武器裝備的測試性設(shè)計方法研究?

李玉潔 吳延軍

（91550部隊 大連 116023）

武器裝備的測試性設(shè)計方法研究?

李玉潔 吳延軍

（91550部隊 大連 116023）

文章分析了國內(nèi)武器裝備測試性設(shè)計的現(xiàn)狀，指出由于重“系統(tǒng)地面測試保障”輕“系統(tǒng)測試性設(shè)計”導(dǎo)致現(xiàn)階段武器裝備的測試性設(shè)計的諸多不足。通過對“系統(tǒng)測試性設(shè)計”方法的研究，提出了一套適應(yīng)國內(nèi)武器裝備現(xiàn)狀的測試性設(shè)計、驗證方法；最后，對武器裝備進行“系統(tǒng)測試性設(shè)計”的意義進行了探討。

武器裝備；測試性；測試性設(shè)計；測試性驗證

1 引言

測試性是指“產(chǎn)品能及時、準(zhǔn)確地確定其狀態(tài)（可工作、不可工作或性能下降）并隔離其內(nèi)部故障的一種設(shè)計特性”［1～3］。測試性是系統(tǒng)和設(shè)備設(shè)計時所賦予的固有屬性，為系統(tǒng)故障診斷提供方便。測試性設(shè)計是指在裝備設(shè)計階段并行考慮測試問題，綜合運用機內(nèi)測試（BIT）、自動測試、人工測試等測試資源，通過優(yōu)化設(shè)計用最小的測試代價獲得充分、準(zhǔn)確可測性的設(shè)計過程［4］。

當(dāng)前，武器裝備的性能越來越先進，技術(shù)和結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，各種大型復(fù)雜武器裝備不斷涌現(xiàn)，對武器裝備的測試和診斷也提出了更高、更新、更嚴(yán)格的要求，帶來了更多的測試、診斷和維修保障問題。采用先進的測試性設(shè)計技術(shù)，在裝備的研制階段開展測試性分析、設(shè)計與驗證工作，必將成為武器裝備發(fā)展的必然趨勢。

2 武器裝備測試性設(shè)計現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，武器裝備領(lǐng)域更多的重視“系統(tǒng)地面測試保障”而非“系統(tǒng)測試性設(shè)計”［5］。在地面測試發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)時，大多借助專家經(jīng)驗、查找歷史數(shù)據(jù)進行比對，或接入轉(zhuǎn)接盒連接外部測試設(shè)備、拆除設(shè)備進行單檢測試等手段進行排查。這種利用地面綜合測試覆蓋來確保任務(wù)可靠和安全的工作模式，使得產(chǎn)品在固有測試性上的設(shè)計缺陷缺少關(guān)注，同時，在實際工作過程中，由于缺少有效的測試資源和測試手段，出現(xiàn)故障時也很難直接檢測并定位至具體設(shè)備。

目前武器裝備測試性設(shè)計的不足主要體現(xiàn)在以下幾個方面［6～8］：

1）測試性設(shè)計技術(shù)不完善。頂層設(shè)計缺乏技術(shù)指導(dǎo)，對先進的BIT設(shè)計技術(shù)的研究和應(yīng)用不足；

2）測試性建模仿真工作有待加強。雖然部分單位已利用相關(guān)工具開展測試性建模工作，但由于缺乏對測試性設(shè)計的指導(dǎo)，測試性建模工作滯后于設(shè)計，使得測試性建模無法指導(dǎo)測試電路的物理設(shè)計；

3）測試性驗證評價技術(shù)薄弱。驗證評價技術(shù)薄弱，缺乏有效的評價工具和環(huán)境；

4）測試性技術(shù)規(guī)范體系不完整、不配套。我國現(xiàn)行測試性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)基本上是借鑒美軍標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化，尚未形成適合我國裝備研制使用特點的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系；

5）測試性技術(shù)管理有待加強。

3 武器裝備測試性設(shè)計方法

基于上述問題的考慮，如何將測試性設(shè)計有效地在武器系統(tǒng)型號設(shè)計中運用顯得尤為重要［9］。在參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及調(diào)研武器裝備測試性設(shè)計工作基礎(chǔ)上，作者認為現(xiàn)階段武器裝備的測試性設(shè)計可以通過測試性建模、分析及評估→測試性改進→測試性驗證的反復(fù)迭代法來進行。

3.1 測試性的建模、分析及評估

測試性建模是進行武器裝備產(chǎn)品測試性分析、評估與優(yōu)化的基礎(chǔ)。目前，建模軟件通常采用TEAMS，對大型復(fù)雜系統(tǒng)進行多信號流圖模型的建模方法［10］。通過建模對武器裝備的測試性設(shè)計現(xiàn)狀進行分析及評估，獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)測試性設(shè)計方面的不足，改進測試性設(shè)計［11］。測試性建模的實施流程如圖1所示。

