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徐景辉 等 | 工业4.0条件下的测试系统

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工业4.0条件下的测试系统

 

徐景辉, 徐慧庆, 谢天乐, 万凯

(北京机电工程研究所,北京100074

 

摘要:通过回顾现代科学技术和工业化发展,阐述测试测量技术和测试系统与工业化发展的联系,结合未来工业技术发展的趋势和方向,展望测试系统的新的形态和技术发展趋势。分析了工业4.0时代可能影响测试系统发展的技术和方向,主要包括网络技术、通信技术、人工智能、产业形态、软件技术和当前时代背景下的国产化需求。结合工业4.0时代的技术特点提出了在此工业背景影响下的复杂机电系统的自动测试系统的构建形态,给出了新形态的测试系统组成架构,介绍了系统各部分组成、原理和技术需求,提出一种特定工业化背景下的新的自动测试系统的形态和系统构建方法,供从事测试系统设计及测试技术研究的人员参考借鉴。

 

关键词:测试系统;测量技术;人工智能;信息物理系统

 中图分类号:TP399文献标识码:A文章编号:1000-8829202105-0007-07

doi10.19708/j.ckjs.2020.12.331

 

目前,装备的自动测试水平成为衡量装备维修现代化水平的一个重要标志,自动测试系统的研究成为各国装备发展的重要内容之一[1]。

美国对于自动测试系统的研制和应用非常重视,他们将测试性作为装备的一种设计特性[2],其在自动测试领域的技术水平处在世界前列。我国自动测试系统的发展经历了从引进、仿制到自行研制的过程,初步形成了“通用化、综合化、模块化”的发展系列。

当前,我国在工业4.0时代的技术发展为自动测试系统的进一步发展提出了需求,提供了必要的技术条件,尝试在新的工业技术发展的背景下讨论特定使用条件下的测试技术和测试系统的设计。

一 自动测试系统与工业技术的发展

测试技术随着社会发展和科技进步而不断发展,测试系统的发展和演化与近现代工业有着密切的联系。

工业1.0是机械制造时代,通过水力和蒸汽机实现工厂机械化,机械生产代替了手工劳动,经济社会从以农业、手工业为基础转型到以工业、机械制造带动经济发展的新模式。工业生产需要的测试测量仪器仍然以尺规等传统工具或者是经过改进和完善的尺规工具为主,在这个时代和工业技术条件下,当时的测试测量技术只是在数百年来传统仪器的基础上进行了改进和完善。

工业2.0是电气化与自动化时代,这次的工业革命因为有了电力,所以才进入了由继电器、电气自动化控制机械设备生产的年代。工业发展进入电子技术时代后,半导体等电子器件的发明推动了电路发展,电气自动化技术应用于测试测量设备中,产生了以示波器、万用表等为代表的电子测量仪器。复杂机电系统的测试依赖于当时的仪器和测量技术水平,形成了流水线或生产线形式的测量形态,没有形成系统和标准体系。

工业3.0是电子信息化时代,电子与信息技术的广泛应用使制造过程自动化控制程度大幅度提高。工厂大量采用由PCPLC/单片机等控制的自动化机械设备进行生产。自此,机器能够逐步替代人类作业,不仅接管了相当比例的“体力劳动”,还接管了一些“脑力劳动”。以互联网和信息技术为代表的工业3.0时代,计算机技术、通信技术、软件技术等普遍应用于工业和日常生活场景,工业测试技术在此背景下得到飞速发展,针对复杂机电系统测试需求,产生了以工业通信技术和工业总线技术为基础的测试测量仪器,数字化和互联网为测试系统奠定了自动化、信息化的技术基础,在此阶段大工业工程需要的自动测试系统发展迅速,测试系统具有自动化、模块化、标准化的特点,出现了以CAMAKEVXIPXILXI等为代表的仪器总线和设备,出现了提供专业测试测量技术和系统集成技术的公司,进一步推动测试测量技术的商业化应用和技术进步[3]。这个阶段美国自动测试系统先后经历了专用化、模块化和通用化3个阶段[4-5],其中“综合测试设备族”、“联合自动化支持系统”、“模块化自动测试设备”成为自动测试系统的里程碑,主要技术成果以美国航空业的“铁鸟”试验系统、美国军用MATE(通用自动监测设备)、CASS(联合自动支持系统)、TETS(三级梯队移动测试系统)、IFTE(陆军进程测试设备)为代表[6]。

