基于栅格服务的测试保障智能化研究

李 祺，罗章雨，佘敦俊

(北京机电工程研究所，北京 100074)

0 引言

测试保障是某类装备技术支援保障的重要技术环节，测试设备是该测试保障的核心功能装备，所以测试设备一般采用从属技术支援系统按比例配套的方式。技术支援保障单位作为使用方一般按照型号进行“多线作业”模式配置技术支援系统；随着多型号装备快速服役和系列化发展，保障单位一般会承担多型保障任务，因此会同时拥有很多套测试设备[1-3]。

近年来，随着测试设备通用化和标准化设计要求越发细化，该类装备配套测试设备所采用的通用平台和专测组件集成模式快速推广，通用平台及其集成的通用仪器资源技术能力也随着科技发展逐渐变强，进而较大程度压缩了各型专用测试组件配置规模，使得保障单位实际针对某型装备测试保障过程中，可使用的测试保障资源尤其是通用部分，远比能力建设时的标准配置要多，尤其对于具备多型保障能力的客户而言，如果测试仪器资源能够“根据测试保障需求”自主在线重组，将极大提升资源利用率、测试保障效率和系统保障性，还可由测试保障带动整个技术支援保障的智能化和自动化水平，形成根据需求重组保障系统的能力，进而全面提升保障力。

1 测试保障智能化需求分析

技术支援保障任务中最为核心的是技术准备保障工作，一般技术准备保障流程分为十几个环节，测试保障为其中一个环节。技术准备平均时间是技术准备保障指标体系的核心，直接关系装备应用指挥筹划。由于技术准备流程其它环节用时短、共用资源充沛、使用简单且以人力驱动为主，可以通过增加人力资源实现保障时间的压缩，而测试保障环节受限于测试设备资源数量、测试流程固化以及领域性通用化程度所带来的状态管控难度，导致保障单位一般只能按系统固化配置开展工作，形成了技术准备时间消耗的瓶颈。

1.1 栅格资源虚拟化封装技术

测试保障所使用的栅格资源主要是网络仪器资源，其虚拟化管理以APP形式挂接在云平台上对外提供服务，对测试仪器资源能力的虚拟化封装主要是对各层级仪器资源组合的虚拟化以及仪器资源基本能力的封装和描述管理，提供数字化的描述设置，便于需求与能力的对接，如主控机柜、综合机柜、测试机柜、PIX总线设备、电源机柜、专用机柜等资源集合及其内部信号源、板卡等设备数量、参数范围、通道等管理。仪器资源能力封装整体业务流程图如图1所示。

图1 仪器资源能力封装流程图

1.2 测试保障任务封装执行技术

传统的测试保障任务以测试软件为灵魂对测试仪器资源进行有序调度完成所有测试流程。测试软件本身即为测试保障任务模型，只对测试项目和测试程序进行执行层面的管理，不进行测试需求和测试环境管理。

通过栅格资源虚拟化封装技术封装的测试仪器资源包括各种测试仪器及仪器组合，具备了在逻辑域灵活运用图形化仪器资源搭建虚拟系统，进而映射至物理域集成测试设备使用的能力。因此栅格保障技术调用的测试保障任务需要在传统的测试软件基础上升级为包含虚拟仪器资源信息的TPS，作为测试保障任务模型进行管控，初始TPS任务模型封装在已有测试软件基础上，一般需要通过对虚拟化栅格仪器集成调用完成，在传统测试软件基础上升级虚拟仪器资源信息的原理过程大致如下：①首先TPS系统向栅格管理软件请求仪器资源的相关信息及函数信息；②栅格系统根据TPS的请求从数据库中调取数据，根据程序约定好的通讯协议格式进行拼装，并将TPS请求的数据根据约定好的通讯协议传输给TPS；③TPS根据获取到的数据包以及程序约定好的协议进行解析，将解析出的信息形成相应的状态图元和函数信息。通过对每条测试流程升级虚拟仪器资源信息，完成栅格可以调用的测试保障任务模型封装。

形成的状态图元主要表征测试任务属性，专门用于智能化自主测试任务执行前任务状态与仪器资源集合匹配状态的确认，因此状态图元是网络仪器资源虚拟化管理和测试保障任务模型化封装执行的核心焦点。当利用状态图元搭建测试流程/集成测试设备时，需要设置状态图元的属性。流程如图2所示。

