基于機(jī)內(nèi)測試和自動測試設(shè)備聯(lián)合工作的魚雷測試虛警率驗(yàn)證試驗(yàn)方法

高 江, 賀成剛, 許鴻銳

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基于機(jī)內(nèi)測試和自動測試設(shè)備聯(lián)合工作的魚雷測試虛警率驗(yàn)證試驗(yàn)方法

高 江, 賀成剛, 許鴻銳

(中國人民解放軍91388部隊(duì), 廣東 湛江, 524022)

虛警率是困擾魚雷測試性技術(shù)發(fā)展的主要問題之一, 目前在理論和技術(shù)指導(dǎo)方面, 均缺少明確的可直接使用的魚雷虛警率試驗(yàn)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)和方法。為此提出了基于機(jī)內(nèi)測試(BIT)和自動測試設(shè)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(yàn)證試驗(yàn)方法。在對基于自然故障和基于模擬故障進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)的特點(diǎn)進(jìn)行比較后, 確定以自然故障作為樣本進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。全文依次從試驗(yàn)準(zhǔn)備工作、試驗(yàn)實(shí)施程序和驗(yàn)證試驗(yàn)方案3個方面論述了虛警率的驗(yàn)證試驗(yàn)方法, 最后通過實(shí)例檢驗(yàn)了試驗(yàn)方法的正確性和科學(xué)合理性。

機(jī)內(nèi)測試; 自動測試設(shè)備; 虛警率; 驗(yàn)證試驗(yàn)

0 引言

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

在魚雷測試性技術(shù)發(fā)展過程中, 虛警率始終是困擾其研究和應(yīng)用的主要問題之一。它不僅導(dǎo)致可用性降低和全壽命周期費(fèi)用提高, 更為嚴(yán)重的是, 導(dǎo)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(hù)的影響很大, 因此應(yīng)該在設(shè)計(jì)定型階段和試用階段對魚雷的虛警率開展試驗(yàn)驗(yàn)證。

目前, 在理論和技術(shù)指導(dǎo)方面, 缺少明確的可直接使用的魚雷虛警率試驗(yàn)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)和方法。在實(shí)踐應(yīng)用方面, 國內(nèi)成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)較少。本文在借鑒部分工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上, 提出了一種基于BIT和ATE聯(lián)合工作的魚雷虛警率驗(yàn)證試驗(yàn)方法, 該方法使用機(jī)內(nèi)測試、外部自動測試設(shè)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(yàn)證試驗(yàn)提供工程指導(dǎo)借鑒。

1 魚雷虛警率及常用驗(yàn)證方法

虛警是指測試系統(tǒng)或設(shè)備顯示被測試項(xiàng)目有故障, 而該項(xiàng)目實(shí)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(bào)警總數(shù)之比, 以百分?jǐn)?shù)表示, 即

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

1) 基于自然故障驗(yàn)證

通過魚雷訓(xùn)練、試驗(yàn)、維修維護(hù)中得到的產(chǎn)品自然故障及其BIT檢測與隔離信息進(jìn)行虛警率驗(yàn)證。這種方法與使用評估方法相類似, 不同點(diǎn)在于它具有明確的統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)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(jì)自然故障的相關(guān)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(yàn)證

在魚雷試驗(yàn)過程中人為設(shè)置模擬故障并統(tǒng)計(jì)BIT檢測與隔離信息進(jìn)行虛警率驗(yàn)證。這種方法同樣需要統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案, 并且實(shí)現(xiàn)手段與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)驗(yàn)證方法相類似, 不同點(diǎn)在于該方法的試驗(yàn)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(yàn)任務(wù)。

3) 自然故障和模擬故障驗(yàn)證

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

2 基于BIT和ATE聯(lián)合工作的驗(yàn)證方法

因?yàn)樘摼投喾N因素有關(guān), 受環(huán)境條件影響較大, 很難人為條件下真實(shí)模擬虛警, 加之在非實(shí)際使用條件下對虛警指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證, 其結(jié)果很不準(zhǔn)確。為了驗(yàn)證魚雷虛警率指標(biāo), 需要在各項(xiàng)試驗(yàn)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(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。故在魚雷虛警率驗(yàn)證試驗(yàn)中, 選擇上述3種方法中的方法1), 基于自然故障進(jìn)行試驗(yàn)。

