 武器装备和各级维修测试系统设技术等都是在这个过程中采用的计与管理的整个过程中贯彻执C OTS 技术。
行, 是武器装备测试系统发展的机内测试(built 2in test ) 是提一个方向。
高武器系统的机动性、灵活性、5) 通用自动测试系统倍受关可靠性和可维护性的重要手段, 注
能减少武器系统的保障维修费美国国防部最关心的是用低用, 提高武器系统的战备完好价格采购高性能的通用自动测试性, 是未来武器系统设计必须采系统, 因此提出要广泛地利用现取的手段之一。测试性分配将系成的商用硬件与软件产品, 扩大统要求的测试性指标按照一定的PC 机为基础的自动测试系统的原则和方法逐级分配给分系统、应用, 同时还要求把三级维护减设备、部件, 而可测试性设计把
为二级。重点指出三军武器系统维护测试必需要实现标准化要
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求:海军用综合自动维护系统(C ASS ) ; 空军用综合自动维护系统的新型通用测试站(C ASS , CTS ) ; 陆军用综合测试设备系列(AFTE ) 。三军武器系统的维护
测试系统是一种开放式系统, 通过简化面向目标的方法加强互操作和编码重用能力。利用VXI 方法可以设计出较小、较快、低价格高效能的自动测试设备系统, 其开放式结构采用了标准模块接口和公用协议以及“Windows Like ”绘图软件前面板。由于采用了典型的组装式结构, 因而可以用单模块或PC 卡与其它接口板和控制器装在插件箱内或机柜内。VXI 还有一些间隙可以装插射频(RF ) 和微波测试装置, 正在开发的模块测试系统(M MS ) 就是这样一种装置。模块测试系统平台特殊组件包括宽带接收机、频谱分析仪和低噪声源。虽然具有VXI 的类似优点, 但是模块测试系统还要求有较大的模块容限、大功率和冷却设备以及射频抗干扰的电子干扰设备。5 结束语
在今后的几年中, 为适应现代高新技术武器装备日益增长的维修保障要求, 测试系统将继续沿着模块化、系列化、标准化方向发展, 同时将加大采用各种新技术(如新型系统总线技术、高性能计算机技术、人工智能与专家系统技术等) 的力度, 进一步改善测试设备的技术性能。
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自动化测试技术的发展趋势
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摘 要 论述了近年出现在测
试领域, 尤其是在军用测试领域的新技术、新工艺和新方法。着重讨论了标准接口总线技术、虚拟仪器技术、可测试性技术以及测试软件开发方面出现的一些新趋势。
军用测试领域的新技术、新方法作一综述。
1 标准接口技术的现状与发展
主题词 自动化测试设备
接口总线 虚拟仪器 可测性设计 测试软件
前 言
微电子技术的发展日新月异, 电子系统已在现代武器装备
中占据主导地位, 因此, 未来的局部战争将主要以电子战方式进行。
现代电子系统的模块化、数字化和通用化, 要求军用装备必须形成体系, 以适应未来的电子战。在这个体系中, 测试维修已是不可缺少的重要环节, 这说明, 在复杂的电子装备中, 测试诊断和维修是战斗力的组成部分, 关系到在电子战中的成败。
正是上述情况引起军用测试设备的不断更新和测试技术的不断发展, 同时, 微电子技术、计算机技术和数字技术的发展也为测试技术的发展创造了必要的条件。本文将对测试领域, 尤其是
趋势
1. 1 G P 2I B 总线
G P 2I B (G eneral Purpose 2In 2terface Bus ) 通用仪器接口总线是由美国HP 公司最先提出, 后经国际电工委员会(IEC ) 认可, 美国电气与电子工程师学会(IEEE ) 于1975年正式颁布了标准文件ANSI 2MIC1. 121975, 1987年6月IEEE 又通过了升级文本IEEE488. 2, 对代码、格式、通用命令等做了很多扩充。
