艦艇型號(hào)工程測(cè)試性驗(yàn)證與評(píng)價(jià)方法

張小波，常瑞承

(中國(guó)艦船研究院，北京100192)

0 引 言

測(cè)試性定義為“系統(tǒng)及設(shè)備能及時(shí)、準(zhǔn)確地確定其工作狀態(tài)(可工作、不可工作或工作性能下降)并隔離其內(nèi)部故障的一種設(shè)計(jì)特性”。測(cè)試性技術(shù)是可靠性工程技術(shù)發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物。測(cè)試性對(duì)現(xiàn)代武器裝備及各種復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性和維修性有很大影響，必須綜合考慮可靠性、維修性和測(cè)試性才能獲得最佳的武器裝備戰(zhàn)備完好性［2］。

對(duì)于國(guó)內(nèi)水面艦艇來(lái)說(shuō)，由于系統(tǒng)比較復(fù)雜，目前測(cè)試性工作基本上處于起步階段，以往對(duì)艦艇型號(hào)工程的測(cè)試性要求不嚴(yán)，在設(shè)備研制時(shí)對(duì)測(cè)試性工作考慮不周，實(shí)施性較差。最近在某型號(hào)上首次提出了測(cè)試性要求，并制定了測(cè)試性總體設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，在測(cè)試性工作上有了很大進(jìn)步。但由于起步較晚，水面艦艇型號(hào)測(cè)試性工作較可靠性維修性工作差距很大，尤其在測(cè)試性驗(yàn)證與評(píng)價(jià)技術(shù)研究方面，目前主要存在以下不足:［3－4］

1)測(cè)試性驗(yàn)證與評(píng)價(jià)技術(shù)知識(shí)尚不普及，型號(hào)工程設(shè)計(jì)人員測(cè)試性工作意識(shí)比較淡薄;

2)型號(hào)工程測(cè)試性驗(yàn)證與評(píng)價(jià)技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，工程應(yīng)用上缺少設(shè)計(jì)指南，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)匱乏;

3)型號(hào)工程測(cè)試性評(píng)價(jià)及驗(yàn)證方法和基礎(chǔ)設(shè)施方面能力不足;

4)缺乏型號(hào)工程研制、生產(chǎn)和使用階段中的測(cè)試性驗(yàn)證與評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)、資料及文件等信息的積累。

本文提出一種開(kāi)展艦艇型號(hào)工程測(cè)試性驗(yàn)證與評(píng)價(jià)的思路和方法，指導(dǎo)艦艇型號(hào)研制階段開(kāi)展測(cè)試性驗(yàn)證與評(píng)價(jià)，進(jìn)一步提高艦艇型號(hào)工程測(cè)試性水平。

1 艦艇型號(hào)工程的測(cè)試性要求

艦艇型號(hào)工程測(cè)試性要求包括定量要求和定性要求，一般對(duì)設(shè)備級(jí)產(chǎn)品明確定量要求;對(duì)總體到系統(tǒng)再到設(shè)備，逐級(jí)明確定性要求。

1)定量要求

艦艇型號(hào)工程定量要求包括故障檢測(cè)率、故障隔離率、虛警率3 個(gè)定量要求。

①故障檢測(cè)率(FDR)——在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，用規(guī)定的方法正確檢測(cè)到的故障數(shù)與被測(cè)單元發(fā)生故障總數(shù)之比［2］。

故障檢測(cè)率(新研或改進(jìn)的電子設(shè)備)=90%;故障檢測(cè)率(機(jī)電、機(jī)械、液壓設(shè)備)=60%。

②故障隔離率(FIR)——在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，用規(guī)定的方法正確隔離到不大于規(guī)定的可更換單元數(shù)的故障數(shù)與同一時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到的故障數(shù)之比［2］。

故障隔離率=85%。

③虛警率(FAR)——在規(guī)定期間內(nèi)發(fā)生的虛警數(shù)與故障指示總次數(shù)之比［2］。

虛警率=5%。

2)定性要求

定性要求主要包括:

