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2020OEM机械设计技术研讨会云会议
控制系统

借助NI的测试系统,UTAS将测试重新配置时间从数周缩短至一天

  2020年07月31日  

  联合技术航空航天系统(UTAS)是全球最大的国防和航天航空先进技术产品供应商之一,拥有约42,000名员工,年收入超过140亿美元。作动系统业务单元负责为民用、商用和军用飞机设计和制造高升力作动系统。他们需要灵活的测试系统系统以完成复杂的航空航天测试,看看NI如何为他们分忧。

图1. UTAS高升力作动系统

  挑战:
  UTAS需要为机电系统创建一个完整的测试架构,该架构应足够灵活,可用于新项目和现有项目产品开发过程中的各种航空航天控制器和组件测试。

  解决方案:
  我们使用NI PXI和CompactRIO硬件平台以及LabVIEW软件进行了标准化,以提供可轻松配置、自定义和维护的模块化测试架构。我们与NI联盟合作伙伴Wineman Technology合作开发了软件,并与Sierra Peaks合作开发了仪器和制动系统。

  "我们开发了一个完美的架构,所有测试实验可以在一系列移动公共前端上运行,从而无需再使用单个机械测试台上针对单个功能而构建且逐步老化的固定电子设备。"

  - Scott Christensen, Collins Aerospace

  UTAS在去年的NIWeek上现场展示了相关Demo,点击下方视频了解一下↓↓↓

  下面是UTAS的具体应用案例,里面会涉及详细的技术细节,感兴趣的小伙伴不要错过哦。
  注:本文作者为来自Collins Aerospace的Scott Christensen

航空航天测试需求

  航空航天线路可更换单元(LRU)、组件和控制器都需要经过严格的测试,UTAS等航空航天公司必须为从公务机、商用客机到军用飞机等各种OEM机载项目测试一类零件的各种配置和变体。UTAS设计了许多用于飞机飞行系统的部件。作动小组设计的系统用于将驾驶舱控制命令转换为所有前缘和后缘控制平面(襟翼、缝翼)的运动。这些系统包括缝翼和襟翼电子控制单元(SFECU)、中央动力驱动单元(PDU)以及相关的动力传输元件,如扭矩管和变速箱。所有这些系统组件都需要在系统和飞机级别下单独进行测试。
  
传统测试方法的挑战

  组件之间的设计和测试方法相对类似。然而,我们作动小组的人员需要操作针对不同类型LRU测试而设计的多个测试台,包括开发、认证、生产和维修。此外,我们在大型测试系统(包括内部和客户使用的系统)上使用液压负载进行操作,每次配置这些系统都非常耗时,而且成本高昂。为了在整个产品开发周期中运行不同的测试,我们浪费了很多时间在重新创建架构和程序上。

图2.作动系统连接和通信

  例如,现有的测试台使用液压负载进行机械LRU测试。测试中有很多类似的工作;每次重新配置测试设置时,我们需要重新安装液压系统并进行重新连接。

  即使是电子测试,测试台也需要使用真实的飞行硬件,这使得测试解决方案很呆板,灵活性差。自动化测试非常少,而且对多种配置的支持有限。传统的测试方法既昂贵又耗时。我们团队面临着紧迫的时间进度要求和资源限制,这些限制使我们无法快速调整现有的分散式架构来满足不断增长的需求。此外,UTAS仍然需要比其他竞争对手更具优势,需要降低成本和压缩时间表来赢得未来的项目,所有这些压力推动了新测试架构的出现。

整个设计周期均适用的通用测试平台的优势

  我们在新的分布式、确定性动态(distributed,deterministic and dynamic ,D3)架构上的前期工作和投资是一种前瞻性的投入,将在未来几年得到回报。我们看到了在组件设计周期内使用标准化的通用测试架构进行所有测试所带来的巨大潜力。

  我们使用D3架构实现了以下测试类型:模型在环(MIL)、软件在环(SIL)和硬件在环(HIL)测试;硬件和软件验证和验证(V&V)测试(故障插入);生命周期耐久性试验;系统集成实验(铁鸟)测试;飞机级系统集成测试;高升力系统试验台(HLSTR),包括飞机级物理系统试验;系统试验台(STR),包括性能、耐久性和疲劳试验;缝翼/襟翼控制器装置(SFCR),包括软件开发、软件功能、软件回归、系统和自动化生产(验收测试程序或ATP)测试;和物理测试,包括基于左翼总负载的单翼和“右翼”仿真测试。
  
  我们实现了几个目标:
  首先,我们开发了一个通用测试平台,提供了整个生命周期均适用的测试架构和多用途测试仪。我们在整个设计“V”中使用相同的SFECU装置进行开发、ATP、铁鸟测试、系统集成测试台(SITS)测试、批量生产电子控制器测试和批量生产机械硬件测试。

  其次,我们采用了可维护且可重新配置的模块化硬件。现在,我们可以轻松扩展系统,针对不同的系统进行重新配置,并避免硬连线或管道来连接系统组件。

  第三,我们开发了一个易于集成的开放式软件架构。反射内存架构允许我们通过内存读写完全控制测试台。我们可以单独使用这种架构或将其集成到更大的测试系统中,而且我们可以实现分布式控制,从而随着系统的扩大提供更强大的处理能力。

D3架构详图

  D3架构是一种高度自适应模块化多用途测试解决方案,融合了业界精心研发的技术和最小巧的新设计。该技术包括基于NI CompactRIO和FPGA硬件扩展功能的分布式控制,以及使用NI C系列驱动器接口模块和Kollmorgen AKD伺服驱动器和AKM伺服电机进行伺服电动负载控制的直接连接接口。

