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          2020OEM機械設計技術研討會云會議
          控制系統

          借助NI的測試系統,UTAS將測試重新配置時間從數周縮短至一天

            2020年07月31日  

            聯合技術航空航天系統(UTAS)是全球最大的國防和航天航空先進技術產品供應商之一,擁有約42,000名員工,年收入超過140億美元。作動系統業務單元負責為民用、商用和軍用飛機設計和制造高升力作動系統。他們需要靈活的測試系統系統以完成復雜的航空航天測試,看看NI如何為他們分憂。

          圖1. UTAS高升力作動系統

            挑戰:
            UTAS需要為機電系統創建一個完整的測試架構,該架構應足夠靈活,可用于新項目和現有項目產品開發過程中的各種航空航天控制器和組件測試。

            解決方案:
            我們使用NI PXI和CompactRIO硬件平臺以及LabVIEW軟件進行了標準化,以提供可輕松配置、自定義和維護的模塊化測試架構。我們與NI聯盟合作伙伴Wineman Technology合作開發了軟件,并與Sierra Peaks合作開發了儀器和制動系統。

            "我們開發了一個完美的架構,所有測試實驗可以在一系列移動公共前端上運行,從而無需再使用單個機械測試臺上針對單個功能而構建且逐步老化的固定電子設備。"

            - Scott Christensen, Collins Aerospace

            UTAS在去年的NIWeek上現場展示了相關Demo,點擊下方視頻了解一下↓↓↓

            下面是UTAS的具體應用案例,里面會涉及詳細的技術細節,感興趣的小伙伴不要錯過哦。
            注:本文作者為來自Collins Aerospace的Scott Christensen

          航空航天測試需求

            航空航天線路可更換單元(LRU)、組件和控制器都需要經過嚴格的測試,UTAS等航空航天公司必須為從公務機、商用客機到軍用飛機等各種OEM機載項目測試一類零件的各種配置和變體。UTAS設計了許多用于飛機飛行系統的部件。作動小組設計的系統用于將駕駛艙控制命令轉換為所有前緣和后緣控制平面(襟翼、縫翼)的運動。這些系統包括縫翼和襟翼電子控制單元(SFECU)、中央動力驅動單元(PDU)以及相關的動力傳輸元件,如扭矩管和變速箱。所有這些系統組件都需要在系統和飛機級別下單獨進行測試。
            
          傳統測試方法的挑戰

            組件之間的設計和測試方法相對類似。然而,我們作動小組的人員需要操作針對不同類型LRU測試而設計的多個測試臺,包括開發、認證、生產和維修。此外,我們在大型測試系統(包括內部和客戶使用的系統)上使用液壓負載進行操作,每次配置這些系統都非常耗時,而且成本高昂。為了在整個產品開發周期中運行不同的測試,我們浪費了很多時間在重新創建架構和程序上。

          圖2.作動系統連接和通信

            例如,現有的測試臺使用液壓負載進行機械LRU測試。測試中有很多類似的工作;每次重新配置測試設置時,我們需要重新安裝液壓系統并進行重新連接。

            即使是電子測試,測試臺也需要使用真實的飛行硬件,這使得測試解決方案很呆板,靈活性差。自動化測試非常少,而且對多種配置的支持有限。傳統的測試方法既昂貴又耗時。我們團隊面臨著緊迫的時間進度要求和資源限制,這些限制使我們無法快速調整現有的分散式架構來滿足不斷增長的需求。此外,UTAS仍然需要比其他競爭對手更具優勢,需要降低成本和壓縮時間表來贏得未來的項目,所有這些壓力推動了新測試架構的出現。

          整個設計周期均適用的通用測試平臺的優勢

            我們在新的分布式、確定性動態(distributed,deterministic and dynamic ,D3)架構上的前期工作和投資是一種前瞻性的投入,將在未來幾年得到回報。我們看到了在組件設計周期內使用標準化的通用測試架構進行所有測試所帶來的巨大潛力。

