機(jī)載設(shè)備自動(dòng)化測試中應(yīng)用系統(tǒng)的研究

劉勇

（中國光電研究院，天津 300300）

機(jī)載設(shè)備在飛機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)中屬于核心性的組成部分，機(jī)載設(shè)備的不同類型和設(shè)備應(yīng)用的技術(shù)要求現(xiàn)階段呈現(xiàn)出逐步專業(yè)化和多樣性的特征。因此，在設(shè)備和相關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，應(yīng)當(dāng)針對常規(guī)運(yùn)行中的故障問題加強(qiáng)檢測維修力度，促使自動(dòng)化測試系統(tǒng)能夠?qū)φ麄€(gè)機(jī)載設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及飛機(jī)運(yùn)行中的安全狀態(tài)進(jìn)行有效的把握。結(jié)合實(shí)際做好自動(dòng)測試系統(tǒng)的架構(gòu)安排，并針對性地發(fā)揮其故障測試的功能是促使機(jī)載設(shè)備自動(dòng)化測試系統(tǒng)作用有效發(fā)揮的重要路徑。

1 通用自動(dòng)測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理分析

1.1 硬件結(jié)構(gòu)分析

在機(jī)載設(shè)備測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是整個(gè)機(jī)載測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。具體來說。常規(guī)的機(jī)載設(shè)備測試系統(tǒng)中，硬件設(shè)備主要包括板卡和設(shè)備兩部分。部分板卡和設(shè)備的訪問權(quán)限具體功能對于測試效果會(huì)產(chǎn)生非常直接的影響。另外，測試用例過程中的方式方法篩選也需要考慮客觀上的硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)特征。從現(xiàn)階段的應(yīng)用需求上來講，系統(tǒng)功能的靈活性要求呈現(xiàn)出逐步提升的狀態(tài)。因此，硬件架構(gòu)中主要包含的硬件設(shè)備以板卡設(shè)備、板卡驅(qū)動(dòng)區(qū)域、終端設(shè)備三方面為主要結(jié)構(gòu)。

通過組件化的硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)置，使得自動(dòng)化測試工作執(zhí)行落實(shí)時(shí)能夠直接依托組件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對硬件設(shè)備的訪問，達(dá)到測試的目標(biāo)。

1.2 自動(dòng)化測試工作的內(nèi)容結(jié)構(gòu)與基本原理分析

自動(dòng)化測試系統(tǒng)在應(yīng)用原理中主要依托板卡結(jié)構(gòu)的作用發(fā)揮，將指令式的數(shù)據(jù)信息發(fā)送到激勵(lì)設(shè)備上。由激勵(lì)設(shè)備進(jìn)行自主響應(yīng)，并輸出相應(yīng)的激勵(lì)型號(hào)，受到激勵(lì)后，設(shè)備本身可進(jìn)一步完成數(shù)據(jù)的輸出。測試軟件則在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中完成設(shè)備輸出數(shù)據(jù)的采集，并且將采集到的數(shù)據(jù)與預(yù)批的模型構(gòu)建數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行對比分析，結(jié)合分析結(jié)果對設(shè)備的應(yīng)用狀態(tài)運(yùn)行性能進(jìn)行進(jìn)一步的了解和評價(jià)。自動(dòng)測試的過程中，指令發(fā)送以及數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)結(jié)果的分析都依托計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成。合理規(guī)劃測試流程并采取針對性的措施達(dá)到測試工作的目標(biāo)是現(xiàn)階段自動(dòng)化測試工作落實(shí)開展時(shí)所需要把握的重點(diǎn)目標(biāo)。在具體的自動(dòng)化測試工作開展中，需結(jié)合不同的測試用例結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試內(nèi)容的規(guī)劃分析，并依托相應(yīng)的科學(xué)原理，促使自動(dòng)化測試系統(tǒng)在實(shí)踐應(yīng)用中發(fā)揮出應(yīng)有的效果。