①與可靠性和維修性設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)，結(jié)合系統(tǒng)裝置的結(jié)構(gòu)、功能性能特點(diǎn)，優(yōu)化自檢測(cè)、原位檢測(cè)和離位檢測(cè)設(shè)計(jì)，合理選擇機(jī)內(nèi)測(cè)試、自動(dòng)測(cè)試和人工測(cè)試方案，綜合權(quán)衡設(shè)置測(cè)點(diǎn)，及時(shí)準(zhǔn)確診斷裝備的故障，有效指導(dǎo)維修，以及消除故障根源，滿(mǎn)足艦艇使用過(guò)程對(duì)測(cè)試準(zhǔn)確性和完備性的要求。

②對(duì)于新研設(shè)備或重大改進(jìn)設(shè)備應(yīng)開(kāi)展測(cè)試性分析、設(shè)計(jì)和驗(yàn)證工作，將測(cè)試性設(shè)計(jì)落實(shí)到研制工作中。

③重要系統(tǒng)和設(shè)備應(yīng)開(kāi)展性能功能檢測(cè)設(shè)計(jì)，具備艦載檢測(cè)功能。重要電子武備系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行機(jī)內(nèi)測(cè)試(BIT)設(shè)計(jì)，具備機(jī)內(nèi)測(cè)試功能;機(jī)械設(shè)備在摸清現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上應(yīng)逐步開(kāi)展相關(guān)工作。

④測(cè)試系統(tǒng)能及時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)設(shè)備的故障和異常。測(cè)試結(jié)果顯示要明顯，檢測(cè)方式的選擇和檢測(cè)點(diǎn)的配置能保證檢測(cè)診斷準(zhǔn)確、快速、簡(jiǎn)便。

⑤開(kāi)展綜合診斷技術(shù)研究，進(jìn)行測(cè)試診斷接口設(shè)計(jì)。在測(cè)試性設(shè)計(jì)中，測(cè)試點(diǎn)的種類(lèi)和數(shù)量要與裝備使用維修時(shí)所用的測(cè)試設(shè)備、儀器等相適應(yīng)，盡量采用通用的測(cè)試單元或設(shè)備;需要頻繁測(cè)試的測(cè)試點(diǎn)，要方便可達(dá)，測(cè)試接口集中化［5］。

2 艦艇型號(hào)工程測(cè)試性驗(yàn)證與評(píng)價(jià)方法

結(jié)合艦艇型號(hào)工程的測(cè)試性要求，開(kāi)展測(cè)試性驗(yàn)證與評(píng)價(jià)工作，確認(rèn)研制的產(chǎn)品是否滿(mǎn)足規(guī)定的測(cè)試性要求。目前，在某型號(hào)艦艇工程測(cè)試性工作中，我們結(jié)合型號(hào)艦艇具體情況，開(kāi)展了測(cè)試性驗(yàn)證與評(píng)價(jià)技術(shù)研究工作，主要技術(shù)和措施包括:

1)測(cè)試性設(shè)計(jì)核查

測(cè)試性設(shè)計(jì)核查主要工作步驟是依據(jù)測(cè)試性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則制定測(cè)試性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則核查單(見(jiàn)表1)，結(jié)合簡(jiǎn)單分析評(píng)價(jià)和加權(quán)評(píng)分法對(duì)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則落實(shí)情況進(jìn)行檢查并評(píng)分，通過(guò)與事先制定的門(mén)限值比較對(duì)產(chǎn)品測(cè)試性設(shè)計(jì)水平做出評(píng)價(jià)。例如:在調(diào)研的基礎(chǔ)上采用該方法對(duì)艦艇某型雷達(dá)進(jìn)行測(cè)試性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則核查，確定其門(mén)限值為80 分。制定加權(quán)系數(shù)W，1≤W≤10，W=10，表示對(duì)測(cè)試性設(shè)計(jì)是關(guān)鍵的;W=5 表示對(duì)測(cè)試性設(shè)計(jì)是重要的;W=1，表示對(duì)測(cè)試性設(shè)計(jì)是不重要的;根據(jù)每條檢查單條目對(duì)測(cè)試性設(shè)計(jì)的重要程度，給檢查單中每一條目分配加權(quán)系數(shù);采用百分制計(jì)分法擬定計(jì)分，得分為S:1≤S≤100，S=100，表示全部貫徹規(guī)定;S=0，表示完全沒(méi)有貫徹規(guī)定。計(jì)算檢查單每一條目的加權(quán)得分為T(mén)i=WiSi。最后計(jì)算符合設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的評(píng)分值，其中n 表示適用的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則總數(shù)。最終測(cè)試性評(píng)分為91.1 分，從而驗(yàn)證該型雷達(dá)系統(tǒng)的測(cè)試性設(shè)計(jì)滿(mǎn)足要求。

