艦艇型號工程測試性驗證與評價方法

張小波，常瑞承

(中國艦船研究院，北京100192)

0 引 言

測試性定義為“系統及設備能及時、準確地確定其工作狀態(可工作、不可工作或工作性能下降)并隔離其內部故障的一種設計特性”。測試性技術是可靠性工程技術發展到一定階段的必然產物。測試性對現代武器裝備及各種復雜系統的可靠性和維修性有很大影響，必須綜合考慮可靠性、維修性和測試性才能獲得最佳的武器裝備戰備完好性［2］。

對于國內水面艦艇來說，由于系統比較復雜，目前測試性工作基本上處于起步階段，以往對艦艇型號工程的測試性要求不嚴，在設備研制時對測試性工作考慮不周，實施性較差。最近在某型號上首次提出了測試性要求，并制定了測試性總體設計準則，在測試性工作上有了很大進步。但由于起步較晚，水面艦艇型號測試性工作較可靠性維修性工作差距很大，尤其在測試性驗證與評價技術研究方面，目前主要存在以下不足:［3－4］

1)測試性驗證與評價技術知識尚不普及，型號工程設計人員測試性工作意識比較淡薄;

2)型號工程測試性驗證與評價技術基礎薄弱，工程應用上缺少設計指南，實踐經驗匱乏;

3)型號工程測試性評價及驗證方法和基礎設施方面能力不足;

4)缺乏型號工程研制、生產和使用階段中的測試性驗證與評價數據、資料及文件等信息的積累。

本文提出一種開展艦艇型號工程測試性驗證與評價的思路和方法，指導艦艇型號研制階段開展測試性驗證與評價，進一步提高艦艇型號工程測試性水平。

1 艦艇型號工程的測試性要求

艦艇型號工程測試性要求包括定量要求和定性要求，一般對設備級產品明確定量要求;對總體到系統再到設備，逐級明確定性要求。

1)定量要求

艦艇型號工程定量要求包括故障檢測率、故障隔離率、虛警率3 個定量要求。

①故障檢測率(FDR)——在規定時間內，用規定的方法正確檢測到的故障數與被測單元發生故障總數之比［2］。

故障檢測率(新研或改進的電子設備)=90%;故障檢測率(機電、機械、液壓設備)=60%。

②故障隔離率(FIR)——在規定時間內，用規定的方法正確隔離到不大于規定的可更換單元數的故障數與同一時間內檢測到的故障數之比［2］。

故障隔離率=85%。

③虛警率(FAR)——在規定期間內發生的虛警數與故障指示總次數之比［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計相協調，結合系統裝置的結構、功能性能特點，優化自檢測、原位檢測和離位檢測設計，合理選擇機內測試、自動測試和人工測試方案，綜合權衡設置測點，及時準確診斷裝備的故障，有效指導維修，以及消除故障根源，滿足艦艇使用過程對測試準確性和完備性的要求。

②對于新研設備或重大改進設備應開展測試性分析、設計和驗證工作，將測試性設計落實到研制工作中。

③重要系統和設備應開展性能功能檢測設計，具備艦載檢測功能。重要電子武備系統應進行機內測試(BIT)設計，具備機內測試功能;機械設備在摸清現狀的基礎上應逐步開展相關工作。

④測試系統能及時準確地檢測設備的故障和異常。測試結果顯示要明顯，檢測方式的選擇和檢測點的配置能保證檢測診斷準確、快速、簡便。

⑤開展綜合診斷技術研究，進行測試診斷接口設計。在測試性設計中，測試點的種類和數量要與裝備使用維修時所用的測試設備、儀器等相適應，盡量采用通用的測試單元或設備;需要頻繁測試的測試點，要方便可達，測試接口集中化［5］。

2 艦艇型號工程測試性驗證與評價方法

結合艦艇型號工程的測試性要求，開展測試性驗證與評價工作，確認研制的產品是否滿足規定的測試性要求。目前，在某型號艦艇工程測試性工作中，我們結合型號艦艇具體情況，開展了測試性驗證與評價技術研究工作，主要技術和措施包括:

1)測試性設計核查

測試性設計核查主要工作步驟是依據測試性設計準則制定測試性設計準則核查單(見表1)，結合簡單分析評價和加權評分法對設計準則落實情況進行檢查并評分，通過與事先制定的門限值比較對產品測試性設計水平做出評價。例如:在調研的基礎上采用該方法對艦艇某型雷達進行測試性設計準則核查，確定其門限值為80 分。制定加權系數W，1≤W≤10，W=10，表示對測試性設計是關鍵的;W=5 表示對測試性設計是重要的;W=1，表示對測試性設計是不重要的;根據每條檢查單條目對測試性設計的重要程度，給檢查單中每一條目分配加權系數;采用百分制計分法擬定計分，得分為S:1≤S≤100，S=100，表示全部貫徹規定;S=0，表示完全沒有貫徹規定。計算檢查單每一條目的加權得分為Ti=WiSi。最后計算符合設計準則的評分值，其中n 表示適用的設計準則總數。最終測試性評分為91.1 分，從而驗證該型雷達系統的測試性設計滿足要求。

