Российские измерительные системы в открытых стандартах
г. Зеленоград, Савёлкинский проезд, 4
Пн-Пт: 9:30-18:30
Cб-Вс: Выходной
г. Зеленоград, Савёлкинский проезд, 4
Пн-Пт: 9:00-18:00
Cб-Вс: Выходной
Заказать звонок

Новое поколение российских наземных автоматизированных систем контроля бортового электронного оборудования НАСК-БРЭО

Дата публикации: 31 Июл 2018
Скачать pdf (6.12 MB)
#Обзор
Наиболее сложные и дорогие современные самолеты, вертолеты, комплексы связи, спутники и т.д., производящиеся в настоящее время в мире, имеют много специализированных электронных блоков различного назначения.
Обычно блоки делятся на два основных типа: LRU (Line Replaceable Unit) - компонент заменяемый «по месту» и SRU (Shop Replaceable Unit) - компонент, заменяемый в сервисном центре/КБ. Как правило, блоки LRU содержат в себе по несколько единиц SRU. Блоки LRU и SRU, как и любые электронные блоки, иногда выходят из строя и требуют ремонта. Соответственно, контроль, обслуживание, выявление предотказных состояний и своевременный ремонт блоков представляет собой нетривиальную задачу, и ее правильное решение является основой для длительной и безотказной работы сложных объектов.
Например, для гражданской авиации качество обслуживания электронных блоков напрямую определяет безопасность полетов и при интенсивной эксплуатации воздушных судов является важнейшим фактором безаварийной эксплуатации.
Для обеспечения проверки LRU используются различные тестовые системы. От примитивных стендов или ручных проверок для каждого блока до современных наземных автоматизированных систем контроля (далее НАСК), рассчитанных на автоматизированный контроль более, чем сотни блоков из состава бортовых систем самолета. Такие системы, как правило, рассчитаны на проведение обслуживания и тестирования электронных блоков для конкретного самолета или вертолета. В самолетах количество блоков LRU и SRU разное и колеблется от 30 до 120 и более. Соответственно, система НАСК должна в автоматизированном режиме проверять за короткое время отказавшие блоки (или с подозрением на отказ) для своевременной замены их на запасные для обеспечения бесперебойной и безопасной эксплуатации воздушных судов. В зависимости от количества типов проверяемых LRU НАСК имеет различную конфигурацию и различное программное обеспечение.
Все это давно известно и первые НАСК (ATS – automatic test system) для автоматизированного контроля бортовых блоков появились более 40 лет назад в США для авианосной авиации. С тех пор НАСК совершенствовались, и к настоящему времени сменилось несколько поколений таких систем. Это известные системы фирмы Teradyne ATE Spectrum 9100 (более 1000 комплексов в эксплуатации), Spectrum GTS, Cassidian, системы CASS, eCASS, RTCass и другие. По мере совершенствования бортовых блоков появлялись и новые НАСК различного назначения.

2.jpg


Для того чтобы правильно оценить предлагаемые российским потребителям НАСК и выбрать наиболее современные и эффективные решения надо понимать как строятся эти системы и какие технологии их построения являются современными, а какие устаревшими.
Итак, все НАСК можно условно разделить на три поколения.
  1. НАСК первого поколения строился из набора стандартных приборов с интерфейсом GPIB IEEE-488 (появился в 1970 г.) и коммутационной матрицы в стандарте ARINC 608A с интерфейсом GPIB (появилась в 1989г., последняя редакция 1993 год). Весь процесс проверки блоков управлялся от компьютера по специализированной программе. Одним из основных языков для прикладных программ был «Атлас». Основное время расцвета 1989-1997 годы.
  2. 3.jpg