G P 2I B 接口系统通常可连接的器件的数目最多为15台, 这是由接口电路负载能力的限制所决定的。数据最大传输路径总长为20m , 或者是器件数乘以2m , 二者取最小者。当传输距离超过此值时, 必须采用专用的距离扩展器, 利用距离扩展器传输距离可达1000m 以上。
G P 2I B 标准接口一问世就得到了人们的重视, 其应用也得到迅速发展。作为G P 2I B 发源地的美国HP 公司及Fluke 等大公司, 他们生产的仪器几乎都装备有通
用接口, 国内带有这种接口的仪器也在不断发展, 作为一种测试手段, 通用接口技术已深入到各个领域。产品繁多的S olartron 公司, 数字仪表的出厂检验装置就是G P 2I B 系统; 法国的Schlum 2berger 公司生产的大规模集成电路、印刷电路板测试装置也是利用G P 2I B 总线组建的。
作为一种通用接口技术, G P 2I B 为系统的组建提供了非常便利的手段, 利用它组建的系统方便灵活, 适应性强; 但由于这种系统的组建方式采用积木式结构, 当所需组建的系统较为复杂、器件较多时, 最终组成的系统就会非常庞大, 只适用于固定场合的测试。同时, 由于受最多器件数目的限制, 大的系统组建起来就非常困难。这些不利条件大大地限制了它在军事领域的应用, 尤其是后来军用测试设备推广模块化、便携化后, 人们开始逐渐把目光移到了更新的总线系统上。然而, G P 2I B 作为一种在世界范围内得到认可的标准接口技术, 而且几乎目前国内外生产的所有通用仪器都带有这种接口, 系统组建起来较简单, 调试周期也短, 因此在一些中小型军
本文2002204205收到, 作者系中国航天科工集团三院三部翻译、高级工程师
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用测试系统中仍占有重要的地位。1. 2 VXI 总线
VXI 总线是一种更新型的总
经成为世界上最为通行的数字仪
器标准总线。1. 3 PXI 总线
PXI 是PCI 在仪器领域的扩
系统的易于集成与使用。
PXI 与VXI 总线面向仪器领域的扩展性能比较见表1。基于C om pact PCI 工业总线规范发展起来的PXI 系统可以从众多可利用的软、硬件中获益, 如运行在PXI 系统上的应用软件和操作系统就是最终用户在通常的台式PCI 计算机上所使用过的软件。PXI 通过增加坚固的工业封装、更多的仪器模件扩展槽以及高级触发、定时和高速边带通讯性能更好地满足了仪器用户的需要。PXI 较高的性价比对很多用户有着较大的吸引力, 缺点是通用模块较少, 原因是PXI 目前尚未被IEEE 所认可, 一些大的仪器公司如美国的TEK 、HP 等公司一直对该总线系统保持沉默。
2 虚拟仪器技术
2. 1 虚拟仪器出现的背景与推
线标准, 是计算机技术和集成电
路技术发展到一个新阶段的产物。它是一种在世界范围内完全开放的模块化仪器总线系统, 集G P 2I B 和VME 总线精华于一身, 吸取了VME 计算机总线高速通讯和G P 2I B 仪器易于组合的优点, 集中了智能仪器、个人仪器和自动测试仪器的很多特长, 具有小型便携、高速数据传输、模块化结构、组建系统灵活方便、易于充分发挥计算机效能和标准化程度高等优点。因此, VXI 总线问世以来, 在全世界得到了迅速发展和推广。
VXI 系统在制定其硬件结构
展(PCI Extensions for Instrumenta 2tions ) 。作为一种总线体系结构, 它于1997年由美国国家仪器公司(NI 公司) 发布。PXI 将C om 2pact PCI 规范定义的PCI 总线技术发展成适合于实验、测量与数据采集场合应用的机械、电气和软件规范, 从而形成了新的总线体系结构。制定PXI 规范的目的是为了将台式PC 的性能价格比优势与PCI 总线面向仪器领域的必要扩展完美地结合起来, 形成一种主流的测试平台。
