基于多信號模型的火控系統(tǒng)測試性優(yōu)化設(shè)計

陳春良,邵思杰,2

(1.裝甲兵工程學(xué)院技術(shù)保障工程系,北京 100072,2.裝甲兵工程學(xué)院兵器工程系,北京 100072)

基于多信號模型的火控系統(tǒng)測試性優(yōu)化設(shè)計

陳春良1,邵思杰1,2

(1.裝甲兵工程學(xué)院技術(shù)保障工程系,北京 100072,2.裝甲兵工程學(xué)院兵器工程系,北京 100072)

測試性設(shè)計是要保證武器系統(tǒng)具有良好的測試性。在以往的武器系統(tǒng)中,測試性設(shè)計的優(yōu)劣往往在實裝試驗驗證后才能做出評價。基于系統(tǒng)測試性模型的測試性設(shè)計,可以通過仿真驗證不斷地改進(jìn),從而優(yōu)化和提高武器系統(tǒng)的測試性。分析了某坦克火控系統(tǒng)控制信號的傳遞關(guān)系,建立了該系統(tǒng)的TEAMS仿真模型,利用TEAMS DFT Feedback診斷策略,采用增加測試點的方式優(yōu)化系統(tǒng)的測試性設(shè)計。結(jié)果表明,優(yōu)化設(shè)計后火控系統(tǒng)測試性顯著提高。

信息處理技術(shù);多信號模型;測試性設(shè)計;TEAM S

火控系統(tǒng)是主戰(zhàn)坦克武器系統(tǒng)的主要組成部分,如果火控系統(tǒng)的綜合保障性能差,尤其是測試性水平低的話,將使火控系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測、故障檢測與維修存在致命的缺陷,影響裝備的戰(zhàn)備完好性和戰(zhàn)場生存能力。

測試性設(shè)計是保證裝備狀態(tài)監(jiān)測水平、降低測試和維護費用的關(guān)鍵[1]。武器裝備的測試性水平經(jīng)過試驗設(shè)計由武器裝備的測試性驗證試驗,通過故障注入機在樣機上有選擇地注入故障以評價。在樣機上開展的驗證試驗屬于實裝試驗,存在驗證時機滯后,對武器裝備測試性設(shè)計指導(dǎo)不及時的不足;故障注入機能夠產(chǎn)生的故障有限,真實的、完全意義的故障很難模仿等問題。

建立武器系統(tǒng)的測試性模型是對武器系統(tǒng)進(jìn)行測試性設(shè)計的基礎(chǔ),依據(jù)系統(tǒng)的測試性模型可以完成系統(tǒng)的測試性分析與設(shè)計,進(jìn)而在形成有效的診斷策略之后,對武器系統(tǒng)的測試性進(jìn)行仿真驗證。測試性仿真驗證在裝備研制階段,依據(jù)設(shè)計原理圖和相關(guān)信息進(jìn)行測試性評估,實時將測試性水平反饋給裝備設(shè)計人員,對提高裝備測試性水平有極大幫助。在裝備的使用階段,利用詳盡信息建立的裝備測試性模型進(jìn)行的仿真驗證試驗,既可以改進(jìn)定型裝備的測試性,又可以提高新型裝備的測試性水平。

1 多信號模型

多信號模型(Multi-signal Model)是由 Somnath Deb等人于1994年提出,利用分層有向圖表示被測對象的組成單元、測試以及被測對象性能特征之間的相關(guān)關(guān)系,作為故障傳播建模的一種建模方法,可應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)的測試性設(shè)計、故障模式影響與危害度分析、TPS開發(fā)和故障診斷等。多信號模型具有的優(yōu)勢在于:更接近系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu);表現(xiàn)系統(tǒng)的故障空間,克服了需要精確定量關(guān)系建模的缺點,使建模容易;使一些復(fù)雜大型系統(tǒng)的測試性建模變得可行,模型失真度小。

美國Qualtech系統(tǒng)公司(QSI)將這種方法引入其測試性工程和維修系統(tǒng)軟件TEAMS方案中。TEAMS軟件通過對產(chǎn)品構(gòu)建多信號模型,能夠完成對產(chǎn)品的測試性分析和預(yù)計、故障模式、影響及危害度分析以及故障診斷等[2]。

由于模型中的信號是獨立的,信號之間不會相互影響,更接近系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu),這使得多信號模型建模容易、模型的集成和驗證都相對簡單[3]?；谠摲治?借助 TEAMS軟件平臺,筆者建立了某型坦克火控系統(tǒng)的多信號模型,對其進(jìn)行了測試性分析與優(yōu)化設(shè)計。

