聯(lián)合技術(shù)航空航天系統(tǒng)（UTAS）是全球最大的國防和航天航空先進(jìn)技術(shù)產(chǎn)品供應(yīng)商之一，擁有約42,000名員工，年收入超過140億美元。作動(dòng)系統(tǒng)業(yè)務(wù)單元負(fù)責(zé)為民用、商用和軍用飛機(jī)設(shè)計(jì)和制造高升力作動(dòng)系統(tǒng)。他們需要靈活的測(cè)試系統(tǒng)系統(tǒng)以完成復(fù)雜的航空航天測(cè)試，看看NI如何為他們分憂。

圖1. UTAS高升力作動(dòng)系統(tǒng)

　　挑戰(zhàn)：
　　UTAS需要為機(jī)電系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)完整的測(cè)試架構(gòu)，該架構(gòu)應(yīng)足夠靈活，可用于新項(xiàng)目和現(xiàn)有項(xiàng)目產(chǎn)品開發(fā)過程中的各種航空航天控制器和組件測(cè)試。

　　解決方案：
　　我們使用NI PXI和CompactRIO硬件平臺(tái)以及LabVIEW軟件進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，以提供可輕松配置、自定義和維護(hù)的模塊化測(cè)試架構(gòu)。我們與NI聯(lián)盟合作伙伴Wineman Technology合作開發(fā)了軟件，并與Sierra Peaks合作開發(fā)了儀器和制動(dòng)系統(tǒng)。

　　"我們開發(fā)了一個(gè)完美的架構(gòu)，所有測(cè)試實(shí)驗(yàn)可以在一系列移動(dòng)公共前端上運(yùn)行，從而無需再使用單個(gè)機(jī)械測(cè)試臺(tái)上針對(duì)單個(gè)功能而構(gòu)建且逐步老化的固定電子設(shè)備。"

　　- Scott Christensen, Collins Aerospace

　　UTAS在去年的NIWeek上現(xiàn)場(chǎng)展示了相關(guān)Demo，點(diǎn)擊下方視頻了解一下↓↓↓

　　下面是UTAS的具體應(yīng)用案例，里面會(huì)涉及詳細(xì)的技術(shù)細(xì)節(jié)，感興趣的小伙伴不要錯(cuò)過哦。
　　注：本文作者為來自Collins Aerospace的Scott Christensen

航空航天測(cè)試需求

　　航空航天線路可更換單元（LRU）、組件和控制器都需要經(jīng)過嚴(yán)格的測(cè)試，UTAS等航空航天公司必須為從公務(wù)機(jī)、商用客機(jī)到軍用飛機(jī)等各種OEM機(jī)載項(xiàng)目測(cè)試一類零件的各種配置和變體。UTAS設(shè)計(jì)了許多用于飛機(jī)飛行系統(tǒng)的部件。作動(dòng)小組設(shè)計(jì)的系統(tǒng)用于將駕駛艙控制命令轉(zhuǎn)換為所有前緣和后緣控制平面（襟翼、縫翼）的運(yùn)動(dòng)。這些系統(tǒng)包括縫翼和襟翼電子控制單元（SFECU）、中央動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元（PDU）以及相關(guān)的動(dòng)力傳輸元件，如扭矩管和變速箱。所有這些系統(tǒng)組件都需要在系統(tǒng)和飛機(jī)級(jí)別下單獨(dú)進(jìn)行測(cè)試。
　　
傳統(tǒng)測(cè)試方法的挑戰(zhàn)

　　組件之間的設(shè)計(jì)和測(cè)試方法相對(duì)類似。然而，我們作動(dòng)小組的人員需要操作針對(duì)不同類型LRU測(cè)試而設(shè)計(jì)的多個(gè)測(cè)試臺(tái)，包括開發(fā)、認(rèn)證、生產(chǎn)和維修。此外，我們?cè)诖笮蜏y(cè)試系統(tǒng)（包括內(nèi)部和客戶使用的系統(tǒng)）上使用液壓負(fù)載進(jìn)行操作，每次配置這些系統(tǒng)都非常耗時(shí)，而且成本高昂。為了在整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)周期中運(yùn)行不同的測(cè)試，我們浪費(fèi)了很多時(shí)間在重新創(chuàng)建架構(gòu)和程序上。

