Entwicklung eines flexiblen Datenerfassungssystems für das Prüflabor des Kampfflugzeugs F-35

Flexibles DAQ-System

Abbildung 2 zeigt die allgemeine Architektur des VSIF-Datenerfassungssystems mit hoher Kanalanzahl. Das System wird auf mehrere Server verteilt, um eine Lastverteilung zu ermöglichen und die erforderliche Leistung zu erreichen. Wir haben die verteilte Softwarearchitektur erstellt, die sechs große benutzerdefinierte Anwendungen umfasst, um die zukünftige Erweiterung des Systems zu ermöglichen.

Details zur Datenerfassung

Die Erfassung analoger und digitaler Daten erfolgt mit Hilfe von fünf PXI-Chassis, die mit einer Vielzahl von NI-Datenerfassungsmodulen für insgesamt 640 analoge und 480 digitale Kanäle ausgestattet sind. Die Möglichkeit, verschiedene Datenerfassungsplatinen miteinander zu kombinieren und miteinander zu vergleichen, ist bei gleichzeitiger Beibehaltung der Zeitsynchronisation wichtig, um die Gesamthardwarekosten des Systems zu steuern. Die Zeitsynchronisation wird im verteilten System mit hoher Kanalanzahl mit Hilfe eines IRIG-Zeitsignals aufrechterhalten, das vom VSIF-Datenerfassungssystem oder einer anderen Quelle innerhalb des VSIF-Labors bereitgestellt werden kann.

Die Anwendung, die die analogen und digitalen Daten erfasst, führt außerdem eine PXI-Kartenverifizierung und eine interne Kalibrierung sowie eine Signalwegkalibrierung mit Hilfe einer externen GPIB-gesteuerten Gleichstromquelle durch. Durch die Automatisierung der Signalwegkalibrierung kann die Systemverifizierung automatisch in nur 20 Minuten durchgeführt werden. Bei älteren Systemen konnte diese Art Vorgang mehrere Stunden in Anspruch nehmen und erforderte einen großen Aufwand auf Bedienerseite.

Alle Daten, die in technischen Einheiten (Engineering Units, EU) an den Benutzer geliefert werden, berücksichtigen die Kalibrierwerte für den Analog-Digital-Wandler, das Signalaufbereitungsmodul, den Sensor und ggf. Nullabgleichswerte. Abgeleitete Kanäle, also Kanäle, die aus den in anderen Kanälen enthaltenen Informationen berechnet werden (z. B. Watt=Volt*Amp), können ebenfalls berechnet werden. Darüber hinaus erfordern die integrierten benutzerdefinierten DLLs des Systems, dass die Software nicht neu kompiliert werden muss, um komplexere abgeleitete Kanäle zu erstellen.

Zentralisierte DAQ-Systemkonfiguration

Die Konfigurationsinformationen für das VSIF-Datenerfassungssystem werden in einer relationalen Datenbank gespeichert. Wir haben eine benutzerdefinierte grafische Benutzeroberfläche (GUI) entwickelt, mit deren Hilfe Systemadministratoren alle Aspekte des Datenerfassungssystems konfigurieren, darunter:

1. Benutzerverwaltung
   • Verwaltung von acht Ebenen von Benutzerrechten für das System
2. Hardwareinventar
   • Verwaltung verfügbarer Hardware wie PXI-Karten und -Sensoren
   • Aktualisierung von Kalibrierungsinformationen und Kalibrierungsdaten für alle Geräte
3. Systemkonfigurator
   • Verwalten aktueller Hardwareverbindungen
   • Programmierung von benutzerdefinierten abgeleiteten Kanälen
4. Datenverwaltung
   • Archivieren oder Exportieren von Daten und Datenbanken auf Band oder anderen Datenträgern
   • Bereinigen ungenutzter Daten in der Datenbank
5. Protokollerstellung
   • Erstellen mehrerer Standardprotokolle zu System- oder Kanalkonfigurationen, einschließlich historischer Daten zur Kalibrierung
   • Bereitstellen von Funktionen zum Hinzufügen neuer benutzerdefinierter Berichte

Die Anwendung soll Systemadministratoren dabei helfen, die hohe Kanalanzahl des Systems problemlos zu verwalten, indem sie Funktionen wie Spalten-Sortierung und -Filterung, Kanalgruppendefinitionen, Bearbeitung mehrerer Datensätze und Kopieren/Einfügen bietet. Durch Benutzerberechtigungen kann jeder Benutzer die Systemkonfiguration einsehen, aber nur autorisierte Administratoren können Werte ändern. Es werden mehrere Administrator-Berechtigungsstufen bereitgestellt, um eine genaue Definition der Berechtigungen für einen einzelnen Benutzer zu ermöglichen.

