裝備使用期間的測(cè)試性評(píng)估研究

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(裝甲兵工程學(xué)院，北京 100072)

裝備使用期間的測(cè)試性評(píng)估研究

張雷，梁德潛

(裝甲兵工程學(xué)院，北京100072)

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用，裝備測(cè)試性水平的提高不僅依賴于設(shè)計(jì)方法，還依賴于大量的、全面的測(cè)試性數(shù)據(jù);這就要求裝備測(cè)試性工作應(yīng)該是貫穿全周期壽命的一個(gè)連續(xù)過程，不應(yīng)局限于研制階段，還應(yīng)包括使用階段;對(duì)裝備使用期間開展測(cè)試性評(píng)估工作，有利于完善裝備的測(cè)試性信息，促進(jìn)裝備的測(cè)試性提高;在此基礎(chǔ)上，對(duì)裝備使用期間的測(cè)試性評(píng)估進(jìn)行了研究，給出了評(píng)估工作的具體流程和實(shí)施方法，對(duì)指導(dǎo)工程實(shí)踐具有一定的意義。

測(cè)試性；使用期間；測(cè)試性評(píng)估

0 引言

測(cè)試性是指產(chǎn)品能及時(shí)、準(zhǔn)確地確定其狀態(tài)(可工作、不可工作或性能下降程度)，并隔離其內(nèi)部故障的一種設(shè)計(jì)特性[1]。

開展測(cè)試性工作的目標(biāo)是提高裝備的性能監(jiān)測(cè)與故障診斷能力，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的測(cè)試，進(jìn)而提高裝備的戰(zhàn)備完好性、任務(wù)成功性和安全性，減少維修人力以及其他保障資源，降低壽命周期費(fèi)用，并為裝備壽命周期管理和測(cè)試性持續(xù)改進(jìn)提供必要的信息。

測(cè)試性技術(shù)的實(shí)施可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝備的故障，從而使操作者采取措施規(guī)避故障的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)于有余度設(shè)計(jì)的裝備也可使系統(tǒng)重構(gòu)，完成自我修復(fù)，顯著地提高可靠性；對(duì)于維修保障而言，測(cè)試性技術(shù)的實(shí)施使裝備可以快速地檢測(cè)和隔離故障，可大大減少平均故障修復(fù)時(shí)間，減少裝備對(duì)保障資源的需求，對(duì)裝備的可靠性以及維修保障特性也有積極作用。

一般而言，裝備的測(cè)試性增長(zhǎng)主要集中在設(shè)計(jì)階段，在定型準(zhǔn)備交付使用方時(shí)，要開展測(cè)試性驗(yàn)證試驗(yàn)，以判斷測(cè)試性水平是否達(dá)到使用方的要求。這里的測(cè)試性水平指的是裝備總體測(cè)試性水平，是在測(cè)試環(huán)境完備下的評(píng)估結(jié)果。但在裝備實(shí)際使用過程中，測(cè)試性水平的好壞往往會(huì)受到測(cè)試資源(測(cè)試設(shè)備、測(cè)試環(huán)境)、維修級(jí)別和測(cè)試人員技術(shù)水平的限制，而使得裝備測(cè)試性沒有得到充分地發(fā)揮。

在2012年頒布的GJB2574A中[2]，提出了在裝備使用期間開展測(cè)試性工作的要求。通過收集裝備使用期間的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并結(jié)合必要的故障注入試驗(yàn)，評(píng)價(jià)裝備在實(shí)際使用條件下達(dá)到的測(cè)試性水平，確定是否滿足規(guī)定的測(cè)試性要求，為改進(jìn)測(cè)試性、完善使用與維修工作以及新研制裝備的論證等提供支持。

使用期間測(cè)試性評(píng)價(jià)應(yīng)以實(shí)際使用條件下收集的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，綜合利用使用期間的各種信息，必要時(shí)也可組織專門的試驗(yàn)，以獲得所需信息。在一般情況下，使用期間測(cè)試性評(píng)價(jià)應(yīng)在裝備部署后、人員經(jīng)過培訓(xùn)、保障資源按要求配備到位的條件下進(jìn)行的。

