計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試簡(jiǎn)稱CAT，它是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與其應(yīng)用水平的不斷提高，以及為滿足日益復(fù)雜的、大規(guī)模的、高速度和高精度的測(cè)試要求而逐漸興起的一門新型綜合性學(xué)科。它所涉及的范圍包括：微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)試技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理、現(xiàn)代控制理論、軟件工程、可靠性理論等諸多門類。

　　1．CAT的組成

　　(1)硬輸入子系統(tǒng)

　　該子系統(tǒng)的任務(wù)是將被測(cè)對(duì)象的各種參數(shù)P輸入到中央處理器。其中P／A是傳感器，其作用是將非電模擬量轉(zhuǎn)換為電模擬量；A／A是電模擬變換裝置，它包括采樣、保持、放大、解調(diào)、濾波等；A／D是模／數(shù)轉(zhuǎn)換器。

　　(2)硬輸出子系統(tǒng)

　　該子系統(tǒng)的任務(wù)是由CPU向被測(cè)對(duì)象及裝置發(fā)出各種控制信號(hào)、應(yīng)急處理命令、激勵(lì)信號(hào)等。

　　(3)軟輸入子系統(tǒng)

　　它的任務(wù)是由計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備通過接口向CPU輸入各種軟信息，例如程序、原始數(shù)據(jù)、操作員命令等。輸入設(shè)備可以是鍵盤、磁盤機(jī)、磁帶機(jī)、數(shù)字化輸入板、圖形輸入設(shè)備和語音輸入設(shè)備等。

　　(4)軟輸出子系統(tǒng)

　　它的任務(wù)是將各種軟信息，例如測(cè)試結(jié)果、報(bào)警信號(hào)、圖形等輸出。輸出設(shè)備可以是顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、語音設(shè)備等。

　　2．接口

　　接口處于計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備(例如各種程控儀器、可控開關(guān)等)之間，是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的連接裝置，其基本功能是：在計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)外部設(shè)備的控制。

　　采用標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試接口總線，是CAT系統(tǒng)的主要特點(diǎn)之一。目前，在CAT中所采用的測(cè)試接口總線系統(tǒng)有多種，應(yīng)用較為廣泛的有CAMAC總線系統(tǒng)、GPIB系統(tǒng)、RS232串行接口、VXI總線系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)均符合相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，具有模塊化、系統(tǒng)化、通用化的特點(diǎn)。這類系統(tǒng)組建方便，組成CAT系統(tǒng)的各個(gè)器件(例如計(jì)算機(jī)、各種程控測(cè)試儀器、記錄儀器、繪圖儀等)均配有接口功能電路，用統(tǒng)一的總線電纜，一端插在欲接入系統(tǒng)的器件上，另一端插在系統(tǒng)內(nèi)的一個(gè)插座上，即可組成測(cè)試系統(tǒng)。這類系統(tǒng)對(duì)更改、增刪測(cè)試內(nèi)容等也很方便靈活，使用完畢后拆散容易，拆散后的各個(gè)器件又可移作它用，因此顯示了很大的優(yōu)越性。

　　3．軟件

　　(1)程序語言

　　在CAT系統(tǒng)中，對(duì)編程語言有如下一些基本要求；

　?、倌芫幹飘a(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)、采集響應(yīng)信號(hào)和進(jìn)行簡(jiǎn)單預(yù)處理的程序；

　?、谀芫幊?，進(jìn)行信息的運(yùn)算和處理，作出判決和估值；

　?、劬幊龅某绦蛞休^高的運(yùn)行速度。

　　在CAT中采用的計(jì)算機(jī)語言有以下三種：

　?、?a href="/wiki/%E6%9C%BA%E5%99%A8%E8%AF%AD%E8%A8%80" title="機(jī)器語言">機(jī)器語言和匯編語言用這類語言編制出的程序具有較高的運(yùn)行速度，但在編程和調(diào)試時(shí)均不太方便。

　?、谕ㄓ酶呒?jí)語言在CAT中，常用的高級(jí)語言有QBASIC、visualBAsIC、C和C++、PASCAL、FORTRAN等語言，在對(duì)程序運(yùn)行速度要求不高的場(chǎng)合，也可使用BASIC語言。為便于編制測(cè)試程序，目前在某些高級(jí)語言的基礎(chǔ)上增加了一些測(cè)試專用語句和命令，形成了用于測(cè)試的各種擴(kuò)展高級(jí)語言，這類擴(kuò)展的高級(jí)語言可由制造測(cè)試設(shè)備的工廠提供。