PXI 这种新型模块化仪器系统是在PCI 总线内核技术上增加了成熟技术规范和要求而形成的。它通过增加用于多板同步的触发总线和参考时钟、用于进行精确定时的星形触发总线、以及用于相邻模块间高速通讯的局部总线来满足实验和测量用户的要求。PXI 规范在C om pact PCI 机械规范中增加了环境测试和主动冷却要求, 以保证多厂商产品的互操作性和系统的易集成性。PXI 将Micros oft Windows NT 和Micros oft Windows 95定义为其标
标准的同时, 也推出了相应的软件结构标准VPP (VXI Plug&Play ) 。VPP 标准要求VXI 产品的制造商不仅要向用户提供VXI 模件, 还要提供VXI 模件的
广
80年代末由美国率先提出
底层驱动程序和满足VPP 标准的用户应用程序(如虚拟仪器软面板等) 和系统开发程序。比如HP 公司生产的每块VXI 模件, 都有相应的模块驱动程序和软面板, 并提供可视化的开发系统HP 2VEE 子程序。程序员所作的工作就是编写测试流程, 运用简单的命令调用VXI 模件的功能完成测试目的, 这样就大大简化了用户组建VXI 测试系统的工作。
由于VXI 总线已被美国电气及电子工程师协会(IEEE ) 批准为IEEE 21155标准, 并被世界上绝
了虚拟仪器VI (Virtual Instrument )
概念, 国际上从1988
年开始陆续有虚拟产品面市。美国是虚拟仪器的诞生地, 也是全球最大的虚拟仪器制造国, 生产虚拟仪器的主要厂家有HP 公司, 目前生产有100多种型号的虚拟仪器, 此外还有TEK 公司, NI 等公司。为配合虚拟仪器的推广和加强对虚拟仪器市场的占领, NI 公司一
准软件框架, 并要求所有的仪器模块都必须带有按VIS A 规范编写的WI N32设备驱动程序, 使PXI 成为一种系统级规范, 保证
表1 PXI 与VXI 总线面向仪器领域的扩展性能比较参考时钟
VXI PXI
10MH z EC L 10MH z TT L
触发线
8TT L &2EC L 8TT L
星形总线仅D 尺寸系统每槽1根
局部总线
12线13线
大多数仪器生产厂家所接受, 已飞航导弹 2002年第5期
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方面从硬件上提出了PXI 总线体2) 虚拟仪器的性价比高。一
系, 另一方面又加强了对应用于方面, 虚拟仪器能同时对多个参
虚拟仪器的软件工具的开发, 先数进行实时高效的测量, 同时, 后开发出了LibView , LibWin 2由于信号的传送和数据的处理几dows/C VI 等软件系统, 且版本不乎都是靠数字信号或软件来实现断升级。
的, 所以还大大降低了环境干扰虚拟仪器技术在我国的推广和系统误差的影响。此外, 用户应用是随着VXI 总线技术的引入也可以随时根据需要调整虚拟仪而开始的。虚拟仪器的出现是仪器的功能, 大大缩短了仪器在改器发展史上的一场革命, 代表着变测量对象时的更新周期。另一仪器发展的最新方向和潮流, 是方面, 采用虚拟仪器还可以降低信息技术的一个重要领域, 对科测试系统的硬件环节, 从而降低学技术的发展和工业生产将产生系统的开发成本和维护成本, 因不可估量的影响。此, 使用虚拟仪器比传统仪器经2. 2 虚拟仪器的特点
济。
虚拟仪器的实质就是利用现3) 虚拟仪器具有良好的人机有的计算机, 加上特殊设计的仪界面。在虚拟仪器中, 测量结果器硬件和专用软件, 形成既有普是通过由软件在计算机屏幕上生通仪器的基本功能, 又有一般仪成的、与传统仪器面板相似的图器所没有的特殊功能的高档低价形界面2软面板来实现的, 因此, 的新型仪器。它利用PC 计算机用户可根据自己的爱好, 通过编强大的图形环境和在线帮助功制软件来定义所喜爱的软面板形能, 建立中英文界面的虚拟仪器式。
