六性協(xié)同工作平臺(tái)GARMS軟件在產(chǎn)品測(cè)試診斷上的實(shí)踐

◆曹倩倩 夏征農(nóng) 馮康軍 / 文

引言

在當(dāng)今信息化作戰(zhàn)條件下，提高航天產(chǎn)品的智能化、信息化水平，縮短作戰(zhàn)反應(yīng)時(shí)間，對(duì)提高產(chǎn)品生存能力、打贏未來信息化戰(zhàn)爭有重要意義。航天產(chǎn)品的作戰(zhàn)反應(yīng)時(shí)間主要取決于產(chǎn)品自身的機(jī)動(dòng)性能、測(cè)試設(shè)備的自動(dòng)化程度，以及測(cè)試過程中故障診斷所需時(shí)間。由于航天產(chǎn)品系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜、龐大的系統(tǒng)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的缺陷都有可能導(dǎo)致任務(wù)的失敗。因此，如何在短時(shí)間內(nèi)快速完成戰(zhàn)前裝備的檢測(cè)、及時(shí)剔除故障彈，對(duì)于保障產(chǎn)品作戰(zhàn)性能，圓滿完成各項(xiàng)試驗(yàn)和戰(zhàn)備任務(wù)至關(guān)重要。

在產(chǎn)品測(cè)試診斷上開展型號(hào)精細(xì)化質(zhì)量管理，就是以“測(cè)得快、測(cè)得準(zhǔn)、判得精”為目標(biāo)導(dǎo)向，通過有效開展全彈層次的FMEA，梳理出產(chǎn)品故障模式和故障機(jī)理，確定能反映故障機(jī)理的關(guān)鍵參數(shù)以及影響故障診斷的諸多因素，并以此為基礎(chǔ)開展測(cè)試性建模、分析和優(yōu)化。通過串聯(lián)測(cè)試模式、彈傳工作方式和測(cè)試序列實(shí)現(xiàn)了測(cè)試狀態(tài)重構(gòu)，提高了產(chǎn)品測(cè)試的效率和準(zhǔn)確性，降低故障診斷的虛警率，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速故障診斷和維修。

1 總體思路

量化是精細(xì)化管理工作的基礎(chǔ)，量化控制是航天型號(hào)系統(tǒng)工程過程成熟度的重要標(biāo)志。為加強(qiáng)產(chǎn)品測(cè)試診斷過程關(guān)鍵環(huán)節(jié)的量化控制，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品高效精準(zhǔn)化診斷測(cè)試，真正做到“測(cè)得快、測(cè)得準(zhǔn)、判得精”，制定了航天產(chǎn)品的測(cè)試診斷技術(shù)路線，如圖1所示。

對(duì)于測(cè)試診斷技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，主要包含如下八個(gè)步驟：

對(duì)產(chǎn)品典型故障案例及相關(guān)歷史數(shù)據(jù)歸類和整理；

借助于六性協(xié)同工作平臺(tái)GARMS軟件，完成某型產(chǎn)品全彈層次的FMEA，梳理出產(chǎn)品故障模式和故障機(jī)理；

針對(duì)產(chǎn)品故障診斷過程中故障種類多和需要多種類型知識(shí)的實(shí)際特點(diǎn)，為充分發(fā)揮領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)知識(shí)、診斷對(duì)象的結(jié)構(gòu)知識(shí)，以及可檢測(cè)特征的測(cè)試知識(shí)，構(gòu)建多層抽象混合推理的智能診斷模型；

測(cè)試性優(yōu)化：簡化故障與測(cè)試間的相關(guān)性矩陣；

測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括測(cè)試序列的分級(jí)和測(cè)試序列的動(dòng)態(tài)管理；

診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包含三種故障診斷算法的實(shí)現(xiàn)和采用基于ELECTRE方法的改進(jìn)FMEA模型進(jìn)行綜合算法排序并決策；