  3. Второе поколение НАСК существенно отличалось от первого, хотя общие элементы сохранились. Многие стандартные приборы заменились на модульные приборы в стандарте VXI, а с 1997 года добавились модульные приборы в стандарте PXI. Основное отличие от НАСК первого поколения состоит в том, что в крейты с модульными приборами стали устанавливаться не только коммутаторы, но и модульные приборы. Скорость работы НАСК 2 поколения по сравнению с первым поколением возросла в несколько раз, габариты и цены уменьшились, появились портативные и полевые версии. Огромный скачок в производительности дала замена магистрали GPIB на MXI2 для VXI версий. В первых вариантах VXI примерно до 1994 года использовались контроллеры GPIB-VXI, которые, начиная с 1994 года, были заменены на VXIMXI2. Именно они обеспечили увеличение скорости работы в десятки раз по сравнению с GPIB. Количество лабораторных приборов с интерфейсом GPIB резко сократилось. Коммутационные матрицы с интерфейсом GPIB в системах НАСК второго поколения практически исчезли, уступив место коммутаторам в стандартах VXI и PXI. Второе поколение НАСК оказалось весьма успешным и различные версии НАСК использующие комбинацию модульных и стандартных приборов в рамках одной системы широко используются до сих пор. Основное время расцвета 1996-2010 годы.
  4. 4.jpg

  5. Разделение НАСК на второе и третье поколение достаточно условно, потому что идеология построения у них похожая. Однако, в третьем поколении НАСК продолжилось увеличение доли модульных приборов в составе НАСК. Появились приборы в LXI стандарте, стандартах PXIe и AXIe. Появились оптические интерфейсы. Скорости обмена информацией выросли до 40-80 Гб/сек. Значительная доля проверок стала производиться по цифровым интерфейсам, таким как ARINC-429, ARINC-708, Fibre Channel и др. Практически полностью исчез GPIB и повсеместно заменился на LAN 100/1000 Мбит/сек. Новое поколение иностранных НАСК, таких как eGASS, LMSTAR, RTGASS и др., превзошло по своим возможностям НАСК предыдущих поколений в десятки раз. Начало расцвета НАСК третьего поколения это 2009-2012 годы. В 2012-2015 годах в состав НАСК началось внедрение нового стандарта AXIe , что еще больше увеличило возможности НАСК. В настоящее время вовсю идет замена старых НАСК на новые.
  6. 5.jpg


Конечно, все эти поколения достаточно условны, но они появились не на пустом месте. Все дело в том, что объекты контроля, блоки LRU и SRU постоянно совершенствуются и именно их развитие определяет требования к тестовым системам будущего. Причем все НАСК третьего поколения прекрасно справляются с задачей тестирования блоков предыдущих поколений выигрывая у старых НАСК в производительности и цене.
Это вынуждает заказчиков тестовых систем при заказе новых НАСК учитывать тот факт, что тестовая система будет эксплуатироваться 15-20 лет и весьма важно при построении новых НАСК закладывать наиболее передовые технические решения, существующие на момент проектирования системы, чтобы не консервировать отсталость и максимально снизить эксплуатационные расходы в будущем. Большинство старых НАСК держится только за счет наработанного программного обеспечения, но появление новых программных оболочек позволяет существенно ускорить разработку нового программного обеспечения.
Ну, это у них создаются новые НАСК, сменяются поколения тестовых систем. Выстроена определенная технология, которая позволяет наладить обслуживание и качественную эксплуатацию самолетов, вертолетов и других сложных объектов.
Теперь предлагаю обратить внимание на то, как обстоят дела с системами НАСК в России.
Существующие НАСК и НАСК-подобные системы в РФ (часто они называются АИК –автоматизированные измерительные комплексы) также следует разделить на поколения. Наиболее простым являются НАСК из бортовых приборов и просто наборы приборов с ручным управлением и инструкциями на бумаге. Назвать их системами язык не поворачивается. Они в неизменном виде существуют десятки лет и используются для тестирования старых блоков. Более современные их версии также используют бортовые блоки и управляются от компьютера. Беда этих систем в полном отсутствии унификации бортовых приборов и уникальности для каждого типа воздушного судна. Кроме того они отличаются весьма высокой ценой (из-за использования бортовых блоков), и крайне бедным функционалом потому что бортовые блоки как правило не созданы для имитации сбойных ситуаций и моделирования отказов. Эти НАСК-подобные системы по своей идеологии отстают от современных на 25-30 лет.

