数控系统软件的测试与故障诊断

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1、数控系统软件的测试与故障诊断王轶辰北京航空航天大学工程系统工程系摘要介绍了如何有效和快速地对设备中软件故障进行诊断。从嵌入式软件的特点入手，利用系统软件测试平台来进行软件测试与故障诊断，并以实例加以进一步说明，最后得出这种方法具有一般性的结论。自从上个世纪80年代数控装置广泛采用32位CPU组成多微处理器系统以来，计算机软件在数控设备屮的地位逐渐变得重要起来。90年代以后，随着计算机技术的飞速发展，利用PC机丰富的软件及硬件资源开发出來的开放式体系结构的数控系统中的软件，对于智能化和网络化的支持更加强人，软件的规模和功能进一步的增强了。数控设备已经成为一种硬件

2、与软件髙度集成化的综合性系统。一、数控系统中软件的特点数控系统屮的软件大多数都是嵌入式软件，与硕件冇着紧密关系并FL运行在特定的硕件环境中。其最大的特点就是耳硬件环境有着密不nJ分的关系，整个数控系统的性能、御能化水平的高低以及可靠性的优劣等都是山硬件环境和软件共同决处的。但当前技术条件下，软件的可靠性比硬件的可靠性要低一个数量级。据资料统计，嵌入式系统的运行失效中有75%是中其中的软件火效所引起的。事实上软件失效所导致的系统故障已经成为数控设备故障诊断中一个不容忽视的问题了。二、数控系统中软件的测试与诊断方法与硬件相比软件失效主要有以下两个特点：（1）软件失

3、效不会随时间而发生变化。硬件的有很人一部分是由于设备的磨损和材料的老化所致，而在软件中则不存在这样的问题。一旦软件运行正确，它是不会随着时问的推移而退化的。（2）软件的失效多数是由程序代码中的固冇错误所导致，而对于嵌入式软件来说，软硕件Z间的接口错误也是导致失效的一个重要因索。因为失效机理的不同，软件的诊断方法与硬件通常所使用的故障诊断方法也不尽相同。从保证设备可靠性的角度来看，硬件设备在出厂之询要做一系列的可靠性试验，hl的就是要把设计和加工过程屮产生的问题提前暴露出来，而到了用户使用阶段，工作的垂点就是对设备的运行状态进行监测，对出现的故障进行诊断和维修。

4、而软件则在于出厂前和使用初期对其进行的测试，尤其是对软件与破件集成Z后所进行的系统测试。即系统测试是发现欣入式系统中软件问题的最行之有效的方法之一。在软件测试的理论中，系统测试属于一种动态黑盒测试，即测试人员不必深入软件代码的细节，只需通过控制软件的输入条件驱动被测软件的真正运行。简单的说，动态黑盒测试就是要尽量模拟出被测系统的真实使用情况，并通过对被测系统的实际操作来达到发现故障的目的。根据系统测试原理，实验室口主设计开发出一种具有一定通用性的欣入式软件系统测试环境，并在此基础上总结出i套有效的系统测试方法。下面结合一个具体测试实例对系统测试环境以及测试方法

5、进行介绍。三、数控系统中的软件系统测试1.系统测试环境対一个数控设备中的嵌入式软件进行系统测试的笫一步就是耍搭建系统测试的环境。系统测试环境的作用就是能够让软件在真实的硬件环境下运行，而且述能够计测试人员把测试用例施加到被测软件中，并且可以收集到测试的结果数据。系统测试环境是一个由硬件和软件共同组成的测试平台。图1所示为某型号发动机的数控系统软件测试时所设计开发的系统测试环境。图1软件系统测试环境简图整个测试环境由三大部分组成：测试用例及测试脚本生成环境、系统检测软件以及系统检测箱。其中的测试用例及测试脚本牛成环境和系统检测软件属于测试平台的软件部分，ifij

6、系统检测箱以及与之相连的I/O设备都属于硬件部分。测试用例及测试脚本生成环境是一•个图形化的编辑环境，测试人员可以在这个环境中把设计好的测试用例通过画图或是写文本的方式转换成测试脚本，它是测试用例的对执行形式。测试脚本中包含了一系列对被测系统的操作动作，它的实质作用就是通过控制测试流程來实现测试者的测试意图。系统检测软件山脚本解释器、模型、测试结果收集和显示模块四个部分组成。脚本解释器是用来把测试脚本解稗成为可执行的代码形式，在测试过程中用于控制测试流程。模型则根据测试脚木的要求计算产生测试数据，并发送到被测系统Z+o测试结果收集是用来收集被测系统运行过程中的

7、状态信息和输出数据。显示模块用来根据测试人员的要求在测试过程中把被测系统的状态信息和输出数据显示出來，以便测试者可以观察和控制测试的迹行。地面检测装置(系统检测箱)是在设备止常运行之前检测数控系统的完好性和对装置中闪存的读写操作，以及设备运行以厉进行数据下载和数据分析的工具。地而检测装置的功能包括对电子控制器及发动机模型的仿真、电子控制器的检测、继电器箱的检测、传感器的检测和电液伺服阀线圈的检测等。在测试环境中，地面检测装置从系统检测软件中获得模型根据测试脚本所产牛的测试数据，在装置内部把这些测试数据金都转换为町以输入到被测系统中的数据形式，并通过I/O接口送

8、到被测系统之中，驱动被测系统的运行并完