使用階段裝備測(cè)試性評(píng)價(jià)策略

徐玉國(guó), 張耀輝, 張仕新, 郭金茂

(陸軍裝甲兵學(xué)院， 北京 100072)

【系統(tǒng)工程、測(cè)量與控制】

使用階段裝備測(cè)試性評(píng)價(jià)策略

徐玉國(guó), 張耀輝, 張仕新, 郭金茂

(陸軍裝甲兵學(xué)院， 北京 100072)

針對(duì)使用階段裝備測(cè)試性水平較低、評(píng)價(jià)不準(zhǔn)的問(wèn)題，提出使用階段裝備測(cè)試性評(píng)價(jià)策略，為準(zhǔn)確確定裝備在實(shí)際使用條件下的真實(shí)測(cè)試性水平提供科學(xué)依據(jù)。根據(jù)使用階段裝備測(cè)試性評(píng)價(jià)的特點(diǎn)，規(guī)劃測(cè)試性評(píng)價(jià)的流程，提出測(cè)試性數(shù)據(jù)采集方法以及測(cè)試性指標(biāo)的評(píng)價(jià)策略，可以為使用階段裝備測(cè)試性評(píng)價(jià)實(shí)施提供參考。

測(cè)試性；使用階段；使用評(píng)價(jià)

武器裝備的戰(zhàn)備完好性和維修保障水平取決于裝備通用質(zhì)量特性的設(shè)計(jì)水平，隨著裝備復(fù)雜性和信息化水平的提升，測(cè)試性設(shè)計(jì)在裝備設(shè)計(jì)中越來(lái)越受到重視[1-2]。尤其是航空裝備，其測(cè)試性設(shè)計(jì)、驗(yàn)證與評(píng)估的需求越來(lái)越強(qiáng)烈[3]。當(dāng)前，通過(guò)測(cè)試性驗(yàn)證和驗(yàn)收的裝備部署部隊(duì)以后，其測(cè)試性水平較研制階段下降較多[1]。找到影響裝備使用階段測(cè)試性水平的關(guān)鍵因素、科學(xué)評(píng)估裝備測(cè)試性水平、提出裝備測(cè)試性進(jìn)一步增長(zhǎng)的方案是一個(gè)重要問(wèn)題。為此，本文針對(duì)使用階段裝備測(cè)試性評(píng)估的特點(diǎn)，從方案制定、數(shù)據(jù)采集、評(píng)價(jià)方法選擇與優(yōu)化等角度進(jìn)行分析，為使用階段裝備測(cè)試性評(píng)價(jià)的實(shí)施提供參考。

1 測(cè)試性使用評(píng)價(jià)的特點(diǎn)

目前，國(guó)內(nèi)主要參照GJB2547A—2012[4]和GB5080.5在研制階段開(kāi)展裝備測(cè)試性驗(yàn)證工作。除了基本的測(cè)試性參數(shù)(故障檢測(cè)率FDR、故障隔離率FIR、虛警率FAR)的點(diǎn)估計(jì)和置信區(qū)間估計(jì)方法外，針對(duì)在考慮裝備測(cè)試性增長(zhǎng)情況下的研制階段數(shù)據(jù)利用問(wèn)題，李天梅[5-6]、趙晨旭[7]、湯巍[8]、雷華軍[9]、常春賀[10]等學(xué)者分別針對(duì)“變總體、小子樣”數(shù)據(jù)進(jìn)行了測(cè)試性驗(yàn)證方案的研究。

但是，測(cè)試性核查和驗(yàn)證試驗(yàn)是裝備研制期間的測(cè)試性試驗(yàn)與評(píng)價(jià)，其結(jié)論是階段性的評(píng)價(jià)，還不能代表裝備在實(shí)際使用環(huán)境中的真實(shí)測(cè)試性水平[1]。使用階段的測(cè)試性評(píng)價(jià)與研制階段的測(cè)試性驗(yàn)證主要存在如下區(qū)別：