6.jpg


Системы НАСК-200 разработанные компанией ЗАО «БЕТА ИР» – это первые настоящие автоматизированные тестовые системы соответствующие в основном первому и иногда второму поколению НАСК.
Именно с разработок НАСК-200 в конце 90-х годов начались первые российские НАСК соответствующие мировому уровню на то время. Их отличает наличие специализированной коммутирующей матрицы по стандарту ARINC-608A управляемой от компьютера через интерфейс GPIB, различного набора приборов, среди которых наиболее часто используется комплект приборов в стандарте PXI от National Instruments.
Одной из основ НАСК-200 и его модификаций является программное обеспечение «Протест», на котором создаются прикладные программы контроля конкретных блоков. Применение коммутирующей матрицы приводит к необходимости разработки и изготовления комплекта специализированных адаптеров для подключения проверяемых блоков (LRU) с характерной системой подключения к крейту матрицы. Такой подход во многом соответствует системам серии GASS популярным в США в 1990-1998 годах. НАСК-200 в свое время имел большой успех, потому что на две головы превосходил все те НАСК, что были созданы в России до его появления, и оказался первым российским комплексом пригодным для тестирования иностранных воздушных судов.
ЗАО «Бета ИР» по праву стала пионером в создании российских НАСК, соответствующих по своему уровню иностранным образцам того времени.

7.jpg

Однако время шло, появились новые блоки (LRU), вовсю стали применяться авиационные цифровые магистрали, такие как ARINC-429, ARINC-708, Fibre Channel и др. обеспечивающие информационный обмен в самолете с высокоскоростными потоками данных и работающими по специальным протоколам обмена.
Появилось новое поколение модульных приборов в стандарте PXIe с 2007-2010 годов, в стандарте AXIe-1.0 c 2011-2014, в стандарте AXIe-0 с 2015 года. В новых иностранных системах, таких как eCASS, RTCASS, LMStar и других разработки 2011-2017 годов исчезли приборы в стандарте GPIB, исчезли также и коммутирующие матрицы в стандарте ARINC 608A. GPIB повсеместно заменился на LAN 100/1000 Мбит/сек, коммутирующие матрицы заменились на модульные коммутаторы в стандартах VXI, LXI, AXIe-0. Особенностью НАСК нового поколения стало объединение в одном крейте измерительных приборов, анализаторов протоколов и коммутаторов. Все эти изменения привели к огромному расширению функционала новых НАСК недоступному для предыдущих поколений и существенному снижению габаритов и стоимости новых НАСК.
Одним из вариантов НАСК нового поколения является НАСК-CS-M разработки холдинга Информтест.

8.jpg

Основные отличия этой системы от НАСК-200:
  1. Принципиальным его отличием от решений НАСК-200 является совмещение части измерительных приборов и коммутаторов в крейте стандарта AXIe-0.
  2. 9.jpg

  3. Коммутационная система подключения к LRU также кардинально изменилась и громоздкие адаптеры заменились на небольшие многофункциональные миниадаптеры представляющие собой специализированные разъемы с различными наборными контактами.
  4. 10.jpg

  5. Большая часть модульных приборов выполнена в виде мезонинных модулей, устанавливаемых на носитель в стандарте AXIe.
  6. 11.jpg

  7. Для коммутации СВЧ приборов применена СВЧ матрица в стандарте LXI
  8. 12.jpg

  9. Программная оболочка САТ специально разработана для написания программ тестирования электронных блоков испытателями, а не программистами. На ней намного проще писать программы проверки LRU, чем на «Протест».
  10. Модульные приборы для НАСК CS-M применены в мезонинном исполнении. Структура таких приборов показана на рис.12. Для использования таких приборов в определенном стандартном модуле они устанавливаются на соответствующие модули-носители. Носители доступны в стандартах VXI, LXI, AXIe. Такая технология позволяет применять одни и те же приборы в различных крейтах VXI и AXIe.

