国内航空装备自动测试系统标准体系研究

刘艳辉，王红，邢海波

（1.中航工业北京长城航空测控技术研究所，北京 100111；2.中国人民解放军93128部队，北京 100038）

0 引言

自动测试系统（ATS：Automatic Test System）是航空装备保障的重要组成部分，是装备维修的物质基础，其直接影响航空装备战备完好性，直接关系到部队战斗力[1-3]。随着航空装备技术的发展，被测对象日益复杂，相应的测试设备及ATS，其型号种类、技术复杂度和造价都呈现了极大的增长。由于缺少系统标准的支撑，我军航空装备ATS存在两种问题：1）不同型号的航空装备，其同类保障测试设备的种类繁多、兼容性差、难以共用，已经完全不能适应主战装备现代化作战模式的要求；2）同一型号不同的测试设备和不同型号的同类测试设备如何统型、如何验证统型后系统是否实现了通用化、规范化设计，这亦迫切地需要开展研究[4-5]。尽管实际工作中已制定了一些管理标准，但没有形成一个完整的标准体系，使用中的可参考性意见也不系统，亟需开展航空装备ATS标准体系研究[6]。

1 国外自动测试系统标准发布与应用现状

美国国防部ATS执行署（DoD EAO for ATS）于2002年4月召集陆、海、空和海军陆战队，以及工业部门，组织成立了下一代综合测试产品机构（NxTest IPT），开始实施NxTest计划。该计划的主要目标是负责新一代ATS的定义、开发、验证和计划实施，降低ATS采办和使用费用，改进ATS的互联和互操作性。在体系结构上，NxTest建立了一种基于信息平台的框架结构，如图1所示[7]。组成这一平台的各种要素具有统一的接口标准，产品寿命周期各个阶段的测试资源通过这种信息平台实现共享。在软硬件实现上，将系统划分为通用的功能模块，具体的应用系统，采用积木方式由这些通用的功能模块搭建而成。模块的划分和系统集成方式可能有别，但对模块的功能和接口实施标准化则是一致的做法。

图1 的框架结构确定了影响ATS通用性的24个关键元素，它们分属于自动测试设备（ATE）、测试程序集（TPS）、被测对象（UUT）和接口（ICA）等4个部分。其中一些关键元素是强制规定必须有的。为了实现这种强制性，推荐的关键元素必须有可用的商业产品或标准来实现其规定的目标和准则。NxTest IPT正逐步地完成测试系统标准化的定义。

图1 下一代自动测试系统架构

从国外ATS发展状况中可以看出，标准在其发展进程中起着重要的作用。尤其是开放系统的提出，更将标准的采用作为ATS研究和发展的核心要素。

2 国内自动测试系统标准现状分析

2.1 问题分析

我国军用ATS的标准化工作起步比较晚，至今没有形成完整的体系。自2000年以来，国内已发布的ATS相关标准约10余部，内容涉及ATS的通用要求、测试程序集要求和接口要求等。这些标准在一定程度上规范了各种军用测试设备的设计、研制和验收过程，但还存在较多的问题，主要有：

1）标准不成体系，没有涵盖ATS全寿命过程的技术要求和管理要求；

2）通用性规范较多且彼此之间功能重复、内容冗余，个别存在冲突，互不通用；

3）没有落实测试性设计和测试设备的结合，且产品的研制过程、生产过程和使用过程中各个阶段各个环节的测试互不相关，没有统一的、贯穿产品全寿命周期的测试数据标准。

总之，国内在ATS标准领域还很薄弱，标准的实际指导应用性差，约束力弱，难以适应航空装备ATS研制与使用需求，迫切地需要遵循通用性和开放性设计的基本原则，研究构建能够覆盖不同测试对象、涵盖各个组成部分、规范测试信息交换各个环节的ATS标准体系。

2.2 标准化需求分析

由于航空装备具有机动式作战的使用特点，所以要求其武器装备系统具备更高的机动性、更小的转场规模和更短的部署时间；要求武器装备及其测试设备具有更好的通用化水平，因而ATS的标准化就显得非常重要。ATS的维修和升级贯穿于产品的全寿命周期，其升级性关系到国防资源可用量和经费预算值，加强ATS的标准化，充分地发挥系统的继承性、通用性和稳定性，确保系统性能最佳、持续时间最长、升级性最好，显得尤为重要。

近年来，国内测试设备迅速发展，涌现出了一大批自主研制的机箱机柜、测试资源、阵列接口、软件平台的供应商和系统集成单位，各个单位对标准的需求与侧重也各有差异（如表2所示）。例如：软件平台供应商应根据标准对运行环境进行升级，使之提供标准规定的接口；按照标准提供相应的运行环境引擎来安装文件；对TPS开发环境进行升级使之能生成满足标准要求的TPS安装文件和测试配置文件。对于货架产品由仪器设备供应商或系统集成单位按照相关驱动接口标准开发仪器驱动程序，交付仪器时应同时交付满足标准要求的仪器驱动程序安装包。对于专用测试及激励设备，由设备设计、制造单位或系统集成单位按照本标准及相关驱动接口标准开发仪器驱动程序；ATS集成商按照标准开发驱动程序，系统集成时将满足标准要求的运行环境引擎、标准要求的仪器驱动程序和标准要求的TPS安装到ATE上。

