基于 TEAM S的 ATS戰(zhàn)場損傷定位研究?

高成金,王 琳,王 磊

(空軍工程大學(xué)工程學(xué)院自動測試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安 710038）

0 引 言

戰(zhàn)場搶修(BDAR,Battlefield Dam age Assessment and Repair),于 1992年引入我軍并受到國防科技工業(yè)部門的高度重視[1].但是,目前國內(nèi)外對戰(zhàn)場搶修的研究重點(diǎn)都放在作戰(zhàn)武器裝備上,即如何用完好的保障設(shè)備對損傷裝備進(jìn)行應(yīng)急診斷和修復(fù),然而這在實(shí)際作戰(zhàn)中是不現(xiàn)實(shí)的,戰(zhàn)時(shí)條件下,保障設(shè)備同樣易受到戰(zhàn)爭損壞.沒有完好的保障設(shè)備,作戰(zhàn)武器裝備的搶修將無從談起,因此保障設(shè)備作為實(shí)施作戰(zhàn)裝備戰(zhàn)場搶修的基礎(chǔ),對其進(jìn)行戰(zhàn)場搶修研究是非常有必要的.所以,本文將重點(diǎn)研究保障設(shè)備中用于某型裝備應(yīng)急檢測的自動測試系統(tǒng)的戰(zhàn)場搶修.

戰(zhàn)時(shí),某型裝備在未檢測之前不允許使用,所以某型裝備自動測試設(shè)備的好壞直接影響到裝備戰(zhàn)斗力的發(fā)揮,進(jìn)而影響戰(zhàn)斗的結(jié)局.因此當(dāng)該裝備自動測試系統(tǒng)出現(xiàn)戰(zhàn)時(shí)損傷時(shí),必須對其進(jìn)行搶修.

戰(zhàn)場搶修主要由損傷評估和損傷修復(fù)兩部分組成,損傷評估是損傷修復(fù)的前提與基礎(chǔ),高效、快速、準(zhǔn)確的損傷評估能確保搶修工作正確而有效地實(shí)施.評估損傷時(shí),如何快速確定引起損傷的原因,也就是進(jìn)行損傷定位,是整個(gè)損傷評估過程中的重要環(huán)節(jié),而且在多個(gè)損傷的情況下,存在著確定評估順序和檢修順序的問題.采用適當(dāng)?shù)娜斯ぶ悄芗夹g(shù)來進(jìn)行智能損傷定位研究,是提高損傷評估準(zhǔn)確性和效率的重要途徑.目前在智能損傷定位的研究中,基于損傷樹推理的方法存在著缺乏表達(dá)和推理的靈活性,不易將搶修、觀測等操作納入到模型之中的缺點(diǎn)[2];而基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的損傷定位方法,雖然具有定性判斷與定量計(jì)算相結(jié)合,可進(jìn)行雙向推理的功能,但貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的建立是一項(xiàng)比較復(fù)雜的、困難的工作,而且只能依靠本領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)建立[3].本文應(yīng)用 TEAMS對 ATS進(jìn)行了損傷定位研究和案例分析,與傳統(tǒng)損傷定位方法相比,減少了損傷診斷中的冗余步驟,提高了損傷定位的效率和可信度.

1 TEAM S工作原理

TEAMS(Testability Engineering And Maintenance System)是美國 Qualtech公司開發(fā)的用于測試性設(shè)計(jì)分析、診斷指標(biāo)評估、診斷知識推理和可靠性維修性數(shù)據(jù)綜合的、基于多信號流模型的測試性分析與評估軟件平臺,與 TEAM-RT,TEAM ATE,TEAM-KB和TEAM-RDS一起組合,提供一種系統(tǒng)綜合診斷的全面解決方案[4].

TEAMS將建模方法和故障隔離算法集成在一個(gè)圖形用戶界面里,能夠方便地建立大型復(fù)雜、可重構(gòu)、帶有故障容錯(cuò)的多重系統(tǒng)模型,并完成驗(yàn)證、分析和修改工作.用戶可以直接在 TEAM S中由頂至下建立模型,也可由多種信息源導(dǎo)入.通過靜態(tài)分析和測試性分析,得出故障檢測和故障隔離指標(biāo)、故障模糊組情況、未被檢測故障、未被使用或冗余測試等指標(biāo)信息.另外,TEAM S還可提供 FM ECA、可靠性預(yù)計(jì)、測試策略等維修報(bào)告或數(shù)據(jù)[5].TEAMS建模分析流程如圖1所示.