2 機(jī)載設(shè)備數(shù)據(jù)測試的智能化平臺(tái)搭建

為了提升智能化測試技術(shù)和設(shè)備的應(yīng)用成效和整體效率，現(xiàn)階段常見的智能化輔助平臺(tái)以大數(shù)據(jù)技術(shù)支持下的云平臺(tái)為典型代表。本文立足于云平臺(tái)支持下的機(jī)載設(shè)備數(shù)據(jù)庫構(gòu)建以及依托數(shù)據(jù)的測試系統(tǒng)功能發(fā)揮效果實(shí)踐分析，充分了解機(jī)載設(shè)備自動(dòng)化測試系統(tǒng)在實(shí)踐應(yīng)用中的成效。

2.1 基于云平臺(tái)進(jìn)行機(jī)載設(shè)備數(shù)據(jù)分析的總體概述

機(jī)載設(shè)備數(shù)據(jù)具有總量豐富的特征，結(jié)合機(jī)載設(shè)備的不同類型設(shè)備數(shù)據(jù)信息，也可具體分為三種不同的類型：一是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；二是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；三是半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。其中，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要應(yīng)用二維表格進(jìn)行顯示，數(shù)據(jù)間的邏輯關(guān)系也相對比較鮮明，所以數(shù)據(jù)在具體的存儲(chǔ)過程中主要利用具備內(nèi)在邏輯關(guān)系的數(shù)據(jù)庫完成存儲(chǔ)過程。而非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)則無法應(yīng)用二維關(guān)系的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲(chǔ)。主要包括了設(shè)備維修手冊、測試平臺(tái)的說明文件以及產(chǎn)品信息中的圖片、視頻信息。

而半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)具有結(jié)構(gòu)固定的特征。主要包括了機(jī)載設(shè)備的常規(guī)測試報(bào)告、拆換量等數(shù)據(jù)信息。基于本文分析中的云平臺(tái)的融入應(yīng)用在具體的數(shù)據(jù)分析和查詢的過程中，可利用云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)文件數(shù)據(jù)庫的查找。已下載用戶信息也可作為基礎(chǔ)信息融入云平臺(tái)的信息結(jié)構(gòu)體系中。

從系統(tǒng)功能上來說，上述數(shù)據(jù)信息都是反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)警設(shè)備故障的重要信息內(nèi)容，利用云平臺(tái)存儲(chǔ)和利用這部分信息具有方便快捷，且能夠真實(shí)有效的反映平臺(tái)運(yùn)行狀態(tài)的積極作用?；貧w到云平臺(tái)計(jì)算服務(wù)功能上來講，在云平臺(tái)支撐下的數(shù)據(jù)信息計(jì)算和分析的過程中，主要利用IAAS基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)元素進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算。在具體的計(jì)算服務(wù)提供的過程中，利用分布式存儲(chǔ)技術(shù)和虛擬技術(shù)，針對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備物理硬盤進(jìn)行抽象，形成一個(gè)虛擬空間內(nèi)的具備主機(jī)功能和硬盤功能的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。用戶可調(diào)用相關(guān)的信息完成系統(tǒng)平臺(tái)的應(yīng)用過程。數(shù)據(jù)分析的過程完成后，可形成完整的機(jī)載設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)測試報(bào)告。若測試報(bào)告中，部分的指向性指標(biāo)數(shù)據(jù)出現(xiàn)了問題或異常則提示設(shè)備運(yùn)行存在故障或安全隱患，具體的測試報(bào)告信息界面如圖1所示。

圖1 機(jī)載設(shè)備的常規(guī)測試報(bào)告界面截圖

2.2 基于云平臺(tái)計(jì)算的機(jī)載設(shè)備數(shù)據(jù)測試客戶端功能實(shí)現(xiàn)分析

云平臺(tái)數(shù)據(jù)計(jì)算的過程需依托PC端完成，因此客戶端功能的實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)包括以下幾部分。一是PC客戶端的語言結(jié)構(gòu)設(shè)置；二是客戶端的注冊登錄功能設(shè)置；三是數(shù)據(jù)庫管理功能設(shè)置；四是PC端的客戶文件管理功能設(shè)置。