　?、蹖Ｓ脺y(cè)試語言近幾年來，出現(xiàn)了幾種專門面向測(cè)試的編程語言，如ATLAS語言、PLACE語言、ELATE語言、DIMATE語言等，這些語言的共同特點(diǎn)是：直觀、自然、面向測(cè)試、簡(jiǎn)單明了、易于掌握。

　　(2)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)庫

　　在CAT系統(tǒng)中使用著大量的數(shù)據(jù)，如采樣數(shù)據(jù)、中間修正數(shù)據(jù)、檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)均應(yīng)采用一定的結(jié)構(gòu)，以供存儲(chǔ)、檢索和運(yùn)算使用。在CAT系統(tǒng)中常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有：向量、可變向量、數(shù)組、記錄、鏈、樹等。當(dāng)數(shù)據(jù)量較大、使用頻繁時(shí)，可建立數(shù)據(jù)庫，常用的數(shù)據(jù)庫有：dBASEⅢ和dBASEⅣ、FoxBASE、FoxPro等。

　　(3)編程

　　在編制CAT程序之前，首先應(yīng)規(guī)劃測(cè)試方法和步驟，在充分理解測(cè)試任務(wù)和要求的基礎(chǔ)上建立測(cè)試數(shù)學(xué)模型，確定人機(jī)交互方案，畫出程序的流程框圖，然后進(jìn)行編程。

　　(4)測(cè)試程序庫

　　CAT典型的程序有輸入輸出程序、執(zhí)行程序、調(diào)度程序、數(shù)據(jù)處理程序、可靠性程序等幾類，其中大量的程序具有通用性，可適用于不同的測(cè)試對(duì)象、不同規(guī)格、不同性能的測(cè)試。此外，還有數(shù)量眾多的各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。因此，可建立CAT程序庫，以減少新CAT系統(tǒng)的軟件開發(fā)工作量，并提高質(zhì)量。

　　4．數(shù)學(xué)模型

　　CAT系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型描述了系統(tǒng)中量的關(guān)系和規(guī)律，根據(jù)CAT的測(cè)試任務(wù)，其基本的數(shù)學(xué)模型可歸納為三類：

　　I類　　X=F₁(U，Y)　　　　　　(1)

　　此類數(shù)學(xué)模型可用于產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)、參數(shù)測(cè)量等。

　?、蝾悺　F₂(X，Y)　　　　　　(2)

　　此類數(shù)學(xué)模型可用于數(shù)據(jù)采集、參數(shù)監(jiān)控等。

　?、箢悺　=F₃(U，X)　　　　　　(3)

　　此類數(shù)學(xué)模型可用于測(cè)試過程控制、可編程激勵(lì)等。

　　在式(1)、(2)、(3)中：X表示被測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)矩陣；Y表示被控輸出矩陣或表示響應(yīng)矩陣；U表示輸入矩陣或表示激勵(lì)矩陣。

　　在一個(gè)CAT系統(tǒng)中，可抽象出三種數(shù)學(xué)模型：

　　(1)測(cè)試模型該模型是測(cè)試系統(tǒng)中輸入量、輸出量和狀態(tài)量之間關(guān)系的抽象。它的任務(wù)是根據(jù)兩個(gè)已知量求第三個(gè)量。

　　(2)準(zhǔn)確度模型該模型描述測(cè)試系統(tǒng)中各個(gè)量的誤差及其相互影響關(guān)系的規(guī)律。研究此模型的目的是保證和提高測(cè)試的準(zhǔn)確度。

　　(3)數(shù)可靠性模型該模型是研究CAT系統(tǒng)及其組成系統(tǒng)的各個(gè)器件，在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。它的任務(wù)是保證和提高測(cè)試系統(tǒng)的可靠性。研究數(shù)學(xué)模型是為了保證和提高CAT系統(tǒng)的三個(gè)主要質(zhì)量指標(biāo)，即可測(cè)試性、確定性和可靠性。正確運(yùn)用數(shù)學(xué)模型，可得到切實(shí)的經(jīng)濟(jì)效益。