1) 裝備使用環(huán)境不同：研制階段的驗(yàn)證試驗(yàn)是在研制總要求規(guī)定的條件下進(jìn)行的，條件比較嚴(yán)格，而使用階段的測(cè)試性評(píng)價(jià)則是結(jié)合裝備實(shí)際使用場(chǎng)景進(jìn)行，環(huán)境條件相對(duì)更復(fù)雜。

2) 試驗(yàn)對(duì)象不同：研制階段的驗(yàn)證試驗(yàn)一般采用3～5臺(tái)裝備同時(shí)投入試驗(yàn)，其技術(shù)狀態(tài)為同一水平，且裝備動(dòng)用嚴(yán)格遵守試驗(yàn)規(guī)程；而使用階段的測(cè)試性評(píng)價(jià)一般針對(duì)某建制單位的裝備進(jìn)行，裝備數(shù)量多，裝備的技術(shù)狀態(tài)水平可能并不一致，裝備動(dòng)用不受評(píng)價(jià)方案的影響。

3) 故障樣本不同：研制階段的驗(yàn)證試驗(yàn)采取故障注入的方法，故障模式不可能都注入(由于封裝和避免損壞部件等原因，有許多故障模式不能注入或模擬)，故障樣本受到采樣策略的影響，故障率數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，影響抽樣注入故障的隨機(jī)性，從而也最終影響測(cè)試性驗(yàn)證的準(zhǔn)確性。而使用階段的故障樣本來(lái)源于自然故障，故障樣本更具有隨機(jī)性，但同時(shí)受試驗(yàn)時(shí)間與裝備(系統(tǒng)或部件)可靠性的影響，在較短的時(shí)間內(nèi)，部分高可靠性的系統(tǒng)或部件未發(fā)生故障，對(duì)評(píng)價(jià)故障檢測(cè)率和故障隔離率會(huì)有較大影響。

4) 評(píng)價(jià)目標(biāo)不同：研制階段的驗(yàn)證試驗(yàn)一般制定試驗(yàn)方案(n,c)(其中n為故障樣本數(shù)量，c為檢測(cè)失敗次數(shù))，采用統(tǒng)計(jì)推斷的方法判定裝備(系統(tǒng)或部件)是否達(dá)到了預(yù)期測(cè)試性水平，作為產(chǎn)品驗(yàn)收或研制轉(zhuǎn)段的依據(jù)；而使用階段的測(cè)試性評(píng)價(jià)則是通過(guò)采集一定時(shí)間范圍內(nèi)的故障報(bào)警及檢測(cè)隔離數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)裝備實(shí)際達(dá)到的測(cè)試性水平，為進(jìn)一步改進(jìn)提供支撐。

5) 數(shù)據(jù)處理手段與方法不同：由于數(shù)據(jù)處理的目標(biāo)不同，故兩者之間的數(shù)據(jù)處理手段與方法也有不同，不能直接完全抄用研制階段測(cè)試性驗(yàn)證的方法來(lái)評(píng)價(jià)使用階段的裝備測(cè)試性。

綜上所述，使用階段的裝備測(cè)試性評(píng)價(jià)與研制階段的測(cè)試性驗(yàn)證存在諸多不同，現(xiàn)有針對(duì)研制階段的方法不能完全移植到測(cè)試性使用評(píng)價(jià)中，需要針對(duì)上述不同開(kāi)展進(jìn)一步研究。

2 測(cè)試性評(píng)價(jià)大綱制定

測(cè)試性評(píng)價(jià)是指利用裝備使用過(guò)程中收集到的數(shù)據(jù)和信息來(lái)估算和評(píng)價(jià)裝備的測(cè)試性指標(biāo)。測(cè)試性評(píng)價(jià)方案包含為參試裝備選擇、評(píng)價(jià)目標(biāo)確定、評(píng)價(jià)方案制定等內(nèi)容。如圖1所示。

