智能助手系統(tǒng)在ATE中的應用

(空軍裝備部駐北京地區(qū)第二軍事代表室，北京 100007)

0 引言

在測試系統(tǒng)飛速發(fā)展的今天，自動測試系統(tǒng)在國防領(lǐng)域中的作用愈發(fā)地重要。測試系統(tǒng)對被測單元的綜合性測試以及故障診斷功能已經(jīng)成為評判設(shè)備性能的重要因素。近幾年，我國航空航天事業(yè)發(fā)展迅猛，計算機技術(shù)也在迅猛發(fā)展，設(shè)備的復雜程度也越來越高[1]。為了保障設(shè)備在裝載之前不會出現(xiàn)故障，需要配套的自動測試系統(tǒng)進行全方面的綜合測試。為了確保設(shè)備處于良好的工作狀態(tài)，ATE首先應該進行系統(tǒng)自檢，保證自身集成模塊不會出現(xiàn)故障。在自檢過程中，出現(xiàn)異常，應該盡快定位故障位置，及時排除故障，分析可能導致故障發(fā)生的原因。

現(xiàn)有ATE自檢測自診斷效率低，操作不便，操作人員不能及時的對故障進行定位和分析。例如很多測試內(nèi)容仍需要通過鍵盤或鼠標手動操作；同時對自動測試系統(tǒng)使用維護人員的需求不能作出及時響應，因此，對自動測試系統(tǒng)的日常維護帶來了很大困難，自檢效率低下，浪費了大量的測試時間，無法在有限的時間內(nèi)完成自檢以及被測單元測試，無法滿足未來測試人員對ATE維護的需求。

隨著智能化不斷提高，操作助手的應用理念和操作方式對公眾造成深刻的影響，操作助手良好的人機交互方式已為公眾廣為接受甚至推崇，使用語音控制代替當前的鼠標鍵盤控制，甚至通過藍牙、WiFi等技術(shù)實現(xiàn)手持式智能操作助手，大大節(jié)省操作人員的測試時間，簡化了故障定位的操作流程，提高了故障分析的效率。對于現(xiàn)有的自動測試系統(tǒng)，將智能助手和自動測試系統(tǒng)結(jié)合能提高測試效率，轉(zhuǎn)向更智能的測試系統(tǒng)，以滿足維護自動測試系統(tǒng)不斷智能化的要求。

1 智能助手工作原理及總體設(shè)計方案

1.1 系統(tǒng)功能概述

本文設(shè)計實現(xiàn)的自動測試系統(tǒng)用智能助手(BIT)，用以提高自動測試系統(tǒng)自檢診斷效率和自動測試系統(tǒng)的智能化程度。該智能助手用于某型號通用自動測試平臺，可以幫助操作人員進行自檢、故障定位以及分析等功能[2]。根據(jù)自動測試系統(tǒng)的硬件配置的要求和其他智能助手系統(tǒng)的借鑒對自動出測試系統(tǒng)用智能助手軟件進行設(shè)計與實現(xiàn)，主要內(nèi)容包含以下四個方面：

1)具備良好的人機交互軟件界面；

2)能夠顯示總體測試平臺的3D模型；

3)具備配套的平臺碼垛及安裝的視頻演示文件；

4)能夠與平臺各部分集成設(shè)備相互通訊。

該智能助手能夠?qū)崟r監(jiān)測自動測試系統(tǒng)的自身工作狀態(tài)，包括主控計算機、電子標簽閱讀器、語音識別模塊、語音播報模塊、視頻監(jiān)控器和電源模塊；通過視頻監(jiān)控器實現(xiàn)對平臺工作狀態(tài)的實時監(jiān)控，主控計算機接受各儀器資源自檢上報信息，對自動測試系統(tǒng)進行智能維護。用于實時監(jiān)測ATE自身工作狀態(tài)的智能助手硬件采用觸摸式上架顯示屏，機芯位于外殼內(nèi)部。其中電子標簽閱讀器用于讀取和區(qū)別ATE及其包裝、履歷本等數(shù)字化標識；語音識別模塊用于智能識別測試人員語音，并做出回答或操作；語音播報模塊用于提示系統(tǒng)正常工作，或系統(tǒng)故障時，發(fā)出警告并播報故障位置。智能助手支持硬件3D模型在軟件窗口中自由旋轉(zhuǎn)與50%～200%比例縮放。軟件界面可將故障部位分級顯示定位至板卡的具體通道。

