基于动态可重构的自动测试方法在特种装备温度循环试验中的应用

四川九洲空管科技有限责任公司 董文晓

针对特种装备的温度循环试验，传统的温度循环试验方式存在对参试人员身体消耗较大、试验操作易疏忽遗漏等诸多问题，基于此，提出了一种基于动态可重构的自动测试方法，并成功应用于特种装备的温度循环试验当中。该方法通过将配套的仪器仪表以动态可重构的方式与工控机进行接口连接与控制，同时辅以电源控制模块对参试设备进行电源的通/断控制，在工控机中进行试验程序控制以及对仪器仪表的动态配置，从而实现对特种装备温度循环试验的自动测试与无人值守，解放了参试人员，降低了人力成本，避免了由于参试人员疏忽而导致的试验操作遗漏等隐患，并且实现了对有限仪器仪表资源的多项目复用。

环境可靠性试验是指参试设备能够按IEC、MIL、ISO、GB、GJB等各种标准或用户要求进行高温、低温、温度冲击、浸渍、温度循环、低气压、高低温低气压、沙尘、耐爆炸、盐雾腐蚀、气体腐蚀、霉菌、淋雨、太阳辐射、光老化等试验。

温度循环作为自然环境的模拟，可以考核产品在不同环境条件下的适应能力，常用于产品开发阶段的型式试验、元器件的筛选试验等。

温度循环的技术指标包括：高温温度、高温保持时间、下降速率、低温温度、低温保持时间、上升速率、循环次数。温度循环试验室用来确认产品在温湿度气候环境条件下储存、运输、使用的适应性。试验的严苛程度取决于高/低温、湿度和曝露持续时间。

在温度循环试验过程中，根据试验大纲的要求，一方面需要对温度循环试验箱进行参数设置，另一方面还需要参试设备在试验过程中进行开机使用以及关机储存等操作，此外，试验时间一般至少持续24h以上，且断续的需要参试人员值守现场对参试设备进行操作。

以某典型的环境应力筛选试验为例，其温度循环条件图如图1所示，一个完整的循环需要在不同的时刻对参试设备进行开电、断电（降温过程）、断电（低温保持）、通电检测（低温）、断电（升温过程）、断电（高温保持）、通电（高温）、检测（高温）、断电等操作，需持续4h。而一次温度循环试验则包括20次这种循环。因此，就需要参试人员在整个温度循环试验中连续现场值守（一般需40～80h左右），以保障随时对参试设备进行各类操作，这将不仅会对参试人员造成较大的身体消耗，导致参试人员在试验过程中以及试验完成后的一段时间内工作状态不佳、效率不高；而且还存在由于参试人员疏忽而导致的试验操作遗漏等隐患。

仪器仪表资源一直都是各单位的核心资产，尤其是当多个项目并行开展工作时，仪器仪表资源往往都会发生冲突，如果每个项目都配套购买相应的仪器仪表通常又会导致资金浪费和重复建设，因此如何解决多项目并行展开时的资源冲突问题也是需要考虑的重点。

图1 某温度循环条件图

本文针对上述问题，本文提出一种基于动态可重构的自动测试方法，并成功应用于特种装备的温度循环试验当中。该方法通过将配套的仪器仪表以动态可重构的方式与工控机进行接口连接与控制，同时辅以电源控制模块对参试设备进行电源的通/断控制，在工控机中进行试验程序控制以及对仪器仪表的动态配置，从而实现对特种装备温度循环试验的自动测试与无人值守，解放了参试人员，降低了人力成本，避免了由于参试人员疏忽而导致的试验操作遗漏等隐患，并且实现了对有限仪器仪表资源的多项目复用。

1 现有技术研究情况

当前针对特种装备的温度循环试验，试验过程主要还是依靠传统方式，即参试人员按试验大纲的要求采用全过程人工的方式对参试设备进行操作，不仅会对参试人员造成较大的身体消耗，导致参试人员在试验过程中以及试验完成后的一段时间内工作状态不佳、效率不高；而且还存在由于参试人员疏忽而导致的试验操作遗漏等隐患。

自动测试的发展主要经历了三个阶段：

第一个阶段，采用专用测试设备，这种系统比较复杂，研制工作量大，造价高，适应性差，在改变测试内容时需要重新设计接口（包括仪器与仪器之间的接口和仪器与计算机之间的接口）。专用测试设备仅仅用来进行大量重复性试验、快速测试或复杂测试，或用于对测试可靠性要求极高、有碍测试人员安全以及测试人员难以接近的测试场所使用。

第二阶段，采用标准化通用接口母线连接有关设备，系统中各组成部分均配置标准化接口功能，用统一的无源母线电缆连接起来，不再需要自行设计接口，可灵活的更改、增删测试内容。在第一和第二这两个阶段中，计算机主要承担系统的控制、计算和数据处理任务，基本上是模拟人工测试的过程，尚不能充分发挥计算机的功能，而且需要对配套仪器仪表进行绑定，无法实现多个项目对仪器仪表的复用。

第三阶段，将计算机与测试设备融为一体，用计算机软件代替传统设备中某些硬件的功能，能用计算机产生激励，完成测试功能，生成测试程序。但是，针对特种设备的测试，这个阶段的方法并不一定完全适合，需要进行定制化的配置，开发周期较长，人工成本较高。