            我們使用D3架構實現了以下測試類型:模型在環(MIL)、軟件在環(SIL)和硬件在環(HIL)測試;硬件和軟件驗證和驗證(V&V)測試(故障插入);生命周期耐久性試驗;系統集成實驗(鐵鳥)測試;飛機級系統集成測試;高升力系統試驗臺(HLSTR),包括飛機級物理系統試驗;系統試驗臺(STR),包括性能、耐久性和疲勞試驗;縫翼/襟翼控制器裝置(SFCR),包括軟件開發、軟件功能、軟件回歸、系統和自動化生產(驗收測試程序或ATP)測試;和物理測試,包括基于左翼總負載的單翼和“右翼”仿真測試。
            
            我們實現了幾個目標:
            首先,我們開發了一個通用測試平臺,提供了整個生命周期均適用的測試架構和多用途測試儀。我們在整個設計“V”中使用相同的SFECU裝置進行開發、ATP、鐵鳥測試、系統集成測試臺(SITS)測試、批量生產電子控制器測試和批量生產機械硬件測試。

            其次,我們采用了可維護且可重新配置的模塊化硬件。現在,我們可以輕松擴展系統,針對不同的系統進行重新配置,并避免硬連線或管道來連接系統組件。

            第三,我們開發了一個易于集成的開放式軟件架構。反射內存架構允許我們通過內存讀寫完全控制測試臺。我們可以單獨使用這種架構或將其集成到更大的測試系統中,而且我們可以實現分布式控制,從而隨著系統的擴大提供更強大的處理能力。

          D3架構詳圖

            D3架構是一種高度自適應模塊化多用途測試解決方案,融合了業界精心研發的技術和最小巧的新設計。該技術包括基于NI CompactRIO和FPGA硬件擴展功能的分布式控制,以及使用NI C系列驅動器接口模塊和Kollmorgen AKD伺服驅動器和AKM伺服電機進行伺服電動負載控制的直接連接接口。

          圖3. 使用LabVIEW開發的物理系統測試裝備和GUI

          圖4. UTAS系統測試臺使用NI硬件和軟件進行負載控制

            SFECU測試臺是一個機架安裝式平臺,包含所有真實控制器或真實和模擬控制器的組合。如果只安裝了一個控制器,我們可以通過CANbus模擬另一個控制器。我們使用該系統來模擬構成飛機的機電組件。專有的仿真工具使我們能夠模擬飛機故障模式。該測試臺完全可編程,可提供任何自動化工作周期或特定功能測試。在所有情況下,我們可以用實際硬件替換模擬硬件,反之亦然。

          圖5. 該測試解決方案可以進行物理測試和仿真, 而且可以使用相同的控制器和軟件完成整個設計周期的所有產品測試。

          圖6. 典型的2通道SFECU測試裝置

            這些測試機架內的硬件提供了測試機架子機箱內真實飛機硬件和模擬傳感器之間的切換。測試機架還包含用于監測離散、模擬和電源電壓和電流以及飛機控制器輸入輸出信號的硬件。

            具體來說,這些測試機架可容納交流和直流電源控制和監測機箱;制動負載模擬、開關和監測機箱;內部直流電源;旋轉變壓器模擬、開關和監測組件;離散模擬、開關和監測組件;ARINC 429和CAN發射和接收組件;緊急停止控制和監測組件;信號分路組件;數據采集組件;連接定制LRU適配器組件的通用LRU接口;以及基于Windows的PC和不間斷電源。
            