工业 4.0或者智能工业是从嵌入式系统向信息物理融合系统发展的技术进化。作为未来第四次工业革命的代表,工业 4.0不断向实现物体、数据以及服务等无缝连接的互联网 (物联网、数据网和服务互联网)的方向发展。工业40具有自调适功能的智能化特点,能在设计制造过程中根据变化了的情况,利用大数据分析工具和智能技能软件及时做出调整,工业40的出现是新技术成熟并融合的表现,人工智能、物联网和大数据信息融合三大技术是工业4.0的基石。这一切都预示着工业4.0时代,技术发展和工业生产需求会推动测试测量技术、测试系统的技术进步和发展,以适应工业生产发展的需求。因此在工业4.0发展的趋势下,复杂机电系统的自动测试技术和系统,对未来系统的研发具有时代和现实意义。

针对上一代自动测试系统在使用中出现的问题和技术发展,美国国防部自动测试系统执行局与工业界联合成立了多个技术工作组,将自动测试系统划分为影响系统标准化、互操作性和全寿命周期费用的多个关键元素,并以此为基础建立了下一代测试系统开放式体系结构[7-8],以综合保障需求为目标演示了一种网络中心测试与诊断系统。

总之集虚拟化、综合化、网络化于一体的网络中心测试与评价技术适应未来技术发展,代表了军工试验与测试技术未来的重要发展方向[9]。

二 工业4.0背景下的测试系统的技术特征和实现基础

2.1技术特征 

2.1.1形散而神不散

工业2.03.0背景下的测试形态具有从个体、单独、流水线到系统优化集成的特点,体现了由分散到集中、由独立到系统的发展形态。系统化的测试系统有利于优化配置测试资源,能够将各种测试资源集中优化设计,有利于模块化、自动化设计。相比集中式测试系统形态,“工业4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的形态转变,目标是建立一个高度灵活的智能化、数字化的服务形态的测试系统[10-12]。

工业4.0背景下的测试系统特点是系统内设备联系更加集中,设备分散、控制大脑集中,数据收集和传输分散、数据分析处理集中、请求服务模式交互。表现出“形散而神不散”的形态[13]。

2.1.2模块化、通用化、智能化、信息化、标准化

模块化是测试系统的永恒主题,在工业4.0背景下的模块化形式有别于完全物理形态的模块化,该模块化具有分布式布局的独立终端,即能够独立工作又能够通过无线通信网络组成系统,空间布局相对自由。通用化指具有相同的定义和规范,模块具有相同的接口形态,具有相同接口的模块可以互换互联。智能化是工业4.0最大的特点,也是测试系统应该具备的特点,能够智能存储、智能交互信息,信息处理智能化,具有一定的推理判断能力。信息化是工业4.0背景的基本特征,万物互联,测试系统的每个数据和操作都成为互联系统的信息。标准化(工业4.0的必要条件)是指为了实现整个工作过程的协调运行、提高工作效率等目标,而对产品的结构、接口、过程等制定统一规定,做出统一标准[14-15]。

2.1.3融合于大工业环境,信息互联物联

未来,5GAIIoT等新ICT技术打造的信息流将是孕育万物的基础。在卫星数据链、5G/6G通信、区块链、量子通信等技术的支持下,测试系统既可以独立地成为一个物联系统,又能够成为广域互联的一部分,通过广域的物联和信息融合网络,使用户随时随地能够获取需要的信息[16-17]。

工业4.0的软件支持信息物理系统,通过3C技术,即计算(Computation)、通信(Communication ) 和控制 (Control ) 的有机融合与深度协作,实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。通过计算、通信与物理系统的一体化设计,形成可控、可信、可扩展的网络化物理设备系统,通过计算进程和物理进程相互影响的反馈循环来实现深度融合与实时交互,以安全、可靠、高效和实时的方式检测或者控制一个物理实体。本质上是以人、机、物的融合为目标的计算技术,从而实现人的控制在时间、空间等方面的延伸,因此测试系统也会融合在工业发展的大环境中,形成“人--物”融合的信息物理系统。