表2 航空自动测试系统标准化需求表

3 自动测试系统标准化目标

航空装备的型号众多，其配套ATS形态各异、互不通用的问题日益凸显。如何从顶层的角度，面向在研和未来所有的航空装备，建立能够覆盖系统研制、使用、维护和管理等各个方面的标准体系，规范ATS的研制、使用和管理，是当前标准化研究需要解决的问题。

标准体系应参考国内外ATS的成熟标准，融合自动测试新技术，参考NxTest分类方法，以ATML为主线，创立内容统一的标准，构成有序协调的标准族，可使各个开发单位的工作有序、规范地展开，并使工作内容无缝地对接，以体现数据和信息的共享、软件和硬件接口通用的方针。

标准体系应规范ATS的体系架构、互操作性、TPS可移植性、软硬件共享、人机工效、通用质量特性和综合保障等各个方面，使得遵循该标准体系的航空ATS能够在架构、硬件组成、适配器、测试程序、测试信息、测试结果判读和外观等方面均实现标准化，减少设备种类和数量，降低使用保障费用。

航空装备ATS标准化的目标是规范指导多种武器系统全寿命周期的ATS研发，统筹管理所有参与ATS的使用者、供应商和TPS开发商等单位的工作规范，促进各个单位、各个阶段的工作在一个标准体系下有序、协调地展开；通过标准体系各项规范约束，实现自动测试数据的全生命周期共享，打破ATE供应商、主机所和部队之间测试数据的壁垒。

4 航空装备自动测试系统标准体系

航空装备自动测试标准体系结构强调顶层设计，以解决系统间互连、互通、互操作和信息最大程度共享问题，从而支持多军种装备体系联合作战[8-10]。在参考美军新一代自动测试标准体系的基础上，结合我国国情和标准化目标，标准体系架构以ATE、TPS、维护及其他3个部分为主体，并针对仪器资源、通用测试接口、软件、文档资料、测试程序、诊断、适配器功能与参数、校准、升级和维修等多个标准对象来开展标准化工作（如图2所示）。其中，ATS总体标准即标准体系中的标准组成及各个标准的简要介绍，主要内容包括：对ATS的总体要求、功能要求、结构形式、硬件资源基本要求、软件资源基本要求、运输与安全要求等；ATE标准明确ATS硬件组成、各个部分的连接形式，机柜、机箱间的连接方式、软件平台、软件管理及维护等TPS标准定义TPS语言、结构、测试流程及详细的测试步骤等信息，具体分为测试程序、诊断标准、适配器功能和参数数据3类。维护及其他主要指的是对ATS后期管理与维护方面的要求，如对仪器的计量要求、校准周期要求，以及对软件平台和TPS的升级等内容。

图2 航空自动测试装备的标准体系架构

4.1 航空装备自动测试系统通用规范

a）KJB X.1航空装备自动测试系统通用规范：军用飞机自动测试系统

该标准主要基于GJB 5541进行修订。规范军用飞机和直升机机载电气、电子和光电设备维修用的ATS全生命周期要求，定义了ATE的基本系统应具有电气、低频电子和数字电子类UUT的检测能力；扩展设备与基本系统的组合，应具有通信、导航、雷达、电子战和光电类等UUT的检测。ATE应具有为完成这些测试所必需的激励、测量、控制、校准和系统维护的能力等。

b）KJB X.2航空装备自动测试系统通用规范：军用飞机便携式自动测试系统

规范军用飞机便携式ATS的设计通用要求、质量保证规定、交货准备、功能、性能、外观、系统组成、硬件资源和软件等具体的要求。

c）KJB X.3航空装备自动测试系统通用规范：机载武器自动测试系统

规范机载武器ATS的设计通用要求、质量保证规定和交货准备，以及功能、性能、外观、系统组成、硬件资源和软件等具体的要求。

4.2 航空装备自动测试系统通用要求

a）KJB Y.1航空装备自动测试系统通用要求：体系结构

规定航空装备ATS体系结构设计的通用要求。

b）KJB Y.2航空装备自动测试系统通用要求：软件

规定航空装备ATE软件的选择和定义等技术要求。

c）KJB Y.3航空装备自动测试系统通用要求：测试资源

规定了ATS硬件资源要求，包括测试仪器资源列表、信号定义和一般要求。

d）KJB Y.3A航空装备自动测试系统通用要求：测试资源驱动

规定了ATS硬件资源驱动的要求，包括IVI标准驱动、航空通用和专用等。

e）KJB Y.4航空装备自动测试系统通用要求：测试要求文件编制

测试需求文件（TRD）是描述被测单元（UUT）测试需求的文件，包括以下工作的规范性：确定UUT工作正常，检测和指明所有的故障和超差的状态，将每个故障或超差状态隔离到约定层次和模糊度，调整和调准UUT。