图2 方案组成框架

综上，从现有技术的发展情况，由于被测设备的特殊性和通用性并存，因此三个阶段的应用都是普遍存在的，更多的还是处于第二阶段，但需要考虑对测试用仪器仪表的复用问题。

2 系统组成及工作流程

本文所描述的用于特种装备温度循环试验的基于动态可重构的自动测试方法，其系统方案组成框架如图2所示，具体描述如下：

方案组成包括工控机、配套测试仪器以及温度循环试验箱。

工控机：工控机是整个方案的核心。

一方面要实现与配套测试仪器的连接与控制，首先通过配套接插件以及接口驱动程序与配套的测试仪器仪表进行互联，然后在工控机内的温度循环主程序对其功能函数进行调试，确保多个测试仪器仪表之间功能函数在本项目的调用过程中时间资源不冲突、处理资源不冲突，同时监控各测试仪器的实时状态以及时间利用空隙，并合理存储相关测试数据，此外与复用相同测试仪器仪表的其他项目的工控机进行交互，确保资源的不冲突；

另一方面也要实现对温度循环试验箱的连接与控制，同样的，通过配套接插件以及接口驱动程序与配套的测试仪器进行互联，同时，设计专用接口用于适配被测的特种参试装备，用于在温度试验过程中对被测的特种参试装备进行开电、断电（降温过程）、断电（低温保持）、通电检测（低温）、断电（升温过程）、断电（高温保持）、通电（高温）、检测（高温）、断电等操作，并且在这个过程中实时读取被测特种参试装备的相关参数，并存储于工控机中，用于后续分析处理；

此外，工控机还要完成对整个温度循环试验的自动控制以及对配套测试仪器仪表的操作与控制，即根据测试大纲对温度试验的各个过程进行分解、设计、编程、控制、监视、存储、计算、分析与评估等。

图3 工作流程

配套测试仪器：配套测试仪器是对被测的特种参试装备在整个温度循环试验全过程的参数测量手段。一般情况下，配套的测试仪器仪表大都为通用设备，如示波器、频谱仪、功率计、网分仪等等，在一个项目的温度循环过程中通常也不会全过程满负荷工作，存在较大的时间空闲，以此，本文所述方法通过接口分配器将一个通用的仪器仪表与多个项目的工控机相连，在不影响项目间使用冲突的前提下，通过工控机主程序中的驱动程序设计，实现对该仪器仪表的分时复用以及动态重构，并根据仪器仪表的使用操作说明，必要时自动设计断电后冷启动与驱动匹配以及自检进程，经试验检验证明，该方法完全可以实现一台通用仪器仪表在两个项目进程中的复用。

温度循环试验箱：温度循环试验箱是为被测的特种参试装备构建温度环境，支持温度定值控制和程序控制，支持全程数据记录以及接口传输功能。本文所述方法在温度循环试验箱的使用过程中主要涉及工控机对温度循环试验箱的自动控制与参数记录，并通过配套接插件实现温度循环试验箱内部的被测特种参试装备与温度循环试验箱外部的工控机进行互联。

本文所描述的用于特种装备温度循环试验的基于动态可重构的自动测试方法，其工作流程如图3所示，具体描述如下：

第一，根据试验大纲的要求，选取相应的测试仪器，分别获取其接口的硬件信息和软件驱动程序、功能函数等；选取相应的PXI接口板卡，设计接口转换模块，实现测试仪器控制接口到本地端的转换与驱动；调用相应的功能函数，实现工控机软件对测试仪器的操控，并实时监测测试仪器的状态信息以及时间利用空隙，合理存储相关数据参数；

第二，根据试验大纲对参试的特种装备测试项的要求，设计接口单元，制作连接电缆，实现工控机对参试设备的接口数据交互；

第三，在工控机内按试验大纲要求设计试验操控程序，同时考虑其他项目对测试仪器仪表的使用需求，对测试仪器仪表进行分时复用和动态重构，从而实现本项目对参试设备的自动测试，并支持多个项目并行工作；

第四，根据试验状态显示及告警模块实现对试验的监视、记录、告警等。

3 应用前景分析

本文所描述的用于特种装备温度循环试验的基于动态可重构的自动测试方法，具备以下特点：

（1）可实现对特种装备温度循环试验的无人值守与自动控制；（2）通过接口分配器、驱动程序开发设计实现对测试用仪器仪表的分时复用和动态重构，从而支持多个项目并行工作；（3）利用接口转换模块（包括配套接插件、驱动程序、功能函数等）实现测试仪器的计算机软件控制；（4）利用电源控制模块通过计算机软件实现对参试设备的电源通/断控制；（5）整个试验过程仅通过计算机软件进行程序设计实现，而无需人工现场手动操作；（6）试验过程支持自动监视、记录、告警。

在应用前景方面，本文所述方法可应用于特种电子装备的温度循环试验中，且可扩展应用于其他环境试验；此外，通过针对性的集成，可成为电子装备的内场检测设备，满足装备的内场维护和保障需求。

结束语：本文从传统温度循环试验的具体执行情况出发，针对试验过程中存在的对参试人员身体消耗较大、试验操作易疏忽遗漏、仪器仪表利用冲突等问题，提出了一种基于动态可重构的自动测试方法。该方法通过工控机按试验大纲要求对测试仪器进行接口连接与控制，同时辅以电源控制模块对参试设备进行电源的通/断控制，可实现温度循环试验的自动测试与无人值守，并且实现对仪器仪表的分时复用与动态重构。本文着重描述了该方法的核心思想以及本方法所涉系统的组成及工作流程，并分析了其潜在的应用前景，可为军工单位的环境试验建设以及相关产品装备的内场检测设备的开发提供些许参考思路。