图2 仪器资源使用流程图

仪器资源虚拟化后的所有函数信息可供TPS等其他软件应用，TPS可通过虚拟化的函数信息形成相应的图元信息，通过图元的拖拽组成相应的测试序列(即封装后的测试流程)，通过执行测试序列，完成从逻辑域至物理域的映射，逐条执行测试流程完成测试保障任务。

图3 基于云服务的测试保障体系运转示意图

在测试过程中，除了需要所有测试仪器资源虚拟化的测试图元外，也需要测试过程中相关动作的图元，即为“逻辑图元”，包括并、或、等待、循环等动作。测试资源虚拟化平台对此些图元也进行相应的虚拟化，并作为固定的图元库存放到云平台当中。

2 基于栅格的智能化测试保障设计

某通用型测试设备由通用测试系统平台加装各型号专用测试组件组成，系统全面采用网络化技术架构、由网络仪器集成，已经具备了应用栅格化技术实施智能化测试保障的能力，下面将以该型测试系统为背景论述测试保障智能化技术研究。

2.1 栅格资源划分

图6 通用测试系统平台栅格节点构建示意图

由于测试系统型号专用测试组件的强专用性和面向专用功能目标的设计，一般不作为可拆分的独立功能包划分节点；因此通用测试系统平台实际上是客户需要充分利用的协同作业独立功能节点，同时通用测试系统平台由大量智能仪器集成，全面采用网络互联，已经具备了分布式测试技术实施的基础，还可继续拆分其独立功能，因此多个通用测试系统平台已经具备构建测试保障体系、推进互操作能力建设、形成测试保障栅格的条件。以通用测试系统平台为背景，从构建栅格的角度重新划分资源及其能力，以栅格应用的角度重新构建测试系统资源动态调度体系，形成面向栅格应用的测试保障能力，推动测试保障智能化。

根据栅格技术应用需求，组成栅格应用节点的智能仪器需要具有如下两个独立特征：

1)通信控制能力：用于与栅格体系进行互操作的通信控制，为了实现栅格所追求的信息快速共享和使用；

2)独立应用界定：栅格体系应用节点对于整个栅格体系而言提供对应其模型描述的独立功能，如传感、响应、激励等。如果其功能缺失独立性，如A设备必须与B设备配对使用，虽然A和B都有独立的通信能力，但仍需将A和B组合作为一个独立节点对待。

通用测试系统平台采用网络化技术架构，但鉴于该装备测试时对时序要求的严格性，低频测量系统采用PXI总线技术架构，且直接通过机内电缆连接到标准接口上，然后再与各型专用接口适配器及测试电缆连接，如图5所示。

图5 图元库管理示意图

图5 通用测试系统硬件平台设备连接图

由图5所示，从集成仪器资源面向使用的角度出发，标准接口设备作为众多测试资源使用的统一接口，是各型装备测试适配器的唯一匹配对象，且从技术规范的设计角度而言，标准接口设备与适配器的配合用于提供通用接口向专用接口的技术转换，所以整个标准接口设备及其后端涉及功能使用接口硬件需要作为一个整体看待，即整个电源机柜+测试机柜设备；综合机柜承载了测试系统所有射频仪器，每个射频仪器有独立使用功能及硬件接口，所以综合机柜需要按照承载仪器独立划分栅格应用节点，如微波信号源、数传信号源等均为独立栅格节点，由于通用测试系统平台仅包含微波信号源，故后续论述仅以微波信号源作为有关典型应用开展，机柜内网络供电接口转接设备的功能就是网络通信转接，须作为栅格基础通信设施，不做独立功能节点考虑；主控机柜中主控计算机和显示器功能耦合连接，计算机和电子证书读写器功能硬件接口耦合，所以此三者合并作为一个独立栅格节点；ups不做网络控制，作为整个系统的辅助设施，无须考虑其体系内应用定位；示波器已经采用了智能化产品，本就是美国栅格技术的样本产品，是栅格节点之一；网络供电接口设备作为主干线网络通信控制设施，需要将其控制部分剥离出来封装作为栅格应用节点考虑，网络通信可直接作为通信基础设施看待。