A．選定待評(píng)價(jià)對(duì)象：一般根據(jù)裝備使用單位或上級(jí)主管單位的計(jì)劃要求，對(duì)某型裝備開(kāi)展測(cè)試性使用評(píng)價(jià)；然后根據(jù)裝備部署情況選定參試單位。

B．評(píng)價(jià)目標(biāo)確定：在哪個(gè)級(jí)別(基層級(jí)、中繼級(jí)、基地級(jí))，針對(duì)裝備的哪個(gè)層次(系統(tǒng)級(jí)、部件級(jí))評(píng)價(jià)何種手段(ATE、BIT和人工測(cè)試)的測(cè)試能力(故障檢測(cè)率FDR/故障隔離率FIR/虛警率FAR)。

C．評(píng)價(jià)方案制定

具體的測(cè)試性評(píng)價(jià)包括：

1) 試驗(yàn)時(shí)間范圍的確定：是定數(shù)截尾方案或還是定時(shí)截尾，比如收集1年范圍的所有數(shù)據(jù)還是200組數(shù)據(jù)，或者由其他的方案確定試驗(yàn)停止的條件。

2) 數(shù)據(jù)收集方案：是只采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，還要兼顧歷史數(shù)據(jù)，是單獨(dú)采集測(cè)試性相關(guān)數(shù)據(jù)，還是與可靠性、維修性評(píng)價(jià)同時(shí)進(jìn)行。同時(shí)也包括數(shù)據(jù)采集方式的選擇、數(shù)據(jù)采集表格的制定、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。

3) 評(píng)估方法選擇：根據(jù)裝備屬性與采集到數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，合理選擇數(shù)學(xué)方法：點(diǎn)估計(jì)、置信區(qū)間與置信下限估計(jì)、綜合評(píng)估等。

實(shí)際當(dāng)中容易存在的情況是：

1) 裝備總體測(cè)試性特征不一致，也即“數(shù)據(jù)的異總體”性：比如同一個(gè)建制單位，受試裝備并非同一批次的，其測(cè)試性水平或許有變化。

2) 裝備動(dòng)用與裝備性能評(píng)價(jià)的相對(duì)獨(dú)立性：即便是同一批次裝備同時(shí)部署，動(dòng)用時(shí)間也是不同的，影響數(shù)據(jù)截尾特點(diǎn)的判斷。

這些在制定測(cè)試性評(píng)價(jià)大綱時(shí)應(yīng)充分考慮。

圖1 測(cè)試性評(píng)價(jià)大綱制定流程

3 測(cè)試性數(shù)據(jù)采集

準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集是正確評(píng)價(jià)的前提與基礎(chǔ)。使用階段測(cè)試性信息收集過(guò)程應(yīng)與可靠性、維修性數(shù)據(jù)收集工作相結(jié)合，信息收集工作應(yīng)規(guī)范化。按統(tǒng)一規(guī)定要求(如GJB1775-裝備質(zhì)量與可靠性信息分類(lèi)和編碼通用要求)進(jìn)行信息分類(lèi)、信息編碼，并建立通用的數(shù)據(jù)庫(kù)等[1]。

3.1 數(shù)據(jù)采集方法

從測(cè)試性數(shù)據(jù)采集手段來(lái)看，不外乎兩種方法：自動(dòng)化方法與人工方法。對(duì)于大部分裝備來(lái)說(shuō)，雖然有些故障報(bào)警及檢測(cè)信息可以存儲(chǔ)，但是由于受存儲(chǔ)容量的限制，其存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量有限，目前還達(dá)不到長(zhǎng)時(shí)間自動(dòng)采集與存儲(chǔ)的問(wèn)題。故針對(duì)裝備的特性，數(shù)據(jù)采集手段可以分成三類(lèi)：