圖2.作動(dòng)系統(tǒng)連接和通信

　　例如，現(xiàn)有的測(cè)試臺(tái)使用液壓負(fù)載進(jìn)行機(jī)械LRU測(cè)試。測(cè)試中有很多類似的工作；每次重新配置測(cè)試設(shè)置時(shí)，我們需要重新安裝液壓系統(tǒng)并進(jìn)行重新連接。

　　即使是電子測(cè)試，測(cè)試臺(tái)也需要使用真實(shí)的飛行硬件，這使得測(cè)試解決方案很呆板，靈活性差。自動(dòng)化測(cè)試非常少，而且對(duì)多種配置的支持有限。傳統(tǒng)的測(cè)試方法既昂貴又耗時(shí)。我們團(tuán)隊(duì)面臨著緊迫的時(shí)間進(jìn)度要求和資源限制，這些限制使我們無法快速調(diào)整現(xiàn)有的分散式架構(gòu)來滿足不斷增長的需求。此外，UTAS仍然需要比其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手更具優(yōu)勢(shì)，需要降低成本和壓縮時(shí)間表來贏得未來的項(xiàng)目，所有這些壓力推動(dòng)了新測(cè)試架構(gòu)的出現(xiàn)。

整個(gè)設(shè)計(jì)周期均適用的通用測(cè)試平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)

　　我們?cè)谛碌姆植际?、確定性動(dòng)態(tài)（distributed，deterministic and dynamic ，D3）架構(gòu)上的前期工作和投資是一種前瞻性的投入，將在未來幾年得到回報(bào)。我們看到了在組件設(shè)計(jì)周期內(nèi)使用標(biāo)準(zhǔn)化的通用測(cè)試架構(gòu)進(jìn)行所有測(cè)試所帶來的巨大潛力。

　　我們使用D3架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了以下測(cè)試類型：模型在環(huán)（MIL）、軟件在環(huán)（SIL）和硬件在環(huán)（HIL）測(cè)試；硬件和軟件驗(yàn)證和驗(yàn)證（V＆V）測(cè)試（故障插入）；生命周期耐久性試驗(yàn)；系統(tǒng)集成實(shí)驗(yàn)（鐵鳥）測(cè)試；飛機(jī)級(jí)系統(tǒng)集成測(cè)試；高升力系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)（HLSTR），包括飛機(jī)級(jí)物理系統(tǒng)試驗(yàn)；系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)（STR），包括性能、耐久性和疲勞試驗(yàn)；縫翼/襟翼控制器裝置（SFCR），包括軟件開發(fā)、軟件功能、軟件回歸、系統(tǒng)和自動(dòng)化生產(chǎn)（驗(yàn)收測(cè)試程序或ATP）測(cè)試；和物理測(cè)試，包括基于左翼總負(fù)載的單翼和“右翼”仿真測(cè)試。
　　
　　我們實(shí)現(xiàn)了幾個(gè)目標(biāo)：
　　首先，我們開發(fā)了一個(gè)通用測(cè)試平臺(tái)，提供了整個(gè)生命周期均適用的測(cè)試架構(gòu)和多用途測(cè)試儀。我們?cè)谡麄€(gè)設(shè)計(jì)“V”中使用相同的SFECU裝置進(jìn)行開發(fā)、ATP、鐵鳥測(cè)試、系統(tǒng)集成測(cè)試臺(tái)（SITS）測(cè)試、批量生產(chǎn)電子控制器測(cè)試和批量生產(chǎn)機(jī)械硬件測(cè)試。

　　其次，我們采用了可維護(hù)且可重新配置的模塊化硬件?，F(xiàn)在，我們可以輕松擴(kuò)展系統(tǒng)，針對(duì)不同的系統(tǒng)進(jìn)行重新配置，并避免硬連線或管道來連接系統(tǒng)組件。

　　第三，我們開發(fā)了一個(gè)易于集成的開放式軟件架構(gòu)。反射內(nèi)存架構(gòu)允許我們通過內(nèi)存讀寫完全控制測(cè)試臺(tái)。我們可以單獨(dú)使用這種架構(gòu)或?qū)⑵浼傻礁蟮臏y(cè)試系統(tǒng)中，而且我們可以實(shí)現(xiàn)分布式控制，從而隨著系統(tǒng)的擴(kuò)大提供更強(qiáng)大的處理能力。