1）首先依據(jù)FMECA、產(chǎn)品功能設(shè)計文檔、測試性設(shè)計文檔以及功能仿真分析結(jié)果等，進行建模用輸入信息的收集和分析。以FMECA的數(shù)據(jù)分析和收集為例，將數(shù)據(jù)整理并填寫故障模式信息表，如圖2所示。

2）信息收集分析后，綜合各測試性相關(guān)信息，建立測試性模型。建立完成的部分測試性模型如圖3所示。

3）基于模型，進行裝備測試性的理論分析評估，同時結(jié)合裝備工程實際進行工程可行性評估。某裝備的測試性分析界面如圖4所示。

3.2 測試性改進

測試性改進工作主要是以評估分析結(jié)果為基礎(chǔ)，針對發(fā)現(xiàn)的不足，研究并提出產(chǎn)品測試性改進方法及措施，包括固有測試性改進、增減測試項目、測試資源優(yōu)化配置、BIT改進及外部測試設(shè)備利用等。針對武器裝備的測試性改進方法主要常用以下3種：

1）提高固有測試性設(shè)計

固有測試性是系統(tǒng)達到測試性要求的基礎(chǔ)，主要是為方便功能測試、提高故障隔離能力和維修效率而進行的硬件設(shè)計，固有測試性設(shè)計中一項主要工作是把復(fù)雜設(shè)備合理地劃分為可獨立測試的單元。根據(jù)武器裝備的維修方案和裝備特性，現(xiàn)場可更換單元（LRU）的功能劃分和結(jié)構(gòu)集成盡可能采取模塊化設(shè)計思想，盡量將每一個LRU功能封裝在一個結(jié)構(gòu)單元模塊內(nèi)，實現(xiàn)對每個LRU的獨立測試和更換，以提高故障檢測和故障隔離能力。

2）增強BIT設(shè)計

BIT技術(shù)是改善系統(tǒng)測試性的重要手段，可以提高裝備的在線性能監(jiān)控和故障隔離能力。地面和艦載武器裝備利用BIT為設(shè)備提供聯(lián)機監(jiān)控和在線檢測的能力，能夠?qū)崿F(xiàn)基層級特別是作戰(zhàn)前的快速自動檢測，向操作人員及時報告被檢測系統(tǒng)或設(shè)備的狀態(tài)。對于彈上設(shè)備或者簡單的分系統(tǒng)采用集中式BIT設(shè)計，整個分系統(tǒng)的控制、診斷和決策功能都集中在一個微處理器來實現(xiàn)；對于復(fù)雜的分系統(tǒng)，可以在LRU級選用分散式BIT設(shè)計，在分系統(tǒng)級再綜合集中各下級BIT的信息。

3）利用外部測試設(shè)備輔助故障定位

借助外部自動測試設(shè)備（ATE）來輔助故障定位和隔離，是提高系統(tǒng)外部診斷能力的有效手段。對于龐大復(fù)雜的武器裝備來說，BIT的采用不能解決所有問題，因此，在機內(nèi)測試不能滿足故障排查要求時，就需要利用操作方便、功能完善的外部自動測試設(shè)備，以實現(xiàn)與故障設(shè)備的在線交互。ATE可以通過設(shè)備上預(yù)留的測試接口以及與產(chǎn)品BIT的數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)對產(chǎn)品測試信息的詳細判讀，確定產(chǎn)品的故障狀態(tài)；相應(yīng)的測試診斷程序，定位并隔離產(chǎn)品故障到車間可更換單元（SRU）；通過實施相應(yīng)的測試激勵加載、維修輔助決策程序等，逐步完成測試、維修以及修復(fù)后的確認檢查工作，提高系統(tǒng)可用性。

3.3 測試性驗證

測試性驗證是為了確認測試性分析及設(shè)計的正確性，檢查是否滿足測試性要求而開展的工作。通過對測試性設(shè)計模型的分析，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的測試性設(shè)計缺陷，通過上述的測試性改進方法，修正測試性模型，改進測試性設(shè)計，從而提升該裝備的測試性水平。

4 武器裝備開展測試性設(shè)計的意義

4.1 擴大武器裝備使用中視情維修的范圍

現(xiàn)階段，武器裝備在研發(fā)階段缺乏先進的測試性設(shè)計，大部分維修活動都是根據(jù)工作經(jīng)驗安排，經(jīng)常會出現(xiàn)依據(jù)經(jīng)驗提前維修，提前更換部件的現(xiàn)象，因而會造成大量的過度維修和浪費。而測試性設(shè)計技術(shù)在武器裝備過程中的應(yīng)用將有效降低維修頻率、節(jié)省大量人力物力，并能針對具體情況有效地預(yù)防故障的發(fā)生。

