航电系统集成验证环境中的试验总控系统建设

胡晨/国营芜湖机械厂

0 引言

航电系统集成验证环境的主要功能是按增量集成策略完成航电系统从设备、分系统级到系统级的综合，完成航电系统的功能和接口测试。航电系统集成验证环境建设按功能可划分为试验总控系统、飞行仿真系统、综合配线系统、数据采集测试系统、模拟座舱、供配电系统、视景系统等，其中，试验总控系统主要完成航电系统集成验证环境试验设备的统一管理和配置。

1 总控系统建设的必要性

目前，航电系统已实现由联合式向综合化模块化IMA 航电系统的转变，产品之间互相融合和交联紧密、工作关系相互依赖，航电联试系统采用多种综合激励手段对产品进行测试。随着维修体制和模式改革的不断深入，维修体制由三级向二级转化，航电系统的维修流程也随之调整，除目前的修理后装机前检查外，还承担着分解后系统故检、为制定单机维修方案提供依据的任务，因此，航电系统的总控系统功能需要加强。按照一代飞机、多代航电的迭代升级理念，航电系统的升级及改装工作正在持续开发中，综观近几年的型号维修经验，为应对日益复杂的测试模式，建设试验总控系统势在必行。

2 总控系统建设的基本要求

试验总控系统通过以太网接口接入试验仿真网络，利用上位机的专用软件实现通信接口的定义，通过控制命令的下发以及通信数据的监控完成整个试验过程中的各类配置、参数、模型、数据及相互关联关系的管理以及测试设备状态的控制和管理，且具备按测试脚本进行自动化测试的功能，是航电系统联调联试环境的控制核心。因此，试验总控系统应具备以下功能：试验前对整个试验环境进行配置，设置试验参数；试验中对各模型的运行情况和设备间接口数据进行监控，进行故障注入或静态测试等；试验后，对产生的数据进行管理，实现试验结果的回放、分析、处理和报告生成。

3 总控系统建设的基本方案

试验总控系统应包括以下功能模块：试验配置管理模块、动态试验管理模块、静态测试模块、故障注入模块、自动化检测模块、试验数据管理模块。

3.1 硬件设备

试验总控系统硬件由工作站计算机、显示器、画面切换设备等组成，包括：总控系统工作站8 台；控制柜2 台；显示器若干；画面切换设备（KVM 设备）1 台；实时网交换机1 台、以太网HUB1 台。

3.2 软件

试验总控系统包含的应用软件有：硬线连接管理软件；电子接口设计与管理工具；I/O 资源操作软件；ICD 数据采集监控软件；静态激励管理软件；综合配线/配电管理软件；航电仿真管理软件；飞行仿真管理软件；飞行仿真视景软件；自动化检测软件；试验健康监控软件。

本文主要介绍总控系统的硬线连接管理软件、 电子接口设计与管理工具、自动化检测软件、试验健康监控软件。

1）硬线连接管理软件

航电系统综合试验台是一套复杂系统，各类参试设备和真件设备相互交联，电缆连接关系错综复杂。硬线连接管理软件主要用于对试验系统中各设备及其接插件之间的电缆线束连接关系进行编辑、查询、检索和管理，主要实现以下两方面的功能。

a.便于试验系统的调试和维护。通过软件的方式对试验系统中数万/数十万根硬线进行管理，在系统出现故障时方便进行故障的定位并及时排故。

b. 为各类试验软件提供基础数据支撑。试验系统的设备间连接关系决定了某个通道或某个模块的应用功能。由硬线连接关系可以得出数据采集或配线开关与ICD 数据之间的对应关系，通过软件间的配置文件接口，实现对硬线连接信息的复用。

硬线管理的定制软件具备以下功能：支持各接口板的功能配置和自检测，并能显示错误信息；统一管理各种硬件资源，包括离散量、模拟量等接口板卡，实现板卡的初始化、工作、退出等操作；具备非总线数据监控、解析、判读、记录与传输、回放等功能；硬线数据的存储和管理，如硬线数据的增删改查操作、硬线数据的版本管理以及系统用户的权限管理。

硬线管理系统的外部接口包括：联试环境的机上电缆在设计过程中会引出专门的测试电缆，通过航插连接器与测试系统的调理箱对接；系统可通过试验仿真网络接收测试主控命令，读取脚本判据，以及向数据管理中心传输判读结果和过程记录文件。