TEAMS算法和計(jì)算結(jié)果已經(jīng)在航空、國防、空間科學(xué)和商業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛地驗(yàn)證.

2 基于 TEAMS的 ATS戰(zhàn)場損傷定位

對 ATS的戰(zhàn)場損傷進(jìn)行定位[6](ATSDamage Location Analysis,ATSDL)必須具備兩個(gè)前提條件:①自動測試系統(tǒng)基本功能項(xiàng)目(ATSBasic Function Item s,ATSBFI)的確立;②自動測試系統(tǒng)損傷樹(ATSDamage Tree,ATSDT)的建立.

自動測試系統(tǒng)的基本功能項(xiàng)目是指完成裝備測試任務(wù)必不可少的項(xiàng)目,各種備用項(xiàng)目、冗余系統(tǒng)均不屬于此列,且基本功能項(xiàng)目損傷后,會直接導(dǎo)致測試任務(wù)不能完成.確立基本功能項(xiàng)目分析的目的是要找出實(shí)現(xiàn)自動測試系統(tǒng)基本測試功能的所有項(xiàng)目,明確損傷分析和戰(zhàn)場搶修的對象.

自動測試系統(tǒng)損傷樹就是把系統(tǒng)級的某一損傷事件(例如 ATE無法開機(jī))作為出發(fā)點(diǎn)(即頂事件),根據(jù)損傷現(xiàn)象判斷直接導(dǎo)致這一損傷事件發(fā)生的所有基本功能項(xiàng)目(ATE無法開機(jī)的所有可能原因),然后再逐步分析,直到確定導(dǎo)致系統(tǒng)級損傷的、能夠進(jìn)行搶修處理的最終原因(底事件)為止[7].

2.1 某自動測試系統(tǒng)的組成

某型裝備自動測試系統(tǒng)完成某型該裝備使用前的各種測試,包括二級檢測、三級檢測、應(yīng)急檢測等[8].該型裝備自動測試系統(tǒng)的組成框圖如圖2所示.

該型裝備自動測試系統(tǒng)各組成部分的主要功能如下:

1)測試控制計(jì)算機(jī).提供測試操作人員的操作接口,管理和執(zhí)行 UUT測試程序,是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心.采用加固軍用計(jì)算機(jī)作為測試控制器,配有 1394接口卡、RS422接口卡、數(shù)字 I/O卡等.

2)測試控制接口.測試控制計(jì)算機(jī)對儀器資源控制器進(jìn)行控制的物理通路,采用 1394總線實(shí)現(xiàn).

3)儀器資源控制器.即 VXI總線控制器,接受測試控制計(jì)算機(jī)的指令,控制 VXI儀器資源工作,并返回操作結(jié)果,該控制器還負(fù)責(zé)對 VXI系統(tǒng)進(jìn)行自檢和診斷.采用HPE8491B零槽控制器實(shí)現(xiàn).

4)儀器控制總線接口.實(shí)現(xiàn)儀器控制器與儀器資源的信息交互通道,實(shí)際上就是 VX I總線背板.

5)VX I儀器資源.由測量子系統(tǒng)、開關(guān)子系統(tǒng)、激勵(lì)子系統(tǒng)、數(shù)字子系統(tǒng)、射頻子系統(tǒng)等組成,可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行更換、增加或減少.

測量子系統(tǒng)完成對輸入的各類信號進(jìn)行測量,包括:數(shù)字萬用表 (hpe1412A)、多路 A/D(hpe1413C)、時(shí)間間隔分析儀(VXI1472)等.開關(guān)子系統(tǒng)將 UUT的測試點(diǎn)引入測試儀器,或?qū)⒓?lì)信號加到 UUT的輸入端,給 UUT提供激勵(lì)信號、電源等.采用繼電器矩陣開關(guān) (hpe1460A)等實(shí)現(xiàn).激勵(lì)子系統(tǒng)提供 UUT測試所需的部分激勵(lì)信號,按性質(zhì)可將其分為模擬激勵(lì)和數(shù)字激勵(lì)兩類,采用 OC門驅(qū)動模塊(自制 VX I模塊)、多路 D/A(hpe1418A)等實(shí)現(xiàn).數(shù)字子系統(tǒng)完成數(shù)字信號的接收、發(fā)送與處理,包括數(shù)字量 I/O裝置、總線收發(fā)裝置,如 429總線模塊等.射頻子系統(tǒng)完成對雷達(dá)、無線電引信等的測量,如射頻開關(guān) (hpe1472/hpe1473)等.