2.2测试系统发展的技术基础

2.2.1通信技术

当前的通信技术不能满足自动测试系统保密、室内外复杂场景可靠性通信以及通信低延时性的需求。未来通信技术的进步为分布式架构提供了技术条件。

随着5GAI等信息工程新基建项目开展,通信技术会得到飞速发展。当前5G的无线传输速度可以达到20 Gbit/s,轻松达到每秒百兆以上,低延迟率将其延时缩短到不到1 ms,几乎是实时的。5G连接密度极大,连接数密度可达每平方千米100万个,从而有效支持海量物联网设备接入;流量密度可达每平方米10 Mbit/s,允许所有联网设备无缝接入互联网,永久在线。网络超高速、超低延迟、实时在线使得云端计算结果在个人终端设备实时显示成为可能。新形态下,设备可以不需要具备完整运算能力的硬件,而只需要接入5G网络即可,按照所需的运算能力申请云端服务[18-19]。得益于5G的高速“零”延迟无线网络,应用功能可在云端服务器完成,设备终端只需要一台联网显示的智能终端,申请云端服务即可,云端运算服务根据需求建立云服务器,统一调配算力,优化资源配置。数字化新基础设施以数字化、智能化为支撑,是数字时代的信息高速公路,这条信息高速公路将承载千行百业的数字化转型进程,从而催生更大的发展势能。

基于量子中继的量子通信网络技术取得重大突破,在国际上首次实现相距50 km光纤的存储器间的量子纠缠,为构建基于量子中继的量子网络奠定了基础。通过技术改进,经过50 km光纤仅衰减至3%,效率较之前提高了16个数量级,通过中继实现了500 km的光纤量子通信,通过卫星中继实现了1000 km的量子密钥分发。为量子通信的广域组网奠定了技术基础。

无线局域网技术(WLAN)是物联网时代的主流无线通信技术之一。它是一种基于无线射频技术的数据传输系统,将区域内的多个支持相同无线协议的设备连接到同一个网络系统。最新一代支持EEE802.11ax标准的无线局域网将5G领域的射频技术、算法以及5G组网概念引入IP领域,具备了10 Gbit/s峰值速率、10 ms时延,应用覆盖室内、室外各类场景,为室内设备的互联提供了条件。

2.2.2电源技术

测试系统需要电源作为能量为测试系统本身或者被测对象提供能源,因此电源技术的发展为新形态测试系统的构建提供了技术支撑。测试系统的电源提高了能量密度,但是对于抗冲击、模块化、测试性设计、电源的功率体积比、智能化管理等方面仍不能满足系统需要。电源技术的发展决定了测试系统组态的体积、灵活性和智能程度。

电源经过分离元器件、功率集成电路搭建的交直流变换电源逐步向蓄电池、超级电容、石墨烯电池等新能源发展。当前信息系统主流供配电逐步采用基于智能锂电特性的UPS供配电解决方案,多方位保障大型系统的供配电的可靠性。紧贴供配电需求,现在的供配电技术将输入输出和电源管理融合于一体,全模块冗余设计,系统无单点故障,具备全链路可视、关键部件失效预警、失火风险提前关断功能,保障系统可靠运行,同时简化运维工作。锂电池UPS系统支持新旧电池柜混用,并联环流可以控制在2%以下,具备可靠性高、使用寿命长、运维简单等优点。预制电力模块解决方案可以将配电系统的变压器、输入输出配电柜、制冷等智能融合在一起,采用模块化插拔式设计,具备主动均流技术,支持新旧电池组混并,通过供电全链路监测,可实现毫秒级的故障检测和故障隔离、分钟级的故障恢复,同时可以精确预测电池寿命和健康度,及时排除有失效隐患的电池组,变被动告警为主动预防,极大地提高了能源基础设施的可靠性和可用性。

石墨烯电池结合当前智能化的供配电技术具有如下特点:极致可靠,采用最安全电芯,采用均压控制模块,实现电池模块级容错设计,消除单点故障;按需部署,数字化重构简单高效,模块化设计,支持功率模块按需部署和扩容。

系统供配电新能源时代已经到来,UPS创新性结合电子技术与数字化智能技术,模块化设计,高达97%的最高效率,支持功率模块按需部署和扩容;使用寿命长达15年,并以永远在线、简单易用等特性引领供电数字化。为系统供配电设计提供了更多可选择的技术方案。