2 火控系統(tǒng)控制信號傳遞關(guān)系分析

某型坦克火控系統(tǒng)是以微型計算機為控制中心的綜合火控系統(tǒng)。該火控系統(tǒng)為穩(wěn)像式火控系統(tǒng),由火控計算機及傳感器分系統(tǒng)、觀瞄分系統(tǒng)和炮控分系統(tǒng)3部分組成,如圖1所示。

火控系統(tǒng)工作時3大分系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作[4],信號傳遞流程為:

1)炮手操控火炮跟蹤瞄準(zhǔn)目標(biāo),瞄準(zhǔn)鏡內(nèi)穩(wěn)像陀螺產(chǎn)生高低、水平十位光碼值(格林碼),傳遞至控制盒。

2)瞄準(zhǔn)鏡內(nèi)高低、水平角速度(模擬量)經(jīng)過控制盒中繼后,傳遞至火控計算機。

3)經(jīng)過彈道計算后,將高低、水平角解算量傳遞至控制盒。

4)控制盒單片機通過格林碼解碼和相關(guān)運算后,輸出高低、水平數(shù)據(jù),經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后,將高低、水平模擬量數(shù)據(jù)傳遞至炮控中繼。

5)炮控中繼將高低、水平模擬量數(shù)據(jù)傳遞至炮控箱,炮控箱通過高低、水平控制電路和驅(qū)動部件,驅(qū)動炮塔及火炮運動。

6)炮塔及火炮運動通過四連桿機構(gòu)帶動瞄準(zhǔn)鏡運動,進(jìn)而影響瞄準(zhǔn)鏡內(nèi)穩(wěn)像陀螺進(jìn)動,光碼發(fā)生變化,形成控制閉環(huán)。

3 火控系統(tǒng)測試性建模與分析

根據(jù)對火控系統(tǒng)控制信號傳遞關(guān)系的分析,采用如下步驟構(gòu)建系統(tǒng)的測試性模型[5]:

1)以層次化形式的表述方式,建立系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化模型,了解系統(tǒng)故障模式。

2)根據(jù)故障隔離要求添加故障模式。

3)建立模塊之間的鏈接關(guān)系,表述故障信號傳遞流向。

4)添加測試點和測試,定義故障源及測試的名稱和各種屬性。

5)對系統(tǒng)或指定的模塊進(jìn)行測試性分析,得出系統(tǒng)測試性評估及診斷報告。

根據(jù)維修指南,火控系統(tǒng)的測試主要包括機內(nèi)自檢程序、火控系統(tǒng)靜態(tài)測試、系統(tǒng)自檢和工況檢查4個部分。根據(jù)分析,選定測試點如表1所示。

表1 系統(tǒng)測試點Tab.1 Test points of system

根據(jù)表1建立火控系統(tǒng)的多信號模型。進(jìn)行TEAMS測試性仿真分析,由軟件生成測試性評估報告,評估報告截圖如圖2所示。

從報告可以看出系統(tǒng)故障檢測率偏低,僅為39.29%,故障隔離率僅為12.46%,而重測合格率較高,為80.68%,說明原系統(tǒng)測試性存在一定的缺陷,需要改進(jìn)。

4 火控系統(tǒng)測試性改進(jìn)設(shè)計

4.1 原火控系統(tǒng)測試性缺陷分析

TEAMS軟件中的DFT Feedback功能可以對經(jīng)過測試性分析的模型進(jìn)行設(shè)計驗證,主要關(guān)注系統(tǒng)中存在測試性缺陷的部分。

由TEAMS的DFT Feedback設(shè)計驗證以及圖2所示的測試性評估報告,可以判斷該火控系統(tǒng)測試性存在以下幾個方面的缺陷:

1)系統(tǒng)故障覆蓋范圍小。在規(guī)定的方法下,正確檢測到的故障數(shù)少。該系統(tǒng)的測試僅僅以火控計算機為核心,檢查火控系統(tǒng)最基本和最主要的參數(shù),不能對整個火控系統(tǒng)的故障全面覆蓋。主要表現(xiàn)在缺少對觀瞄分系統(tǒng)和炮控分系統(tǒng)的測試。

