武器裝備的測試性設計方法研究?

李玉潔 吳延軍

（91550部隊 大連 116023）

武器裝備的測試性設計方法研究?

李玉潔 吳延軍

（91550部隊 大連 116023）

文章分析了國內武器裝備測試性設計的現狀，指出由于重“系統地面測試保障”輕“系統測試性設計”導致現階段武器裝備的測試性設計的諸多不足。通過對“系統測試性設計”方法的研究，提出了一套適應國內武器裝備現狀的測試性設計、驗證方法；最后，對武器裝備進行“系統測試性設計”的意義進行了探討。

武器裝備；測試性；測試性設計；測試性驗證

1 引言

測試性是指“產品能及時、準確地確定其狀態（可工作、不可工作或性能下降）并隔離其內部故障的一種設計特性”［1～3］。測試性是系統和設備設計時所賦予的固有屬性，為系統故障診斷提供方便。測試性設計是指在裝備設計階段并行考慮測試問題，綜合運用機內測試（BIT）、自動測試、人工測試等測試資源，通過優化設計用最小的測試代價獲得充分、準確可測性的設計過程［4］。

當前，武器裝備的性能越來越先進，技術和結構越來越復雜，各種大型復雜武器裝備不斷涌現，對武器裝備的測試和診斷也提出了更高、更新、更嚴格的要求，帶來了更多的測試、診斷和維修保障問題。采用先進的測試性設計技術，在裝備的研制階段開展測試性分析、設計與驗證工作，必將成為武器裝備發展的必然趨勢。

2 武器裝備測試性設計現狀

現階段，武器裝備領域更多的重視“系統地面測試保障”而非“系統測試性設計”［5］。在地面測試發現異常狀態時，大多借助專家經驗、查找歷史數據進行比對，或接入轉接盒連接外部測試設備、拆除設備進行單檢測試等手段進行排查。這種利用地面綜合測試覆蓋來確保任務可靠和安全的工作模式，使得產品在固有測試性上的設計缺陷缺少關注，同時，在實際工作過程中，由于缺少有效的測試資源和測試手段，出現故障時也很難直接檢測并定位至具體設備。

目前武器裝備測試性設計的不足主要體現在以下幾個方面［6～8］：

1）測試性設計技術不完善。頂層設計缺乏技術指導，對先進的BIT設計技術的研究和應用不足；

2）測試性建模仿真工作有待加強。雖然部分單位已利用相關工具開展測試性建模工作，但由于缺乏對測試性設計的指導，測試性建模工作滯后于設計，使得測試性建模無法指導測試電路的物理設計；

3）測試性驗證評價技術薄弱。驗證評價技術薄弱，缺乏有效的評價工具和環境；

4）測試性技術規范體系不完整、不配套。我國現行測試性技術標準基本上是借鑒美軍標準轉化，尚未形成適合我國裝備研制使用特點的技術標準體系；

5）測試性技術管理有待加強。

3 武器裝備測試性設計方法

基于上述問題的考慮，如何將測試性設計有效地在武器系統型號設計中運用顯得尤為重要［9］。在參考相關標準及調研武器裝備測試性設計工作基礎上，作者認為現階段武器裝備的測試性設計可以通過測試性建模、分析及評估→測試性改進→測試性驗證的反復迭代法來進行。

3.1 測試性的建模、分析及評估

測試性建模是進行武器裝備產品測試性分析、評估與優化的基礎。目前，建模軟件通常采用TEAMS，對大型復雜系統進行多信號流圖模型的建模方法［10］。通過建模對武器裝備的測試性設計現狀進行分析及評估，獲取相關的數據，發現測試性設計方面的不足，改進測試性設計［11］。測試性建模的實施流程如圖1所示。

1）首先依據FMECA、產品功能設計文檔、測試性設計文檔以及功能仿真分析結果等，進行建模用輸入信息的收集和分析。以FMECA的數據分析和收集為例，將數據整理并填寫故障模式信息表，如圖2所示。

2）信息收集分析后，綜合各測試性相關信息，建立測試性模型。建立完成的部分測試性模型如圖3所示。

3）基于模型，進行裝備測試性的理論分析評估，同時結合裝備工程實際進行工程可行性評估。某裝備的測試性分析界面如圖4所示。

3.2 測試性改進

測試性改進工作主要是以評估分析結果為基礎，針對發現的不足，研究并提出產品測試性改進方法及措施，包括固有測試性改進、增減測試項目、測試資源優化配置、BIT改進及外部測試設備利用等。針對武器裝備的測試性改進方法主要常用以下3種：

1）提高固有測試性設計

固有測試性是系統達到測試性要求的基礎，主要是為方便功能測試、提高故障隔離能力和維修效率而進行的硬件設計，固有測試性設計中一項主要工作是把復雜設備合理地劃分為可獨立測試的單元。根據武器裝備的維修方案和裝備特性，現場可更換單元（LRU）的功能劃分和結構集成盡可能采取模塊化設計思想，盡量將每一個LRU功能封裝在一個結構單元模塊內，實現對每個LRU的獨立測試和更換，以提高故障檢測和故障隔離能力。

2）增強BIT設計

BIT技術是改善系統測試性的重要手段，可以提高裝備的在線性能監控和故障隔離能力。地面和艦載武器裝備利用BIT為設備提供聯機監控和在線檢測的能力，能夠實現基層級特別是作戰前的快速自動檢測，向操作人員及時報告被檢測系統或設備的狀態。對于彈上設備或者簡單的分系統采用集中式BIT設計，整個分系統的控制、診斷和決策功能都集中在一個微處理器來實現；對于復雜的分系統，可以在LRU級選用分散式BIT設計，在分系統級再綜合集中各下級BIT的信息。