1) 如果裝備具備對(duì)故障報(bào)警和故障檢測(cè)信息長(zhǎng)時(shí)間、大容量存儲(chǔ)的能力，可以利用其自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)能力進(jìn)行；

2) 如果裝備具備對(duì)故障報(bào)警和故障檢測(cè)信息的存儲(chǔ)能力，但是存儲(chǔ)能力有限，可以通過(guò)定期(比如每天)拷貝的方法來(lái)備份數(shù)據(jù)；

3) 如果裝備不具備對(duì)故障報(bào)警和故障檢測(cè)信息的存儲(chǔ)能力，那么通過(guò)人工方式進(jìn)行采集，編制相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集表，配發(fā)到單裝，由裝備使用人員或裝備維修保障人員協(xié)助進(jìn)行填寫(xiě)。以某型地面車(chē)輛測(cè)試性信息采集為例，其部分內(nèi)容如表1所示。

表1 某型裝備使用階段測(cè)試性信息采集表(部分)

同時(shí)，在數(shù)據(jù)采集與處理的過(guò)程中還要注意區(qū)分以下內(nèi)容：

① 測(cè)試的環(huán)境條件(使用中、基層級(jí)或中繼級(jí))；

② 測(cè)試方法(BIT、ATE或人工)；

③ 測(cè)試程度(隔離的產(chǎn)品層次和模糊度)；

④ 報(bào)警的性質(zhì)(虛警、不能復(fù)現(xiàn))。

3.2 數(shù)據(jù)采集方法的缺陷

上述方法依然存在如下問(wèn)題：

1) 自動(dòng)化故障報(bào)警和檢測(cè)隔離數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)并非針對(duì)使用階段的測(cè)試性評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)的，相關(guān)數(shù)據(jù)仍需進(jìn)一步清理和篩選。

2) 由于使用階段的故障數(shù)據(jù)是自然故障，具有很大的隨機(jī)性，而且試驗(yàn)時(shí)間持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，專(zhuān)業(yè)試驗(yàn)人員不能長(zhǎng)期跟隨裝備進(jìn)行試驗(yàn)，只能委托裝備使用人員或裝備維修保障人員協(xié)助進(jìn)行記錄。但是受制于業(yè)務(wù)水平、責(zé)任心等方面的因素，這種人工數(shù)據(jù)采集記錄方式獲取的數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)失真問(wèn)題。

4 測(cè)試性指標(biāo)評(píng)價(jià)方法

裝備在使用階段的測(cè)試性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)驗(yàn)證，是按照批準(zhǔn)的測(cè)試性驗(yàn)證大綱，收集足夠的裝備自然發(fā)生的故障及其檢測(cè)、隔離數(shù)據(jù)，用規(guī)定的統(tǒng)計(jì)分析方法評(píng)估裝備的測(cè)試性水平[1]。根據(jù)實(shí)際受試裝備的情況，選擇合適的測(cè)試性指標(biāo)評(píng)價(jià)方法，如圖2所示。

圖2 測(cè)試性指標(biāo)評(píng)價(jià)方法選擇

4.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析首先需要確認(rèn)數(shù)據(jù)是否來(lái)自于同一總體。如果受試裝備的生產(chǎn)批次相同、技術(shù)狀態(tài)一致，那么就認(rèn)為其測(cè)試性相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)自同一總體，否則認(rèn)為其數(shù)據(jù)來(lái)自不同的總體。對(duì)于來(lái)自不同總體的數(shù)據(jù)，需要首先進(jìn)行區(qū)分。

1) 根據(jù)裝備批次進(jìn)行分類(lèi)

如果裝備生產(chǎn)批次明確，部署部隊(duì)之后并未進(jìn)行相關(guān)改進(jìn)，那么根據(jù)裝備生產(chǎn)批次進(jìn)行劃分，相關(guān)信息體現(xiàn)在數(shù)據(jù)采集表中。如果裝備進(jìn)行過(guò)影響測(cè)試性的改進(jìn)，那么將其記錄為不同的批次。