图3. 使用LabVIEW开发的物理系统测试装备和GUI

图4. UTAS系统测试台使用NI硬件和软件进行负载控制

  SFECU测试台是一个机架安装式平台,包含所有真实控制器或真实和模拟控制器的组合。如果只安装了一个控制器,我们可以通过CANbus模拟另一个控制器。我们使用该系统来模拟构成飞机的机电组件。专有的仿真工具使我们能够模拟飞机故障模式。该测试台完全可编程,可提供任何自动化工作周期或特定功能测试。在所有情况下,我们可以用实际硬件替换模拟硬件,反之亦然。

图5. 该测试解决方案可以进行物理测试和仿真, 而且可以使用相同的控制器和软件完成整个设计周期的所有产品测试。

图6. 典型的2通道SFECU测试装置

  这些测试机架内的硬件提供了测试机架子机箱内真实飞机硬件和模拟传感器之间的切换。测试机架还包含用于监测离散、模拟和电源电压和电流以及飞机控制器输入输出信号的硬件。

  具体来说,这些测试机架可容纳交流和直流电源控制和监测机箱;制动负载模拟、开关和监测机箱;内部直流电源;旋转变压器模拟、开关和监测组件;离散模拟、开关和监测组件;ARINC 429和CAN发射和接收组件;紧急停止控制和监测组件;信号分路组件;数据采集组件;连接定制LRU适配器组件的通用LRU接口;以及基于Windows的PC和不间断电源。
  
  测试机架还为共享桌面工作区(人机界面)、真实飞行硬件接口、外部ARINC 429源和接收器以及外部AC / DC电源组件提供外部电气接口,以支持电能质量测试。
  
  我们使用基于LabVIEW的软件来运行SFECU测试台,这样就可以手动和自动配置和操作测试台。我们还可以通过确定性反射内存数据总线来控制和监测测试台功能。

应用于不同的GUI和站点配置

  我们可以自定义、保存和重新配置软件来支持许多不同的GUI和支架配置。例如,对于缝翼和襟翼ECU SITS,我们可以使用核心测试台及其上运行的PDU模型,来完全模拟所有传感器和离散信号。我们可以使用SITS飞行舱(飞行硬件)和仿真,将缝翼/襟翼控制杆命令发送到缝翼和襟翼ECU和模型来重现系统、超速、欠速和其他表面故障。

  我们可以将故障应用于缝翼和襟翼ECU,以验证发动机指示和机组警报系统(EICAS)的逻辑,并且使用连接到缝翼和襟翼ECU的测试台来测试维护屏幕,因为我们可以模拟所有通信、负载、离散信号和传感器。对于缝翼和襟翼ECU ATP,我们可以使用SFCR运行与生产设施上相同的ATP。我们可以选择各种ATP方法,包括逐个电路模拟或使用飞行软件进行全面模拟(飞行盒测试)。我们还可以使用运行Python脚本的自定义GUI和测试序列器自动进行测试。
  
  此外,D3架构还提供集成系统测试和认证试验台(ISTCR)、缝翼和襟翼ECU(例如,诊断导致锁定故障的故障条件)、记录和显示(反射内存数据记录配置实用程序以200 Hz的速率记录反射存储器中的值)、CAN和ARINC数据记录、数据显示(飞机GUI显示每个旋转变压器的读数、电流、电压等;我们可以基于标准自定义块的构建块来构建、自定义并保存GUI,以及自动化(通过套接字和JSON序列化使用TestStand、Python或任何语言编写脚本;通过外部应用程序/系统访问RFM实现自动化;通过自定义LabVIEW代码和激励配置文件运行控制器;宏录制和回放;自动化软件功能;以及自动化ATP)。

图7. 该视图显示了我们如何构建这个灵活的架构,以允许在模拟和真实硬件之间切换。每个模块通过反射内存与其他模块进行通信。每个模块通过反射内存与其他模块进行通信。

图8.此测试配置和GUI管理屏幕显示了可以使用此通用架构处理的各种受测设备,以及如何在子系统级别配置应用程序。

图9.飞机GUI示例

UTAS节省成本、时间和人工

  借助NI的分布式测量和控制产品,我们将测试重新配置时间从数周缩短至一天。我们的D3架构具有以下优点:多用途(系统、ATP和铁鸟均使用相同的负载表;开发、ATP、铁鸟、SITS、ESIM均使用相同的SFECU测试台)、模块化(无需硬连线或管道连接;软件和硬件均基于多架飞机通用的设计)、易于集成(开放式软件架构;可使用任何语言编写脚本;成熟的RFM架构,允许测试台以隔离或集成模式运行)、可维护(通过大量使用印刷接线板避免使用传统线束));前瞻性(我们团队的设计可申请专利)。
  
  通过开发通用测试平台来满足我们在各种项目甚至飞机架构中的HIL、V&V、系统集成和生产测试需求,我们能够缩短测试设备开发时间,同时更好地满足未来需求,包括更多数字测试实验。新平台帮助我们节省了数月的开发时间和数十万美元的成本,同时减少了测试实验的工作量。

  我们开发了一个完美的架构,所有测试实验可以在一系列移动公共前端上运行,从而无需再使用单个机械测试台上针对单个功能而构建且逐步老化的固定电子设备。现在,我们正在努力将这种新架构整合到日常技术和业务系统中,以实现一个全自动化的测试实验系统,这样我们无需再为劳动力担心,也为后续创新腾出了更多资金。

标签:NI我要反馈
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