　　用計(jì)算機(jī)及外部設(shè)備取代了人的動(dòng)作、感覺功能和思維功能所進(jìn)行的測(cè)試，其中計(jì)算機(jī)在測(cè)試中的作用有以下幾個(gè)方面：

　　(1)控制測(cè)試過程；

　　(2)產(chǎn)生可編程的激勵(lì)信號(hào)，加在被測(cè)件上；

　　(3)采集響應(yīng)信號(hào)，并進(jìn)行預(yù)處理、變換、存儲(chǔ)；

　　(4)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對(duì)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行各種邏輯運(yùn)算，作出相應(yīng)的判斷和估值；

　　(5)以各種方式輸出測(cè)試結(jié)果；

　　(6)監(jiān)控報(bào)警，對(duì)測(cè)試對(duì)象和測(cè)試系統(tǒng)本身進(jìn)行監(jiān)控，必要時(shí)可作出報(bào)警等反應(yīng)；

　　(7)測(cè)試管理，建立測(cè)試檔案。

　　CAT系統(tǒng)的上述功能是由其硬件和軟件共同完成的。CAT的突出優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在其軟件功能上，在CAT系統(tǒng)中利用軟件資源提高測(cè)試的準(zhǔn)確性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性，其投資小、收效大，性能價(jià)格比好；且軟件具有柔性，在硬件不變的情況下，通過改變軟件可以使測(cè)試系統(tǒng)具有不同的測(cè)試功能，使測(cè)試系統(tǒng)具有通用性。

　　1)可測(cè)試性

　　目前，科研與生產(chǎn)中，存在有大量需要測(cè)試而不能測(cè)試的項(xiàng)目，導(dǎo)致其不可測(cè)試的原因有：

　　①測(cè)試信號(hào)的噪聲過大，信噪比太低；

　　②測(cè)試系統(tǒng)的精度達(dá)不到被測(cè)量精度的要求；

　?、蹨y(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的局限性；

　?、芪茨芙⒄_的測(cè)試基本模型。

　　衡量可測(cè)試性的定量指標(biāo)有：

　　①故障檢測(cè)率，可檢測(cè)的故障占全部故障數(shù)的百分比，也稱為檢測(cè)覆蓋率；

　?、诠收细綦x率，可確定部位的故障占全部故障數(shù)的百分比；

　?、酃收媳孀R(shí)率，可定量的故障占全部故障數(shù)的百分比；

　?、鼙粶y(cè)信號(hào)的頻帶。

　　2)測(cè)試確定性

　　測(cè)試的結(jié)論可以分為定性的判決與定量的估值兩類。由于各種因素的影響，測(cè)試得出的結(jié)論在一定程度上存在不確定性。如對(duì)某零件進(jìn)行檢測(cè)的定性判決中，以確定零件是合格或超差，可能出現(xiàn)如下4種情況：

　?、俸细衿放袨楹细?；

　?、诔钇放袨槌?；

　?、?a href="/wiki/%E5%90%88%E6%A0%BC%E5%93%81" title="合格品">合格品判為超差，稱為虛檢；

　?、艹钇放袨楹细?，稱為漏檢。

　　后兩種情況均為誤檢。

　　在定量估值時(shí)，如對(duì)機(jī)械零件幾何尺寸的測(cè)量，測(cè)量值或估值一般不可能等于真值，估值與真值之差稱為估值誤差，也即測(cè)試誤差。選成測(cè)試不確定性的原因是測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差和概念的模糊性。

　　3)測(cè)試可靠性

　　由于測(cè)試系統(tǒng)中各部分可能出現(xiàn)故障，測(cè)試過程中的操作者操作發(fā)生差錯(cuò)等原因均可導(dǎo)致測(cè)試系統(tǒng)不能正常工作，或使測(cè)試產(chǎn)生誤差。

　　可靠性的指標(biāo)有可靠率、失效率、平均無故障工作時(shí)間等。

　　CAT系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)決定CAT系統(tǒng)技術(shù)的總體構(gòu)造，包括組件關(guān)系、功能分配、信息通過方式、輸入輸出方式等。