f）KJB Y.5航空装备自动测试系统通用要求：适配器接口

本标准规定航空装备自动检测设备适配器接口的选择和定义等技术要求，包括系统对外测试接口说明、测试单元面板接口、阵列接口（ICA）和ICA模块定义等具体的要求。

g）KJB Y.6航空装备自动测试系统通用要求：测试程序

规定航空装备自动测试程序的开发要求，包括测试程序（TP）组成、TP编写要求、TP测试顺序要求、TP信息提示、TP性能要求、TP安全性要求、TP验收要求和TP的管理要求等方面的具体要求。

h）KJB Y.7航空装备自动测试系统通用要求：测试适配器硬件

规定ATS测试适配器（TPH）的选择和定义等技术要求，包括TPH的零件、材料、工艺、设计、结构、可达性设计、安装和紧固设计等多方面的具体要求。

i）KJB Y.8航空装备自动测试系统通用要求：测试程序集文档编制

规定测试程序集、标识、系统概述、文档概述、设计依据、主要功能、主要性能、使用要求、UUT描述、概述、技术指标、UUT的物理特性和UUT接口说明，以及硬件资源测试仪器标准填写等内容。

j）KJB Y.9航空装备自动测试系统通用要求：被测单元兼容性

规范被测对象的兼容性设计要求，以及与ATE兼容性的通用要求。

k）KJB Y.10航空装备自动测试系统通用要求：综合保障要求

规定空军ATS应有确定的可靠性、维修性、测试性、保障性、安全性和环境适应性（“六性”），以及综合保障等要求及过程控制要求，也包含用户资料编制、计量校准要求、包装和贮运等内容。

4.3 航空装备自动测试系统信息交换通用要求

a）KJB Z.0航空装备自动测试系统信息交换通用要求：自动测试标记语言（ATML）

规范了航空装备ATS组件间共享信息交换媒介的通用数据类型定义模式，并定义XML元素属性类型、通用模型等信息内容，且被其他几个标准共用，是Z.1-Z.8标准的基础。

b）KJB Z.1航空装备自动测试系统信息交换通用要求：测试描述交换

规范了可扩展标志语言（XML）定义交换格式，为实现交换测试描述信息，定义了测试性能、测试条件和故障诊断要求，以及支持设备的位置、排列，并检验UUT的正确操作。

c）KJB Z.2航空装备自动测试系统信息交换通用要求：仪器描述

规范XML定义交换格式，对仪器作静态描述。主要用于描述仪器的功能，主要对仪器的生产商、模块标识、版本号、信号类型、信号范围、分辨率和测试精度等信息进行描述，实现促进和方便组件之间的互操作性，以及ATS（例如：测试执行和资源分配间）仪器描述需求的共享的目的。同时也有助于对测试仪器的配置及合成/虚拟/复合仪器的描述。

d）KJB Z.3航空装备自动测试系统信息交换通用要求：UUT描述信息

规范使用XML的一种交换格式，以准确地描述UUT类型信息。描述信息主要包括：被测对象UUT的制造商、名称、编号、类型、电源需求、接口需求、物理特性和操作需求。实现UUT描述可用于多种不同的测试和维护环境。

e）KJB Z.4航空装备自动测试系统信息交换通用要求：测试配置信息描述

规范测试的框架结构，对测试一个UUT所需的硬件、软件和相关文档等配置信息的描述，可使测试程序集数据在适当的系统之间进行交换。

f）KJB Z.5航空装备自动测试系统信息交换通用要求：测试适配器信息

规范使用XML的减缓格式，目的是交换UUT与测试工作站之间接口所定义的测试适配器信息。包括测试适配器描述（如物理特性、电器特性、能力、执行、识别和分类等）。与测试仪器描述信息相比，测试适配器增加了设施需求、控制器、软件和路径等信息，以提高和改进ATS组件之间的互操作性。本标准允许测试适配器信息在多个ATE之间移植。

g）KJB Z.6航空装备自动测试系统信息交换通用要求：测试站描述

规范XML的交换格式对测试站的物理特性、电气特性、测试端口和仪器的连接路径，测试站的容限和精度，以及测试站状态等信息的描述，有利于提高和改进ATS组件之间的互相操作性，以利于测试工作站信息的交换。

h）KJB Z.7航空装备自动测试系统信息交换通用要求：信号与测试定义

规范测试信号的定义和描述方法，提供了一组基于数学规范的通用基本信号定义。简单信号可以组合成复杂的信号，并可方便地用于所有的测试平台。本标准提供了对结构化文本语言的支持， 并且提供可以支持互操作性的编程语言接口。

i）KJB Z.8航空装备自动测试系统信息交换通用要求：测试结果与会话信息

对在自动测试环境下使用TPS执行UUT测试时所采集的测量值、通过、未通过状态、相关的操作员、测试站和环境等信息的描述。

5 结束语

本文借鉴国外ATS相关标准，针对航空装备ATS的标准化需求，提出了航空装备ATS标准体系的总体框架、标准构成，阐述了各个标准的基本内容，可为制定航空装备ATS标准提供有力的支撑。