机械装备通用检测平台研究
机械装备通用检测平台研究
杨小强 鲁国良
摘要：针对目前机械装备种类繁多、故障检测参数复杂的特点，研究构建机械装备通用检测平台，以满足部队装备维修保障的需求。系统地介绍了通用检测平台的总体功能与结构组成，讨论了其硬件平台的构建方法，开发了其软件系统。本文开发的系统已经在部队单位进行了应用试验，结果表明该平台具有很好的推广应用价值。
关键词：机械装备, 通用检测平台, 故障诊断 自动测试
中图分类号：TH865 文献标识码：B
Study on Universal Testing Platform of Engineering Machinery
Chen Liu-hai Yang Xiao-qiang Han Jun Chen Ming-hong Lu Guo-liang
(Engineering institute of Sci. & Tech. Univ of PLA, Nanjing 210007)
Abstract: Because of the multiple types and complex fault diagnosis parameters, the general-purpose testing platform of engineering machinery is implemented to meet the need of maintenance and support of military equipment. The general function and structure of the testing platform is introduced. The buildup of the hardware as well as the software development is discussed too. The general-purpose testing platform has been used in the military unit. The results show that it has a good value.
Key words: engineering machinery; general-purpose testing platform; fault diagnosis; automatic testing
随着部队装备现代化建设步伐的不断加快和科学技术的发展进步，机械装备的技术复杂程度不断增强，电子设备或机电一体化装置大量应用到工程装备的各个系统中，自动化程度高、可靠性好、具有较强的通用性和可扩展性已成为机械装备测试系统性能的主要指标。依靠传统分立、非系统级的测试维修设备很难适应部队快速形成保障力和战斗力的要求。
当前工程装备检测设备多是以专用、分立的设备为主，仅用于保障某型号或某类装备。没有综合通用型的检测设备，检测设备的研制没有统一的技术标准和规范，缺乏统一的设计，工程装备自动测试ATS虽然已经开始采用模块化设计及VXI、PXI、PCI和GPIB等总线技术，但系统结构体系设计仍比较随意，不能实现标准化、通用化，TPS仍是专用的，不能实现TPS的可移植性及软件系统的可重构、可扩充/裁剪。这些因素都使得保障设备，尤其是检测设备结构多样，技术应用参差不齐，给部队装备保障人员增加很大的负担[1]。
计算机总线技术与软硬件技术飞速发展，推动A/D、D/A转换技术、抗混叠滤波技术和 信号处理技术的不断改进，各种总线形式板卡技术的不断成熟为通用测试技术提供了有力的技术支撑[2]。本文可适用于工程装备检测需求的工程装备自动检测平台及其开发技术，为工程装备通用检测平台的开发提供一定的参考。
1通用检测平台总体功能及构成
机械装备通用检测平台的研制必须根据“专业综合、结构优化、功能通用”的原则要求，按照“划类分组、一体通用（对象、模式、功能）、功能分层”的设计思想进行通用平台的软硬件设计，以完成通用机械装备机、电、液、气系统的平时巡检、临检、应急维修支援保障任务为需求，实现通用机械装备机电液气系统状态检测与评估、故障诊断、部（元）件试验和信息管理的功能，为通用装备机液系统的技术状况评估及其统计分析、动用计划的制定、维修保障提供辅助决策依据。
1.1总体功能
检测平台的总体功能包括状态检测、故障诊断、部（元）件试验和信息管理，见图1。其检测与试验对象为目前常见的机械装备，如GJT112推土机、GJZ112装载机、GJW111挖掘机、PY160平路机等多种建筑、工程及其他机械装备，当然也包括 军用装甲或船艇设备等。以新型装备为主，涵盖现有通用装备主要的机械部件和液压系统。
图1 通用检测平台主要功能
1.1.1状态检测与评估功能
能够原位采集和存储通用装备发动机、传动箱、离合器、变速箱、转向机、侧减速器六大部件和液压系统的技术状况参数：转速、振动、噪声、温度、流量、压力、位移、油液污染度等（见表1）。
平时采取定期检测或随机抽检，采集通用装备六大机械部件和液压系统的技术状况参数，建立通用装备的技术状况档案，实现装备技术状况的跟踪检测和状态变化趋势的分级评估，及时掌握装备的技术状况。战前配合使用分队进行临检，检查装备的技术状况是否能够满足作战需要，确保参战装备具有完好的技术状况。
表1检测部件及参数
通用机械装备机械系统的技术状况评估结果分为“良好”、“堪用”和“禁用”三个等级；液压系统的技术状况评估结果分为“正常”和“异常”两个等级。
状态检测与评估功能面向的部（元）件对象包括：发动机、传动箱（分动箱）、离合器、变速箱、转向机、侧减速器和液压动力元件、执行元件及控制元件等典型部（元）件，扩展的机械部件涉及车辆刹车、转向装置等。
检测方式：空载、原位、不解体。
1.1.2 故障诊断功能