2.2.3高速AD及数字信号处理技术

数字化是工业4.0的特征,基于AD采样的图像处理、信号特征提取、数字数据的数学计算,在计算机辅助下应用越来越广泛,技术相对成熟。目前高速AD采样能够达到1 Gbit/s以上的速率,离散数字信号加上各种算法能够满足信号测量、图像处理等使用要求,为示波测量奠定基础。AD数据预处理和IC集成技术使数字信号前端设计变得更加简单、可靠和经济,AD采样数据传输也得到集成。串行传输技术不仅克服了输出速率不足的问题,而且不存在高速传输并行信号的偏移问题,可以显著提高通信系统间的数据传输效果,能够满足航天、雷达、通信等需要进行大量数据处理的领域的需求。前端AD变换、数据预处理和数据传输的集成应用使高速数据采集应用变得简单、高效和经济,随着智能传感器技术的发展和集成化程度的提高,数据的收集已经变得简单和可行,为测试系统数字化智能化的前端设计奠定了物理基础。

2.2.4软件技术

测试系统软件是整个系统实现的核心,是对于当前网络体系的定义、人工智能应用、跨终端设计、底层安全性设计等需要更新的技术支持[20]。

伴随着工业4.0的不断深入,软件技术的重要性也日益提升,并且发展势头迅猛。将在工业4.0舞台上登场的主角包括连接虚拟空间与物理现实的信息物理系统,联网设备之间协调工作的通信系统,以及对网络大数据进行充分运用的软件系统。

未来大数据发展的终极目标是没有数据,即通过对传感器、装备的了解与掌控,使收集数据成为不必要的工作,通过工业IT设施收集、传输和分析处理大数据,利用云计算对数据进行处理,而云计算的发展,也使分析与处理大数据变得更加高速与高效[21]。

下一代的操作系统为了适应4.0时代应用需求,初步具有如下能力:① 分布式架构,能够实现跨终端无缝协同,将相应分布式应用的底层技术实现难度对应用开发者屏蔽,使得开发者能够聚焦自身业务逻辑,像开发同一终端一样开发跨终端分布式应用,也使得跨终端业务协同能力最终为各使用场景带来无缝体验。② 确定时延和高性能IPC技术应用能够保证系统流畅。确定时延技术在任务执行前分配系统中对任务执行优先级及时限进行调度处理,优先级高的任务资源将优先保障调度。③ 基于微内核架构的操作系统将重塑终端设备的可信安全性。基于新的内核架构设计的操作系统拥有更强的安全特性和低时延等特点,在操作系统内核之外的用户可以尽可能多地实现系统服务,同时加入相互之间的安全保护,能够为用户提供更加安全可信的系统控制。④ 未来的软件开发将是通过统一IDE支撑一次开发,多端部署,实现跨终端生态共享,操作系统提供方将同时为使用者提供高效的开发工具和环境,满足用户二次开发设计需求。

软件定义无线网络也是工业4.0时代的主要网络特点之一。目前,无线网络面临着一系列的挑战,首先,无线网络中存在大量的异构网络(如:LTE WimaxUMTS WLAN 等),由于现有移动网络采用了垂直架构的设计模式,异构无线网络难以互通、资源优化,存在无线资源浪费的现象。此外, 网络中的一对多模型(即单一网络特性对多种服务)无法针对不同服务的特点提供定制的网络保障。软件定义无线网络技术将控制平面从分布式网络设备中解耦, 实现逻辑上的网络集中控制,数据转发规则由集中控制器统一下发,可以获取、更新、预测全网信息,能够很好地优化和调整资源分配,简化了网络管理,提高了无线网络的资源利用率。

三 工业4.0条件下的测试系统形态及构建

在工业4.0时代测试系统应用需要具备以下5个核心能力。

① 集成大量实时信息和历史操作信息;

② 建立和维护持久、稳固的不同数据源之间的关联关系;

③ 通过业务规则和模型,对数据进行分析,进而实现实时的智能操作;

④ 展现直观的图形化智能信息;

⑤ 根据需要,自动将相关操作信息传输到各个智能终端,提升信息和知识在测试系统内的共享效率。

围绕这些系统需求,提出一种测试系统形态和框架,阐述如下。

3.1基于复合总线的系统架构

依托于工业4.0时代的信息物理系统而构建的自动测试系统将物理设备联网,使得物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自动控制等五大功能。具体来说,自动测试系统包括数据处理中心、智能前端、能源中心和数据通道4大功能模块,各功能模块通过数据通道连接成系统,并通过数据通道进行数据交互和控制信息交互。自动测试系统的功能架构示意图如图1所示。系统基于信息物理网络系统,依托于传感器、软件、网络通信系统、新型人机交互方式,实现测试系统的智能化、分布式、自动化的形态布局和测试功能。