表1 測(cè)試性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則核查單Tab.1 Testability design criteria checklist

該方法原理簡(jiǎn)單、易于掌握、操作性強(qiáng)，可在艦艇型號(hào)工程測(cè)試性驗(yàn)證與評(píng)價(jià)工作中推廣應(yīng)用。

2)測(cè)試性驗(yàn)證試驗(yàn)

測(cè)試性驗(yàn)證試驗(yàn)主要工作步驟是:在實(shí)驗(yàn)室或車(chē)間內(nèi)注入模擬故障，通電運(yùn)行BIT 或用測(cè)試設(shè)備對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試，記錄模擬故障(包括自然發(fā)生的故障)是否檢測(cè)和隔離、檢測(cè)與隔離時(shí)間以及發(fā)生虛警次數(shù)等試驗(yàn)數(shù)據(jù)，按選定判據(jù)確定產(chǎn)品是否達(dá)到最低的測(cè)試性指標(biāo)要求，并同時(shí)檢查有關(guān)定性要求的符合性。當(dāng)試驗(yàn)結(jié)果表明不滿(mǎn)足要求時(shí)，分析是設(shè)計(jì)、制造問(wèn)題，還是試驗(yàn)的問(wèn)題，以便采取改進(jìn)措施。

在某型號(hào)艦艇工程研制過(guò)程中，對(duì)某型雷達(dá)開(kāi)展了測(cè)試性試驗(yàn)驗(yàn)證和評(píng)價(jià)工作。假定該型雷達(dá)測(cè)試性定量要求為:

①故障檢測(cè)率(FDR)最低可接受值為80%。

②故障隔離率(FIR)最低可接受值為70%。

首先選定試驗(yàn)樣本數(shù)n=20，在試驗(yàn)過(guò)程中模擬故障，實(shí)施檢測(cè)和隔離程序并給出故障指示，將試驗(yàn)結(jié)果記錄到故障樣本對(duì)照統(tǒng)計(jì)表中，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可求得故障檢測(cè)率為:

故障隔離率為:

式中:NFDR為正確檢測(cè)到的故障樣本數(shù)量;NFIR為正確隔離的故障樣本數(shù)量。

因此，通過(guò)計(jì)算可知，該型雷達(dá)的故障隔離率和故障檢測(cè)率均滿(mǎn)足測(cè)試性要求。

目前，由于在艦艇型號(hào)工程中缺乏開(kāi)展測(cè)試性驗(yàn)證與評(píng)價(jià)試驗(yàn)的基礎(chǔ)設(shè)施和資金投入，僅某些設(shè)備具備開(kāi)展此項(xiàng)工作的條件，大規(guī)模工程應(yīng)用尚需時(shí)日。

3)測(cè)試性使用評(píng)價(jià)

測(cè)試性使用評(píng)價(jià)是在實(shí)際使用條件下確認(rèn)產(chǎn)品測(cè)試性水平，評(píng)價(jià)其是否滿(mǎn)足使用要求。同時(shí)，也可檢驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和改進(jìn)措施的有效性，發(fā)現(xiàn)初期使用中存在的問(wèn)題。評(píng)價(jià)工作進(jìn)行的方式是收集產(chǎn)品在使用和維修中的測(cè)試性信息和使用者的意見(jiàn)，進(jìn)行綜合分析。數(shù)據(jù)來(lái)源是試用和使用中實(shí)際發(fā)生故障的檢測(cè)與隔離結(jié)果、虛警次數(shù)、維修測(cè)試中的檢測(cè)與隔離結(jié)果等，在獲得足夠的數(shù)據(jù)量后，用選定的統(tǒng)計(jì)分析方法評(píng)估出故障檢測(cè)率、隔離率和虛警率等參數(shù)的量值。

目前水面艦艇設(shè)備使用數(shù)據(jù)相對(duì)薄弱，應(yīng)用該方法還具有一定的局限性，當(dāng)具備一定的使用數(shù)據(jù)基礎(chǔ)時(shí)，可按照相關(guān)方法開(kāi)展工作。

