智能一键式自动调测系统的设计与应用.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：荆巍（1978)，男，汉族，辽宁沈阳人，高级工程师，工学学士，主要从事雷达原理及 SAR 成像技术研究。-33-智能一键式自动调测系统的设计与应用 荆 巍 张广超 胡 婕 白军贤 王 喆 北京遥感设备研究所，北京 100000 摘要：摘要：本单位承担着多种类整机产品的批生产任务，产品呈现多品种、少批量的特点，生产模式为单工位独立生产，是典型的离散型生产模式。根据多年的航天产品生产经验，结合航天产品多品种、少批量的特点，设计了智能一键式自动调测系统，配合当前已经配备的 AGV，利用软硬件协同，实现产品整机调试的自动化，调试数据的分类保存及部分智能化数据判读，提高生产效率。关键词：关键词：工艺流程；自动调测系统设计；应用 中图分类号：中图分类号：TP27 1 概要 本单位承担着多种类整机产品的批生产任务，产品呈现多品种、少批量的特点，生产模式为单工位独立生产，是典型的离散型生产模式。产品调试、测试生产工序关联度高且流转频繁，专用测试设备、测试工装种类繁多，目前测试设备与测试软件自动化程度较低。产品调试、测试过程中的位置翻转等均需要人为干预，调试、测试结果需要人工判读、记录，产品数据包主要通过打印纸质文档的形式归档保存，数据的录入工作量大，难以保证准确性与可追溯性。随着所内批生产产品产量大幅增长，按照上述的生产模式进行生产，建设成本高、生产效率低，无法满足大批量产的需求。因此，必须提升数字化建设与应用能力，升级作业手段，从而提高生产效率，降低制造成本。2 项目总体方案 图 1 系统整体建设路径 智能一键式自动调测系统，以实际业务需求推动现有设备的升级改造，减少新设备的投入，可同时满足产品单元测试及调试自动化；自动化调试部分采用软件平台进行，提高系统通用性，平台界面便于操作，可一键完成产品调试工作；改造后的调试系统具备联网功能，具备数据管理、上传功能，整体设计思路如图 1 所示。智能一键式自动调测系统开展硬件设备改造、自动化测试软件改造等，实现具备测试参数自动标校、智能化数据判读和全流程调试测试电子数据包构建等功能的高效、精确、自动化、无纸化的智能生产测试模式。2.1 工艺流程分析 在实现路径上，产品的调试测试系统首先需要对整机产品生产测试流程进行优化、梳理调试测试环节，如图 2 所示。通过自动化测试设备改造（包括硬件设备改造、测试软件环境）完成产品数据的自动化采集与处理。图 2 整机产品调试测试工序流程图 中国科技期刊数据库 工业 A-34-图中黄色工序为单元测试工序，红色工序为整机调试工序，绿色为筛选试验工序。单套产品生产过程所需工时见表 1。其中工时为调试人员实际操作时间。表 1 单套产品生产过程所需工时 项目 设备 人员 工时 累计工时 单元测试 单元测试系统 2 4 8 整机调试 手动测试系统 2 10 20 温度循环试验 环境筛选试验测试系统 1 4 4 振动试验 环境筛选试验测试系统 4 1 4 老炼试验 环境筛选试验测试系统 1 3 3 由表 1 可以看出，整机调试工序是整个生产流程中工时最长的工序，严重制约产品生产进度。实现整机调试自动化，提高生产效率迫在眉睫。2.2 调试测试系统现状分析 2.2.1 单元测试系统 单元测试系统负责完成产品的单元测试工作。单元测试设备具备自动测试功能，需要 2 名调试人员完成产品与运动目标模拟器对准、手动安装微波吸收罩。在对产品进行不开机测试时，需对产品加电，并根据测试截获角度信息，手动反复调整产品与运动目标模拟器的相对位置，以保证测试精度；在开机测试时，需要 2 名调试人员手动安装微波吸收罩，使产品本体两侧与罩口的水平距离相等，以保证功率测量准确度。2.2.2 整机调试系统 调试系统主要负责完成产品调试中基础检查、软件装机确认、参数标校、软件检查、手动功能测试、机械轴电轴偏差校正、参数固化等。目前调试系统全部调试流程项目均为手动，主要存在以下问题：1）调试系统主要采用单元测试设备、调试仿真计算机、数字万用表等设备搭建而成，测试设备种类、数量较多；2）调试操作流程相对复杂，对调试人员的专业技术要求较高，一定程度上依赖测试人员的熟练程度，调试重复性差；3）整个调试过程中至少需要两名调试人员持续对产品状态、调试设备状态进行操作。在批生产过程中长时间、大批量进行调试时，调试人员负荷太大，容易疲劳，部分调试项目需手动反复设置参数易出现误操作；4）生产过程中采用了多名调试人员轮换的形式提高调试、测试效率低下，对人力资源需求极大，无法满足整机产品后续量产的要求。