 

1工业4.0条件下的测试系统形态示意图

数据通道是测试系统信息传输的通道总称,用来传输智能终端、能源中心之间和它们与数据处理中心之间的数据信息、控制信息和状态信息,是信息传输的高速公路,数据通道被设计为复合总线,包括室内5G信号通道、室外5G信号通道、智能终端模块间高速数据传输通道等。数据通道数据传输延迟小于1 ms,传输平均下载速度不小于700 Mbit/s。能满足测试系统实时性要求。数据通道同时具有加解密功能,对在通道上传输的数据进行加密解密处理。

数据处理中心在5G网络中,物理位置比较灵活,可以与智能前端在同一厂房,也可以在具有5G网络的任何地点,通过5G网络与其他模块连接。数据处理中心对数据进行分析处理,与数据前端进行通信,监测能源中心的运行,获取系统内各模块的工作状态。与其他信息系统进行交互。通过信息处理、人工智能等技术的集成与融合,可以形成具有感知、分析、推理、决策、执行等智能化的数据处理中心。通过后台积累丰富的数据,然后构建需求结构模型,并进行数据挖掘和智能分析,为智能终端提供所需的请求服务。

智能前端靠近被测对象,负责采集测量对象的数据,包括各种信号、图像、数据,提供测试对象需要的各种激励信号。智能前端与数据处理中心通过5G网络连接,上传智能前端的数据和状态信息、向数据处理中心提出请求服务,执行交互信息中的命令。管理智能前端的工作状态。智能前端将传感器、处理器、存储器、通信模块、传输系统集成优化,使其具有动态存储、感知和通信的能力,实现测试过程的可追溯、可识别、可定位。

能源中心负责整个系统供电、供电管理,为被测对象提供所需要的电能,提供供电安全保护。能源中心可以由多个模块化电源组成,各电源模块可以分布式布局,也可以通过电源管理系统串并联成为功率更大的电源。

3.2数据通道

数据通道是具有时代特征的通信技术的综合应用,包括分布式通道的构件、数据通道两端的构件和智能终端的构件。数据通道具有统一的接口规范和数据协议,是应用和设计测试系统的基础和关键。利用模块化通用化的数据通道能够灵活组建测试系统,能够改造原有的测试系统,具有重要的现实意义和应用前景,测试系统数据通道的示意图如图2所示。

 

2测试系统数据通道示意图

分布式数据传输通道采用5G联网技术进行传输,采用数据加密技术对传输通道上的数据进行加密。数据传输通道采用分层实现的方式,分为物理层协议(主要基于5G通信技术,用于底层物理信号的处理和数据传输)、中间层协议(主要用于数据加解密的数据加工)和应用层协议(用于用户获取数据并对其进行解密和缓冲存储处理)。 数据通道的两端布局为基于5G基带芯片的通信模块,采用智能数据存储智能全闪存技术,保证数据收发存储的速度和可靠性。数据交互接口采用工业上常用的总线技术,智能前端内的模块也采用总线架构,保证数据通道接口的标准化、通用化和模块化。智能前端内部模块接口可以采用传统的PXIPC1041553B等成熟的工业总线形式,依据智能前端功能和性能设计而定,但是在数据通道的设计规范中明确各工业总线应用层的数据传输规范,智能前端内部功能模块间的数据传输通道,根据实际应用需要进行设计和应用。

3.3数据处理中心

数据处理中心提供测试系统的计算、显示、数据存储等功能,实现计算、通信和控制的融合与协作,为系统提供实时感知、动态控制和信息服务。通过软件定义无线网络,实现逻辑上的网络集中控制、数据转发规则,获取、更新、预测全网信息,优化和调整资源分配,简化网络管理。数据处理中心集成大量实时信息和历史操作信息,处理不同数据源之间的关联关系,通过业务规则和模型,对数据进行分析,实现实时的智能操作,向用户展现直观的图形化智能信息,并根据需要将相关操作信息传输到各个智能前端,使信息和知识在测试系统内的网络上实现共享。数据处理中心被设计为云端服务器,实现测试系统的所有管理和运算能力,为智能前端、能源中心和远程用户提供各种请求服务,为客户提供快速有效的设备维修的技术服务。