因此对于通用测试系统平台而言，整个产品可按照上文面向使用划分为整个电源机柜+测试机柜设备、微波信号源、计算机+电子证书读写器+显示器、示波器、网络供电接口设备共5个应用节点，可定义为：标准接口、微波信号源、显控终端、示波器和供电控制。

2.2 智能测试保障方案

测试保障除去测试准备和测后行动外，一般包括若干被测对象的功能单元测试和综合测试，每种测试面向被测对象的不同功能单元，因此使用测试设备的功能仪器协同不尽相同。栅格化技术应用于测试保障提高效率便是着眼于此处，如果能将每种功能仪器在具体测试任务层面上进行智能筹划以提升应用效率，回避传统测试设备集中式应用测试资源的粗放式管控，形成以仪器资源为单位的“物尽其用”效果，将对测试保障平均用时压缩形成新的研究方向。

在传统技术支援保障管理模式下，测试设备作为一个整体参与技术支援保障过程。在技术准备流程中，装备各项测试保障均需占用一套测试设备，因此可同时作业的装备数目等同于系统内测试设备的数目。采用基于时间Petri网(Timed petri net，TdPN)理论建立该保障模式下的保障过程模型如图7所示。

图7 原始保障过程模型

图中各元素符号含义如表1所示。

表1 原始保障过程模型元素说明

假设单元Ⅰ测试需要10分钟，单元Ⅱ测试需要25分钟，单元Ⅲ测试需要20分钟，综合测试需要15分钟，则在技术支援系统内有N套测试设备的条件下，可得出准备N个该装备所需时间为:

(1)

在栅格化保障模式中，测试设备不再作为一个设备整体参与到技术支援保障过程，而是将其分化为由多个测试资源栅格节点组成的组合，在技术准备流程各步骤中依据测试需求，对栅格节点进行适用性组合应用，实现各测试资源的灵活组合，参与到技术支援保障流程；而此时不需要参与使用的测试资源栅格节点可以从当前任务中释放，并在其它任务中使用组合，从而面向测试资源应用提升其复用效率。

依照栅格保障技术方案，传统保障模式中的一套测试设备，可拆分为保障栅格中的4个保障设备节点：键盘显示组合节点(x1)，示波器节点(x2),，信号源节点(x3)和测试接口节点(x4)。则依据保障过程，基于TdPN理论建立栅格保障模式保障模型如图8所示。

图8 栅格模式保障过程模型

假设单元Ⅰ测试需要10分钟，单元Ⅱ测试需要25分钟，单元Ⅲ测试需要20分钟，综合测试需要15分钟，则在系统内有n1个键盘显示组合节点(x1)，n2个示波器节点(x2)，n3个微波信号测试节点(x3)和电源及测试接口节点(x4)，n4个测试设备的条件下，准备N个该装备所需时间可由仿真计算得到。

图9 准备N个该装备所需时间与栅格节点配置仿真效果图

由此可见，测试保障任务分解越细致、数量越多，测试保障应用栅格化技术优势越发明显；如果栅格节点区分能够更为细致、精准，可供灵活调度、分时复用仪器资源更多，测试保障智能应用效果更为突出；不但如此，在多型、多量装备协同测试保障过程中，应用此模式将更能充分发挥仪器资源的使用效率，能够满足未来新型模式下技术支援保障协同指挥筹划、提升保障力需求。

3 结束语

栅格技术可以充分发挥通用化和标准化测试设备成果，充分提升资源使用效率，使客户对于装备技术能力及状态的管理直接深入到可供调度的资源级别，对上可以利用栅格技术集成传统应用的功能系统，对下利用互操作技术直接调度栅格节点资源，融合逻辑域与物理域，构建智能化指挥平台，为指挥保障一体化奠定基础。

测试保障的智能化成果可直接引入技术支援保障领域，推动技术支援系统装备及其资源栅格化，构建技术阵地装备资源化调度能力，可带来装备技术阵地保障力升级，包括推动技术支援系统通用化/标准化发展、牵引机电一体化技术推动AGV的广泛应用等，进而推动模型化保障指挥能力的快速发展，构建技术准备保障自主调度、流转能力，减少人的参与、提升保障工作准确度、减少技术准备平均时间，全面提升效率。