6)控制器-電源接口.用以實(shí)現(xiàn)對電源子系統(tǒng)的控制,測試控制計(jì)算機(jī)通過 GPIB總線與 Agilent程控電源進(jìn)行通訊,通過 RS422總線與通用直流電源監(jiān)控模塊和通用交流電源監(jiān)控模塊進(jìn)行通訊.

7)電源子系統(tǒng).包括通用直流和通用交流兩部分,負(fù)責(zé)給整個(gè)測試系統(tǒng)提供動力能源,同時(shí)還給UUT提供各種相應(yīng)的測試激勵(lì)信號以及給 RTUA的信號調(diào)理電路提供基準(zhǔn)工作電壓與電流等.

8)通用測試接口.將系統(tǒng)公共資源引出,實(shí)現(xiàn)信號傳遞,采用 VPC90陣列接口實(shí)現(xiàn).

9)電源-適配器接口.完成電源子系統(tǒng)與適配器的連接,是UUT所需各種電源及部分激勵(lì)信號的通路,以電纜形式實(shí)現(xiàn).

10)可重構(gòu)接口適配器(RTUA).完成 UUT大部分信號到 VX I儀器的信號轉(zhuǎn)接,根據(jù)測試需要,在其中可設(shè)置信號調(diào)理電路.RTUA包括控制模塊、交 /直流監(jiān)控模塊、識別電路模塊、自檢模塊、模擬信號調(diào)理模塊、數(shù)字信號調(diào)理模塊、擴(kuò)展開關(guān)模塊和一些專用模塊等[9,10].

11)RTUA-UUT接口.完成 RTUA與 UUT之間的電氣連接,以電纜形式實(shí)現(xiàn).

12)專用裝置.提供 UUT測試時(shí)所必需的一些設(shè)備,包括氣源裝置、液壓裝置、信號模擬器等.

13)專用裝置-UUT接口.完成專用裝置與 UUT的物理連接.電氣連接以電纜形式實(shí)現(xiàn),氣路或油路以高壓軟管實(shí)現(xiàn).

14)打印機(jī).用于測試結(jié)果和測試流程等文檔的打印,以便查看.

2.2 TEAM S對 ATS建模分析

通過對 ATS進(jìn)行建模分析,研究了 TEAM S在戰(zhàn)場損傷定位中的應(yīng)用,從構(gòu)建模型到損傷樹導(dǎo)出,闡述了 TEAMS的功能及應(yīng)用方法.

2.2.1 層次化模型的建立

TEAMS分析與評估的層次由上到下支持 system,subsystem,LRU,SRU,module,submodule,com ponent,failure 8個(gè)層次,對于構(gòu)造復(fù)雜的部件可以劃分多個(gè)層次,逐層進(jìn)行討論,以簡化分析難度,使系統(tǒng)便于理解,如圖3所示.

利用 TEAM S對某型裝備 ATS按 system→subsystem→ LRU→SRU進(jìn)行層次化分解,ATS的 system層模型圖如圖4所示.ATS的 subsystem層模型圖如圖5所示.

對 ATS的 VX I機(jī)箱、電源系統(tǒng)、可重構(gòu)測試接口適配器繼續(xù)進(jìn)行 LRU層分解,VX I機(jī)箱的 LRU層模型圖如圖6所示.對ATS的測試控制計(jì)算機(jī)、專用裝置等進(jìn)行 SRU層分解,測試控制計(jì)算機(jī)的 SRU層模型圖如圖7所示.

