基于機內(nèi)測試和自動測試設備聯(lián)合工作的魚雷測試虛警率驗證試驗方法

高 江, 賀成剛, 許鴻銳

?

基于機內(nèi)測試和自動測試設備聯(lián)合工作的魚雷測試虛警率驗證試驗方法

高 江, 賀成剛, 許鴻銳

(中國人民解放軍91388部隊, 廣東 湛江, 524022)

虛警率是困擾魚雷測試性技術發(fā)展的主要問題之一, 目前在理論和技術指導方面, 均缺少明確的可直接使用的魚雷虛警率試驗驗證標準和方法。為此提出了基于機內(nèi)測試(BIT)和自動測試設備(ATE)聯(lián)合工作、人工測試和綜合診斷手段共用的魚雷虛警率驗證試驗方法。在對基于自然故障和基于模擬故障進行驗證試驗的特點進行比較后, 確定以自然故障作為樣本進行驗證試驗。全文依次從試驗準備工作、試驗實施程序和驗證試驗方案3個方面論述了虛警率的驗證試驗方法, 最后通過實例檢驗了試驗方法的正確性和科學合理性。

機內(nèi)測試; 自動測試設備; 虛警率; 驗證試驗

0 引言

現(xiàn)代魚雷大量采用高新傳感器技術、信號處理技術、計算機技術和微電子技術, 具備了一定程度的機內(nèi)測試(built-in test, BIT)能力。同時, 借助外部自動測試設備(automatic test equipment, ATE), 共同提高了魚雷的測試性。

在魚雷測試性技術發(fā)展過程中, 虛警率始終是困擾其研究和應用的主要問題之一。它不僅導致可用性降低和全壽命周期費用提高, 更為嚴重的是, 導致使用及維修人員對魚雷的測試性逐步喪失信心, 由于魚雷虛警率是否滿足要求對后期使用和維護的影響很大, 因此應該在設計定型階段和試用階段對魚雷的虛警率開展試驗驗證。

目前, 在理論和技術指導方面, 缺少明確的可直接使用的魚雷虛警率試驗驗證標準和方法。在實踐應用方面, 國內(nèi)成功應用經(jīng)驗較少。本文在借鑒部分工程實踐的基礎上, 提出了一種基于BIT和ATE聯(lián)合工作的魚雷虛警率驗證試驗方法, 該方法使用機內(nèi)測試、外部自動測試設備測試、人工測試和綜合診斷的多種手段[1], 為更好地開展魚雷虛警率驗證試驗提供工程指導借鑒。

1 魚雷虛警率及常用驗證方法

虛警是指測試系統(tǒng)或設備顯示被測試項目有故障, 而該項目實際無故障。魚雷的虛警率是指魚雷在規(guī)定期間內(nèi)發(fā)生的虛警數(shù)與故障報警總數(shù)之比, 以百分數(shù)表示, 即

與其他武器裝備測試性定量指標驗證試驗類似, 魚雷虛警率驗證也可有以下3種情況選擇[2]。

1) 基于自然故障驗證

通過魚雷訓練、試驗、維修維護中得到的產(chǎn)品自然故障及其BIT檢測與隔離信息進行虛警率驗證。這種方法與使用評估方法相類似, 不同點在于它具有明確的統(tǒng)計試驗方案, 即具有樣本量要求和參數(shù)合格判據(jù)。由于僅統(tǒng)計自然故障的相關信息, 因此該方法也適用于所有裝備類型。

2) 基于模擬故障驗證

在魚雷試驗過程中人為設置模擬故障并統(tǒng)計BIT檢測與隔離信息進行虛警率驗證。這種方法同樣需要統(tǒng)計試驗方案, 并且實現(xiàn)手段與實驗室試驗驗證方法相類似, 不同點在于該方法的試驗環(huán)境是現(xiàn)場環(huán)境。由于需要注入故障, 因此該方法只能用于不影響到魚雷安全執(zhí)行試驗任務。

3) 自然故障和模擬故障驗證

該方法是上述2種情形的組合, 集中了自然故障符合實際情況和模擬故障統(tǒng)計時間短的優(yōu)點, 不僅可以縮短試驗時間, 還可以保證樣本量滿足統(tǒng)計試驗方案要求。