数据处理中心是整个测试系统的核心,包括前端数据接收存储,中端数据分析处理,后端数据存储备份等部分,结构示意图如图3所示。

 

3数据处理中心结构

前端数据接收存储模块主要由DSP处理器构成,通过总线与数据通道模块交互信息,对接收的数据信息实时加工处理,将处理后的数据传送到中端数据分析处理设备。前端数据接收存储采用智能全闪存技术,该技术在当前的通信领域已经达到2000IOPS以及01 ms时延,采用全互联高可靠架构,确保单系统最大可容忍几个控制器失效(例如87),做到数据前端接收存储的安全可靠;性能方面,2000IOPS以及01 ms时延能够满足数据交互的实时性。

中端数据分析处理为高性能计算机,负责运行测试控制程序,接收前端数据模块送来的需要显示的数据,将数据以表格、图表、动画等形态生动地呈现给用户,提供良好的人际交互界面和功能。同时将接收的数据传输到数据库服务器用于保存。中端服务计算机同时负责整个系统的管理和云端服务。数据分析处理部分用于对数据处理中心接收的数据实时处理,对状态数据进行显示,通过图形、动画、3D动态图等直观的形式显示给用户;对数据信息进行实时计算、判断、分析、比较等处理。对命令数据进行及时处理,响应智能终端的指令,根据应用程序和测试程序请求发送控制命令,控制整个测试系统的运行。

数据存储部分主要由数据库服务器组成。由计算机和数据库管理系统软件共同构成了数据库服务器,数据库服务器为客户应用提供服务,这些服务包括查询、更新、事务管理、索引、高速缓存、查询优化、安全和多用户存取控制等。数据库服务器保存的数据包括测试系统各部分运行状态信息,智能前端产生的原始数据,经过处理的中间数据和历史数据。数据库服务器提供监控性能、并发控制等工具。数据库服务器提供统一的数据库备份和恢复、启动和停止数据库的管理工具。服务器可以移植到功能更强的计算机上,不涉及处理数据的重新分布问题。数据后端提供数据存储备份,是专用的数据服务器,满足数据可靠存储、检索等数据管理的需要。

 3.4智能前端

智能前端为测试系统通用化模块结构,用于构建各种测试功能模块和激励信号源,是模块化设计的容器。智能模块包括通用智能架构和功能模块。通用智能架构由通用的标准化的机柜机箱、供配电系统、智能管理系统和功能模块等组成。智能前端架构示意图如图4所示。

4智能前端架构示意图

智能前端除了通用化的接口外还具有分布式布局的通信组网接口。信号测量采用基于高速AD采样的数字示波技术,该技术结合数字信号处理算法能够满足所有信号量的测量需求。智能前端提供了构建各种信号源的公共资源,在这些资源的基础上可以轻松构建光学、微波信号源并提供测试测量需要的微波信号、光学信号或者电磁信号。

智能前端提供测试功能所需要的各种测试测量资源,提供的公共资源负责处理组成系统所需要的网络资源。

3.5能源中心

能源部分为测试对象和测试系统自身提供能源。能源系统为分布式模块化设计,根据测试系统的能源需求进行分布式配置,能量根据测试功能模块需求和测试对象的能量需求进行分布式配置,各能源模块通过测试系统的数据通道与数据处理中心连接,将电源的状态信息实时反馈到信息处理中心,接收信息处理中心的控制消息。供电系统是支撑整个测试系统平稳运行的核心部分,需要满足供电极高可靠、极简运维的需求。

能源中心是整个测试系统能源部分的总称,分布于测试系统的各个功能模块或者是独立成为一个功能模块,电源采用全模块的设计和模块化插拔式设计,维护简单;通过模块的串并联和主动均流技术模块化组装成各种功率模块,电源模块的均流技术支持新旧电池模块混并,扩容简单。每个电源模块上都有一个智能管理模块,保证电源的电流和电压均衡,可将它们自动调整到最稳定的工作的状态,并能够通过AI和大数据的方式,对电源生命周期的一些状态、健康度进行评估和预测,来保证工作的安全。配电融合设计,全链路监控层层保障电源的可靠性,充分满足测试系统可靠运行的要求。