面板, 完成对仪器的控制, 数据4) 虚拟仪器具有和其它设的分析与显示, 代替传统仪器, 备互联的能力, 如和VXI 或现场改变传统仪器的适用方式, 提高总线等的接口能力, 还可以将虚仪器的功能和使用效率, 降低仪拟仪器接入网络, 如I NTRANET 器的价格。与传统仪器相比, 虚等, 以实现对现场生产的监控和拟仪器具有很高的灵活性, 用户管理。虚拟仪器与传统仪器在功可以通过编制软件来定义它的功能、使用、价格等方面的比较结能。概括地说, 它主要有以下特果见表2。点:
2. 3 虚拟仪器的分类
1) 软件是虚拟仪器的核心。虚拟仪器的发展随着微机的虚拟仪器的硬件确立后, 它的功发展和采用总线方式的不同, 可能, 如抗混淆滤波、小波分析分为五种类型:
等, 主要是通过软件来实现的, 第一类:PC 总线2插卡型虚软件在虚拟仪器中具有重要的地拟仪器
位。美国国家仪器公司(NI ) 就曾这种方式借助于插入计算机提出一个著名的口号:软件就是内的数据采集卡与专用的软件仪器。(如DASP 与LabVIEW ) 相结合,
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完成测试任务。它充分利用计算机的总线、机箱、电源及软件的便利, 但它的关键取决于A/D 转换技术; 同时这种方式受PC 机机箱和总线限制, 且有电源功率不足, 在机箱内部的噪声电平较高, 插槽数目不多, 插槽尺寸较小, 机箱内无屏蔽等缺点。
插卡式仪器价格最便宜, 因个人计算机数量非常庞大, 用途广泛, 特别适合于教学部门和各种实验室使用。
第二类:并行口式虚拟仪器最近出现了一系列可连接到计算机并行口的测试装置, 它们把硬件集成在一个采集盒里或一个探头上。软件装在计算机上, 通常可以完成各种虚拟仪器的功能, 典型的有C OI NV 的I NV 306系列和LI NK 公司的DS O 221xx 系列数字示波器。它们的最大好处是可以与笔记本计算机相连, 方便野外作业; 又可与台式PC 机相连, 实现台式和便携式两用, 非常方便。
第三类:G P 2I B 总线方式的虚拟仪器
G P 2I B 技术是IEEE 2488标准的虚拟仪器早期的发展阶段, 它的出现使电子测量由独立的单台手工操作向大规模自动测试系统发展。典型的G P 2I B 系统由一台PC 机、一块G P 2I B 接口卡和若干台G P 2I B 形式的仪器通过G P 2I B 电缆连接而成。在标准情况下, 一块G P 2I B 接口卡可带多达15台仪器, 电缆长度可达20m 。
G P 2I B 技术可用计算机实现对仪器的操作和控制, 替代传统
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的人工操作方式, 可以很方便地把多台仪器组合起来, 形成大的自动测量系统。G P 2I B 测量系统的结构和命令简单, 造价较低, 主要市场在台式仪器市场, 适合于要求高的精确度, 但不要求对计算机高速传输状况时应用。
第四类:VXI 总线方式虚拟仪器
VXI 总线是一种高速计算机
第五类:PXI 总线方式的虚拟仪器
PXI 总线方式是在PCI 总线内核技术上增加了成熟的技术规范和要求形成的, 增加了多板同步触发总线的参考时钟、用于精确定时的星形触发总线、以及用于相邻模块的高速通讯的局部总线。PXI 的高度可扩展性:PXI 具有8个扩展槽, 而台式PCI 系统只有3～4个扩展槽, 通过使用PCI 2PCI 桥接器, 可扩展到256个扩展槽, 台式PC 的性能价格比和PCI 总线面向仪器领域的扩展优势结合起来, 将形成未来主流的虚拟仪器平台。2. 4 虚拟仪器对军用测试技术的影响