在PC客戶端的云結(jié)構(gòu)設(shè)置方面，云平臺(tái)支持下的語言結(jié)構(gòu)以C++語言為主，此主語言背景下具有非常豐富的API信息，可在沿結(jié)構(gòu)編程時(shí)應(yīng)用混編的形式實(shí)現(xiàn)程序的多樣化功能。而主界面結(jié)構(gòu)的框架搭建應(yīng)用Qt語言進(jìn)行編寫。此種語言從應(yīng)用優(yōu)勢上來講，主要體現(xiàn)在功能豐富、輔助工具和插件完善、助手和擴(kuò)展語言界面編輯器工人突出、可實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)開發(fā)利用幾個(gè)方面。關(guān)于PC客戶端的注冊與登錄功能，主要是指通過python-rds-sdk完成初級腳本的構(gòu)建。例如在管理員角色的設(shè)計(jì)過程中，就可首先用超級管理員身份進(jìn)行訪問信息的傳達(dá)。同時(shí)應(yīng)用云端所提供的RDS for myspl實(shí)現(xiàn)訪問。

從程序編輯的角度上來說，主要通過相應(yīng)的函數(shù)實(shí)現(xiàn)單句執(zhí)行SQL操作的過程，隨后再進(jìn)一步獲得完整的結(jié)果集，通過必要信息的支持判斷是否完成注冊的過程。登錄成功也可通過結(jié)果級的數(shù)據(jù)信息顯示狀態(tài)進(jìn)行真實(shí)有效的反應(yīng)。在確認(rèn)結(jié)果集的具體反應(yīng)為真后，可創(chuàng)建對象，向RDS發(fā)出相應(yīng)的請求，用字符串的形式顯示請求參數(shù)指標(biāo)。從前臺(tái)的客戶操作方面來講，主要通過進(jìn)一步設(shè)置賬號(hào)的密碼達(dá)到用戶登錄和注冊實(shí)踐操作完成的效果，在具體的登錄注冊功能實(shí)現(xiàn)的過程中需要關(guān)注的重點(diǎn)問題主要是應(yīng)用C++語言調(diào)動(dòng)的模塊應(yīng)當(dāng)如何獲取上述信息。通過實(shí)踐維度的總結(jié)分析可知，在C++語言應(yīng)用的背景下，需要通過點(diǎn)擊登錄注冊按鈕并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)以文件形式輸出信息的環(huán)節(jié)，便能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)信息的共享。這時(shí)，Python模塊就能夠順利獲得申請信息的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)庫管理工作的實(shí)現(xiàn)從本質(zhì)上來說是將云端數(shù)據(jù)庫從抽象的狀態(tài)轉(zhuǎn)化為可視化狀態(tài)的過程。關(guān)于文件管理功能的發(fā)揮，則主要需借助FTP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)。在完成了云端服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建后，會(huì)產(chǎn)生RDS從屬數(shù)據(jù)庫,設(shè)置存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫，主要是為了將云端服務(wù)器中的相關(guān)用戶賬號(hào)數(shù)據(jù)信息，向FTP服務(wù)器端進(jìn)行同步。

3 云平臺(tái)支持下的自動(dòng)檢測報(bào)告故障預(yù)測算法分析

3.1 常見基礎(chǔ)算法

對于機(jī)載設(shè)備的自動(dòng)測試和數(shù)據(jù)計(jì)算工作來說，算法的合理應(yīng)用能夠?yàn)檫M(jìn)一步的檢測工作開展提供重要的支持，并且通過數(shù)據(jù)的計(jì)算和分析針對異常和故障的現(xiàn)象精準(zhǔn)判斷常見的算法。主要有以下3種類型：（1）支持向量機(jī)算法；（2）決策樹算法；（3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。

在本文的研究中，主要將決策樹與支持向量機(jī)兩種算法進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用，最終在云平臺(tái)計(jì)算技術(shù)的支持下，完成機(jī)載設(shè)備的故障檢測實(shí)踐研究。