3）利用外部測試設備輔助故障定位

借助外部自動測試設備（ATE）來輔助故障定位和隔離，是提高系統外部診斷能力的有效手段。對于龐大復雜的武器裝備來說，BIT的采用不能解決所有問題，因此，在機內測試不能滿足故障排查要求時，就需要利用操作方便、功能完善的外部自動測試設備，以實現與故障設備的在線交互。ATE可以通過設備上預留的測試接口以及與產品BIT的數據交互，實現對產品測試信息的詳細判讀，確定產品的故障狀態；相應的測試診斷程序，定位并隔離產品故障到車間可更換單元（SRU）；通過實施相應的測試激勵加載、維修輔助決策程序等，逐步完成測試、維修以及修復后的確認檢查工作，提高系統可用性。

3.3 測試性驗證

測試性驗證是為了確認測試性分析及設計的正確性，檢查是否滿足測試性要求而開展的工作。通過對測試性設計模型的分析，發現系統存在的測試性設計缺陷，通過上述的測試性改進方法，修正測試性模型，改進測試性設計，從而提升該裝備的測試性水平。

4 武器裝備開展測試性設計的意義

4.1 擴大武器裝備使用中視情維修的范圍

現階段，武器裝備在研發階段缺乏先進的測試性設計，大部分維修活動都是根據工作經驗安排，經常會出現依據經驗提前維修，提前更換部件的現象，因而會造成大量的過度維修和浪費。而測試性設計技術在武器裝備過程中的應用將有效降低維修頻率、節省大量人力物力，并能針對具體情況有效地預防故障的發生。

4.2 縮小武器裝備保障規模

通過先進的測試性設計技術使武器裝備中的BIT檢測范圍擴大，使得武器裝備任務剖面中可以完成大量的診斷工作，提前為維修人員提供裝備的狀態和故障情況，使維修人員在任務結束后可直接開展維修工作。這樣既可減少對外場檢測設備和工具的需求，又能方便簡化任務現場的維修工作。

4.3 縮短戰時武器裝備維修待命時間

武器裝備本身具有的良好測試性設計，可簡化外部測試項目，縮短作戰準備時間及維修工時，同時也可降低對測試設備的要求，使武器裝備在維修過程中的時間最小化，有效提高維修效率。

4.4 提高武器裝備任務可靠性

武器系統通過BIT設計能夠及時發現故障、實時檢測與隔離故障及分析預測故障，實現武器系統的余度管理，從而顯著提高系統任務可靠度。

4.5 可降低武器裝備全壽命周期費用

良好的測試性設計可以有效降低武器裝備的采辦、使用和維修保障費用；有效降低對裝備維修人員的技術等級要求和減少維修人員數量，降低維修人力費用。

5 結語

本文提出的測試性設計方法著眼當前國內武器裝備測試性設計現狀，此方法易于實現，能較好地解決武器裝備測試性設計不足的難題。但是由于目前國內測試性技術尚不夠普及，軟件開發工具和實用經驗方面與先進國家還存在差距，相信隨著武器裝備設計人員對測試性設計熟悉程度的不斷提高，測試性設計技術將成為提高武器裝備能力的一種更加有效的工具，為更好更快地研制、生產和保障新一代武器裝備提供強有力的技術支持。

［1］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.

［2］邱靜，劉冠軍等.裝備測試性建模與設計技術［M］.北京：科學技術出版社，2015.

［3］曾天翔.電子設備測試性及診斷技術［M］.北京：航空工業出版社，1996.

［4］嚴俊豪.系統級測試性設計優化方法與實現［D］.成都：電子科技大學，2014.

［5］李彬，張強，任焜等.航天器可測試性設計研究［J］.空間控制技術與應用，2010，36（5）：13-17

［6］張士剛.非完美測試條件下的測試性設計理論與方法研究［D］.長沙：國防科學技術大學，2013.

［7］李奕，姬長法，聶士權.軍用飛機開展測試性設計技術的研究［J］.航空標準化與質量，2011（4）：31-34.

［8］熊曉英，王九龍，趙巖松.載人航天產品可測試性設計方法初步研究［J］.載人航天，2011（3）：42-47.

［9］韓樂.飛行器系統級可測試性設計方法研究［J］.電子產品世界，2008（6）：130-133.

［10］韓樂，胡政，劉海明.可測試性分析工具TEAMS及其應用［J］.電子測量與儀器學報，2006年增刊：763-766.

［11］張帥，胡政.基于多信號模型的空間站某典型產品測試性建模與分析［J］.空間控制技術與應用，2011，37（5）：45-48.

［12］尹園威，尚朝軒，馬彥恒等.基于故障注入的雷達裝備測試性驗證試驗方法［J］.計算機測量與控制，2014，22（7）：2128-2131.

Methods Study for Testability of Weapon Equipment

LI YujieWU Yanjun
（No.91550 Troops of PLA，Dalian 116023）

The present state of weapon equipment testing design is discussed in this paper，and through which，we indicated that value highly on the ground system testing-support but system testing-design leads to the shortages of testing methods in com?mon use.the system testing-design is researched，and a testing and verifying design method which is suitable for domestic weap?on-equipment is given.Finally，the meaning of system testing-design on weapon-equipment is discussed intensively.

weapon equipment，testability，design for testability，testability verification

TP391

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.11.030

Class Number TP391