2.2.2 ATS基本功能項(xiàng)目的確立

利用 TEAMS對 ATS的層次化模型進(jìn)行功能關(guān)聯(lián),按照提供的功能分解描述確立 ATS的基本功能項(xiàng)目.然后對系統(tǒng)中執(zhí)行測試的抽象位置設(shè)定測試點(diǎn),每個(gè)測試點(diǎn)可能包括一個(gè)或多個(gè)測試,每個(gè)測試可同時(shí)判定多個(gè)診斷功能.

2.2.3 損傷樹的確立和損傷定位

ATS經(jīng)過層次化分解、基本功能項(xiàng)目的確立后,便可對其進(jìn)行測試性分析,建立損傷樹.

2.2.3.1 ATS的模糊組指標(biāo)

模糊組是指損傷樹的末端組成,即損傷定位的最小單元.圖8中第一個(gè)柱狀圖表是模糊組,由圖8可知,在不特定的一次維修中,損傷定位到單一元件的概率是 89%,定位到一組兩個(gè)元件的概率是 4%.

2.2.3.2 ATS的故障測試點(diǎn)數(shù)分布

故障測試點(diǎn)數(shù)分布是指不特定的一個(gè)損傷定位可能要測的測試點(diǎn)數(shù).圖8中第二個(gè)柱狀圖表是測試點(diǎn)數(shù)分布,由圖可知,在 17% 的情況下為兩個(gè)測試點(diǎn),在 8% 的情況下為 4個(gè)測試點(diǎn),14% 的情況下為 6個(gè)測試點(diǎn),15% 的情況下為 7個(gè)測試點(diǎn),55% 的情況下大于 9個(gè)測試點(diǎn).損傷源數(shù)目為 100個(gè),測試點(diǎn)數(shù)目 76個(gè),首次發(fā)生損傷時(shí)間 1e+004(h),損傷監(jiān)測百分比為 100%,損傷定位百分比為89.11%,而其它一些重要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如圖8所示.

圖5 ATS的 subsystem層模型圖Fig.5 Subsystem layer modle of A TS

圖6 VX I機(jī)箱的 LRU層模型圖Fig.6 LRU layer model of VX Ibox

圖7 測試控制計(jì)算機(jī)的 SRU層模型圖Fig.7 SRU layermodel of test con trol com puter

圖8 測試性指標(biāo)報(bào)告Fig.8 Testability report for ATS

圖9 ATS的損傷樹Fig.9 Damage tree of ATS

2.2.3.3 ATS的損傷樹

通過 TEAMS軟件處理后,可以得到系統(tǒng)的損傷樹(如圖9所示,圖9只是整個(gè)損傷樹的一部分).與傳統(tǒng)損傷樹不同的是:TEAMS軟件生成的損傷樹是測試點(diǎn)—測試點(diǎn)—元件 /模糊組,而不是元件—元件—元件/模糊組,頂事件的不同,決定了分析過程的不同,即傳統(tǒng)損傷樹是由分析頂事件(元件)的影響范圍來確定底事件(元件),而 TEAMS軟件損傷樹是分析頂事件(測試點(diǎn))的影響范圍來確定底事件(測試點(diǎn) /元件).維修人員可根據(jù)損傷樹從上到下排查故障.根據(jù)損傷樹的層狀分析結(jié)構(gòu),可以清楚地了解各個(gè)元器件的相互聯(lián)系和故障的傳播方向,為后續(xù)的維修工作提供了有力的幫助,保證了維修的可靠性和快速性[11,12].

2.2.3.4 ATS損傷定位

得到 ATS的損傷樹后,便可以按圖9通過查詢相關(guān)損傷,追尋具體的損傷原因,進(jìn)行損傷定位.

3 結(jié) 論

損傷定位是戰(zhàn)場搶修的前提,本文采用 TEAM S對某 A TS進(jìn)行戰(zhàn)場損傷定位研究.研究表明,與傳統(tǒng)損傷定位方法相比,利用 TEAM S進(jìn)行損傷定位,能夠減少損傷定位時(shí)間,提高了損傷診斷效率.同時(shí),可得出系統(tǒng)的各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),直觀地顯示出系統(tǒng)的測試性和健康度.由于真正的作戰(zhàn)環(huán)境下,戰(zhàn)場損傷的具體形式往往多種多樣,所以下一步要重點(diǎn)研究復(fù)雜情況下的自動測試系統(tǒng)損傷定位,為戰(zhàn)場搶修提供保障.

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