在冷战时期, 最先进的ATE (自动化测试设备) 技术首先服务于军事目的, 随后经过商业化发展逐渐转为民用。冷战结束后, 经济和科技都发生了重大变革, 美国国防部的战略也随之发生了变化, 既要确保武器装备的卓越性能, 又要考虑经济承受能力。
例如, 为了实现一台(套) 设备能同时完成F orward 、Intermediate 和Depot 三级维护测试任务的目标, 美国国防部要求三军广泛采用现成的商用和通用软
、硬件产品, 以期实现军用自动测试系统的标准化和通用化。由此可见, 军民两用测试技术的发展经历了一个完整的周期———首先应用于军事的技术(如VXI ) , 经过商业开发进一步降低成本, 变成先进的民用技术, 最后又卖给部队使用。
世界军用ATE 的发展趋势研究表明, 设计验证、生产检测和诊断维修一体化、标准化将成为军用ATE 的基本要求, 而建立在VXI 、PXI 总线标准上的ATE 将是今后发展的基本方向。同时, 军用ATE 系统的寿命一般长达20～30年, 在很多时候, 仪器硬件不是过时就是需要更新, 因此, 还需要一种无需改动程序代码就可用新的仪器硬件改进系统的方法———I VI 。军用测试软件工具和标准化需要巨额投资, 但随着技术的更新, 这些软件和标
总线2VME 总线在虚拟仪器领域的扩展, 它具有稳定的电源, 强有力的冷却能力和严格的RFI/E MI 屏蔽。由于它的标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块可重复利用、众多仪器厂家支持的优点, 很快得到广泛的应用。
经过十多年的发展, VXI 系统的组建和使用越来越方便, 尤其是组建大、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求高的场合, 有其它仪器无法比拟的优势; 然而, 组建VXI 总线要求有机箱、零槽管理器及嵌入式控制器, 造价比较高。
表2 虚拟仪器与传统仪器在功能、使用、价格方面的比较
传统仪器
功能定义与其它设备的连接
用户界面数据处理关键技术价格扩展性技术更新周期开发和维护
由仪器厂商定义
与其它设备的连接十分有限图形界面小, 人工读数, 信息量小数据无法编辑硬件是关键价格昂贵
系统封闭、功能固定、扩展性差技术更新慢(周期为5～10年) 开发和维护费用高
由用户自己定义
面向应用的系统结构, 可方便地与网络外设、应用等连接
全汉化图形界面, 计算机读数、分析和处理数据可编辑、存储、打印软件是关键
价格低廉(是传统仪器价格的五到十分之一) 基于计算机技术的开放的模块可构成多种仪器技术更新快(周期为1～2年)
基于软件体系的结构, 大大节省开发维护费用
虚拟仪器
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准的维护费用昂贵且非常难以升门独立学科的确立。
级。I VI 为军用软件测试规范和3. 2 可测试性技术的关键技术商用技术工具之间建立一种桥梁3. 2. 1 可测试性度量机制奠定了基础。
要提高产品的可测试性, 首先要对产品的可测试性水平进行3 可测试性技术及其在军事领
描述, 也就是进行可测试性度域的应用
量。可测试性度量方法需满足精3. 1 可测试性技术的产生
确性和简单性两个要求, 所谓精可测试性的概念最早产生于确性是指可测试性度量方法能准航空电子领域, 较早的航空电子确地预计产品测试程序生成的困设备的测试过程通常采用以分析难, 并且定位到产品的某一部输入/输出端口为主的“黑箱”方分, 从而便于对产品设计进行更式进行。随着电子设备功能和结改。而简单性要求则是指度量可构日益复杂, 可靠性、维修性要测试性的计算量应小于测试程序求日益增高, “黑箱”方法已越来生成的计算量, 否则, 可测试性越难以满足需求。为此, 要求测度量方法就会失去实际的应用意试人员以更积极的方式介入测试义。过程, 不仅要承担传统测试中激3. 2. 2 可测试性机制的设计与励生成者和响应分析者的角色, 优化