Eine hochgradig konfigurierbare Datenanzeige

Da viele unterschiedliche Anwendergruppen verschiedene Flugzeug-Subsysteme während der Integrationstests testen, war eine statische Anzeige für den Benutzer keine gute Lösung für das VSIF-Datenerfassungssystem. Stattdessen haben wir eine dynamische, anwenderkonfigurierbare Datenanzeige entwickelt, mit der jeder Benutzer benutzerdefinierte Datenansichten mit mehreren Anzeigeelementen erstellen kann.

Diese Anwendung unterstützt fortgeschrittene Navigationsfunktionen, so dass Benutzer Daten in Echtzeit sofort überprüfen oder protokollierte Daten aus vorherigen Testläufen abrufen und anzeigen können. Sie können auch Trigger und Alarme einstellen, um schnell interessante Punkte in Daten zu finden.

Das System speichert alle Informationen zu einer individuellen Anwenderkonfiguration in der Datenbank, die zusammen mit Testdaten zur eigenständigen Überprüfung oder Wiedergabe exportiert werden können. Dadurch kann ein Benutzer eine Momentaufnahme der Testdaten einschließlich aller Kalibrier- und Sensorinformationen aus mehreren Testläufen machen und unabhängig von der Hauptdatenbank des VSIF-Datenerfassungssystems verwenden, was für die Offline-Analyse oder -Darstellung nützlich sein kann.

Die in Fig. 6 gezeigte Teststeuerungs-/Überwachungs-/Wiedergabeanwendung stellt mehrere Betriebsmodi für den Benutzer bereit. Das System erfasst kontinuierlich Daten und veröffentlicht sie in einem „niedrig auflösenden“-Format auf sechs Client-Arbeitsstationen. Wenn der veröffentlichte Datensatz empfangen wird, wird er kontinuierlich auf dem lokalen Client in einem 30-minütigen, rollenden Puffer gepuffert. Von diesem Puffer aus kann der Benutzer auf veröffentlichte oder protokollierte Daten zurückblicken und diese bei Bedarf in Echtzeit wiedergeben.

Wenn sich der Bediener für die Protokollierung entscheidet, werden die „hochauflösenden“ Daten in einer Datei protokolliert und anschließend an ein zentrales Repository übertragen. Diese Testläufe können auf eine Workstation heruntergeladen werden, um die Daten im Wiedergabemodus detailliert zu überprüfen. Der Benutzer kann die Daten in Echtzeit abspielen oder mit Hilfe mehrerer Navigationsoptionen durch die protokollierte Daten-Timeline navigieren.

Datenmanagement

Alle protokollierten Daten werden im VSIF-Datenerfassungssystem gesteuert und geschützt. Die Daten werden automatisch von den Erfassungsservern in eine zentrale Datenspeichereinheit (RAID) verschoben, wenn ein Benutzer beginnt, einen Testlauf zu protokollieren. Benutzer können die Testdaten überprüfen, aber keine Testdaten aus dem RAID löschen. Sowohl die Datenanzeige als auch die Datenanalyse-Export-Anwendung können Daten direkt vom RAID oder einem archivierten Datensatz aufrufen. Auf diese Weise können relativ unqualifizierte Benutzer mit einem Minimum an VSIF-spezifischen Schulungen leicht zuvor protokollierte Daten überprüfen.

Datenanalyse

Das VSIF-Datenerfassungssystem bietet erweiterte Analysefunktionen über eine benutzerdefinierte DIAdem-Datenschnittstellenanwendung (DDI), die Daten in das DIAdem-Analysepaket oder in einfache ASCII-Textdateien exportiert. Die DDI nutzt alle für die Datenanzeige-Anwendung entwickelten Datenbank-Schnittstellen und EU-Konvertierungsfunktionen, um Daten über eine OLE-Schnittstelle direkt in DIAdem einzugeben. Die Anwendung ermöglicht dem Bediener eine einfache Auswahl der Testläufe und Kanäle für den Export in DIAdem und unterstützt das Zusammenführen von Daten aus mehreren Testläufen.

Ein System, das für die Ewigkeit gebaut ist

Durch die Verwendung einer fortschrittlichen Softwarearchitektur und rekonfigurierbarer, flexibler Hardware stellte G Systems Lockheed Martin Aeronautics ein hochkonfigurierbares, erweiterbares System mit hoher Kanalanzahl zur Verfügung, um die aktuellen und zukünftigen Anforderungen der F-35 Vehicle Systems Integration Facility zu erfüllen.

Nach fast 15 Jahren, in denen das Datenerfassungssystem rund um die Uhr betrieben wurde, funktioniert das System immer noch zuverlässig. Wie bei jedem Hardware-/Software-System sind jedoch manchmal Upgrades erforderlich, um eine Überalterung zu vermeiden. Da wir das VSIF-Datenerfassungssystem mit Hilfe von offener, handelsüblicher Technologie und nicht mit eigener Technologie entworfen haben, waren die Upgrades für Lockheed Martin ein reibungsloser Prozess.