圖1 測(cè)試診斷技術(shù)路線

維修系統(tǒng)設(shè)計(jì)：根據(jù)維修策略提供彈上組件的備件信息，指導(dǎo)維修工作；

在此過程中產(chǎn)生了大量的信息交互，需要一個(gè)管理各類信息數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。

2 關(guān)鍵環(huán)節(jié)控制

從“測(cè)得快、測(cè)得準(zhǔn)、判得精”三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)入手，進(jìn)行技術(shù)過程量化控制，以及量化設(shè)計(jì)。

2.1 測(cè)得快

傳統(tǒng)的單個(gè)組件測(cè)試模式固然能夠?qū)Ξa(chǎn)品電氣性能進(jìn)行全面的檢測(cè)，但是其檢測(cè)時(shí)間太長，且受產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的影響較大，不能滿足快速診斷測(cè)試的要求。在產(chǎn)品測(cè)試診斷系統(tǒng)中設(shè)計(jì)兩種測(cè)試序列：系統(tǒng)級(jí)測(cè)試序列和組建級(jí)測(cè)試序列。

系統(tǒng)級(jí)測(cè)試序列通過串聯(lián)測(cè)試模式進(jìn)行回路測(cè)試，一個(gè)回路測(cè)試會(huì)涉及到多個(gè)彈上組件的不同測(cè)試點(diǎn)，表征產(chǎn)品某一通路的測(cè)試完好性，多個(gè)系統(tǒng)級(jí)測(cè)試序列集就能表征產(chǎn)品的整體電氣性能，從而完成產(chǎn)品的快速測(cè)試。系統(tǒng)級(jí)測(cè)試序列用于正常測(cè)試流程，在測(cè)試符合要求的情況下，確認(rèn)產(chǎn)品無故障；在測(cè)試不符合要求的情況下，實(shí)時(shí)通過診斷、偵測(cè)判別產(chǎn)品故障和故障源，并提出適當(dāng)?shù)木S修建議。

組件級(jí)測(cè)試序列通過對(duì)組件的單項(xiàng)測(cè)試獲取相應(yīng)的測(cè)試信息，每一個(gè)測(cè)試序列對(duì)應(yīng)一個(gè)組件的測(cè)試參數(shù)，一組測(cè)試序列可以表征該組件的完好性。

2.2測(cè)得準(zhǔn)

系統(tǒng)級(jí)測(cè)試序列測(cè)試過程中一旦發(fā)生故障，就表示整個(gè)回路中有一個(gè)或者多個(gè)組件存在故障，需要診斷系統(tǒng)給出診斷策略，對(duì)這些組件進(jìn)行補(bǔ)充測(cè)試，以定位真正的故障源。由于故障信息的相關(guān)傳遞、干涉和耦合，需要通過FMEA進(jìn)行故障模式和故障機(jī)理的分析和梳理，確定能反映故障機(jī)理的關(guān)鍵參數(shù)以及影響故障診斷的諸多因素，并以此為基礎(chǔ)開展測(cè)試性建模、分析和優(yōu)化。通過測(cè)試序列動(dòng)態(tài)管理機(jī)制動(dòng)態(tài)生成相關(guān)回路上涉及的組件級(jí)測(cè)試序列，采用彈傳工作方式（其本質(zhì)是嵌入在彈上計(jì)算機(jī)的機(jī)內(nèi)測(cè)試）加載執(zhí)行，最終實(shí)現(xiàn)故障的精確診斷和定位。

2.3 判得精

由于航天產(chǎn)品是一種大型多功能復(fù)雜系統(tǒng)，僅僅依靠一種故障診斷算法檢測(cè)異常并準(zhǔn)確判斷故障發(fā)生是非常困難的。因此，需要開展多故障診斷技術(shù)相結(jié)合的綜合診斷算法研究。本項(xiàng)目提出了基于主成分分析和支持向量機(jī)相結(jié)合的故障診斷方法及基于混沌粒子群的故障診斷方法，結(jié)合典型專家故障診斷方法的解決方案，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了多方法并行的綜合診斷方法，不同診斷算法的權(quán)重是采用基于ELECTRE方法的改進(jìn)FMEA模型進(jìn)行綜合風(fēng)險(xiǎn)排序和決策。在此基礎(chǔ)上，最終將多種診斷方法協(xié)同開展，形成了多方法綜合的故障診斷系統(tǒng)，降低了測(cè)試系統(tǒng)的虛警率。