1 使用期間測(cè)試性工作流程

使用期間的測(cè)試性評(píng)估工作流程如圖1所示，主要包括三個(gè)階段：使用期間的測(cè)試性信息收集、測(cè)試性評(píng)價(jià)和測(cè)試性改進(jìn)[3]。測(cè)試性評(píng)估工作的開展主要由裝備使用單位組織，承制方配合進(jìn)行。

圖1 測(cè)試性評(píng)估流程

1.1 使用期間測(cè)試性信息收集

開展裝備使用期間的測(cè)試性進(jìn)行評(píng)估工作，對(duì)使用期間測(cè)試性信息的收集，是最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。在這個(gè)階段收集的測(cè)試性信息與研制階段的測(cè)試性信息有本質(zhì)的不同，它是裝備在實(shí)際使用條件下的測(cè)試性數(shù)據(jù)，能充分反映裝備受環(huán)境、維修資源等因素影響下的測(cè)試性水平。

表1 統(tǒng)計(jì)分析方法

測(cè)試性評(píng)估結(jié)果的可信度，很大程度依賴于評(píng)估信息的全面性。收集的信息越全面，越能體現(xiàn)裝備的測(cè)試性水平，其評(píng)估結(jié)果的可信度越高。為了保證測(cè)試性評(píng)估工作的順利開展，在裝備列裝完畢之后，使用方應(yīng)組織制定使用期間的測(cè)試性收集計(jì)劃，開展對(duì)裝備在使用、維修、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的各種測(cè)試性信息的收集，其主要內(nèi)容包括：

①信息收集與分析部門、單位及人員的職責(zé)；

②信息收集工作的管理與監(jiān)督(含保密)要求；

③信息收集的范圍、方法和程序；

④信息分析、處理、傳遞的要求和方法；

⑤信息分類方法；

⑥定期進(jìn)行信息分類審核、匯總的安排、信息收集的時(shí)間長(zhǎng)度等。

在有計(jì)劃進(jìn)行測(cè)試性信息收集的同時(shí)，還應(yīng)及時(shí)對(duì)測(cè)試性信息進(jìn)行分析處理，為下一步測(cè)試性評(píng)價(jià)工作的開展做好準(zhǔn)備。如圖2所示，對(duì)測(cè)試性信息的分析主要分四個(gè)方面：系統(tǒng)功能分析、現(xiàn)場(chǎng)故障分析、故障模式影響分析和全信息通路分析[4]。

圖2 測(cè)試性信息分析

1)系統(tǒng)功能分析：為了能夠有效提高裝備的測(cè)試性，在裝備研制階段往往進(jìn)行了BIT設(shè)計(jì)。一方面BIT可以有效對(duì)芯片級(jí)、板級(jí)和系統(tǒng)級(jí)故障實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和隔離；另一方面BIT系統(tǒng)在振動(dòng)、溫濕度等環(huán)境應(yīng)力作用下，易出現(xiàn)“誤報(bào)”和“假報(bào)”的虛警現(xiàn)象，會(huì)對(duì)裝備的系統(tǒng)功能造成不利的影響。有必要結(jié)合BIT功能，把裝備系統(tǒng)劃分為若干個(gè)分系統(tǒng)，分析各個(gè)層次BIT的利弊影響，從新優(yōu)化BIT設(shè)計(jì)。

2)現(xiàn)場(chǎng)故障分析：測(cè)試性信息的收集一般會(huì)結(jié)合裝備維修展開，要對(duì)出現(xiàn)的故障、檢測(cè)隔離的方法和維修解決的手段進(jìn)行記錄，包括測(cè)試的環(huán)境條件、測(cè)試方法、測(cè)試程度、信息的顯示與儲(chǔ)存以及BIT與ATE檢測(cè)結(jié)果的一致性。同時(shí)分析故障出現(xiàn)、不能檢測(cè)或隔離的原因，明確這些問題是設(shè)計(jì)缺陷造成的還是環(huán)境因素、維修資源等引起的，為進(jìn)一步改善現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的裝備測(cè)試性提供參考。

3)故障模式影響及危害性分析(FMECA)：FMECA是對(duì)故障的一個(gè)全面分析，根據(jù)實(shí)際使用條件下，分析不同故障模式的原因，以及對(duì)系統(tǒng)功能、任務(wù)可靠性、安全性的影響和危害性，在有條件的情況下，可以細(xì)化到部件級(jí)和板級(jí)。可以利用TEAMS和MaDe等輔助軟件進(jìn)行分析，以提高工作效率。