2 基于BIT和ATE聯(lián)合工作的驗證方法

因為虛警和多種因素有關, 受環(huán)境條件影響較大, 很難人為條件下真實模擬虛警, 加之在非實際使用條件下對虛警指標進行驗證, 其結果很不準確。為了驗證魚雷虛警率指標, 需要在各項試驗中收集自然發(fā)生的虛警樣本, 即需要以自然故障為樣本進行驗證試驗。故在魚雷虛警率驗證試驗中, 選擇上述3種方法中的方法1), 基于自然故障進行試驗。

為提高魚雷虛警率驗證試驗效率, 提高試驗結果的可信度, 及早發(fā)現(xiàn)并改進魚雷測試性設計缺陷, 提出采用一種基于BIT和ATE聯(lián)合工作的魚雷虛警率驗證試驗方法。該方法使用自然故障和模擬故障作為試驗樣本, 既不是單獨采用魚雷機內(nèi)測試手段(BIT), 也不是單獨使用魚雷保障設備中的外部測試設備(ATE)完成魚雷虛警測試, 而是主要將BIT和ATE聯(lián)合起來作為基本方法, 同時將人工測試和綜合診斷手段并用進行虛警率測試。該方法是現(xiàn)代測試性工作的趨勢所在。

該方法的主要優(yōu)點是, 從提高機內(nèi)測試能力和外部測試設備的測試能力出發(fā), 整體上提高魚雷武器裝備測試性, 尤其是當魚雷出現(xiàn)故障時, 如何盡快進行故障隔離和故障檢測, 為魚雷故障排除, 盡快完成魚雷技術準備和日常維護維修, 提高技術準備效率做好基礎性工作。該方法的主要缺點是在虛警發(fā)生后, 需要定位到底是魚雷產(chǎn)品還是外部測試設備故障導致報虛警, 需要進行甄別。

2.1 虛警率驗證試驗前的準備工作

1) 檢查產(chǎn)品技術狀態(tài)

被試魚雷應裝配完整, 技術資料齊全, 技術狀態(tài)確定。配套的ATE和接口設備完整, 技術狀態(tài)確定。

2) 驗證試驗的時機選擇

由于測試性驗證試驗一般在設計定型階段進行, 作為測試性的一個重要指標, 虛警率驗證試驗可選擇在設計定型階段進行。

3) 虛警率驗證試驗大綱和實施計劃編制

建議將虛警率驗證試驗大綱和實施計劃作為魚雷測試性驗證試驗大綱及實施計劃的一部分進行編制, 結合整個測試性指標驗證試驗進行。

4) 試驗的組織管理

驗證試驗是訂購方(使用單位或試驗單位)與承制方共同參與完成的工作。一般應成立驗證試驗工作領導小組和實施小組, 明確工作職責、人員分工與培訓及各種保障。一般與測試性驗證試驗的組織管理合二為一。

2.2 虛警率驗證試驗程序

測試性驗證試驗工作流程[2]如圖1所示。

圖1 一般測試性驗證試驗程序

虛警率作為一個測試性指標, 其驗證試驗一般結合測試性維修性驗證試驗一并進行?；贐IT和ATE聯(lián)合工作魚雷虛警率的驗證試驗流程與一般測試性驗證試驗程序基本一致, 只是測試性驗證試驗中故障隔離率和故障檢測率的驗證基本上是采用模擬故障和自然故障相結合[3], 要將故障定位到車間可更換單元或者現(xiàn)場可更換單元(即一定級別的組部件)。而虛警率驗證試驗是以自然故障為樣本進行試驗, 除允許將故障定位到車間可更換單元或者現(xiàn)場可更換單元, 還可將故障定位到比車間可更換單元或者現(xiàn)場可更換單元更細小的組部件, 或者是由于某2個部位的連接、配合異常導致的故障報警。

圖2簡要描述了魚雷虛警率驗證試驗流程, 與圖1流程基本一致, 其中步驟3與步驟4之間未標注序號的框圖中描述了某1個自然故障樣本在虛警率驗證試驗中的測試及判別過程。