3 项目主要建设内容 智能一键式自动调测系统针对整机调试手动操作所带来的自动化程度低、调试数据判读手段落后等问题，通过自动化姿态转运柔性工装研制、多传感器混合感知高精密末端执行、调试测试可视化人机交互和智能调测数据管理等技术手段，实现航天产品高效率智能调测，提升生产制造能力、降低制造成本。智能一键式自动调测系统示意图如图 3 所示。图 3 智能一键式自动调测系统示意图 3.1 自动化姿态转运柔性工装研制 产品复杂、集成度高，对各个生产环节要求严苛。产品在生产测试各个环节，需要在多个区域频繁流转，传统过程需要多人搬运，由于产品是高精密系统，在流转过程中的搬运强度大、效率低，易出现磕碰滑落风险，随着产品产能需求呈爆发式增长，测试效率的提升已成为制约产品大规模生产过程中的瓶颈问题。自动化姿态转运柔性工装包括翻转夹紧机构、托架移动钢架机构和测试箱横移钢架机构等，结合生产大楼的物流升降机，实现产品从总装到调试各个区域中国科技期刊数据库 工业 A-35-的快速安全流转，如图 4 所示为针对某型号整机产品研制的自动化姿态转运柔性工装。a)翻转夹紧机构 b)微波吸收罩横移、纵移机构 图 4 自动化姿态转运柔性工装 其中，通过更换柔性标准化托盘，能够适应多型号产品的装配调试需求，如图 5 所示。a)型号 1 b)型号 2 图 5 柔性标准化托盘工装模型图 3.2 多传感器混合感知高精密末端执行技术 本项目拟通过在自动调试系统执行中布置的多种传感器（压力传感器、距离传感器、光栅、角度传感器等）来控制程控移动和产品参数标校，最大限度减少人为操作，实现产品根据测试需求自动移动到指定位置和测试指标精确控制1。自动调测系统机电部分组成由滚筒 AGV、产品翻转夹紧机构、托架升降移动钢架机构、微波吸收罩横移纵移钢架机构及可视化控制箱组成。滚筒 AGV 将产品输送到上料位置，AGV 横移贴近产品翻转机构，AGV滚动电机运行，将转运盘及产品输送到翻转夹紧机构上。翻转夹紧机构感应产品到位后，提醒人工安装固定螺钉，将转运盘锁紧在翻转机构上。压力传感器感应锁紧到位后，提示人工按下启动按钮，设备开始运行，伺服带动蜗轮蜗杆减速器将产品旋转 90，并上升到测试位置。开始加载程序进行产品调试。进行发射支路调试时，钢架机构通过 X 向 Y 向横移纵移，将微波吸收罩自动套装在产品上。测试结束后，自动撤收微波吸收罩。全部调试流程结束后，人工拆下测试电缆，取下固定螺钉，所有机构退回到出料位置，将产品退回到 AGV 小车上，完成产品的调试。调试结果自动反馈给 AGV 小车，AGV 小车自动将产品拉到合格/不合格区域或进入下一流程。3.3 调试测试可视化人机交互技术 测试系统的软件开发采用交互式平台开发、交互式编程方法，丰富的功能面板和函数库大大增强了 C语言的功能，使设计者能以最快的速度设计、调试和开发实际的系统。自动调测系统主要通过软件实现产品的标校及调试工作，每次自动测试后将参数文件进行更新并完成 DSP 烧写。自动调测系统性能参数标校包括产品指令电压标校、伺服角度标校、相位校正、S 曲线校正等多项调试项目，指令角电压标校需要在原有单元测试系统上增加硬件，其他校准测试项均可以在原有硬件平台上通过增加软件实现。软件具有可视化操作界面，程序自动上传及比对、产品参数生成及上传、校正结果验证、整机性能测试、数据存储与判读功能2。3.3.1 程序自动上传及比对 在产品调试过程中，需要多次进行程序烧写。以调试前 DSP 程序烧写为例。勾选 DSP 程序烧写选项，35中国科技期刊数据库 工业 A-36-调试软件将自动进行接收机加电、开 DSP、程序上传、程序下载、程序校验、接收机断电工作。图 6 DSP 程序自动上传流程图 3.3.2 产品参数标校 产品调试中需要对产品指令角电压、伺服返回角度、伺服零漂、相位、S 曲线、伺服角速率等各项调试项目进行校正、生成补偿参数文件、烧写参数文件、参数文件验证、数据判读等工作。以整机产品指令角电压标校为例。原调试系统使用电压表及专用转接盒对方位向及俯仰向角电压进行测试，人工读取测试结果，判读数据并手动输入存储到相应文件。本系统使用多通道高精度电压采集卡代替三用表、转接盒及测试电缆，由调试软件一键完成电压采集、通道转换、数据存储与判读等工作。调试流程简便，调试结果精确可靠，调试设备简易美观。