Мезонинная технология недоступна в PXI стандарте из-за малых размеров платы основного модуля (100х160 мм). При использовании мезонинных приборов достигается высокая гибкость при создании компактных НАСК. Например, версия НАСК СS-M примерно в 2,5 раза меньше чем аналогичный НАСК-200, построенный по стандартной архитектуре. Высокий уровень автоматизации проверок в НАСК достигается при применении СВЧ матрицы, выполненной в стандарте LXI.
Особо следует отметить программное обеспечение САТ разработки холдинга «Информтест», которое позволяет потребителю самому легко и быстро писать прикладные программы проверки блоков. ПО САТ себя прекрасно зарекомендовало при создании прикладных программ контроля космических и авиационных объектов (несколько систем для тестирования специализированных блоков космического корабля Союз-МС, самолета SuperJet 100 и др.). Большинство системных интеграторов, работающих на САТ, пишут программы сами, хотя иногда разработчики холдинга Информтест тоже пишут программы контроля блоков.
Такой же подход проповедует National Instruments, когда на Labview или Test Stand интеграторы пишут программы контроля блоков. И это выгодно, потому что расширяет круг потребителей и удешевляет цену НАСК для них за счет конкуренции и часто за счет использования своих программистов. У потребителя есть выбор. Сравните этот подход с тем, когда на «Протест» все программы пишутся сотрудниками ЗАО «Бета Ир» и на их условиях.
Необходимо также отметить, что применение новой коммутационной системы, не привязанной к крейтам коммутирующих матриц, позволяет существенно сократить размеры и цену адаптеров подключения.
Фактически современное поколение адаптеров превратилось в наборы разъемов со специальными наборными вставками с контактами различного назначения от высокочастотных до силовых.
Сочетание новой технологии построения НАСК и программного обеспечения САТ позволило сократить скорость проверки авиационных блоков в среднем в 5-8 раз по сравнению с предыдущим НАСК. Не лишним будет отметить то, что примерно 90% приборов в НАСК CS-M российской разработки и российского производства (разработаны и изготавливаются холдингом «Информтест» на собственном производстве в Зеленограде) и в ближайшей перспективе последние два иностранных прибора будут заменены на российские.
Построение НАСК CS-M из российских модульных приборов нового поколения является ключевым отличием от НАСК-200 использующим импортные приборы.
Вот перечень российских приборов примененных в составе НАСК CS-M:
  1. Крейт AXIe-0 6 слотов с контроллером СМГСАХIe c LAN 1гб./сек/;
  2. Генератор МГКС (1,2 ГГс/сек., 2 канала, 16 бит, 8 Гб память).;
  3. Осциллограф МОСЦ-6 (2 канала, скорость семплирования 5 ГГс/сек, разрядность 8 бит, полоса пропускания 1 ггц, память 2 ГГб/канал);
  4. Мультиметр МЦММ-1 (6,5 знаков, 30000 изм./сек.);
  5. Upconverter 10 ГГц (полоса переноса 150 МГц);
  6. Downconverter 10 ГГц (полоса переноса 150 МГц);
  7. Диджитайзер МОС-2 (14 бит, полоса пропускания 200 МГц, 2 канала, память до 4 Гб/канал);
  8. Анализатор спектра АС-10 (Downconverter +MOC-2, 10 ГГц);
  9. Генератор сигналов ГС-10 (Upconverter+МГКС, 10ГГц);
  10. Коммутатор НЧ РК-100х4 AXIe (полная матрица размерностью 100х4);
  11. Высоковольтный коммутатор ВВК-АХIe 300х2 (мультиплексор 300х2);
  12. Коммутатор СВЧ 18ГГц в стандарте LXI (8 каналов 6х1);