4)全信息通路分析：用于分析系統(tǒng)運(yùn)行情況下測(cè)試性的不足。狀態(tài)監(jiān)測(cè)作為測(cè)試性設(shè)計(jì)的目標(biāo)之一，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)與健康管理(PHM)的基礎(chǔ)。通過收集故障發(fā)生前后的數(shù)據(jù)信息，分析系統(tǒng)功能參數(shù)的變化是否在測(cè)試性的狀態(tài)監(jiān)測(cè)中有所體現(xiàn)，并考察測(cè)試性的狀態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)系統(tǒng)功能和信息傳輸?shù)挠绊懀瑸橄乱徊窖b備測(cè)試性優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

使用期間的測(cè)試性信息，能夠充分反映裝備在實(shí)際環(huán)境中的測(cè)試性水平，信息收集的越完整，下一步測(cè)試性評(píng)價(jià)工作的開展就越順利。

1.2 測(cè)試性評(píng)價(jià)

使用期間的測(cè)試性評(píng)價(jià)一般是在裝備部署后、人員經(jīng)過培訓(xùn)、保障維修資源按要求配備到位的條件下進(jìn)行。評(píng)價(jià)的內(nèi)容主要是針對(duì)故障檢測(cè)率、隔離率和虛警率等測(cè)試性指標(biāo)，還應(yīng)包括不能復(fù)現(xiàn)率、重測(cè)合格率、實(shí)際測(cè)試費(fèi)用以及不符合實(shí)際應(yīng)用要求的測(cè)試性缺陷。

與研制階段的測(cè)試性評(píng)價(jià)不同，一方面使用期間的測(cè)試性評(píng)價(jià)是對(duì)各項(xiàng)測(cè)試性指標(biāo)在實(shí)際使用和維修環(huán)境下的具體量化，是對(duì)裝備實(shí)際測(cè)試性水平的最終反映；另一方面使用期間的測(cè)試性評(píng)價(jià)依據(jù)主要是上一階段收集的測(cè)試性信息，不依賴于驗(yàn)證試驗(yàn)收集信息。在開展評(píng)價(jià)工作之前，要先制定測(cè)試性評(píng)價(jià)方案，方案內(nèi)容主要包括評(píng)價(jià)內(nèi)容、評(píng)價(jià)準(zhǔn)則和判據(jù)、評(píng)價(jià)方法以及程序[5-7]。

1)評(píng)價(jià)內(nèi)容。

測(cè)試性評(píng)價(jià)工作是確定裝備在實(shí)際使用條件下達(dá)到的測(cè)試性水平，它的評(píng)價(jià)內(nèi)容應(yīng)該包括兩方面，一是測(cè)試性指標(biāo)的參數(shù)值，如故障檢測(cè)率、關(guān)鍵故障檢測(cè)率、故障隔離率、虛警率、故障檢測(cè)時(shí)間、故障隔離時(shí)間、不能復(fù)現(xiàn)率、臺(tái)檢可工作率和重測(cè)合格率等；二是是否存在不符實(shí)際使用要求測(cè)試性缺陷、與可靠性和維修性是否相協(xié)調(diào)、測(cè)試費(fèi)用等，如存在不可測(cè)試故障等。在具體實(shí)施的過程中，可根據(jù)研制階段的測(cè)試性試驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果以及前期收集的使用階段測(cè)試性信息，適當(dāng)調(diào)整評(píng)價(jià)內(nèi)容，以提高工作效率。

2)評(píng)價(jià)方法。

評(píng)價(jià)方法按照評(píng)價(jià)分兩部分，一是測(cè)試性指標(biāo)評(píng)價(jià)方法，二是定性要求評(píng)價(jià)方法。

測(cè)試性指標(biāo)評(píng)價(jià)方法主要是利用統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)待評(píng)價(jià)指標(biāo)給出估計(jì)結(jié)果，結(jié)果形式可分為點(diǎn)估計(jì)、區(qū)間估計(jì)等。目前常用的統(tǒng)計(jì)分析方法有：點(diǎn)估計(jì)、單側(cè)置信下限估計(jì)和置信區(qū)間估計(jì)等，如表1所示。