            測試機架還為共享桌面工作區(人機界面)、真實飛行硬件接口、外部ARINC 429源和接收器以及外部AC / DC電源組件提供外部電氣接口,以支持電能質量測試。
            
            我們使用基于LabVIEW的軟件來運行SFECU測試臺,這樣就可以手動和自動配置和操作測試臺。我們還可以通過確定性反射內存數據總線來控制和監測測試臺功能。

          應用于不同的GUI和站點配置

            我們可以自定義、保存和重新配置軟件來支持許多不同的GUI和支架配置。例如,對于縫翼和襟翼ECU SITS,我們可以使用核心測試臺及其上運行的PDU模型,來完全模擬所有傳感器和離散信號。我們可以使用SITS飛行艙(飛行硬件)和仿真,將縫翼/襟翼控制桿命令發送到縫翼和襟翼ECU和模型來重現系統、超速、欠速和其他表面故障。

            我們可以將故障應用于縫翼和襟翼ECU,以驗證發動機指示和機組警報系統(EICAS)的邏輯,并且使用連接到縫翼和襟翼ECU的測試臺來測試維護屏幕,因為我們可以模擬所有通信、負載、離散信號和傳感器。對于縫翼和襟翼ECU ATP,我們可以使用SFCR運行與生產設施上相同的ATP。我們可以選擇各種ATP方法,包括逐個電路模擬或使用飛行軟件進行全面模擬(飛行盒測試)。我們還可以使用運行Python腳本的自定義GUI和測試序列器自動進行測試。
            
            此外,D3架構還提供集成系統測試和認證試驗臺(ISTCR)、縫翼和襟翼ECU(例如,診斷導致鎖定故障的故障條件)、記錄和顯示(反射內存數據記錄配置實用程序以200 Hz的速率記錄反射存儲器中的值)、CAN和ARINC數據記錄、數據顯示(飛機GUI顯示每個旋轉變壓器的讀數、電流、電壓等;我們可以基于標準自定義塊的構建塊來構建、自定義并保存GUI,以及自動化(通過套接字和JSON序列化使用TestStand、Python或任何語言編寫腳本;通過外部應用程序/系統訪問RFM實現自動化;通過自定義LabVIEW代碼和激勵配置文件運行控制器;宏錄制和回放;自動化軟件功能;以及自動化ATP)。

          圖7. 該視圖顯示了我們如何構建這個靈活的架構,以允許在模擬和真實硬件之間切換。每個模塊通過反射內存與其他模塊進行通信。每個模塊通過反射內存與其他模塊進行通信。

          圖8.此測試配置和GUI管理屏幕顯示了可以使用此通用架構處理的各種受測設備,以及如何在子系統級別配置應用程序。

          圖9.飛機GUI示例

          UTAS節省成本、時間和人工

            借助NI的分布式測量和控制產品,我們將測試重新配置時間從數周縮短至一天。我們的D3架構具有以下優點:多用途(系統、ATP和鐵鳥均使用相同的負載表;開發、ATP、鐵鳥、SITS、ESIM均使用相同的SFECU測試臺)、模塊化(無需硬連線或管道連接;軟件和硬件均基于多架飛機通用的設計)、易于集成(開放式軟件架構;可使用任何語言編寫腳本;成熟的RFM架構,允許測試臺以隔離或集成模式運行)、可維護(通過大量使用印刷接線板避免使用傳統線束));前瞻性(我們團隊的設計可申請專利)。
            
            通過開發通用測試平臺來滿足我們在各種項目甚至飛機架構中的HIL、V&V、系統集成和生產測試需求,我們能夠縮短測試設備開發時間,同時更好地滿足未來需求,包括更多數字測試實驗。新平臺幫助我們節省了數月的開發時間和數十萬美元的成本,同時減少了測試實驗的工作量。

            我們開發了一個完美的架構,所有測試實驗可以在一系列移動公共前端上運行,從而無需再使用單個機械測試臺上針對單個功能而構建且逐步老化的固定電子設備。現在,我們正在努力將這種新架構整合到日常技術和業務系統中,以實現一個全自動化的測試實驗系統,這樣我們無需再為勞動力擔心,也為后續創新騰出了更多資金。

          標簽:NI我要反饋
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