而且要成为整个测试过程的主导可测试性设计的过程就是将者和设计者, 通过改善被测试对某种能方便测试进行的可测试性象的设计使其更便于测试, 即提机制引入到产品中, 提供获取被高被测对象的可测试性。这种可测对象内部测试信息的渠道, 显测试性的思想和概念最早由F. 然, 合理、有效的设计可测试性Liour 等人于1976年提出, 随后,
机制是成功地提高产品可测试性美国国防部相继颁布了MI L 2水平的基础。现有的可测试性机ST D 2471A 通告《设备或系统的机制设计方法包括:LFSR 方法、电内测试、外部测试、故障隔离和平灵敏设计、I DDQ 技术、边界扫可测试性特性要求的验证及评描机制等等。可测试性机制的引价》、MI L 2ST D 2470A 《系统及设备入可以提高系统的可测试性指维修性管理大纲》、MI L 2ST D 22165标, 降低产品的全寿命周期费《电子系统及设备的可测试性大用, 但同时也会在一定程度上提纲》等一系列与可测试性相关的高产品的成本; 因此, 综合权衡标准规范。其中, MI L 2ST D 22165可测试性机制的性能和费用, 进可测试性大纲将可测试性作为与行可测试性机制的优化设计是可可靠性及维修性等同的设计要测试性技术能否成功应用的另一求, 并规定可测试性分析、设计个重要因素。及验证的要求及实施方法, 该标3. 2. 3 测试信息的处理与故障准的颁布标志着可测试性作为一
诊断
为了实现提高产品质量和可
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靠性, 降低系统全寿命周期费用的目标, 要求可测试性技术能够方便、快捷地获取有关被测产品状态的信息, 确定产品工作正常与否、性能是否良好、是否存在故障以及存在何种故障, 以便于采取调整设计、排除故障、更换备件等后续行为。在对复杂的对象进行测试时, 难点往往不在于如何获取测试信息, 而在于如何对所获取的大量信息进行处理。因此, 能否对所获取的测试信息进行有效处理并对可能存在的故障进行精确诊断是可测试性技术成功应用的关键, 也是特定目标可测试性设计方法的根本缺陷。3. 3 可测试性的实施途径3. 3. 1 BIT 技术
BIT 技术是指系统/设备依靠其内部专设的一些自检测电路和自检测软件来完成系统/设备自身器件的工作参数的检测和故障自诊断, 然后执行故障隔离的一种综合能力。换句话说, 就是系统/设备内部提供的自动检测、诊断或隔离故障的综合能力, 它能及时向操作和维修人员报告工作状态。通常要求将故障隔离到外场可更换部件(line replaceable unit , LRU ) 级。
BIT (尤其是第一代BIT ) 技术设计还不够完善, 存在虚警率较高、诊断能力不足和诊断模糊等问题, 还不能满足使用要求。根据有关资料报道, 美国空军试验和评价中心对F/A 218等战机的BIT 进行了分析, 得到的结论是:这些飞机的BIT 诊断能力仅达到50%～70%、而虚警率高
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达85%; 美国海军进行的研究表以及在工厂进行诊断的要求; 其明, 从军用飞机上拆下的外场可次, 对测试资源进行综合。在每换单元大约有70%是没有故障一级维修测试中要通过分析, 选的。用适当的诊断方法和设备, 综合3. 3. 2 综合诊断技术
应用这些设备达到诊断所有故障为了提高BIT 的故障检测率的目的, 且使费用最低。最后, 和故障隔离率, 减少虚警率, 提在系统的设计开发和使用中保障高诊断能力, 必须采用其它技术各个阶段的综合, 要根据各个阶途径, 如综合诊断技术。段的要求和特点, 使其很好地配综合诊断技术是把构成设备合和协调, 以便减少技术返工并诊断能力的所有因素(测试性、尽快达到所要求的诊断能力。测试软硬件、技术资料、人员及培训等) 进行综合, 使系统的诊4 国外军用ATE/ATS 的发展