圖2流程中, 對某個故障樣本進行虛警率試驗時, 首先使用BIT和ATE相結合的手段進行故障檢測隔離, 若能夠直接隔離到車間可更換單元或者現(xiàn)場可更換單元, 則該故障樣本的虛警試驗結束, 判為非虛警; 若暫時無法隔離, 則考慮加入人工測試、綜合診斷手段, 直至將故障定位, 該種情況一般會將故障隔離至比車間可更換單元或者現(xiàn)場可更換單元更細小的組部件, 甚至零部件, 或者是某2個連接部位之間的松動、錯位問題, 至此, 該故障樣本的虛警試驗結束, 判為非虛警; 若采用間接測試和人工分析, 足以證明產(chǎn)品無故障, 應判為虛警; 若使用各種手段在定型試驗臨近結束時仍無法判斷某故障樣本是否虛警, 則由訂購方(使用單位或試驗單位)與承制方共同組成的試驗結果評定小組進行判定。對于同一部位出現(xiàn)的多次相同虛警, 只累計1次。

圖2 虛警率驗證試驗程序

2.3 虛警率驗證試驗方案

2.3.1 采用單側置信下限的試驗方案

借鑒空空導彈的測試性驗證試驗方法[5], 確定故障抽樣檢驗試驗方案。

魚雷虛警率驗證試驗屬于成敗型試驗, 可以采用如下方案: 隨機抽取個樣本進行試驗, 規(guī)定一個正整數(shù), 假設其中有個失敗, 如果≤, 則認為合格, 判定接收; 如果>, 則認為不合格, 判定拒收。試驗方案簡記為()。

表1 試驗方案

通過計算或查表可以確定多組試驗方案, 如置信度80%, 故障指示成功率置信下限為95%(即虛警率上限值為5%)時, (,)有(32, 0), (59, 1), (85, 2), (110, 3)等組合, 可選取其中一組進行試驗。

該方案的特點是可以直接給出一定置信度下虛警率的估計量值, 采用足夠多的樣本量, 試驗結果的可信度最高。

2.3.2 GJB2072-94附錄試驗方案

GJB2072-94《維修性試驗與評定》[7]中附錄C3給出的虛警率驗證方法如下。

計算預期的虛警數(shù)

式中, 為規(guī)定的虛警率。按照圖3確定預期虛警數(shù)與實測虛警數(shù)的交點, 若此交點落在接收區(qū)內(nèi), 則符合要求, 接受; 若此交點落在拒絕區(qū)內(nèi), 則不符合要求, 拒絕。上述判決的置信度1－可達0.75。

該方案的特點是, 不適用于虛警率與可靠性要求高的系統(tǒng), 但沒有明確規(guī)定所需試驗時間, 沒有估計出虛警率量值的大小, 也沒有明確的結果置信度。由于以上原因, 建議若該方案和采用單側置信下限的方案均具備使用條件時, 采用單側置信下限的試驗方案。

2.3.3 點估計的試驗方案

2.3.4 虛警率驗證試驗的故障樣本來源

在GJB2072-94中, 對維修性和測試性驗證試驗的最小試驗樣本量要求是30個, 而且要求故障樣本按照各分系統(tǒng)的相對故障率進行分配。

由于魚雷虛警率驗證試驗采用自然故障作樣本, 故試驗樣本量的確定和分配不能按照GJB2072-94中的要求人為設置, 總的原則是利用在訂購方監(jiān)督下由可靠性試驗、湖上實航試驗、海上實航試驗、維護維修、陸上專項試驗等多種途徑和過程得到的自然故障進行虛警率驗證試驗, 參照GJB2072-94, 建議樣本量最好不小于30個。

若魚雷在正樣科研試驗階段與定型試驗階段技術狀態(tài)一致, 或經(jīng)證明技術狀態(tài)更改對魚雷虛警率無影響時, 科研階段的自然故障也可與定型階段的自然故障一并納入虛警率驗證試驗。

2.3.5 虛警率驗證試驗的實施步驟

按照GJB2072-94要求, 測試性試驗應組織試驗評定小組。評定小組由各方面代表組成, 一般包括軍方或其代表、質(zhì)量部門代表、設計人員、測試人員、使用人員、測試性專業(yè)人員等, 評定小組應設一名組長負責組織和管理。

試驗時, 由試驗組逐個對自然故障按照圖2步驟3和步驟4之間方框的流程進行虛警率驗證試驗并記錄結果。

2.3.6 虛警率指標驗證試驗結果評定

試驗結束后, 應根據(jù)試驗記錄對測試性結果進行評價。評定結果時, 可根據(jù)試驗樣本量的大小確定選擇單側置信下限的試驗方案、GJB2072- 94中附錄C3的方案或者點估計的方案進行試驗結果評定。若虛警率不滿足指標要求, 則要求研制部門查明虛警率高的原因并進行改進, 若研制部門進行了必要的設計更改并提供了改進的證據(jù), 則可以接受, 并依據(jù)更改情況進行有限的驗證試驗。

