LM-STAR案例分析及下一代测试技术展望
摘要:介绍了LM-STAR的发展历程以及软硬件特点。对其中应用的硬件方面,如高度模拟测试技术、合成仪器技术、公共测试接口技术和高速数据通信技术,软件方面诸如可互换虚拟仪器技术、自动化标志语言、TPS Winzard和Smart TPSs等下一代测试技术作了详细描述。LM-STAR的开发经验对指导国内军用ATS的开发具有重要的意义。
关键词:洛马之星;全寿命保障;下一代测试技术;自动测试系统
0引言
根据2003年美国总预算办公室(GAO)向国防部提交的《DoD Needs to Better Manage Automatic Test Equipment Modernization》,保守的保障模式带来两个方面的巨大影响。
(1)老化设备的更新维修资金与日俱增。比如2004年空军F-15某种测试设备的更新就花费了32.5亿美元,而且还打算花费4亿美元更新电子战测试仪。而2002年B-52轰炸机的研究表明将来更新七大系统的六大系统的测试仪总共要花费14亿美元。同样,更新唯一的B-1轰炸机的测试仪预算超过1.5亿美元。正在开发中的F/A-22的测试仪早期预算中就超过了15亿美元。
(2)老化测试设备使得装备可用性降低。装备的老化促使必要的测试设备短缺,以至于无法完成必需的测试,使装备的可用性呈现大幅度滑坡。根据DoD可用性报告,在2000年只有28%的海军、空军和陆战队的飞机可用;2001年8月,由于ATE的测试结果不准确,不完整的测试信息影响了F-14的飞行任务。
测试系统在DoD的推动下不断扩散,但很少给政府和工业部门带来投资回报。在DoD的资金变得稀缺时,减少ATS采购费用和全寿命保障费用成为必须。而且由于不同的测试应用和相互关联的编程语言在军用系统的保障中大量采用,测试能力和测试资源在从一个维修级别转向另一个级别时根本就没有重用性。开放式的系统结构和标准化接口作为一种满足工业在测试设备上的投资手段开始成为必需。为此,DoD成立了一个集成产品组(Integrated Product Team,IPT)来定义下一代测试设备和代表未来方向的测试技术。
20世纪90年代末期,正是为了适应DoD政策的这种变化,军用航空和地面维修保障模式从昂贵的多种级别的维修保障模式向纵向集成的全寿命周期保障模式转换,这时提出了LM-STAR的系统概念。现在来看,LM-STAR的开发结果是货架化的、低费用的、CASS(Consolidated Automated Support System)兼容的,可以针对工厂和内场测试重组的测试系统。LM-STAR的成功开发,使之成为美军内部的未来工厂、内场和中间级测试应用的现实标准。本文介绍了测试领域中这一成功案例的发展历程以及软硬件特点。
1 LM-STAR的发展历程
20世纪90年代末期,Lockheed开始搭建最初的LM-STAR,它借用的是海军的CASS(图1)和RTCASS(Reconfigurable Transportable CASS)框架,并强调LM-STAR与CASS必须兼容。同时Lockheed对LM-STAR提出了五个目标:空前的板载诊断和监控;高度自动化的后勤信息系统;消除众多中间级的测试保障设备;共享诊断数据;满足军方提出的快速、便宜和简洁的维护保障设备的要求。
LM-STAR产生了两种主要产品。第一种是2002年生产的用于下一代F-16 B60飞机的保障测试系统。在2001年,Lockheed Martin获得历史上规模最大的飞机研制合同,这就是联合歼击机(Joint Strike Fighter,JSF)合同,也叫做F-35合同,这个合同大约是2 000亿美元。而JSF合同中至关重要的一部分就是开发一个能够从生产到环境应力试验再到内场测试一直适合的测试设备,用于完成计划中的3 000架JSF的纵向集成全寿命保障。为了应对这个挑战,Lockheed Martin 的仿真训练保障部(LM STS ) 开发了适用于JSF项目的LM-STAR测试系统。还有一些LM-STAR产品进行了适当改变以支持CASS TPS的移植。大多数LM-STAR在2003年已经配发部队,在2005年为JSF设计LM-STAR也将配置完成。美国军方共花费了9.9亿美元购买了88套LM-STAR,用于JSF开发阶段的航电系统和武器系统的测试。据估计,这种产品能够将内场级和工厂级的测试保障协调起来以减少全寿命保障的总成本。
2 LM-STAR软硬件特点
LM-STAR(图2)在系统结构上大部分沿袭了CASS的组装箱形式。CASS是五个组装立箱,而JSF项目的LM-STAR将其中一个立箱改成卧箱,机箱的颜色从灰白色改成黑黄相间。但是由于该系统与CASS的兼容性,它们的内部结构组成没有太多的更改,这也是由于这种内部结构形式是美国军方所推荐的。LM-STAR全部采用商业现货,这样减少了升级改造的难度和组件采购费用。
2.1基础构件的协调
JSF项目的核心就是LM-STAR与其他保障系统的协调。这种协调是指同一个测试设备既可以用于工厂级的测试,又可以用于内场测试。为了获得这种协调,JSF项目在系统的设计开发(System Design and Development,SDD)和小批量样机(Low Rate Initial Production,LRIP)阶段就将LM-STAR作为一种工厂可以接受的测试设备。2004年6月,全球建立了31个LM-STAR测试站,这占总的SDD阶段测试网点的一半。这些测试站主要用于TPS的开发,以及电源、中央处理器、分布式传感器、雷达、通信、导航、识别系统(CNI)和电子战系统的集成。 为了获得这种协调一致性,必须保证测试设备面向UUT的软件接口和硬件接口是固定的。硬件接口标准采用CASS的通用接口。这种选择是由于全球存在613个CASS测试站。选择这种通用接口也是由于LM-STAR在开发之初就承诺了减小对CASS样式的冲击。
同样,软件接口定义成API。在API的底层,LM-STAR通过支持句柄、封装和IVI(Interchangeble Virtual Instruments,可互换虚拟仪器)接口来调用仪器驱动。当仪器改变时,封装、句柄和IVI接口相应进行改变以保持API的固定,不对TPS进行冲击。
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