加權(quán)評(píng)分方法是指對(duì)每一條定性要求依據(jù)其是否適用情況給出基礎(chǔ)得分，再乘以一個(gè)加權(quán)系數(shù)作為該條要求的得分。加權(quán)系數(shù)的確定主要是考慮該條定性要求對(duì)裝備測(cè)試性的影響程度來(lái)確定的。

3)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則和判據(jù)。

根據(jù)評(píng)價(jià)內(nèi)容，評(píng)價(jià)準(zhǔn)則和判據(jù)分為定量要求和定性要求。定量要求主要是針對(duì)測(cè)試性指標(biāo)，如FDR、FIR和FAR等，通過選定的統(tǒng)計(jì)分析方法評(píng)估出各參數(shù)值，與事先制定的門限值比較來(lái)評(píng)價(jià)當(dāng)前裝備的測(cè)試性水平。門限值的確定，一是參考驗(yàn)收階段的接收/拒收判據(jù)；二是經(jīng)驗(yàn)值方法，由專家綜合各個(gè)方面的因素，給出合理的評(píng)估閾值。

定性要求主要是根據(jù)測(cè)試性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和實(shí)際使用要求給出，對(duì)列出的各項(xiàng)測(cè)試性要求落實(shí)情況進(jìn)行檢查并評(píng)分，以總分代表裝備實(shí)際使用的測(cè)試性水平，并與事先制定的門限值比較，以評(píng)估當(dāng)前測(cè)試性水平的好壞。在使用階段的測(cè)試性定性要求更偏向于任務(wù)可靠性、測(cè)試操作和成本費(fèi)用。以某型火控系統(tǒng)為例，如表2所示。設(shè)定的門限值為80；加權(quán)系數(shù)1lt;wilt;10,wi值越大，表示對(duì)測(cè)試性水平影響越大；基礎(chǔ)得分si采用百分制給出，分值越高，貫徹落實(shí)越好。在對(duì)每一條定性要求加權(quán)評(píng)分完畢后，計(jì)算得到測(cè)試性定性要求的評(píng)分為49.56，與門限值相差較大，說(shuō)明存在一定的測(cè)試性缺陷。

表2 定性要求評(píng)定示例

4)評(píng)價(jià)程序。

測(cè)試性評(píng)價(jià)的流程如圖3所示。

圖3 測(cè)試性評(píng)價(jià)程序

測(cè)試性評(píng)價(jià)完成后，會(huì)形成使用期間的測(cè)試性評(píng)價(jià)報(bào)告，是對(duì)測(cè)試性評(píng)價(jià)內(nèi)容的總結(jié)和分析，主要包括以下幾個(gè)內(nèi)容：

1)測(cè)試性信息：結(jié)合要評(píng)價(jià)的內(nèi)容，對(duì)上一階段收集的測(cè)試性信息進(jìn)行分析處理，判斷其是否滿足評(píng)價(jià)要求。若無(wú)法滿足評(píng)價(jià)要求，應(yīng)采取必要的措施進(jìn)行補(bǔ)充，比如進(jìn)行測(cè)試性試驗(yàn)等。

2)評(píng)價(jià)結(jié)果：根據(jù)測(cè)試性評(píng)價(jià)方案里的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則、判據(jù)，給出裝備的測(cè)試性評(píng)價(jià)結(jié)果

3)評(píng)價(jià)結(jié)果分析：可結(jié)合研制階段的測(cè)試性信息，縱向?qū)Ρ龋治鲅b備測(cè)試性水平的變化過程。

4)提出測(cè)試性改進(jìn)建議：根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)裝備存在的測(cè)試性缺陷提出改進(jìn)的方法。

1.3 測(cè)試性改進(jìn)

測(cè)試性改進(jìn)是裝備測(cè)試性工作的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其目的是為了進(jìn)一步提高裝備測(cè)試性與實(shí)際使用條件的適應(yīng)程度，改善裝備的保障能力，使裝備的作戰(zhàn)效能進(jìn)一步提高。

經(jīng)過測(cè)試性評(píng)價(jià)之后，往往會(huì)暴露出裝備在使用過程的一些測(cè)試性缺陷。根據(jù)裝備使用期間的測(cè)試性評(píng)價(jià)報(bào)告，結(jié)合相關(guān)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，通過必要的權(quán)衡和分析，確定要改進(jìn)的項(xiàng)目。針對(duì)要改進(jìn)的項(xiàng)目，制定改進(jìn)目標(biāo)，給出改進(jìn)的方案和具體實(shí)施方法。最后，在對(duì)裝備改進(jìn)完畢之后，要對(duì)改進(jìn)項(xiàng)目進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)證和評(píng)估，并給出結(jié)論。其主要流程如圖4所示。