表1 測試性設計準則核查單Tab.1 Testability design criteria checklist

該方法原理簡單、易于掌握、操作性強，可在艦艇型號工程測試性驗證與評價工作中推廣應用。

2)測試性驗證試驗

測試性驗證試驗主要工作步驟是:在實驗室或車間內注入模擬故障，通電運行BIT 或用測試設備對產品進行測試，記錄模擬故障(包括自然發生的故障)是否檢測和隔離、檢測與隔離時間以及發生虛警次數等試驗數據，按選定判據確定產品是否達到最低的測試性指標要求，并同時檢查有關定性要求的符合性。當試驗結果表明不滿足要求時，分析是設計、制造問題，還是試驗的問題，以便采取改進措施。

在某型號艦艇工程研制過程中，對某型雷達開展了測試性試驗驗證和評價工作。假定該型雷達測試性定量要求為:

①故障檢測率(FDR)最低可接受值為80%。

②故障隔離率(FIR)最低可接受值為70%。

首先選定試驗樣本數n=20，在試驗過程中模擬故障，實施檢測和隔離程序并給出故障指示，將試驗結果記錄到故障樣本對照統計表中，根據統計結果可求得故障檢測率為:

故障隔離率為:

式中:NFDR為正確檢測到的故障樣本數量;NFIR為正確隔離的故障樣本數量。

因此，通過計算可知，該型雷達的故障隔離率和故障檢測率均滿足測試性要求。

目前，由于在艦艇型號工程中缺乏開展測試性驗證與評價試驗的基礎設施和資金投入，僅某些設備具備開展此項工作的條件，大規模工程應用尚需時日。

3)測試性使用評價

測試性使用評價是在實際使用條件下確認產品測試性水平，評價其是否滿足使用要求。同時，也可檢驗試驗結果的準確性和改進措施的有效性，發現初期使用中存在的問題。評價工作進行的方式是收集產品在使用和維修中的測試性信息和使用者的意見，進行綜合分析。數據來源是試用和使用中實際發生故障的檢測與隔離結果、虛警次數、維修測試中的檢測與隔離結果等，在獲得足夠的數據量后，用選定的統計分析方法評估出故障檢測率、隔離率和虛警率等參數的量值。

目前水面艦艇設備使用數據相對薄弱，應用該方法還具有一定的局限性，當具備一定的使用數據基礎時，可按照相關方法開展工作。

3 艦艇型號工程測試性驗證與評價技術方法的選用原則

測試性設計核查、驗證試驗和使用評價是3 種適用于開展艦艇型號工程測試性驗證與評價的技術方法，選用何種方法開展艦艇型號工程測試性驗證與評價工作，應注意以下原則:

1)驗證方法的選取需充分考慮所選用的驗證方法適用性、有效性和經濟性。

2)針對測試性驗證內容，綜合考慮總體、系統和設備測試性要求的性質(定量要求還是定性要求)、待驗證產品項目的產品層次(總體、系統、設備等)、產品類別(如機械類、電子類、機電類等)、各類驗證方法需滿足的條件、驗證時機、驗證所需的時間及經費等約束條件，確定相應的一種或幾種組合的驗證方法。

3)驗證方法的選取，應考慮盡可能與艦艇型號研制過程中的評審、試驗、驗收、交付和定型等工作相結合，驗證工作應盡量與工程研制進度相匹配。

4 測試性驗證評價各階段工作內容

通過研究分析，初步確定了艦艇型號工程各設計階段開展測試性驗證評價的驗證性質、驗證層次、驗證方法、數據范圍和提供的文件等內容，如表2所示［6］。

表2 測試性驗證評價方案Tab.2 Testability verification scheme

5 結 語

本文提出的開展艦艇型號工程測試性驗證與評價的思路和方法具有一定的科學性、合理性、規范性和工程適用性。

1)建立的測試性驗證與評價方法覆蓋工程研制的全過程，全面合理，具有一定的科學性。

2)該方法既有定性的驗證與評價，又有定量的驗證與評價，方法原理簡單、易于掌握、操作性強，有利于及時找出測試性設計缺陷，盡快采取糾正措施，工作流程規范合理。

3)利用該方法可以加強艦艇型號工程測試性設計的監督和管理，切實保證測試性作為產品質量特性有效的設計到產品中去，提高設計水平，降低設計成本［1］。

［1］王慧，王銘澤，李會．航空電子產品測試性設計評價工作框架及流程研究［J］．飛機設計，2012，32(3):70－76．

WANG Hui，WANG Ming-ze，LI Hui．Evaluation working frame and flow of avionic product testability design［J］．Aircraft Design，2012，32(3):70－76．

［2］田仲，石君友．系統測試性設計分析與驗證［M］．北京:北京航空航天大學出版社，2003．

［3］白康明，焦健．軍用飛機適航性研究［J］．可靠性工程，2009(4):145－149．

BAI Kang-ming，JIAO Jian．Research on military aircraft airworthiness［J］．Reliability Engineering，2009(4):145－149．

［4］景玉國，薛海紅．未來飛機設計中可靠性工作面臨的挑戰與解決思路［J］．可靠性工程，2009，(4):150－152．

JING Yu-guo，XUE Hai-hong．The challenge and solution for the reliability in the aircraft design of the future work［J］．Reliability Engineering，2009(4):150－152．

［5］MTL－STD－2165 電子系統及設備的測試性大綱［S］．

［6］GJB2547A－2012 裝備測試性工作通用要求［S］．