采集卡选用 CPCI-8622多通道高精度电压采集卡，该采集卡基于 CPCI 总线的形式，可直接插在 IBM-PC/AT 或与之兼容的计算机内的任一 PCI 插槽中，通过程控接收机输出步进电压，然后通过 AD 卡进行数据采集，当测量值与输出值误差在标称范围内，本次标校完成。当测量值与设定值差值超出标称值范围时，则系统自动返回上一级重新进行校准，实现一键完成指令电压校正。图 7 电压标校流程图 3.3.3 参数自动生成与补偿 整机产品参数校正结束后，需要将测试结果通过公式计算得出相应的补偿值，将补偿值写入参数表文件，上传参数表文件到产品信号处理器 DSP 中，再进行补偿参数验证。如果验证结果不满足要求，则重复进行校正，直到满足要求为止。原调试方法中以上工序均为手动操作，工序繁琐。现使用自动调测软件，系统自动完成校正结果判读、补偿值计算、参数表文件生成、DSP 上传、参数补偿结果验证等工作。如果结果不满足要求，系统自动重新调整补偿参数，重新上传参数表文件并进行验证，直到满足要求，本次调试结束。3.3.4 参数验证 生成校正参数并上传后，需要对校正结果进行验证，以保证参数补偿的准确性。以相位验证为例，原中国科技期刊数据库 工业 A-37-调试方法为全手动测试，对单个频点进行角度预置，存储数据，恢复零位。重复该操作对多个频点进行测试，保存测试结果使用 excel 绘图，判读测试结果是否正确。使用本系统调测软件进行参数验证，可一键完成以上测试项目，并自动对测试结果进行保存及判读，给出合格或不合格结论。大幅节省调试时长，减少人员操作3。3.4 智能调测数据管理 自动调测系统可自动完成测试环境建立，主要是为产品建立其对应的数据记录路径。根据已有规则建立文件夹用于保存测试数据，具体要求为根据产品批次编号建立三级文件。一级文件夹名称为产品批次号，二级文件夹名称为产品批次加编号，三级文件夹为参数相关、手动测试、筛选试验、多媒体记录、单元测试、产品自检等。实现调试数据分类存储和管理。具体形式如下图所示：图 8 测试环境建立方式示意图 自动调试模式时能按照预先设定的流程自动测试并记录数据，自动形成调试数据表格。调试系统具备良好的数据分类管理及数据上传功能，实现调试数据的分类保存及智能化数据判读。4 应用效果 表 2 调测系统改造前后工时对比 项目 改造前 改造后 缩减工时 效率提升 人员 工时 累计工时 人员 工时 累计工时 单元测试 2 4 8 1 4 4 4 50%整机调试 2 10 20 1 6 6 14 70%现智能一键式调测系统已投入使用，工作效率明显提高。从上表 2 可以看出，使用智能一键式调测系统进行整机产品调试测试，单元测试项目调试人员由 2人缩减为 1 人，累计工时缩减 50%；整机调试调试人员由 2 人缩减为 1 人，工时由原来的 10 小时缩减为6 小时，累计工时缩减 70%。大幅降低生产成本。并且由于调试工作全自动完成，调试人员只需对产品性能参数进行判定，降低了人员专业需求。5 项目成果和应用范围 5.1 项目成果 项目成果包括高精度电控调测设备、调测系统自动调试软件、调测系统方案设计、项目验收、使用维护说明等。5.2 主要技术创新点 创新性提出整机产品全自动调试方法，软硬件融合，适用范围广，可适用于多型号整机产品的全自动调试测试。5.3 应用范围 智能一键式自动调测系统可应用于某型号整机产品批生产调试中。为产品整机调试提供便捷、高效的调试环境和调试方法。该系统可通过更换工装底座和微波吸收罩底座，实现多型号产品的使用。搭载不同型号的调试测试软件，即可实现多型号产品的全自动调试工作。并可推广于后续转入批生产的其他型号产品的调试自动化升级，满足大批量产品调试的质量与进度需求。6 总结 随着新型号产品技术不断完善与提升，产品的批生产过程将更加依赖大量的人力投入，调试步骤将比以往型号的产品更加复杂。提升整机批生产的生产效率，减少人力投入，对整机产品调试测试自动化改造迫在眉睫。本文对某型号整机产品调试测试现状进行了分析，提出了智能一键式自动调测系统的方案设计，对应用效果进行了评估，并对主要技术创新点及应用范围进行了说明。为后续型号整机产品批生产的自动化改造提供了设计方向，并对后续型号大幅提高生产效率起到借鉴作用。37中国科技期刊数据库 工业 A-38-参考文献 1张明,仲婷.基站供配电智能精细化管理方案的设计J.电气时代,2023(02).2王奕.基于高维空间重构的基站异常检测J.中国科技信息,2023(03).3宋光辉,位韶康,田全胜,吕昂.变电站直流“一键式”系统状态切换方法研究J.电力学报,2020(04).