3 艦艇型號(hào)工程測(cè)試性驗(yàn)證與評(píng)價(jià)技術(shù)方法的選用原則

測(cè)試性設(shè)計(jì)核查、驗(yàn)證試驗(yàn)和使用評(píng)價(jià)是3 種適用于開(kāi)展艦艇型號(hào)工程測(cè)試性驗(yàn)證與評(píng)價(jià)的技術(shù)方法，選用何種方法開(kāi)展艦艇型號(hào)工程測(cè)試性驗(yàn)證與評(píng)價(jià)工作，應(yīng)注意以下原則:

1)驗(yàn)證方法的選取需充分考慮所選用的驗(yàn)證方法適用性、有效性和經(jīng)濟(jì)性。

2)針對(duì)測(cè)試性驗(yàn)證內(nèi)容，綜合考慮總體、系統(tǒng)和設(shè)備測(cè)試性要求的性質(zhì)(定量要求還是定性要求)、待驗(yàn)證產(chǎn)品項(xiàng)目的產(chǎn)品層次(總體、系統(tǒng)、設(shè)備等)、產(chǎn)品類(lèi)別(如機(jī)械類(lèi)、電子類(lèi)、機(jī)電類(lèi)等)、各類(lèi)驗(yàn)證方法需滿(mǎn)足的條件、驗(yàn)證時(shí)機(jī)、驗(yàn)證所需的時(shí)間及經(jīng)費(fèi)等約束條件，確定相應(yīng)的一種或幾種組合的驗(yàn)證方法。

3)驗(yàn)證方法的選取，應(yīng)考慮盡可能與艦艇型號(hào)研制過(guò)程中的評(píng)審、試驗(yàn)、驗(yàn)收、交付和定型等工作相結(jié)合，驗(yàn)證工作應(yīng)盡量與工程研制進(jìn)度相匹配。

4 測(cè)試性驗(yàn)證評(píng)價(jià)各階段工作內(nèi)容

通過(guò)研究分析，初步確定了艦艇型號(hào)工程各設(shè)計(jì)階段開(kāi)展測(cè)試性驗(yàn)證評(píng)價(jià)的驗(yàn)證性質(zhì)、驗(yàn)證層次、驗(yàn)證方法、數(shù)據(jù)范圍和提供的文件等內(nèi)容，如表2所示［6］。

表2 測(cè)試性驗(yàn)證評(píng)價(jià)方案Tab.2 Testability verification scheme

5 結(jié) 語(yǔ)

本文提出的開(kāi)展艦艇型號(hào)工程測(cè)試性驗(yàn)證與評(píng)價(jià)的思路和方法具有一定的科學(xué)性、合理性、規(guī)范性和工程適用性。

1)建立的測(cè)試性驗(yàn)證與評(píng)價(jià)方法覆蓋工程研制的全過(guò)程，全面合理，具有一定的科學(xué)性。

2)該方法既有定性的驗(yàn)證與評(píng)價(jià)，又有定量的驗(yàn)證與評(píng)價(jià)，方法原理簡(jiǎn)單、易于掌握、操作性強(qiáng)，有利于及時(shí)找出測(cè)試性設(shè)計(jì)缺陷，盡快采取糾正措施，工作流程規(guī)范合理。

3)利用該方法可以加強(qiáng)艦艇型號(hào)工程測(cè)試性設(shè)計(jì)的監(jiān)督和管理，切實(shí)保證測(cè)試性作為產(chǎn)品質(zhì)量特性有效的設(shè)計(jì)到產(chǎn)品中去，提高設(shè)計(jì)水平，降低設(shè)計(jì)成本［1］。

［1］王慧，王銘澤，李會(huì)．航空電子產(chǎn)品測(cè)試性設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)工作框架及流程研究［J］．飛機(jī)設(shè)計(jì)，2012，32(3):70－76．

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［3］白康明，焦?。娪蔑w機(jī)適航性研究［J］．可靠性工程，2009(4):145－149．

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［5］MTL－STD－2165 電子系統(tǒng)及設(shè)備的測(cè)試性大綱［S］．

［6］GJB2547A－2012 裝備測(cè)試性工作通用要求［S］．