3.2 PCA與Decision Tree聯(lián)合故障預(yù)測算法分析

實(shí)現(xiàn)PCA算法的路徑具體來說包括2種類型。一是通過特征值的分解方式實(shí)現(xiàn)PCA算法的應(yīng)用。二是通過SVD分解PCA的方式完成計(jì)算過程。在基于特征值進(jìn)行PCA分解實(shí)現(xiàn)的過程中，需要借助矩陣去中心化的方式對矩陣單列的平均值進(jìn)行計(jì)算，隨后單列各自減去平均值，具體的計(jì)算公式為：

結(jié)合上述公式可應(yīng)用特征值分解的方法，求得特征值和特征向量的具體數(shù)據(jù)，其中將向量指標(biāo)用字母v表示，則可得矩陣A的特征向量，表達(dá)式為：

在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)特征向量的正交標(biāo)準(zhǔn)化處理，這時(shí)矩陣A可分解為以下表達(dá)形式：

在應(yīng)用奇異值分解方法進(jìn)行PCA計(jì)算的過程中，需要按照。矩陣去中心化處理、計(jì)算協(xié)方差矩陣、特征值特征向量的計(jì)算三個(gè)基本步驟完成計(jì)算過程。在具體的計(jì)算過程中，奇異值分解的方法可直接得到特征向量和特征值的指標(biāo)，隨后將協(xié)方差矩陣設(shè)置為A，對的計(jì)算得到特征值與特征向量的數(shù)據(jù)隨后形成矩陣結(jié)構(gòu)。矩陣結(jié)構(gòu)形成后，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對角矩陣的求和，具體表達(dá)式如下：

3.3 PCA＋LS-SVM聯(lián)合故障信息計(jì)算模式應(yīng)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在分析機(jī)載設(shè)備故障時(shí)，通常常用的方式為一對一針對性分析模式，通過建立分類器結(jié)構(gòu)，形成判斷故障的多分類器空間。

在2種方式融合的機(jī)載設(shè)備故障預(yù)測模型構(gòu)件之前，需要首先完成基礎(chǔ)參數(shù)的初始化處理。隨后應(yīng)用網(wǎng)格搜索的方式對懲罰因子C，RBF核函數(shù)參數(shù)g進(jìn)行迭代尋優(yōu)分析。具體的編程實(shí)驗(yàn)公式為：

在實(shí)踐中的故障分析工作中，可依托上述的系列編程數(shù)據(jù)計(jì)算公式得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，并且通過編程操作和對比觀察的方式對顯示出的設(shè)備系統(tǒng)信息進(jìn)行觀察分析。對異常情況下的數(shù)據(jù)指標(biāo)顯示情況進(jìn)行把握，以便最終促使數(shù)據(jù)信息的分析研究能夠在合理的公式計(jì)算支持下更加具備精準(zhǔn)性，這也有利于為故障分析的工作提供重要的參考，促使機(jī)載設(shè)備自動(dòng)檢測系統(tǒng)所檢測出的故障信息數(shù)據(jù)以及具體故障類型在合理性上更進(jìn)一步的提升，這也是最終提出針對性的設(shè)備維修管理方案、提升機(jī)載設(shè)備長期運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性的有效路徑。

4 結(jié)語

通過本文的分析可知，在機(jī)載設(shè)備的自動(dòng)檢測系統(tǒng)應(yīng)用過程中，需結(jié)合不同類型的機(jī)載設(shè)備對推動(dòng)檢測技術(shù)的應(yīng)用流程進(jìn)行合理的規(guī)劃。另外，檢測過程中，機(jī)載設(shè)備系統(tǒng)的引擎區(qū)域以及固證檢測過程中的計(jì)算方法都是影響機(jī)載設(shè)備自動(dòng)檢測系統(tǒng)作用發(fā)揮的重要環(huán)節(jié)。在具體的自動(dòng)檢測系統(tǒng)研究的過程中，應(yīng)當(dāng)積極借助云平臺(tái)計(jì)算方式和系統(tǒng)運(yùn)行模式提升整個(gè)檢測系統(tǒng)的運(yùn)行應(yīng)用有效性，并且進(jìn)一步通過多種計(jì)算方法聯(lián)合的方式對故障信息的判定數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬計(jì)算，最終找到故障判定的科學(xué)方法，提升故障判定的有效性。