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自动测试无处不在之军民融合 2015/4/13

自动测试设备从上个世纪50年代问世以来,经过不断革新发展,其应用经历了军用到商用、商用到军用、“军民融合”三个阶段。


(一)从军用到商用,离不开对测试成本和效率的追求

最初的自动测试设备由于比较复杂,研制工作量大,造价高,主要集中在军用领域使用,这种专用型设备在改变测试内容时需要重新设计接口,因此实现的功能较为单一,只适合用来进行大量重复性试验或用于对测试可靠性要求极高、有碍于测试人员健康或测试人员难以接近的场合;随着60年代计算机技术的发展与应用,测试设备可以通过一台计算机控制多台由同一无源母线连接的分立仪器,仪器均配有标准化接口,不同的仪器实现多种信号测试测量功能,增加了设备的灵活性,尽管仍需人工操作,但计算机控制了信号传输并进行数据处理,使测试设备的效率得到有效提高,在商用领域内的应用逐渐多了起来;进入到90年代后期,自动化技术在生产制造领域内的革命同样对测试测量技术产生了巨大的影响和推动,自动化技术的“十八般兵器”,诸如各类传感器、变频器、电磁阀、电机、PLC等产品的涌现,推动了自动测试设备的成熟和广泛使用,这些离不开商用电子产品生产制造商们对于产品测试的成本和效率的不断追求。


(二)商用自动测试关键在于运用综合技术,实现测试性能的提高

随着电子技术的快速革新与应用,越来越多的产品进入市场,消费者在面对纷至沓来的创新产品时,更倾心于选择质优价廉的产品。如何提高产品的竞争力,有效的占有市场,是生产制造商最关心的问题之一。测试,作为电子产品设计全生命周期的核心技术之一,贯穿设计开发,实验验证,到生产测试各个环节,聪明的制造商需要更为快速可靠且灵活通用的自动测试设备,来帮助缩短新设计的上市时间,同时保持低成本与高效益。
因此,现阶段自动测试发展的关键在于运用综合技术,实现测试性能的提高,进而满足测试效率的提高和成本降低的需要。设备的主要特点包括:具有更宽的信号测试范围,更强的接口适配能力,能够覆盖更多的UUT;测试仪器可互换性,设备的硬件接口和主要软件接口是标准化的,满足接口要求的仪器能够方便地接入系统,且仪器型号的更换,不会引起测试序列的改动;测试序列可移植性,在一套自动测试设备上开发的测试序列,不加修改或只经少量修改就可以在另一套设备上运行;以及开放式、标准化的软件体系结构。

从自动测试设备操作来分类,主要包括半自动型和全自动型,目前实际应用中以半自动型设备居多,即上件、卸件采用手动,夹紧、测试、工件传递等动作由设备自动完成,夹具及适配器可更换,实现被测产品的灵活换型,例如网络电话机测试台;全自动型设备代表了目前发展的较高水平,即从上件、装配、测试、传递、打码、卸件等动作全部由设备完成,全程不需要人工干预,另外软件中除了采用开放式、标准化的体系结构对测试流程进行控制和测试序列的编辑。全自动型设备大幅提升了生产节拍,减少了人力投入,通过数据管理对生产测试过程进行快速溯源。例如:点火线圈自动装配测试工作站。


(三)成熟的自动测试技术助力当今军品测试技术改造

与商用电子产品测试中“效率即是生命”相比,军品生产测试将可靠性要求放在了首位,从而对于新技术的应用相对保守。进入到90年代后期,对自动测试设备的应用开始逐渐落后于商用领域。
近年来,由于军品生产模式的转变,也对测试提出了新要求。例如:军品生产从产量小、品种多的定制产品向通用产品过渡,现有的偏手工测试方式和设备手段已经很难适应这种需求变化;手工操作的优势是灵活性很强,但缺点也很明显:产品品质很难控制、人员培养成本高以及生产效率低下,虽然在测试手段方面,很多研究所已经采用仪器控制实现部分自动测试,但操作过程还需要较多的人工参与,测试数据也不能和生产过程有机融合。另外,生产管理手段较薄弱,与目前商用产品的生产管理相比,军品生产管理手段已经严重落后。首先,过程数据记录目前以手动为主,存储还是以纸质方式为主,数据能够追溯,但操作麻烦。同时,也很难对一段时间内的生产数据进行集中分析;其次,生产规划和过程评估手段弱。不能做到从来料、加工、测试、包装等整个生产流程进行总体考虑,导致多次投入、接口复杂,未能利用GR&R、Cpk、PFEMA 等手段进行生产过程的持续改进。 

最新一代自动测试设备经过十余年的发展,在当前商用电子产品生产测试中应用已相当成熟,可以被充分借鉴到军品测试中来,帮助当今军品测试进行技术改造。

例如在航空、航天、电子、兵器和船舶等领域广泛应用着不同规模的电缆,作为进行信号、能量传输的重要载体,电缆连接质量直接影响设备的可靠性,简单的测试方法是使用万用表、绝缘测试仪或蜂鸣器等设备逐点进行人工测试。随着装备水平的逐渐提高,在卫星、航天器、飞机、舰船、武器导弹等大型设备中,使用的电缆数量多且复杂,要完成大批量多种、多芯,甚至是数百芯电缆的测试,需要一台按可靠性、可维修性等通用工业设计的标准,采用成熟的测试技术,基于成熟软、硬件平台架构并遵循各相关标准开发的,可完成多种电缆的自动测试设备。这类设备主要借鉴了半自动型设备,即提高了测试效率,又可方便灵活的更换被测产品。

 

全自动型设备的研制经验同样助力军品测试技术改造,例如T/R组件的全自动化测试。作为有源相控雷达的核心,T/R组件在电性能及可靠性方面要求很苛刻。在雷达系统中,每一个天线单元都有一个T/R组件与之对应,通常一个雷达内部有数千甚至上万个T/R组件。T/R组件在批量生产时,数量大、测试指标多、待处理数据量庞大、组件控制信号繁琐,一套全自动T/R组件测试系统,实现对大批量T/R组件性能指标准确、快速、方便地测试。T/R组件自动测试系统主要包括“机器人控制部分”和“自动测试部分”两部分,其中机器人控制系统由工业机器人及相应的测试夹具构成,主要完成T/R组件的定位、拾取、紧固等动作,响应自动测试系统命令,根据测试结果将T/R组件放置在不同的下料工位;自动测试部分由噪声仪、矢量网络分析仪、频谱仪、信号源、工控机以及程控电源构成,完成对T/R组件性能测试。

 


(四)小结
尽管自动测试设备的应用经历了不同领域内互相借鉴的过程,但是对于技术的交融与推动,“军民”之间的交互从未停止,无论是ATLAS标准测试语言的诞生与使用,还是ATML架构的出现与完善,都印证了“技术无界限”。在可以预见的未来,“军民融合”定将促进自动测试技术发展进入一个新阶段。