3 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析

技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析與控制是通過對(duì)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目的識(shí)別，分析風(fēng)險(xiǎn)對(duì)航天產(chǎn)品研制或飛行試驗(yàn)成敗的影響，評(píng)價(jià)所采取的措施（對(duì)策）的合理性、有效性、充分性，最終判定是否已將風(fēng)險(xiǎn)消除或采取所有可能采取的措施使風(fēng)險(xiǎn)降到最低，能否完成既定目標(biāo)的一種活動(dòng)。

由于產(chǎn)品測(cè)試故障信息的相關(guān)傳遞、干涉和耦合，需要制定適用于自身的風(fēng)險(xiǎn)分析與控制要求，采用通過FMEA進(jìn)行故障模式和故障機(jī)理的分析和梳理，使用六性協(xié)同工作平臺(tái)GARMS軟件，完成FMEA/FMECA分析工作。

首先應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品及各艙段組成，確定產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)樹，如圖2所示。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的最底層為LRU，本項(xiàng)目中背景型號(hào)采用三級(jí)維修體制，LRU是艙段，SRU是彈上各組件。

圖2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹

圖3 FMEA/FMECA產(chǎn)品信息錄入界面

圖4 FMECA分析結(jié)果

完成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的建立后，可進(jìn)行FMEA/FMECA分析工作，選擇“功能及硬件FMECA”工具進(jìn)行相應(yīng)的工作。按照產(chǎn)品的不同故障模式輸入故障模式、任務(wù)階段、局部影響、高一層次影響、最終影響、嚴(yán)酷度類別、故障模式發(fā)生概率等級(jí)、故障原因、故障檢測(cè)方法、設(shè)計(jì)改進(jìn)措施和使用補(bǔ)償措施，如圖3所示。

全部輸入完畢后，得到FMEA/FMECA結(jié)果如圖4所示。

最終可以生成故障模式影響分析表，并利用這些信息進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試性建模與分析、測(cè)試性優(yōu)化、故障建模和綜合診斷等工作，以提高故障診斷的效率和故障定位的準(zhǔn)確性。

4 實(shí)施效果

對(duì)產(chǎn)品的15組測(cè)試均能將故障成功檢測(cè)出并準(zhǔn)確定位到對(duì)應(yīng)的彈上設(shè)備。通過診斷時(shí)間統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)上述15組測(cè)試的故障定位時(shí)間進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出，對(duì)產(chǎn)品測(cè)試的故障定位時(shí)間最大4.3337分鐘，平均3.20分鐘，滿足指標(biāo)要求。

5 結(jié)束語

型號(hào)精細(xì)化質(zhì)量管理實(shí)踐是航天事業(yè)發(fā)展的需要。產(chǎn)品測(cè)試診斷要實(shí)現(xiàn)“測(cè)得快、測(cè)得準(zhǔn)、判得精”，在航天產(chǎn)品研制過程中應(yīng)用精細(xì)化的質(zhì)量管理方法是保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、驗(yàn)證等環(huán)節(jié)質(zhì)量的有效手段，是提高裝備核心競(jìng)爭力、 打造精品的必然選擇。根據(jù)航天事業(yè)的新形勢(shì)、新任務(wù)和新特點(diǎn)，在產(chǎn)品研制任務(wù)繁重的情況下，質(zhì)量管理工作必須繼續(xù)秉承精細(xì)化的理念，結(jié)合具體產(chǎn)品分解、 細(xì)化精細(xì)化管理要求，關(guān)注細(xì)節(jié)，制定可量化、可檢查的措施，保證航天型號(hào)研制任務(wù)取得成功。

表1 對(duì)產(chǎn)品測(cè)試故障定位時(shí)間統(tǒng)計(jì)