Модульные приборы в мезонинном исполнении МОС2, МГКС, МЦММ-1, МОСЦ-6 устанавливаются в крейт AXIe на носителях мезонинов НМ AXIe, коммутаторы представляют собой полноразмерные модули в стандарте AXIe-0, конверторы до 10ГГц и СВЧ коммутатор выполнены в стандарте LXI. Таким образом, в составе одного изделия присутствуют как мезонинные модули, так и модули АXIe-0, так и LXI приборы, обеспечивая высший уровень унификации при создании НАСК нового поколения.
Из вышеизложенного выше можно сделать вывод о появлении в РФ новой современной технологии построения НАСК для тестирования авиационных блоков различного назначения. В отличие от иностранных приборов российские производители модульных приборов дают 10-летнюю гарантию. Процедура поддержания НАСК в годном для эксплуатации состоянии должна быть прозрачна и понятна для российских потребителей, и для этого все российские НАСК должны быть занесены в Госреестр средств измерений и обязаны поставляться с методикой поверки и программой самоконтроля. Холдинг Информтест имеет в Госреестре средств измерений РФ более 100 приборов и систем и является крупнейшим в РФ производителем модульных приборов в открытых международных стандартах (производится серийно более 90 типов приборов).
Наш российский потребитель, прочитав эту статью, наверное, порадуется за появление нового поколения российских НАСК, но также, скорее всего, задаст вопрос. А сколько все это стоит? Ведь системы обслуживания самолетов весьма дороги. Не получиться ли так, что новое поколение НАСК, которое многократно превосходит по своим возможностям старое поколение, станет существенно дороже? Мы проанализировали этот важный момент и можем с уверенностью сказать, что дороже не станет, а скорее всего, станет дешевле (примерно на 15-30% в зависимости от исполнения). Эта уверенность основана на том, что российские приборы меньше зависят от курса доллара, чем импортные и они дешевле своих импортных аналогов.
Модульные приборы дешевле, чем лабораторные, потому что в системах типа НАСК лабораторные приборы используются, как правило, не более чем на 10-15% своих возможностей. Например, в НАСК 200 используются модульные приборы в стандарте PXI от National Instruments (США) в крейте PXI, а коммутирующая матрица в своем крейте. Вот вам два крейта. А в версии НАСК CS-M используется только один крейт в стандарте AXIe-0 и в нем все приборы, включая матричные коммутаторы и они российские. Из модульных приборов намного проще строить системы, потому что они специально придуманы для создания систем. Унификация мезонинных модульных приборов также способствует удешевлению систем. Возможность для потребителя самому писать прикладные программы также удешевляет цену НАСК, потому что при объявлении цены прикладного ПО поставщиком НАСК можно оставить написание программ себе или нанять интегратора, если цена прикладного ПО от поставщика покажется чрезмерно высокой. Поэтому утверждения о том, что новые НАСК будут не дороже старых, а в большинстве случаев дешевле при равном функционале верны.
Заканчивая данную статью, мы обращаемся к российским потребителям тестовых систем. Перед тем как выбирать какой НАСК стоит покупать для Ваших нужд попробуйте оценить все то, что есть на рынке в настоящее время. НАСК покупаются на 10-15 лет и эффективность Ваших вложений будет напрямую зависеть от того насколько детально Вы проработали вопрос покупки НАСК на начальном этапе. Мы рекомендуем потребителям изучить различные предложения, пригласить и послушать аргументы каждого поставщика (вплоть до проведения защит своих предложений от разных поставщиков) и только после всесторонних оценок достоинств и недостатков предлагаемых решений сделать осознанный выбор.
Скачать pdf (6.12 MB)