D3架構(gòu)詳圖

　　D3架構(gòu)是一種高度自適應(yīng)模塊化多用途測(cè)試解決方案，融合了業(yè)界精心研發(fā)的技術(shù)和最小巧的新設(shè)計(jì)。該技術(shù)包括基于NI CompactRIO和FPGA硬件擴(kuò)展功能的分布式控制，以及使用NI C系列驅(qū)動(dòng)器接口模塊和Kollmorgen AKD伺服驅(qū)動(dòng)器和AKM伺服電機(jī)進(jìn)行伺服電動(dòng)負(fù)載控制的直接連接接口。

圖3. 使用LabVIEW開發(fā)的物理系統(tǒng)測(cè)試裝備和GUI

圖4. UTAS系統(tǒng)測(cè)試臺(tái)使用NI硬件和軟件進(jìn)行負(fù)載控制

　　SFECU測(cè)試臺(tái)是一個(gè)機(jī)架安裝式平臺(tái)，包含所有真實(shí)控制器或真實(shí)和模擬控制器的組合。如果只安裝了一個(gè)控制器，我們可以通過CANbus模擬另一個(gè)控制器。我們使用該系統(tǒng)來模擬構(gòu)成飛機(jī)的機(jī)電組件。專有的仿真工具使我們能夠模擬飛機(jī)故障模式。該測(cè)試臺(tái)完全可編程，可提供任何自動(dòng)化工作周期或特定功能測(cè)試。在所有情況下，我們可以用實(shí)際硬件替換模擬硬件，反之亦然。

圖5. 該測(cè)試解決方案可以進(jìn)行物理測(cè)試和仿真， 而且可以使用相同的控制器和軟件完成整個(gè)設(shè)計(jì)周期的所有產(chǎn)品測(cè)試。

圖6. 典型的2通道SFECU測(cè)試裝置

　　這些測(cè)試機(jī)架內(nèi)的硬件提供了測(cè)試機(jī)架子機(jī)箱內(nèi)真實(shí)飛機(jī)硬件和模擬傳感器之間的切換。測(cè)試機(jī)架還包含用于監(jiān)測(cè)離散、模擬和電源電壓和電流以及飛機(jī)控制器輸入輸出信號(hào)的硬件。

　　具體來說，這些測(cè)試機(jī)架可容納交流和直流電源控制和監(jiān)測(cè)機(jī)箱；制動(dòng)負(fù)載模擬、開關(guān)和監(jiān)測(cè)機(jī)箱；內(nèi)部直流電源；旋轉(zhuǎn)變壓器模擬、開關(guān)和監(jiān)測(cè)組件；離散模擬、開關(guān)和監(jiān)測(cè)組件；ARINC 429和CAN發(fā)射和接收組件；緊急停止控制和監(jiān)測(cè)組件；信號(hào)分路組件；數(shù)據(jù)采集組件；連接定制LRU適配器組件的通用LRU接口；以及基于Windows的PC和不間斷電源。
　　
　　測(cè)試機(jī)架還為共享桌面工作區(qū)（人機(jī)界面）、真實(shí)飛行硬件接口、外部ARINC 429源和接收器以及外部AC / DC電源組件提供外部電氣接口，以支持電能質(zhì)量測(cè)試。
　　
　　我們使用基于LabVIEW的軟件來運(yùn)行SFECU測(cè)試臺(tái)，這樣就可以手動(dòng)和自動(dòng)配置和操作測(cè)試臺(tái)。我們還可以通過確定性反射內(nèi)存數(shù)據(jù)總線來控制和監(jiān)測(cè)測(cè)試臺(tái)功能。

應(yīng)用于不同的GUI和站點(diǎn)配置

　　我們可以自定義、保存和重新配置軟件來支持許多不同的GUI和支架配置。例如，對(duì)于縫翼和襟翼ECU SITS，我們可以使用核心測(cè)試臺(tái)及其上運(yùn)行的PDU模型，來完全模擬所有傳感器和離散信號(hào)。我們可以使用SITS飛行艙（飛行硬件）和仿真,將縫翼/襟翼控制桿命令發(fā)送到縫翼和襟翼ECU和模型來重現(xiàn)系統(tǒng)、超速、欠速和其他表面故障。