圖4 測(cè)試性改進(jìn)程序

1)論證改進(jìn)的必要性：一是考慮當(dāng)前的測(cè)試性水平對(duì)裝備使用的影響程度，是否到了不改不行的程度；二是權(quán)衡改進(jìn)后的測(cè)試性水平增長(zhǎng)效益是否大于改進(jìn)需要的成本，這個(gè)成本包括改進(jìn)所需的經(jīng)費(fèi)、裝備召回改進(jìn)對(duì)部隊(duì)工作的影響等。

2)確定改進(jìn)的內(nèi)容/項(xiàng)目/目標(biāo)：結(jié)合測(cè)試性評(píng)價(jià)報(bào)告，對(duì)存在的測(cè)試性缺陷進(jìn)行分析，同時(shí)考慮相關(guān)技術(shù)的發(fā)展水平，列舉出技術(shù)可行的改進(jìn)項(xiàng)目，以改進(jìn)效益/成本費(fèi)用最大為權(quán)衡標(biāo)準(zhǔn)，確定改進(jìn)的項(xiàng)目，同時(shí)確定改進(jìn)項(xiàng)目所要達(dá)到的目標(biāo)。

3)成立組織：確定測(cè)試性改進(jìn)的負(fù)責(zé)單位、人員以及其職責(zé)。

4)制定改進(jìn)方案：針對(duì)改進(jìn)項(xiàng)目的目標(biāo)，結(jié)合實(shí)際情況制定方案，主要內(nèi)容一般包括改進(jìn)測(cè)試性設(shè)計(jì)、改進(jìn)維修檢測(cè)和使用方法、改進(jìn)有關(guān)測(cè)試設(shè)備和保障系統(tǒng)等。具體方案內(nèi)容應(yīng)根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行制定。

5)組織實(shí)施：負(fù)責(zé)單位應(yīng)該協(xié)調(diào)好各方面工作，使改進(jìn)方案得到貫徹落實(shí)。

6)組織驗(yàn)收，編寫改進(jìn)項(xiàng)目報(bào)告：在測(cè)試性改進(jìn)完成階段，要及時(shí)組織驗(yàn)收工作，驗(yàn)證改進(jìn)完成之后裝備測(cè)試性水平是否達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，并編寫改進(jìn)項(xiàng)目報(bào)告。

2 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)裝備使用期間的測(cè)試性進(jìn)行評(píng)估工作保證了測(cè)試性工作的連續(xù)性，一方面對(duì)裝備在實(shí)際使用環(huán)境中的測(cè)試性水平進(jìn)行了有效評(píng)價(jià)，得到了實(shí)際使用時(shí)的各項(xiàng)測(cè)試性指標(biāo)具體值。另一方面擴(kuò)大了用于裝備測(cè)試性改進(jìn)和新裝備研制的參考數(shù)據(jù)庫(kù)，將有利于提高測(cè)試性水平。同時(shí)，本文還給出了使用期間裝備測(cè)試性評(píng)估工作的具體流程和實(shí)施方法，對(duì)指導(dǎo)工程實(shí)踐具有一定的意義。

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ResearchonTestabilityEvaluationofEquipmentofApplicationPeriod

Zhang Lei, Liang Deqian

(Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China)

With the application of large data technology in the design field, the improvement of the testing level of the equipment depends not only on the design method, but also on the large amount of comprehensive test data. This requires that the test work should be a continuous process that runs through full cycle of life and should not be limited to the development period, but should also include the use period. Carrying out the testability evaluation work of the application period equipment, is conducive to consummating the testing information and promoting the testability of the equipment. On this basis, the testability evaluation of equipment of application period is studied and given the assessment of the specific process and implementation methods, which has a certain guiding significance of engineering practice.

testability; use period; testability evaluation

2017-06-02；

2017-07-17。

張 雷(1974-)，男，吉林人，副教授，主要從事武器系統(tǒng)診斷與評(píng)估方向的研究。

1671-4598(2017)09-0298-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.09.076

TP801

A