　　第二代CAT體系結(jié)構(gòu)如圖3所示，其特點(diǎn)如下：

　　(1)激勵(lì)信號(hào)可編程，激勵(lì)信號(hào)由軟件和硬件綜合形成；

　　(2)響應(yīng)組件的功能和參數(shù)可編程；

　　(3)采用可編程的多路開關(guān)；

　　(4)軟件在線使用，在第一代CAT系統(tǒng)中，軟件運(yùn)行和數(shù)據(jù)測(cè)量是在兩個(gè)獨(dú)立的階段進(jìn)行的。

　　第二代CAT系統(tǒng)中，由于計(jì)算機(jī)軟件參與了測(cè)量的全過程，潛在資源得到充分發(fā)揮，顯著提高了檢測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性和通用性，但也帶來了一些問題，主要是檢測(cè)速度一般低于第一代，單項(xiàng)精度一般不如專用儀器，信號(hào)的頻寬也受到軟件速度的限制。

　　1．分布式體系結(jié)構(gòu)

　　圖4所示為多接口CAT體系結(jié)構(gòu)，這種體系有多個(gè)接口，可同時(shí)對(duì)幾個(gè)被測(cè)對(duì)象uuT(UnitUnderTest)進(jìn)行檢測(cè)，系統(tǒng)共用所有的激勵(lì)單元和響應(yīng)單元，調(diào)度由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)一完成。該結(jié)構(gòu)可充分利用計(jì)算機(jī)，一般用在多個(gè)被測(cè)對(duì)象相同，且檢測(cè)程序也相同的情況。

　　2．內(nèi)含式CAT體系結(jié)構(gòu)

　　內(nèi)含式CAT體系結(jié)構(gòu)是將CAT的部分組件包含在被測(cè)組件內(nèi)部，這主要用于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的被測(cè)組件。

　　3．小型化體系結(jié)構(gòu)

　　小型化體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)階段的水平是手提式CAT系統(tǒng)，主要措施是廣泛應(yīng)用CMOS電路，減小電源質(zhì)量和體積。進(jìn)一步微型化的目標(biāo)是插頭式CAT系統(tǒng)，將CAT系統(tǒng)全部裝入相當(dāng)于一個(gè)插頭的殼體中，將它插入被測(cè)組件的插座上，即可進(jìn)行檢測(cè)。

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的高速發(fā)展，CAT技術(shù)也在功能、自適應(yīng)能力及通用性等方面不斷進(jìn)步，它的發(fā)展趨勢(shì)可總結(jié)為以下兩個(gè)方面。

　　1．自適應(yīng)測(cè)試

　　傳統(tǒng)的CAT系統(tǒng)中的采樣和變換組件將被測(cè)量的測(cè)量值輸入計(jì)算機(jī)，其中的主要參數(shù)包括量程、分辨率、采樣周期、采樣數(shù)量等是通過程序設(shè)定的，一旦軟件編好，這些參數(shù)就固定，在測(cè)試過程中不能再改變，所以在測(cè)試過程中不具有自適應(yīng)性。而自適應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)是一種能根據(jù)待測(cè)件、待測(cè)量或測(cè)試環(huán)境變化而自動(dòng)改變其結(jié)構(gòu)或參數(shù)，以獲得最優(yōu)測(cè)試性能的測(cè)試系統(tǒng)。自適應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)三個(gè)環(huán)節(jié)的自適應(yīng)，即根據(jù)采樣信號(hào)的不同改變采樣的時(shí)間、量程、周期等，使采樣是信號(hào)質(zhì)量最優(yōu)的自適應(yīng)采樣；根據(jù)待處理數(shù)據(jù)的特性決定數(shù)據(jù)處理的方法和參數(shù)，使數(shù)據(jù)處理是結(jié)果最優(yōu)的自適應(yīng)數(shù)據(jù)處理，根據(jù)待測(cè)試件不同的靜動(dòng)態(tài)特性調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或參數(shù)，使系統(tǒng)的性能具有最優(yōu)的測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。

　　2．構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)(FMS)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(C1MS)

　　可將CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))、CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造)、CAT(計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試)的信息集成，根據(jù)CAD信息制成CAM程序，工件加工好后通過CAT檢驗(yàn)，再通過CAT的信息修改CAD數(shù)據(jù)和CAM程序；也可通過CAT繪制圖紙，自動(dòng)生成數(shù)控程序進(jìn)行CAM；或者通過CAM加工試件后，通過CAT進(jìn)行測(cè)試，然后根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，通過CAD繪出圖紙。這樣可以顯著減少人工費(fèi)用，且質(zhì)量穩(wěn)定。