对于技术状况评估结果为“禁用”的机械部件，综合平台软件系统能够进行组件级故障隔离和诊断。通过分析采集得到的技术状况数据，提取有效特征参数，结合收集的历史技术状况数据，应用智能诊断方法给出可能的故障原因及维修建议。
液压系统故障诊断应用故障树逻辑推理的方法，通过建立具有人机交互功能的故障诊断专家系统，实现液压系统故障元件定位。
1.1.3元器件试验功能
通用检测平台能够按照修理级别和试验规范，完成机液部（元）件的修后试验。通过采集部（元）件试验过程中的转速、噪声、温度、压力、流量等参数，结合目测观察，检验修理质量。综合平台能够对部（元）件试验的条件和过程进行控制，采集和显示试验过程参数，并对异常状况进行报警，还可对试验过程的常见故障进行分析提示，给出故障排除措施，生成试验报告。
试验对象包括：变速箱（变速器）、传动箱、离合器、分动箱（分动器）、转向机、制动阀、水泵、液压控制阀、液压缸等（见表1）
1.2总体构成
通用检测平台由硬件和软件两部分构成。硬件部分主要包括地面固定平台、NI测试系统硬件、机械部件试验台、液压元件试验台；软件部分主要包括信息管理系统、检测与故障诊断软件系统。检测平台总体构成框图见图2 ，其主要模块如下：
图2通用检测平台总体构成
（1）检测与诊断系统由数据采集模块、信号分析处理模块、技术状况评估模块、故障诊断模块、试验条件控制模块、数据库访问模块、系统配置与自检模块、系统帮助模块等构成。
（2）信息管理系统由基础数据管理模块、任务单据管理模块、任务完成的结果统计与分析模块、数据传输模块等构成。
（3）测试系统硬件模块由PXI总线控制器（计算机）、数据采集模块（含信号调理模块、传感器组及卡具模块）[3]、电源模块、输入输出模块、通讯模块等构成。
（4）机械部件试验台由动力连接装置、柔性支架、部件操纵系统、主控柜及辅助机构等构成。
（5）液压元件试验台由试验台架、液压系统、被试元件接头等构成。
（6）地面固定台面由液压动力源、电机控制柜、液压控制箱、台面固定支架等构成。
2．检测平台硬件设计
2.1测试系统硬件平台设计
总线技术、虚拟仪器技术是第三代自动测试系统构建的基础，硬件平台的模块化、开放性和可扩展性是通用自动测试系统的发展方向[4]。为了能够使测试系统适用于不同的测试任务和测试指标，而且要满足系统的标准化，系列化和通用化。吸收ATE发展的最新成果，我们采用PXI总线为基础的第三代ATE测试系统。广泛采用各种商业货架产品，尽量减少自制专用设备的数量。功能部件和各部分接口的设计遵守广泛使用的标准或协议。从而提高了系统的可扩展性。机械装备检测平台采用“主控计算机（含嵌入式控制器）+PXI模块化仪器+程控仪器+连接器-适配器”的结构方式（见图3）。
主控计算机通过标准总线连接PXI模块化仪器、程控设备和外部资源，测试资源和被测对象（UUT）之间通过连接器-适配器结构连接[5,6]。
2.2检测平台信号接口装置的设计
信号接口装置负责检测平台与检测对象之间的物理连接。考虑到被测对象的信号种类、检测传感器的类型等的复杂多变特点，我们选择了连接器—适配器方案，实现检测平台与被测对象的物理连接。该方案主要包括连接器（Receiver）和适配器（Fixture），如图4所示。它们与矩阵开关共同完成信号分配和信号调理功能[7]。
2.3机械部件试验台设计
机械部件试验台由液压马达传动箱、试验台底座、柔性支架、操纵控制系统、数据采集系统、控制柜及辅助机构等组成，其组成如图4所示。
（1）部件试验功能。通用装备机械传动部件修后需按照试验规范进行空载试验，通过检测温度、转速、压力、噪声等参数，以检验其维修质量。
（2）集中操控功能。部件试验时，针对不同的部件、不同的工作方式，需要完成相应的操作，如离合器分离、变速箱换档等动作，对被试部件的操纵实现集中控制。
图4机械部件试验台组成图
3检测平台软件设计
软件由信息管理系统和检测与诊断系统两部分构成。
3.1信息管理系统
系统软件采用树形层次结构，划分为系统管理、基础数据管理、部件检测试验管理、数据管理分析、数据通讯等模块，实现整个平台的数据管理。
2检测与故障诊断系统
检测诊断软件子系统由数据采集、信号分析处理、技术状况评估、故障诊断、试验条件控制、数据库访问、系统配置与自检、系统帮助等模块构成，结构框架如图5所示。
图5检测与诊断系统软件框图
4结语
本文对机械装备通用检测平台的功能结构、硬件设计与软件功能进行了研究。由于通用检测平台涉及到机电一体化、控制技术、计算机技术、故障诊断技术等多个方方面面，因此我们在开发研制通用检测平台的过程中也是逐步改进了提高，其系统功能和结构也是在不断的完善之中。本文仅介绍了现阶段的构建方法与建设思路，谨希望能起到抛砖引玉的作用，为国内和军内通用检测平台软硬件的开发提供一定的借鉴了参考。另外，也能不断改进和提高我们的研制与设计水平。
参考文献
[1] 于劲松，李行善．美国军用自动测试系统的发展趋势．测控技术，2001，20（12）：1-13
[2] 李行善．自动测试系统集成技术．北京：电子工业出版社，2004.6:12-15
[3] 刘建辉，单片机智能控制技术[M]，国防工业出版社，2007：163-175
[4] 阮德生．自动测试技术与计算机仪器系统设计．西安：西安电子科技大学出版社，1997.3:107-175
[5] 李宝安，李行善．基于组件的自动测试系统（ATS）软件体系结构．电子测量与仪器学报，2002，（4）：74-77
[6] 任献彬，牛双诚，许爱强．通用ATS软件设计平台研究．宇航计测技术，2002，（5）：59-63
[7] 郭霞. 扫雷装备电控系统通用自动测试系统研究[M]. 南京:解放军理工大学硕士学位论文，2007：17-25.
机械装备通用检测平台研究