断能力达到最大有效性, 以便降趋势
低虚警率, 这是综合诊断技术的科索沃战争使世人震惊的是主要内涵。它具体包括设计、制高度现代化电子战, 在它的启示造、测试、可靠性、维修性、人下, 各国都不得不研究高新技术机工程和后勤保障之间的相互关的作用、新的作战理念、武器体系, 其目标是有效地检测和隔离系的形成以及电子装备的发展趋系统及设备内已知的和预期要发势。此后, 世界上大多数国家, 生的所有故障, 以满足系统的任特别是美国十分重视电子战设备务要求。
的研制, 组成各自的子系统、大综合诊断技术强调的是“综系统和巨系统。测试设备是组成合”二字, 它综合利用了各种诊该体系的重要一环, 由于军用电断资源进行分析, 使各级维修测子装备对质量和可靠性要求高, 试都达到最佳诊断能力, 减小了因而测试设备对军用武器装备的使用维修费用, 提高了系统的可保障占有举足轻重的地位。
靠性。其特点是:首先, 进行外为适应现代高新技术武器装场级、中间级和基地级等多层次备日益增长的维修保障要求, 将的诊断、维修测试的综合, 并考继续沿着模块化、系列化、标准虑使用中的故障检测与性能监控
化方向进一步改善ATE 的技术
表3 F 216、F/A 218机载火控雷达BIT 使用值与技术要求规范对比表
比较参数
F 216的APG 266/%
F/A 218的APG 265/%
故障检测率 使用值(要求值) 24～40(95) 47(98) 故障隔离率 使用值(要求值) 72～85(95) 73(99) 虚警率 使用值(要求值)
34～60(1)
72(1)
不必要的拆卸率
30～70
诊断能力
诊断能力差, 只有50～75
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性能。根据目前ATE/ATS 发展的现状, 可以预见未来军用ATE/ATS 将着重在如下几个方面发展。
1) 大力采用VXI 总线, 发展虚拟仪器技术
VXI 总线作为一种开放式的系统结构, 它集成了计算机数字接口和模块化仪器的优点, 也代表了测试测量技术今后的发展方向。它支持高达32位的数据/地址传输, (目前VXI 已宣布支持64位数据传输) , 数据传输速率高。与G P 2I B 接口、IEEE 21394接口连接方便, 可实现小型化, 且开发周期短、成本价格低, 其性能更为优越。更因为VXI 总线被惠普、泰克等几家著名的全球仪器生产厂家推出, 已经被国际
权威标准化组织———IEEE 协会接纳, 成为IEEE 2115521992标准。系统资源丰富, 技术先进, VXI 总线自动测试系统已成为国际上最新的标准化、开放式、模块化的仪器系统, 被大力采用和推广。
采用VXI 总线的原因之一就是为虚拟仪器技术的推广创造条件。虚拟仪器与传统仪器的区别在于其利用必要的硬件, 完全依靠高速计算机的软件设计方法来实现多种ATE 的功能。软件实现的功能将完成现在许多仪器才能完成的功能, 具有开放性、模块化、复用性和互换性等特点, 成为高度集成的测试设备。虚拟仪器能够进一步缩小ATE 的体积、减少其重量、增强其实用性和灵活性, 并可产生许多物理设备难以产生的激励信号, 是ATE 发展的必然趋向。
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2) 系统的互换性和互操作性
这些要求设计到系统中, 确保武
将得到进一步加强
器装备实现可测试性。
互操作性是在测试设备的多4) 专家系统和人工智能技术种物理配置上运行给定的应用程将在综合诊断支持系统中得到越序的能力。互换性是用经由不同来越广泛的应用