智能助手還能夠通過通信總線收集自動測試系統(tǒng)LRU/LRM的狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，并且具備系統(tǒng)校驗信息管理和演示設(shè)備組裝過程、加電操作功能；其系統(tǒng)校驗信息管理功能是記錄儀器/板卡型號、固定資產(chǎn)標號、本次校準時間、下次校準時間和下次標較剩余天數(shù)；智能助手具備演示設(shè)備組裝過程包括各個儀器組裝到設(shè)備內(nèi)部過程和各個設(shè)備之間碼垛過程，以及演示設(shè)備加電操作包括儀器電源開關(guān)位置說明、儀器開啟順序說明和上電操作注意說明。該智能助手系統(tǒng)能有效提高ATE周期自檢的檢測效率、幫助測試人員快速定位故障位置，滿足未來測試人員對自動測試系統(tǒng)智能維護的需求，提高了自動測試系統(tǒng)自檢診斷效率和自動測試系統(tǒng)的智能化程度[3]。

1.2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

整個測試平臺共分4個層級，其中6個PXIe/PXI機箱包含第四層級，其余的設(shè)備為三層級。智能助手在顯示每個層級的界時，應當能直觀的反映出每個層級的基本信息(設(shè)備名稱、設(shè)備型號、生產(chǎn)廠家以及出廠日期等等)、設(shè)備的狀態(tài)信息(設(shè)備是否正常，能否使用)、設(shè)備的標較信息(包括設(shè)備已使用多長時間，標較日期距離下次標較日期還有多久)。界面上的信息需要通過語音功能進行播報[4]。智能助手運行原理如圖1所示。

圖1 智能助手運行原理圖

智能助手模型如圖2所示。其硬件方面采用觸摸式上架顯示屏，可用于觸摸操作，屏幕分辨率初步定為1024×600，其具體功能如下：

圖2 智能助手模型

1)故障狀態(tài)監(jiān)控：自動測試系統(tǒng)助手BIT通過與測控計算機通信和控制儀器或板卡自檢的，將自檢結(jié)果信息以圖形和信息的形式顯示出來。如果儀器或板卡出現(xiàn)故障，智能助手軟件界面中相應的儀器或板卡標紅閃爍，并伴有聲音報警，提示用戶排查故障，故障部位用紅色標識。

2)系統(tǒng)校準信息管理：BIT能夠記錄儀器及板卡的校準信息，主要包括儀器/板卡型號、固定資產(chǎn)標號、本次校準時間、下次校準時間和下次標較剩余天數(shù)。在距離下一次校準時間前一個月軟件彈出標校提醒信息，同時剩余天數(shù)標紅顯示。儀器及板卡校準前一個月時應用黃色標識出，到校準日期時應改為黃色閃爍。

3)語音播報：當測試系統(tǒng)平臺BIT狀態(tài)監(jiān)測正常時，語音播報系統(tǒng)提示系統(tǒng)平臺正常工作。當監(jiān)測到故障時，語音播報系統(tǒng)發(fā)出警告，提示測試人員故障存在，并且播報故障位置，以便快速排除故障，恢復正常工作狀態(tài)。

4)虛擬安裝維修：為方便外廠人員使用，界面以爆炸圖動畫的形式為外廠人員展示具體的安裝過程，以及故障時的維修過程。當某一元件故障時，會在主屏幕上顯示故障零件的位置，并動畫展示維修方法。

5)可識別擴展儀器以及熱拆卸：機箱或者其內(nèi)部模塊在增加或拆卸的物體應在操作界面中展示出來，展示方式應包括三維模型的顯示以及界面右側(cè)信息的顯示，并對擴展儀器的信息進行監(jiān)測。

2 智能助手功能模塊的設(shè)計

為更進一步闡述本智能助手達成預定目的所采取得技術(shù)手段及功效，下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本文所述自動測試系統(tǒng)用智能助手的各個功能模塊進行詳細描述。本文提出的一種自動測試系統(tǒng)用智能助手，其硬件采用觸摸式上架顯示屏，機芯位于外殼內(nèi)部；包括主控計算機、電子標簽閱讀器、語音識別模塊、語音播報模塊、視頻監(jiān)控器、電源模塊、揚聲器及麥克風接口MIC[5]。