為提高魚雷虛警率驗(yàn)證試驗(yàn)效率, 提高試驗(yàn)結(jié)果的可信度, 及早發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)魚雷測試性設(shè)計(jì)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(yàn)證試驗(yàn)方法。該方法使用自然故障和模擬故障作為試驗(yàn)樣本, 既不是單獨(dú)采用魚雷機(jī)內(nèi)測試手段(BIT), 也不是單獨(dú)使用魚雷保障設(shè)備中的外部測試設(shè)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(jìn)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(diǎn)是, 從提高機(jī)內(nèi)測試能力和外部測試設(shè)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(dāng)魚雷出現(xiàn)故障時, 如何盡快進(jìn)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(shù)準(zhǔn)備和日常維護(hù)維修, 提高技術(shù)準(zhǔn)備效率做好基礎(chǔ)性工作。該方法的主要缺點(diǎn)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(shè)備故障導(dǎo)致報(bào)虛警, 需要進(jìn)行甄別。

2.1 虛警率驗(yàn)證試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作

1) 檢查產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)

被試魚雷應(yīng)裝配完整, 技術(shù)資料齊全, 技術(shù)狀態(tài)確定。配套的ATE和接口設(shè)備完整, 技術(shù)狀態(tài)確定。

2) 驗(yàn)證試驗(yàn)的時機(jī)選擇

由于測試性驗(yàn)證試驗(yàn)一般在設(shè)計(jì)定型階段進(jìn)行, 作為測試性的一個重要指標(biāo), 虛警率驗(yàn)證試驗(yàn)可選擇在設(shè)計(jì)定型階段進(jìn)行。

3) 虛警率驗(yàn)證試驗(yàn)大綱和實(shí)施計(jì)劃編制

建議將虛警率驗(yàn)證試驗(yàn)大綱和實(shí)施計(jì)劃作為魚雷測試性驗(yàn)證試驗(yàn)大綱及實(shí)施計(jì)劃的一部分進(jìn)行編制, 結(jié)合整個測試性指標(biāo)驗(yàn)證試驗(yàn)進(jìn)行。

4) 試驗(yàn)的組織管理

驗(yàn)證試驗(yàn)是訂購方(使用單位或試驗(yàn)單位)與承制方共同參與完成的工作。一般應(yīng)成立驗(yàn)證試驗(yàn)工作領(lǐng)導(dǎo)小組和實(shí)施小組, 明確工作職責(zé)、人員分工與培訓(xùn)及各種保障。一般與測試性驗(yàn)證試驗(yàn)的組織管理合二為一。

2.2 虛警率驗(yàn)證試驗(yàn)程序

測試性驗(yàn)證試驗(yàn)工作流程[2]如圖1所示。

圖1 一般測試性驗(yàn)證試驗(yàn)程序

虛警率作為一個測試性指標(biāo), 其驗(yàn)證試驗(yàn)一般結(jié)合測試性維修性驗(yàn)證試驗(yàn)一并進(jìn)行。基于BIT和ATE聯(lián)合工作魚雷虛警率的驗(yàn)證試驗(yàn)流程與一般測試性驗(yàn)證試驗(yàn)程序基本一致, 只是測試性驗(yàn)證試驗(yàn)中故障隔離率和故障檢測率的驗(yàn)證基本上是采用模擬故障和自然故障相結(jié)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(yàn)證試驗(yàn)是以自然故障為樣本進(jìn)行試驗(yàn), 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(xì)小的組部件, 或者是由于某2個部位的連接、配合異常導(dǎo)致的故障報(bào)警。

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

圖2流程中, 對某個故障樣本進(jìn)行虛警率試驗(yàn)時, 首先使用BIT和ATE相結(jié)合的手段進(jìn)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(yàn)結(jié)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(xì)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(yàn)結(jié)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(yīng)判為虛警; 若使用各種手段在定型試驗(yàn)臨近結(jié)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(yàn)單位)與承制方共同組成的試驗(yàn)結(jié)果評定小組進(jìn)行判定。對于同一部位出現(xiàn)的多次相同虛警, 只累計(jì)1次。