　　我們可以將故障應(yīng)用于縫翼和襟翼ECU，以驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)指示和機(jī)組警報(bào)系統(tǒng)（EICAS）的邏輯，并且使用連接到縫翼和襟翼ECU的測(cè)試臺(tái)來測(cè)試維護(hù)屏幕，因?yàn)槲覀兛梢阅M所有通信、負(fù)載、離散信號(hào)和傳感器。對(duì)于縫翼和襟翼ECU ATP，我們可以使用SFCR運(yùn)行與生產(chǎn)設(shè)施上相同的ATP。我們可以選擇各種ATP方法，包括逐個(gè)電路模擬或使用飛行軟件進(jìn)行全面模擬（飛行盒測(cè)試）。我們還可以使用運(yùn)行Python腳本的自定義GUI和測(cè)試序列器自動(dòng)進(jìn)行測(cè)試。
　　
　　此外，D3架構(gòu)還提供集成系統(tǒng)測(cè)試和認(rèn)證試驗(yàn)臺(tái)(ISTCR)、縫翼和襟翼ECU（例如，診斷導(dǎo)致鎖定故障的故障條件）、記錄和顯示（反射內(nèi)存數(shù)據(jù)記錄配置實(shí)用程序以200 Hz的速率記錄反射存儲(chǔ)器中的值）、CAN和ARINC數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)顯示（飛機(jī)GUI顯示每個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器的讀數(shù)、電流、電壓等；我們可以基于標(biāo)準(zhǔn)自定義塊的構(gòu)建塊來構(gòu)建、自定義并保存GUI，以及自動(dòng)化（通過套接字和JSON序列化使用TestStand、Python或任何語言編寫腳本；通過外部應(yīng)用程序/系統(tǒng)訪問RFM實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；通過自定義LabVIEW代碼和激勵(lì)配置文件運(yùn)行控制器；宏錄制和回放；自動(dòng)化軟件功能；以及自動(dòng)化ATP）。

圖7. 該視圖顯示了我們?nèi)绾螛?gòu)建這個(gè)靈活的架構(gòu)，以允許在模擬和真實(shí)硬件之間切換。每個(gè)模塊通過反射內(nèi)存與其他模塊進(jìn)行通信。每個(gè)模塊通過反射內(nèi)存與其他模塊進(jìn)行通信。

圖8.此測(cè)試配置和GUI管理屏幕顯示了可以使用此通用架構(gòu)處理的各種受測(cè)設(shè)備，以及如何在子系統(tǒng)級(jí)別配置應(yīng)用程序。

圖9.飛機(jī)GUI示例

UTAS節(jié)省成本、時(shí)間和人工

　　借助NI的分布式測(cè)量和控制產(chǎn)品，我們將測(cè)試重新配置時(shí)間從數(shù)周縮短至一天。我們的D3架構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：多用途（系統(tǒng)、ATP和鐵鳥均使用相同的負(fù)載表；開發(fā)、ATP、鐵鳥、SITS、ESIM均使用相同的SFECU測(cè)試臺(tái)）、模塊化（無需硬連線或管道連接；軟件和硬件均基于多架飛機(jī)通用的設(shè)計(jì)）、易于集成（開放式軟件架構(gòu)；可使用任何語言編寫腳本；成熟的RFM架構(gòu)，允許測(cè)試臺(tái)以隔離或集成模式運(yùn)行）、可維護(hù)（通過大量使用印刷接線板避免使用傳統(tǒng)線束））；前瞻性（我們團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)可申請(qǐng)專利）。
　　
　　通過開發(fā)通用測(cè)試平臺(tái)來滿足我們?cè)诟鞣N項(xiàng)目甚至飛機(jī)架構(gòu)中的HIL、V＆V、系統(tǒng)集成和生產(chǎn)測(cè)試需求，我們能夠縮短測(cè)試設(shè)備開發(fā)時(shí)間，同時(shí)更好地滿足未來需求，包括更多數(shù)字測(cè)試實(shí)驗(yàn)。新平臺(tái)幫助我們節(jié)省了數(shù)月的開發(fā)時(shí)間和數(shù)十萬美元的成本，同時(shí)減少了測(cè)試實(shí)驗(yàn)的工作量。

　　我們開發(fā)了一個(gè)完美的架構(gòu)，所有測(cè)試實(shí)驗(yàn)可以在一系列移動(dòng)公共前端上運(yùn)行，從而無需再使用單個(gè)機(jī)械測(cè)試臺(tái)上針對(duì)單個(gè)功能而構(gòu)建且逐步老化的固定電子設(shè)備?，F(xiàn)在，我們正在努力將這種新架構(gòu)整合到日常技術(shù)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)全自動(dòng)化的測(cè)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，這樣我們無需再為勞動(dòng)力擔(dān)心，也為后續(xù)創(chuàng)新騰出了更多資金。

（轉(zhuǎn)載）