電子標簽閱讀器用于讀取和區(qū)別ATE自動測試系統(tǒng)及其包裝、履歷本等數(shù)字化標識。語音識別模塊與MIC相連，用于智能識別測試人員語音。語音播報模塊與揚聲器相連，用于提示系統(tǒng)正常工作，或系統(tǒng)故障時發(fā)出警告并播報故障位置。主控計算機根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果驅(qū)動語音播報模塊，根據(jù)識別出的語音信號作出相應的回答或操作，根據(jù)電子標簽閱讀器所讀取的標識進行ATE自動測試系統(tǒng)對應設(shè)備的信息管理，根據(jù)ATE自動測試系統(tǒng)各儀器資源自檢上報狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，對ATE自動測試系統(tǒng)進行維護。

自動測試系統(tǒng)用智能助手軟件操作界面。如圖3所示，軟件操作界面包括系統(tǒng)層1和組合箱層11，其中系統(tǒng)層1可定位至機箱2，組合箱層11可定位至儀器/板卡12，如果儀器/板卡12的具體通道出現(xiàn)故障，智能助手可以在其對應系統(tǒng)層1 的機箱2、組合箱層11的儀器/板卡12的標紅閃爍，并伴有聲音報警，提示用戶排查故障，提高檢測效率。返回8可以返回上一層，設(shè)備三維模型6為顯示所監(jiān)測設(shè)備的三維圖，模型和實物尺寸在智能助手軟件中成一定比例，外觀顏色基本一致，在軟件窗口中支持自由旋轉(zhuǎn)與50%～200%比例縮放。軟件界面還設(shè)有視頻提示標識2，在系統(tǒng)層可以點擊播放7查看機箱的碼垛方式，在組合箱層可以點擊播放7查看儀器/板卡12的安裝位置，并動畫展示維修方法。

圖3 智能助手系統(tǒng)層操作界面示意圖

智能助手顯示各個模塊的工作狀態(tài)，對模塊進行實時監(jiān)控，組合箱層11還設(shè)有設(shè)備名稱4、設(shè)備型號9、工作狀態(tài)5、標校信息10。點擊工作狀態(tài)5，顯示實時監(jiān)測到的模塊信息，包括數(shù)據(jù)返回值的信息，工作是否正常，不正常時則逐級標紅閃爍；點擊標校信息10，顯示本次校準時間、下次校準時間和下次標較剩余天數(shù)。在距離下一次校準時間前一個月軟件彈出標校提醒信息，同時剩余天數(shù)標紅顯示；點擊關(guān)閉13可退出智能助手系統(tǒng)。

3 智能助手通信協(xié)議的設(shè)計

智能助手可以對自動測試平臺進行一鍵式儀器自檢功能，需要對平臺中集成的儀器模塊建立通信，其中電源、智能供配電、大氣靜壓源以及PXI機箱為平臺主要組成部分。電源分為直流電源和交流電源，負責為平臺各部分模塊的供電；智能供配電組合可以根據(jù)不同儀器模塊的不同供電要求進行分配，使電源利用率達到最高，不會造成不必要的浪費；大氣靜壓源和4個PXI機箱中的高性能測試板卡是平臺能夠完成測試項目的重要組成模塊[6]。