4.2 縮小武器裝備保障規(guī)模

通過先進的測試性設(shè)計技術(shù)使武器裝備中的BIT檢測范圍擴大，使得武器裝備任務(wù)剖面中可以完成大量的診斷工作，提前為維修人員提供裝備的狀態(tài)和故障情況，使維修人員在任務(wù)結(jié)束后可直接開展維修工作。這樣既可減少對外場檢測設(shè)備和工具的需求，又能方便簡化任務(wù)現(xiàn)場的維修工作。

4.3 縮短戰(zhàn)時武器裝備維修待命時間

武器裝備本身具有的良好測試性設(shè)計，可簡化外部測試項目，縮短作戰(zhàn)準(zhǔn)備時間及維修工時，同時也可降低對測試設(shè)備的要求，使武器裝備在維修過程中的時間最小化，有效提高維修效率。

4.4 提高武器裝備任務(wù)可靠性

武器系統(tǒng)通過BIT設(shè)計能夠及時發(fā)現(xiàn)故障、實時檢測與隔離故障及分析預(yù)測故障，實現(xiàn)武器系統(tǒng)的余度管理，從而顯著提高系統(tǒng)任務(wù)可靠度。

4.5 可降低武器裝備全壽命周期費用

良好的測試性設(shè)計可以有效降低武器裝備的采辦、使用和維修保障費用；有效降低對裝備維修人員的技術(shù)等級要求和減少維修人員數(shù)量，降低維修人力費用。

5 結(jié)語

本文提出的測試性設(shè)計方法著眼當(dāng)前國內(nèi)武器裝備測試性設(shè)計現(xiàn)狀，此方法易于實現(xiàn)，能較好地解決武器裝備測試性設(shè)計不足的難題。但是由于目前國內(nèi)測試性技術(shù)尚不夠普及，軟件開發(fā)工具和實用經(jīng)驗方面與先進國家還存在差距，相信隨著武器裝備設(shè)計人員對測試性設(shè)計熟悉程度的不斷提高，測試性設(shè)計技術(shù)將成為提高武器裝備能力的一種更加有效的工具，為更好更快地研制、生產(chǎn)和保障新一代武器裝備提供強有力的技術(shù)支持。

［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.

［2］邱靜，劉冠軍等.裝備測試性建模與設(shè)計技術(shù)［M］.北京：科學(xué)技術(shù)出版社，2015.

［3］曾天翔.電子設(shè)備測試性及診斷技術(shù)［M］.北京：航空工業(yè)出版社，1996.

［4］嚴(yán)俊豪.系統(tǒng)級測試性設(shè)計優(yōu)化方法與實現(xiàn)［D］.成都：電子科技大學(xué)，2014.

［5］李彬，張強，任焜等.航天器可測試性設(shè)計研究［J］.空間控制技術(shù)與應(yīng)用，2010，36（5）：13-17

［6］張士剛.非完美測試條件下的測試性設(shè)計理論與方法研究［D］.長沙：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2013.

［7］李奕，姬長法，聶士權(quán).軍用飛機開展測試性設(shè)計技術(shù)的研究［J］.航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2011（4）：31-34.

［8］熊曉英，王九龍，趙巖松.載人航天產(chǎn)品可測試性設(shè)計方法初步研究［J］.載人航天，2011（3）：42-47.

［9］韓樂.飛行器系統(tǒng)級可測試性設(shè)計方法研究［J］.電子產(chǎn)品世界，2008（6）：130-133.

［10］韓樂，胡政，劉海明.可測試性分析工具TEAMS及其應(yīng)用［J］.電子測量與儀器學(xué)報，2006年增刊：763-766.

［11］張帥，胡政.基于多信號模型的空間站某典型產(chǎn)品測試性建模與分析［J］.空間控制技術(shù)與應(yīng)用，2011，37（5）：45-48.

［12］尹園威，尚朝軒，馬彥恒等.基于故障注入的雷達裝備測試性驗證試驗方法［J］.計算機測量與控制，2014，22（7）：2128-2131.

Methods Study for Testability of Weapon Equipment

LI YujieWU Yanjun
（No.91550 Troops of PLA，Dalian 116023）

The present state of weapon equipment testing design is discussed in this paper，and through which，we indicated that value highly on the ground system testing-support but system testing-design leads to the shortages of testing methods in com?mon use.the system testing-design is researched，and a testing and verifying design method which is suitable for domestic weap?on-equipment is given.Finally，the meaning of system testing-design on weapon-equipment is discussed intensively.

weapon equipment，testability，design for testability，testability verification

TP391

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.11.030

Class Number TP391