2)系統(tǒng)故障隔離率偏低。檢測到的故障正確隔離到小于規(guī)定模糊度的故障數(shù)偏少。模糊組數(shù)量大,導(dǎo)致能被某一個測試所診斷的部件(部位)太多,不能準(zhǔn)確地實現(xiàn)故障隔離,給準(zhǔn)確定位發(fā)生故障的部件(部位)帶來困難。

3)重測合格率偏高。技術(shù)人員從某LRU拆下的車間可更換單元(SRU),送到后方維修基地,而基地級技術(shù)人員對該SRU重新測試后,判定良好的數(shù)量多,這樣說明原系統(tǒng)測試存在的誤拆可能性較為突出。系統(tǒng)的重測合格率太高,導(dǎo)致虛警率增高,診斷準(zhǔn)確度很差。

4.2 測試性優(yōu)化設(shè)計

通過對該火控系統(tǒng)測試性缺陷分析,按照TEAMS的DFT建議,在系統(tǒng)中添加若干測試點,如表2所示。

表2 系統(tǒng)增加的測試點Tab.2 Added test points of system

根據(jù)表2中增加的測試點,按照診斷建議的測試部件(部位),重新建立系統(tǒng)的測試性模型,進(jìn)行TEAMS測試性仿真分析,再次產(chǎn)生測試性評估報告,評估報告截圖如圖3所示。

經(jīng)過測試性優(yōu)化設(shè)計,可以看出,故障檢測率和故障隔離率有了明顯的提高,分別提高到88.88%和59.58%,而重測合格率則明顯降低,為27.36%。按照 TEAMS軟件分析建議,改進(jìn)的模型能較好的覆蓋整個火控系統(tǒng)的故障,故障隔離的效果顯著。

5 結(jié)束語

優(yōu)化設(shè)計后系統(tǒng)的測試性指標(biāo)明顯提高,表明優(yōu)化設(shè)計是成功的。如果能夠在火控系統(tǒng)性能、結(jié)構(gòu)設(shè)計之時同步開展測試性設(shè)計,相信系統(tǒng)的測試性水平會更高。

References)

[1]田仲,石君友.系統(tǒng)測試性設(shè)計分析與驗證[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003:17-21.

TIAN Zhong,SHI Jun-you.Analysis and validation of design for testability for system[M].Beijing:Publisher of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2003:17-21.(in Chinese)

[2]楊東健,王紅,劉金甫.航空設(shè)備的測試性設(shè)計和驗證技術(shù)概述[J].測控技術(shù),2006,25(10):1-5.

YANG Dong-jian,WANG Hong,LIU Jin-fu.Designfor-testability and validation technology of aeronautic equipment[J].Measurement and Control Technology,2006,25(10):1-5.(in Chinese)

[3]錢彥嶺.測試性建模技術(shù)及其應(yīng)用研究[D].長沙:國防科技大學(xué),2002.

QIAN Yan-ling.Research on modeling of testability requirement and application[D].Changsha:National University of Defense Technology,2002.(in Chinese)

[4]黃秀成.某型坦克火控系統(tǒng)構(gòu)造與修理[M].北京:解放軍出版社,2005.

HUANG Xiu-cheng.Structer and repair of a tank fire control system[M].Beijing:People's Liberation Army Press,2005.(in Chinese)

[5]ERIC GOULD.Testability timeline[OL].(2008-06-16)[2010-01-15].http://www.testability.com/reference/History.aspx.

Testability Optimal Design for Fire Control System Based on Multi-Signal Model

CHEN Chun-liang1,SHAO Si-Jie1,2

(1.Department of Technical Support Engineering,Armored Force Engineering Academy,Beijing 100072,China;
2.Department of Arms Engineering,Armored Force Engineering Academy,Beijing 100072,China)

Testability design is a key measure to ensure the weapon systems to have a good testability.In past weapon systems,estimation of design for testability can only be carried out after real equipment experiment was performed.Based on testability design of system testability model,design for testability was continuously improved so as to optimize and enhance the testability of the weapon system.The signal transitive relation of fire control system(FCS)in some type of tank was analysed in detail,and TEAMS simulation model of the system was established.By means of TEAMS DFT Feedback diagnosis strategy,the testability design of the system was optimized with the aid of added test points.The results indicated that the optimized design can greatly improve the testability of FCS.

information processing;multi-signal model;design for testability(DFT);TEAMS

TH165.3

A

1673-6524(2010)04-0095-04

2010-06-09;

2010-07-22

陳春良(1963―),男,教授,博士,主要從事裝備綜合保障研究。E-mail:8617143sj@163.com