3.1 智能供配電數(shù)據(jù)通信協(xié)議

1)通信方式

采用網(wǎng)口通信，IP地址為192.168.1.31。

2)數(shù)據(jù)格式

智能供配電數(shù)據(jù)格式如表1所示。

表1 智能供配電數(shù)據(jù)格式

3)數(shù)據(jù)解析

智能供配電數(shù)據(jù)解析如表2所示。

表2 智能供配電數(shù)據(jù)解析

4)數(shù)值計算

①溫度計算：溫度計算方法如下所示，結(jié)果保存至True_Tem變量中。

True_Tem=(數(shù)據(jù)位)*(十進制)/10

②濕度計算：溫度計算方法如下所示，結(jié)果保存至True_Hum變量中。

True_Tem=(數(shù)據(jù)位)*(十進制)/10

③運行狀態(tài)：智能供配電運行狀態(tài)保存至STATE_YX變量中。

正常：STATE_YX=1

異常：STATE_YX=0

④連續(xù)工作時間：True_time變量用于保存系統(tǒng)連續(xù)工作時間，根據(jù)如下計算方法得到連續(xù)工作時間。

True_time=(數(shù)據(jù)位)*(十進制)*

(時間高八位+時間低八位)/10

3.2 大氣靜壓源數(shù)據(jù)通信協(xié)議

1)通信方式

采用網(wǎng)口通信，IP地址為192.168.1.32。

2)數(shù)據(jù)格式

大氣靜壓源數(shù)據(jù)格式如表3所示。

表3 大氣靜壓源數(shù)據(jù)格式

3)數(shù)據(jù)解析

大氣靜壓源數(shù)據(jù)解析如表4所示。

表4 大氣靜壓源數(shù)據(jù)解析

具體定義如下：

①故障字定義

Bit1：靜壓傳感器；

Bit2：全壓傳感器；

Bit3：數(shù)據(jù)處理器；

Bit4：數(shù)據(jù)采集器；

Bit5：靜壓控制器；

Bit6：全壓控制器；

Bit7～ Bit16：備份。

②數(shù)據(jù)3～數(shù)據(jù)7定義：每個數(shù)據(jù)占4字節(jié)，比例尺為1/10000，分別代表靜壓、全壓、高度、空速和馬赫的數(shù)據(jù)。

③校驗和：采用模16校驗方式。

3.3 電源數(shù)據(jù)通信協(xié)議

1)通信方式

采用網(wǎng)口通信，IP地址如表5所示。

表5 電源設(shè)備IP地址

2)數(shù)據(jù)格式

電源設(shè)備數(shù)據(jù)格式如表6所示。

表6 電源設(shè)備數(shù)據(jù)格式

3)數(shù)據(jù)解析

電源設(shè)備數(shù)據(jù)解析如表7所示。

3.4 PXI機箱通信協(xié)議

1)通信協(xié)議

在進行機箱通信時，將所有嵌入式控制器設(shè)為Client，網(wǎng)絡協(xié)議為TCP/IP，PXI/PXIe機箱1的地址：192.168.1.11；端口號：8000。

2)數(shù)據(jù)格式

發(fā)送數(shù)據(jù)格式為：

其中“P1”為PXI/PXIe機箱1，“?”后數(shù)字為機箱代號，如為0則該機箱未找到模塊，第一個*號后的數(shù)據(jù)表示機箱中模塊狀態(tài)(0為未找到，1為正常)，后邊星號后的數(shù)據(jù)依次為+3.3 V、+5 V、vio、+12 V、-12 V、溫度1、溫度2、溫度3、溫度4、風扇1、風扇2、風扇3、風扇4(當為P4時，連續(xù)顯示兩個外掛機箱的電壓溫度等狀態(tài))。

P2、P3、P4為射頻通用儀器和模擬器狀態(tài)數(shù)據(jù)，其中：

P2：第一個*號后的數(shù)據(jù)表示機箱中模塊狀態(tài)(0為未找到，1為正常)，信號源狀態(tài)正常為2～12位數(shù)據(jù)為全為1，否則故障；頻譜儀狀態(tài)正常為13～17位數(shù)據(jù)為全為1，否則故障；電臺綜測儀狀態(tài)正常為18位數(shù)據(jù)為1，否則故障。

P3：第一個*號后的數(shù)據(jù)表示機箱中模塊狀態(tài)(0為未找到，1為正常)，甚高頻全向信標模擬器狀態(tài)正常為2～3位數(shù)據(jù)為全為1，否則故障；儀表著陸系統(tǒng)模擬器狀態(tài)正常為4～5位數(shù)據(jù)為全為1，否則故障；微波著陸模擬器狀態(tài)正常為6～7位數(shù)據(jù)為1，否則故障；塔康模擬器狀態(tài)正常為8～9位數(shù)據(jù)為全為1，否則故障；ADF模擬器狀態(tài)正常為10～11位數(shù)據(jù)為全為1，否則故障；高度表模擬器狀態(tài)正常為12～13位數(shù)據(jù)為全為1，否則故障；氣象雷達模擬器狀態(tài)正常為14～15位數(shù)據(jù)為全為1，否則故障；衛(wèi)星導航模擬器狀態(tài)正常為16～18位數(shù)據(jù)為全為1，否則故障。

