Collins Aerospace 公司針對機電系統開發出一套統一測試架構，進而節省時間、成本與人力

Collins Aerospace 為全球最大、技術最頂尖的的航太與國防產品供應商之一，擁有約 42000 名員工，年營收超過 140 億美元。致動系統業務部門設計並製造高升力致動系統，適用於商務、商用與軍用飛機。 

航太測試需求

航太生產線可替換元件 (LRU)、元件與控制器均需嚴格的測試作業。Collins Aerospace 之類的航太公司則必須針對各種不同 OEM 載具計畫 (從公務噴射機到商用客機和軍機)，測試每一種類型零件的各種設定和型號。Collins Aerospace 為飛機飛行系統設計多種元件。致動團隊所設計的系統可將駕駛艙控制指令轉換為所有前緣與後緣控制面 (襟翼、縫翼) 的運動。這些系統包含縫翼與襟翼電子控制單元 (SFECU)、中央動力驅動單元 (PDU)，以及相關的動力傳輸元件，如轉矩管與齒輪箱。所有這些系統元件都需要個別測試，也可以在系統與飛機層級進行整合測試。

傳統測試方法的挑戰

元件之間的設計與測試方法較為相似。然而，我們致動團隊卻要操作多種測試台，以進行多種 LRU 測試，包含開發、認證、生產與維修作業。此外，我們在大型測試系統 (同時包含內部與客戶用) 上使用液壓負載，而重新設定既耗時又昂貴。我們現在花費時間在重新建立架構與程序上，才能在整體產品開發週期中執行不同的測試。

舉例來說，現有的測試台使用液壓負載進行機械 LRU 測試。我們在測試中看到許多類似的重複作業。每當我們想要重新設定測試設定時，就必須重新安裝液壓系統，並重新接線。即便是電子測試，測試台也需要實際的飛行硬體，此硬體讓測試解決方案變得比較僵化，不夠彈性。自動化測試的需求非常有限，而且對多重設定的支援也很有限。「傳統的測試方式」既昂貴又耗時。我們團隊面臨嚴苛的時程與資源限制，讓我們無法迅速調整零散的現有架構，以因應不斷成長的需求。同樣地，Collins Aerospace 仍需比得過其他供應商的競爭優勢，以降低成本並縮短時程，並贏得未來的計畫，因此必須開發新的測試架構。

通用測試平台在設計週期中的優勢

我們在新的分散式、高決定性與動態 (D3) 架構上所投入的前期工作與投資，是一種前瞻性方式，可以在未來幾年內獲得回報。我們發現，只要在設計週期內，將元件在通用測試架構上的所有測試標準化，即有很大的機會可以優化測試作業。我們透過 D3 架構執行了下列測試類型：模型迴路 (MIL)、軟體迴路 (SIL) 與硬體迴路 (HIL) 測試；硬體與軟體驗證與查核 (V&V) 測試 (故障植入)；生命週期耐久性測試；系統整合實驗室 (鐵鳥) 測試；飛機層級系統整合測試；高升力系統測試設備 (HLSTR)：包含飛機層級的實體系統測試；系統測試設備 (STR)：包含效能、耐用度與疲勞測試；縫翼/襟翼控制器設備 (SFCR)：包含軟體開發、Fly-the-box、軟體功能、軟體迴歸、系統與自動化生產 (驗收測試程序或 ATP) 測試；以及實體測試：包含根據左側總負載的單翼與「右側」模擬測試。

我們已達成多項目標。首先，我們建立了單一通用測試台，提供「從最初資源採購到最終棄置處理」的測試架構與多功能測試器。我們在整體設計「V」中使用相同的 SFECU 設備，以進行開發、ATP、鐵鳥測試、系統整合測試台 (SITS) 測試、完整生產電子控制器測試，以及完整的生產機械硬體測試。第二，我們為模組化硬體進行整合，方便維護與重設。現在我們可以針對更大型的系統輕鬆擴充、針對不同的系統重新設定，並避免硬接線或管道來連接系統元件。第三，我們的開放式軟體架構可輕鬆整合。反射式記憶體架構可讓我們透過記憶體讀取與寫入，來完全控制測試台。我們可以單獨使用此架構，也可以將架構整合至更大型的測試系統。這樣一來，我們就能達到分散式控制，以便在系統擴充時提供更高的處理效能。

D3 架構細節

D3 架構是一種高適應性、模組化、多功能的測試解決方案，結合了業界成熟的技術與極簡新設計。 這項技術包含以 NI CompactRIO 與 FPGA 硬體的擴充功能為基礎的分散式控制，以及使用 C 系列驅動介面模組與 Kollmorgen AKD 伺服驅動直接與 AKM 伺服馬達介接的伺服電子負載控制。

SFECU 測試設備是一種機架固定式平台，包含所有實際控制器，或實際控制器與模擬控制器組合。若僅安裝 1 組控制器，則可透過 CANbus 來模擬其他控制器。我們使用此系統來模擬組成飛機的機電元件。有專利的模擬工具可讓我們模擬飛機的故障模式。此設備可進行完整的程式設計，以提供任何自動化的工作週期或特定功能測試。在任何情況下，我們都可以使用實際硬體來替換模擬硬體，反之亦然。