3 應用實例

3.1 試驗結果統(tǒng)計

某型魚雷的虛警率要求不大于5%, 即故障指示成功率下限為95%。在各階段發(fā)生的自然故障數(shù)及故障指示成功情況如表2所示。

表2 虛警率驗證試驗統(tǒng)計表

在正樣雷科研試驗后期, 魚雷技術狀態(tài)與海上、湖上定型試驗時技術狀態(tài)一致。故將其自然故障樣本納入試驗。

由表2得到整個試驗期間, 共發(fā)生自然故障次數(shù)為62, 故障成功指示數(shù)為61, 虛警數(shù)為1。

3.2 試驗結果判定

從試驗結果統(tǒng)計的樣本量大小來看, 并比較文中提出的3種試驗方案, 最好采用單側置信下限的試驗方案進行檢驗給出評定結果。

對表1最后一行進行線性插值, 得到表3。

得到實際的試驗檢驗方案為取=62時,=1.1, 此時=1。顯然滿足≤, 判定取置信度為0.8時, 魚雷虛警率不大于5%滿足指標要求。

表3 試驗方案線性插值表

4 結束語

本文嘗試從試驗實施層面對基于BIT和ATE結合的、采用人工測試和綜合診斷等多種手段進行的魚雷虛警率驗證試驗方法進行了研究, 并提出了采用自然故障作為樣本進行試驗, 將由可靠性試驗、湖上實航試驗、海上實航試驗、維護維修、陸上專項試驗等多種途徑和過程得到的自然故障檢測隔離結果, 即故障指示結果作為試驗數(shù)據(jù)來源進行試驗結果評定的試驗方法, 該方法的成功實施可為后續(xù)試驗提供直接方法指導。

[1] 石君友. 測試性設計分析與驗證[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2011: 273-294.

[2] 石君友, 田仲. 機內(nèi)測試定量要求的現(xiàn)場試驗驗證方法研究[J]. 航空學報, 2006, 27(5): 883-887.Shi Jun-you, Tian Zhong. Study on Field Demonstration Method for Quantitative Built-in Test Requirements[J]. Acta Aeronautic Et Astronautica Sinica, 2006, 27(5): 883- 887.

[3] 王旭, 劉發(fā)金. 空空導彈測試性驗證方法探討[J]. 國防技術基礎, 2007, 4(4): 46-48.

[4] 武小悅, 劉琦. 裝備試驗與評價[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2008: 169-178.

[5] 王海波, 王旭, 侯同剛. 空空導彈測試性驗證應用研究[J]. 航空兵器, 2005, 6(3): 3-5, 46.Wang Hai-bo, Wang Xu, Hou Tong-gang. Testability Demonstration Method for Air-to-Air Missile[J]. Aero Weaponry, 2005, 6(3): 3-5, 46.

[6] 楊為民. 可靠性維修性保障性總論[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 1995.

[7] 國防科學技術工業(yè)委員會. GJB2072-94 維修性試驗與評定[S], 1994.

(責任編輯: 許 妍)

Testability Verification Test Method of False Alarm Rate for Torpedo Based on Built-in Test and Automatic Test Equipment Teamwork

GAO JiangHE Cheng-gangXU Hong-rui

(91388thUnit, The People′s Liberation Army of China, Zhanjiang 524022, China)

The false alarm rate is one of the main problems blocking the development of torpedo testability technology. In this paper, a verification test method of false alarm rate for a torpedo is presented based on the combination of built-in test (BIT) and automatic test equipment(ATE) together with manual testing and comprehensive diagnosis. By comparing the characteristics of verification test between spontaneous faults and simulation faults, spontaneous faults are selected as the verification test sample. The verification test method is discussed from the aspects of test preparations, implementation procedure and test scheme. Example verifies the correctness and rationality of the present method.

built-in test; automatic test equipment; false alarm rate; verification test

TJ630.6

A

1673-1948(2014)06-0465-05

2014-04-25;

2014-06-04.

高 江(1982-), 男, 碩士, 工程師, 研究方向為試驗總體技術.