P4：第一個*號后的數(shù)據(jù)表示機箱中模塊狀態(tài)(0為未找到，1為正常)，TCAS模擬器狀態(tài)正常為2～8位數(shù)據(jù)為全為1，否則故障；A/C/S模式應答機信號模擬器狀態(tài)正常為10～16位數(shù)據(jù)為全為1，否則故障。

4 智能助手功能測試

4.1 智能助手軟件界面

自動測試平臺通常采用開放式架構(gòu)，硬件可裁剪和重構(gòu)，支持采用按專業(yè)劃分的方式整合。平臺可以通過拆卸重組變換架構(gòu)，最大構(gòu)型為綜合型，最小構(gòu)型為基本型。還能夠按照用戶不同的測試要求在基本型的基礎(chǔ)上進行靈活擴展[7]。系統(tǒng)層模型在智能助手軟件平臺主工作界面展示，主要由不同的組合機箱碼垛組成。不同構(gòu)型構(gòu)型對應不同個數(shù)的組合機箱，創(chuàng)建的系統(tǒng)模型發(fā)布生成不同的軟件平臺，根據(jù)平臺最終構(gòu)型進行對應部署，智能助手軟件平臺1級顯示界面如圖4所示。

圖4 智能助手軟件平臺1級顯示界面

軟件界面共分定義為4級。第1級是定位至減震機箱或機柜，第2級定位至儀器或板卡，第末級能定位至板卡的具體通道。個別可通過3級界面還鏈接到末級界面，例如3號機箱、4號機箱的PXIe/PXI機箱可進一步鏈接到末級界面顯示其具體使用情況和信息。若末級的某一零件或儀器故障，應當在其對應的1級、2級和3級界面中顯示出來。三類界面之間可自由切換使用，并且實現(xiàn)信息互聯(lián)。2級、3級操作界面如圖5、6所示。

圖5 智能助手軟件平臺2級顯示界面

圖6 智能助手軟件平臺3級顯示界面

4.2 智能助手語音功能

語音功能主要用于警告以及提示作用，語音功能軟件示意圖如圖7所示。其具體功能應當包括：

1)系統(tǒng)正常工作提示

系統(tǒng)BIT助手應具有實時監(jiān)控的功能。當ATPAC系統(tǒng)平臺BIT狀態(tài)監(jiān)測正常時，語音播報系統(tǒng)提示系統(tǒng)平臺正常工作[8]。

2)系統(tǒng)故障警告

當BIT助手監(jiān)測到故障時，語音播報系統(tǒng)會發(fā)出警告，用以提示測試人員故障存在，并且播報故障所在位置，以便快速排除故障，恢復正常工作狀態(tài)。

3)安裝提示說明

在外廠人員使用儀器時，應當進行安裝的語音提示，包括機箱內(nèi)部的安裝拆卸、機箱與機箱之間的機械連接。

圖7 語音功能軟件示意圖

智能助手系統(tǒng)在語音提示安裝說明的同時，還能夠播放配套的安裝提示3D視頻動畫[9]。首先會演示自動測試平臺的機箱結(jié)構(gòu)及各部分資源配置，如圖8所示。然后演示具體安裝步驟，操作如下：在安裝裝配時，所有機箱按照2號機箱→1號機箱→4號機箱→3號機箱的方式安裝。

圖8 機箱構(gòu)架及其內(nèi)部資源分配

5 結(jié)束語

本文詳細介紹了應用于ATE的智能助手系統(tǒng)，從簡化用戶操作的角度出發(fā)，設(shè)計并實現(xiàn)了該系統(tǒng)，結(jié)合了ATE

本身的自檢以及后期故障定位，維護等需求進行研究，在針對ATE研發(fā)和調(diào)試時出現(xiàn)的實際問題進行分析并解決問題。智能助手系統(tǒng)在測控領(lǐng)域具有很好的實際意義。

該智能助手能夠使用起來簡便，可以針對自動測試平臺的安裝和維護，給用戶更為直觀的說明和感受。遇到故障時能夠快速、準確的進行定位分析，用戶可以根據(jù)儲存的模塊信息采購更換模塊，節(jié)省了維護的時間，提高了工作效率[10]。