這些測試機架中的硬體可切換至實際的飛機硬體，或測試機架子機箱中的模擬傳感器。測試機架亦包含硬體，可監控離散、類比、電源電壓與電流，以及飛機控制器的來回訊號。具體來說，這些測試機架可容納 AC 與 DC 電源監控機箱；煞車負載模擬、切換與監控機箱；內建 DC 電源供應器；旋轉變壓器模擬、切換與監控組件；離散模擬、切換與監控組件；ARINC 429 與 CAN 傳輸與接收組件；緊急停止監控組件；訊號中斷組件；資料擷取組件；通用 LRU 介面 (可銜接客製化 LRU 轉接器組件)；以及配備不間斷電源供應器的 Windows 架構電腦。

測試機架亦可外接電子介面，以連接共用的桌上型工作空間 (人機介面)、實際飛行硬體介面、外接 ARINC 429 電源與汲極，和外接 AC/DC 電源組件，以支援電力品質測試。

我們使用以 LabVIEW 為架構的軟體來執行 SFECU 測試設備，以便手動和自動設定，以及操作測試台。我們也可以透過精確的反射式記憶體資料匯流排，來監控測試台的功能。

不同 GUI 與測試台設定的運用

我們可以客製化、儲存並重新設定軟體，以支援多種不同的 GUI 與測試台設定。以縫翼與襟翼 ECU SITS 為例，我們可使用核心測試台搭配在測試台中執行的 PDU 模型，並完整模擬所有傳感器與離散訊號。我們使用 SITS 駕駛艙 (飛行硬體) 與模擬功能，將襟翼控制桿指令傳送至縫翼與襟翼 ECU 與模型，即可逆轉系統、超速、欠速與其他表面故障。我們可將故障套用至縫翼與襟翼 ECU，以驗證引擎指示與機組警示系統 (EICAS) 邏輯，而且也可以使用附加至縫翼與襟翼 ECU 的設備來測試維護畫面，因為所有的通訊、負載、離散訊號和傳感器都可以進行模擬。針對縫翼與襟翼 ECU ATP，我們可以使用 SFCR 來執行與生產設施相同的 ATP。我們有多種 ATP 方法可供選擇，包含逐電路模擬，或以飛行軟體來進行完整模擬 (Fly-the-box 測試)。我們也可以透過客製化的簡易 GUI，並執行 Python 指令碼的測試序列器，來使測試作業自動化。

此外 D3 架構提供的設定適用於整合式系統測試認證設備 (ISTCR)、縫翼與襟翼 ECU 回覆服務 (例如診斷造成鎖存故障的故障狀況)、記錄與顯示 (反射式記憶體資料記錄設定公用程式，可以在 200 Hz 的速率下記錄反射式記憶體的數值)、CAN 與 ARINC 資料記錄、資料顯示 (飛機 GUI 可顯示每個解析器的讀數、電流、電壓等；並根據標準客製化區塊的建置區塊來儲存 GUI)，以及自動化 (透過TestStand、Python 或任何透過 socket 與 JSON 序列化的語言來撰寫指令碼；透過存取 RFM 用外部應用/系統的自動化；透過客製化的 LabVIEW 程式碼來執行控制器的激發設定檔；巨集記錄與播放；自動化軟體功能與自動化 ATP)。

Collins Aerospace 節省的成本、時間與人力

透過 NI 的分散式量測與控制產品，可將測試重設時間從數週縮短至一天。我們的 D3 架構具有多種用途 (系統、ATP 與鐵鳥使用相同的負載表；開發、ATP、鐵鳥、SITS、ESIM 使用相同的 SFECU 設備)、模組化 (不需要硬接線或管道即可連接，軟硬體以多架飛機的通用設計為基礎)、易於整合 (開放式軟體架構、以任何語言撰寫指令碼、經過驗證的 RFM 架構 (可讓測試台以隔離或整合模式執行))、具可維護性 (透過廣泛使用印刷線路板來消除傳統線束結構) 與前瞻性 (我們的團隊擁有可申請專利的設計)。

我們開發通用測試平台，可滿足多種專案甚至是飛機架構的 HIL、V&V、系統整合與生產測試需求，因此不僅縮短測試設備的開發時間，還能以更佳方式因應未來需求 (包括更多的數位測試實驗室)。我們節省了數個月的開發時間與數十萬美元的新平台成本，同時減少了測試實驗室的人力。我們打造出完美的架構，可讓整個測試實驗室在一系列的行動通用前端裝置上運行，如此即可針對為單一機械測試台上的單一功能而設計的固定電子設備，解決其老化問題。現在我們正努力將這種新架構整合至我們的日常技術與業務系統，以期打造出完全自動化的測試實驗室，讓您不必擔心人力成本，且進而可為後續創新節省投資。

作者資訊：

Scott Christensen
Collins Aerospace