设计或制造, 但具有足够能力的专家系统和人工智能技术利仪器设备代换给定仪器设备的能用计算机模拟人的思维过程和处力。由于采用VXI 、VXI Plug &理问题的方法, 对测试系统的输Play 、I VI 等标准, 使得我们在使出进行分析、推理和判断, 以提用VXI 仪器时, 摒弃了各个类型高测试系统的诊断能力。综合诊控制器接口各自为战的情况, 从断的目标是经济有效地检测和准而实现了系统的互换性和互操作确隔离武器系统及设备中所有可性, 更加便利地针对武器型号系能出现的故障, 以满足武器系统统使用仪器, 完成测试应用, 实的任务要求。在综合诊断支持系现应用级的即插即用。
统的设计中, 充分综合武器装备3) 大量采用C OTS 技术, 增诊断能力的所有相关要素(如可加对嵌入式测试支持技术的投入
测试性、可靠性、诊断测试软、C OTS 是commercial off the 硬件等) , 运用人工智能技术, shelf 的缩写, 即商品化的产品和描述、组织和学习综合诊断所需技术。很显然, 采用C OTS 技术的知识, 组织知识库, 快速地进能够降低军事装备研制、开发、行分析、推理和判断过程, 将极生产和使用维护中所需的各种测大地提高系统的故障定位和故障试设备的费用, 进一步提高系统隔离能力与反应速度, 降低系统的标准化程度, 保证系统能够实的虚警率和误报率。因此, 应用现互换性和互操作性的要求。这样的综合诊断支持系统, 并在VXI 总线技术以及VXI Plug&Play 武器装备和各级维修测试系统设技术等都是在这个过程中采用的计与管理的整个过程中贯彻执C OTS 技术。
行, 是武器装备测试系统发展的机内测试(built 2in test ) 是提一个方向。
高武器系统的机动性、灵活性、5) 通用自动测试系统倍受关可靠性和可维护性的重要手段, 注
能减少武器系统的保障维修费美国国防部最关心的是用低用, 提高武器系统的战备完好价格采购高性能的通用自动测试性, 是未来武器系统设计必须采系统, 因此提出要广泛地利用现取的手段之一。测试性分配将系成的商用硬件与软件产品, 扩大统要求的测试性指标按照一定的PC 机为基础的自动测试系统的原则和方法逐级分配给分系统、应用, 同时还要求把三级维护减设备、部件, 而可测试性设计把
为二级。重点指出三军武器系统维护测试必需要实现标准化要
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求:海军用综合自动维护系统(C ASS ) ; 空军用综合自动维护系统的新型通用测试站(C ASS , CTS ) ; 陆军用综合测试设备系列(AFTE ) 。三军武器系统的维护
测试系统是一种开放式系统, 通过简化面向目标的方法加强互操作和编码重用能力。利用VXI 方法可以设计出较小、较快、低价格高效能的自动测试设备系统, 其开放式结构采用了标准模块接口和公用协议以及“Windows Like ”绘图软件前面板。由于采用了典型的组装式结构, 因而可以用单模块或PC 卡与其它接口板和控制器装在插件箱内或机柜内。VXI 还有一些间隙可以装插射频(RF ) 和微波测试装置, 正在开发的模块测试系统(M MS ) 就是这样一种装置。模块测试系统平台特殊组件包括宽带接收机、频谱分析仪和低噪声源。虽然具有VXI 的类似优点, 但是模块测试系统还要求有较大的模块容限、大功率和冷却设备以及射频抗干扰的电子干扰设备。5 结束语
在今后的几年中, 为适应现代高新技术武器装备日益增长的维修保障要求, 测试系统将继续沿着模块化、系列化、标准化方向发展, 同时将加大采用各种新技术(如新型系统总线技术、高性能计算机技术、人工智能与专家系统技术等) 的力度, 进一步改善测试设备的技术性能。
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