四 国产化跨平台软件系统设计

测试系统为松耦合、分布式系统,智能数据终端、功能模块、电源管理、用户界面、数据处理中心等分别具有不同的功能需求和硬件基础,因此需要测试软件运行的平台能够面向全场景分布式操作,能够同时满足全场景流畅体验、架构级可信安全、跨终端无缝协同以及一次开发多终端部署的要求,打通手机、电脑、平板、电视等用户终端。

测试软件基于下一代的国产操作系统进行设计和开发,实现国产化和跨平台应用。因此软件设计选择下一代的国产化操作系统,选择真正能够满足跨平台、分布式、架构级安全可信,能够提供设计开发环境和软件应用生态的国产化操作系统。软件的架构和开发环境取决于未来国产化操作系统的开源程度,测试软件的设计也会成为国产软件生态系统中的一个应用分支。软件的基础架构如图5所示。

5测试系统软件架构示意图

结束语

技术进步为工业4.0的生产组织形态形成提供了条件,工业4.0生产发展为技术的应用提供了土壤,未来在5G技术、人工智能、量子通信、自动控制、新型智能传感器的加持下,包括测试技术和测试设备在内的各项技术和设备形态都会得到时代技术的哺育,产生适应时代发展和技术进步的新的成果,为装备保障及自动测试设备的发展及超越提供契机。

 

参考文献:

1]张波,陈岩申,张桂芝.外军电子自动测试系统及其相关技术的应用与发展情况研究[J.计算机测量与控制,2018,10(1)1-4.

2]石君友.测试性设计分析与验证[M.北京:国防工业出版社,2011.

3]肖明清,文莹.国外先进飞机试验与测试技术现状及发展趋势[C//国防科技工业试验与测试技术发展战略高层论坛文集.2018:133-138.

4]陈光礻禹.国外军事电子装备维护保障测试技术综述[J.国外电子测量技术,2007,26(2):1-5

5]杜里,张其善.电子装备自动测试系统发展综述[J.计算机测量与控制,200917(6):1019-1021.

6]赵亮亮,肖明清,盛晟,.美国空军自动测试系统发展综述[C//第四届国防科技工业试验与测试技术发展战略高层论坛.2012.

7DoD.DoD Automatic Test Systems FRAMEWORK ROADMAPR.2005.

8MALESICH M.Advances in DODs ATS frameworkJ.IEEE Aerospace and Electronic System Magazine,2008,23(2):11-16.

9]朱勇,刘耿.海上综合电子信息系统试验测试技术探讨及展望[C//第四届国防科技工业试验与测试技术发展战略高层论坛.2012.

10ECKERSLEY J E,BOND M S.A framework for public/private collaboration on ATEC//IEEE Autotestcon 2010 Proceedings.2010:163-166.

11]李刚洲.面向服务的作战计划生成方法研究[D.长沙:国防科学技术大学,2009.

12]支超有,姜丰收.混合总线分布式测试技术研究及应用[J.计算机测量与控制,2012,20(12)3139-3140.

13Road vehicles-interchange of digital information-controller area network(CAN) for highspeed communicationISO11898S.International Standard Organization,1993.

14]马学霞,王瑞峰,王彦快.基于RFI的铁路信号设备巡检系统的设计[J.计算机测量与控制,2012,20(12)3151-3153.

15GARZELLI A.Waveletbased fusion of optical and SAR image data over urban areasC//ISPRS Photogrammetric Computer Vision Symposium.2002:59-62.

16]刘冠军,吕克洪,李华康,.装备无故障发现与间歇故障诊断技术[J].测控技术,2019,38(1):5-12.

17]支超有,秦成,赵慧婷.现代新型测试总线技术综述[J].计算机测量与控制,2014,22(7):2002-2004.

18]杨春,杜舒明.美国军用自动测试系统(ATS)的发展趋势[J.国外电子测量技术,201423(6):5-7.

19]蔡小斌谈国防科技工业试验与测试技术的发展思路[J.计算机测量与控制,2010(11).

20]种山,吴昱程,王凯让.合成仪器体系架构于关键技术研究[J.宇航计测技术,201131(1):7-11.

21]涂子沛.大数据[M.桂林:广西师范大学出版社,2012.

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