2）电子接口设计和管理软件

电子接口设计和管理软件是对复杂电子系统各设备间的接口信息进行设计与管理的工作平台。各航电设备之间通过ICD 交换的信号类型越来越复杂、数量庞大，因而ICD 的设计和管理成为了系统设计中的关键环节。传统的ICD设计手段，无论是采用文档编辑器（如word）手工编制管理ICD 数据，还是简易的数据库应用程序，都费时、费力，效率低且容易出错，已无法满足日益复杂化的要求。电子接口设计和管理软件有效解决了上述问题，为ICD 设计与管理提供了一个功能强大、操作简单的环境，可以支持多人多型号多种总线形式的并行开发，同时还对ICD 信息在系统仿真、系统测试和软件开发中的应用提供了有力支持，如图1 所示。

电子接口设计和管理软件主要由ICD 数据库、服务器端和客户端三个部分构成，各部分关系如图2 所示。所有ICD 数据均存储在ICD 数据库中，系统可通过试验仿真网络接收测试服务器端的主控命令，支持航电系统总线的源码数据实时监控、解析数据实时监控、导航数据转发、总线判据自动检测、记录、源码回放、解析回放、远程终端仿真等功能；同时服务器端还负责ICD 数据的版本管理以及系统用户的权限管理，用户通过客户端界面对ICD 数据进行设计、检索以及加载。

3）自动化检测软件

自动化检测软件基于NI TestStand自动化检测引擎进行开发，提供了测试序列的编辑及测试序列管理、模板管理、序列执行与调试、结果判读等功能，并可自动生成测试报告。自动化检测软件还可用于人工测试的总线数据的生成与采集，还可进行物理件与仿真模型件间的切换控制、仿真模型件的状态控制、在线调参及仿真数据监控等功能。自动化检测系统提供的功能如下。

a. 测试功能

包括自动读取总线数据及离散和模拟信号值，自动修改总线数据及离散和模拟信号值，自动设置设备状态，自动设置仿真参数，自动判读测试结果，自动生成测试报告。

b. 测试序列编辑与管理

包括测试序列图形化编辑、If/else/while 流程控制、用户交互功能、测试序列配置管理、测试序列嵌套功能、测试库、测试模板、测试变量编辑。

c. 测试序列执行与监控

包括测试结果突出显示、测试变量查看、执行堆栈显示、表达式查看、断点调试功能。

d. 测试报告自动生成

自动化检测软件采用三层架构，上层界面程序供用户操作，中间层调用TestStand 的ActiveX 和API 控制测试步骤及测试执行状态，底层Module 发送指令控制试验系统完成操作，返回执行结果供界面显示。

软件架构如图3 所示，分为测试序列的编辑和执行两个主要流程。用户通过测试界面软件编辑测试序列，系统调用TestStand 引擎生成测试序列文件。在执行测试时，通过测试界面软件调用TestStand 引擎创建测试序列执行进程，并自动执行测试序列中的各个步骤。

图1 支持功能

图2 结构图

图3 软件架构图

软件使用流程如图4 所示。

自动化检测软件使用TestStand 引擎作为测试序列编辑和执行的核心。序列编辑器和操作者界面利用API 访问NI TestStand 引擎，对测试序列进行编辑和管理，并对测试序列的执行过程进行控制和管理，对测试序列执行的过程数据进行访问和监控。

4）试验健康监控软件

图4 软件使用流程

航电系统是高度模块化、综合化的系统，系统本身以及系统设计和集成过程的特点包括系统组成的设备众多，需要诸多分系统进行分布的集成和验证。

试验过程中，试验人员面临如何提高研发周期的挑战，具体表现为如何监控试验资源，如何协调分配资源，如何控制试验环境的一致性。

试验健康监控系统与试验环境中其他系统进行实时信息交互，从而实现对试验环境的总体监控。

试验健康监控系统能够帮助试验人员有效管理试验资源，从而提高研发效率。试验健康监控面向的对象主要是设备资源和软件资源。试验健康监控系统的功能如下。

a. 贴近物理的监控视野。采用机柜-设备-信息的逐级监控模式，几乎贴近物理视野。

b. 所见即所得的显示。资源的状态由资源图片+颜色来显式表达，资源的信息通过浮动方式展现，直观形象。

c. 实时监控资源。系统对资源进行实时监控，并记录异常日志。

d. 统一管理信息。系统统一管理试验版本信息，并向整个试验环境发布，如果分系统使用的信息不一致，系统将提供预警功能。

e. 数据驱动模式。资源的数量、位置等信息采用动态配置，支持试验环境的调整。

4 结束语

总控系统承担着整个平台的主控、试验构型配置等功能，实现了仿真模型件和真实物理件之间的切换，完成了航电系统从全仿真到半实物仿真再到全实物联试的整个过程，是系统级综合集成验证平台的核心部分。随着多个型号航电系统的研制生产、交付使用，大量用于研制阶段的系统级综合验证理念、方法被引入航修领域中，总控系统需结合修理系统的需求特点及技术发展进行特色化、实用化改进，以提升飞机修理的可测试性及可靠性。