圖2 虛警率驗(yàn)證試驗(yàn)程序

2.3 虛警率驗(yàn)證試驗(yàn)方案

2.3.1 采用單側(cè)置信下限的試驗(yàn)方案

借鑒空空導(dǎo)彈的測試性驗(yàn)證試驗(yàn)方法[5], 確定故障抽樣檢驗(yàn)試驗(yàn)方案。

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

表1 試驗(yàn)方案

通過計(jì)算或查表可以確定多組試驗(yàn)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(jìn)行試驗(yàn)。

該方案的特點(diǎn)是可以直接給出一定置信度下虛警率的估計(jì)量值, 采用足夠多的樣本量, 試驗(yàn)結(jié)果的可信度最高。

2.3.2 GJB2072-94附錄試驗(yàn)方案

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

計(jì)算預(yù)期的虛警數(shù)

式中, 為規(guī)定的虛警率。按照圖3確定預(yù)期虛警數(shù)與實(shí)測虛警數(shù)的交點(diǎn), 若此交點(diǎn)落在接收區(qū)內(nèi), 則符合要求, 接受; 若此交點(diǎn)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(dá)0.75。

該方案的特點(diǎn)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(yàn)時間, 沒有估計(jì)出虛警率量值的大小, 也沒有明確的結(jié)果置信度。由于以上原因, 建議若該方案和采用單側(cè)置信下限的方案均具備使用條件時, 采用單側(cè)置信下限的試驗(yàn)方案。

2.3.3 點(diǎn)估計(jì)的試驗(yàn)方案

2.3.4 虛警率驗(yàn)證試驗(yàn)的故障樣本來源

在GJB2072-94中, 對維修性和測試性驗(yàn)證試驗(yàn)的最小試驗(yàn)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(jìn)行分配。

由于魚雷虛警率驗(yàn)證試驗(yàn)采用自然故障作樣本, 故試驗(yàn)樣本量的確定和分配不能按照GJB2072-94中的要求人為設(shè)置, 總的原則是利用在訂購方監(jiān)督下由可靠性試驗(yàn)、湖上實(shí)航試驗(yàn)、海上實(shí)航試驗(yàn)、維護(hù)維修、陸上專項(xiàng)試驗(yàn)等多種途徑和過程得到的自然故障進(jìn)行虛警率驗(yàn)證試驗(yàn), 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(yàn)階段與定型試驗(yàn)階段技術(shù)狀態(tài)一致, 或經(jīng)證明技術(shù)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(yàn)證試驗(yàn)。

2.3.5 虛警率驗(yàn)證試驗(yàn)的實(shí)施步驟

按照GJB2072-94要求, 測試性試驗(yàn)應(yīng)組織試驗(yàn)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(shè)計(jì)人員、測試人員、使用人員、測試性專業(yè)人員等, 評定小組應(yīng)設(shè)一名組長負(fù)責(zé)組織和管理。

試驗(yàn)時, 由試驗(yàn)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(jìn)行虛警率驗(yàn)證試驗(yàn)并記錄結(jié)果。

2.3.6 虛警率指標(biāo)驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果評定

試驗(yàn)結(jié)束后, 應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)記錄對測試性結(jié)果進(jìn)行評價(jià)。評定結(jié)果時, 可根據(jù)試驗(yàn)樣本量的大小確定選擇單側(cè)置信下限的試驗(yàn)方案、GJB2072- 94中附錄C3的方案或者點(diǎn)估計(jì)的方案進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果評定。若虛警率不滿足指標(biāo)要求, 則要求研制部門查明虛警率高的原因并進(jìn)行改進(jìn), 若研制部門進(jìn)行了必要的設(shè)計(jì)更改并提供了改進(jìn)的證據(jù), 則可以接受, 并依據(jù)更改情況進(jìn)行有限的驗(yàn)證試驗(yàn)。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

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(yàn)證試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

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

由表2得到整個試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果判定

從試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)的樣本量大小來看, 并比較文中提出的3種試驗(yàn)方案, 最好采用單側(cè)置信下限的試驗(yàn)方案進(jìn)行檢驗(yàn)給出評定結(jié)果。

對表1最后一行進(jìn)行線性插值, 得到表3。

得到實(shí)際的試驗(yàn)檢驗(yàn)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(biāo)要求。

表3 試驗(yàn)方案線性插值表

4 結(jié)束語

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

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(責(zé)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?yàn)樵囼?yàn)總體技術(shù).