2) 根據(jù)測(cè)試性指標(biāo)的不同進(jìn)行劃分

如果裝備生產(chǎn)批次或者改進(jìn)是否影響其測(cè)試性不明確，那么需要根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的檢驗(yàn)(比如應(yīng)用假設(shè)檢驗(yàn)或者模糊聚類(lèi)的方法進(jìn)行分析)，其目的是將裝備進(jìn)行分類(lèi)。

3) 其他方面

如果涉及人員測(cè)試、ATE等檢測(cè)手段發(fā)生或變化或存在差異，那么也應(yīng)該作為不同的總體進(jìn)行處理。

4.2 測(cè)試性指標(biāo)評(píng)價(jià)方法

根據(jù)所采集到數(shù)據(jù)的特點(diǎn)可以將測(cè)試性評(píng)價(jià)的方法分為如下3種：

1) 點(diǎn)估計(jì)[1]

針對(duì)來(lái)自同一總體的數(shù)據(jù)，可以采用點(diǎn)估計(jì)的方法對(duì)故障檢測(cè)率、故障隔離率和虛警率(或平均虛警間隔時(shí)間)進(jìn)行估計(jì)，具體方法參照GJB2547A—2012或文獻(xiàn)[1]進(jìn)行。故障報(bào)警與檢測(cè)隔離的樣本量越充足，點(diǎn)估計(jì)值越接近于真實(shí)值。但是點(diǎn)估計(jì)不能解決準(zhǔn)確度和置信度的問(wèn)題。

2) 區(qū)間估計(jì)或置信下限估計(jì)[1]

針對(duì)點(diǎn)估計(jì)的缺點(diǎn)和不足，可以基于二項(xiàng)分布的假設(shè)采用區(qū)間估計(jì)或置信下限估計(jì)的方法對(duì)故障檢測(cè)率、故障隔離率和虛警率(或平均虛警間隔時(shí)間)進(jìn)行估計(jì)，具體方法參照GJB2547A—2012或文獻(xiàn)[1]進(jìn)行。

3) Bayes估計(jì)

如果收集到的數(shù)據(jù)不是源于同一總體，必須對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理。一種情況是按其來(lái)自不同總體對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單分類(lèi)，在同一總體內(nèi)部應(yīng)用點(diǎn)估計(jì)或區(qū)間估計(jì)的方法分別進(jìn)行測(cè)試性參數(shù)估計(jì)。另一種情況是，針對(duì)來(lái)自不同總體的樣本，構(gòu)建測(cè)試性增長(zhǎng)模型，應(yīng)用Bayes理論進(jìn)行統(tǒng)計(jì)推斷。但是目前該類(lèi)模型應(yīng)用的缺陷在于其理論基本借鑒可靠性增長(zhǎng)的理論，但是測(cè)試性增長(zhǎng)規(guī)律與特點(diǎn)是否與可靠性增長(zhǎng)完全一致，需要進(jìn)一步證實(shí)。

5 結(jié)論

裝備在使用階段的測(cè)試性水平明顯低于研制階段，是目前裝備全壽命周期管理的一個(gè)棘手問(wèn)題。本文概括了裝備使用階段測(cè)試性評(píng)價(jià)與研制階段測(cè)試性驗(yàn)證的區(qū)別，據(jù)此系統(tǒng)分析了裝備使用階段測(cè)試性評(píng)價(jià)的一般方法與步驟，主要包括數(shù)據(jù)收集與數(shù)據(jù)處理(測(cè)試性參數(shù)估計(jì))的方法。尤其是考慮數(shù)據(jù)截尾問(wèn)題以及數(shù)據(jù)“異總體”條件的測(cè)試性參數(shù)估計(jì)問(wèn)題值得進(jìn)一步深入研究。

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TestabilityEvaluationStrategyatOperationalPhase

XU Yuguo， ZHANG Yaohui， ZHANG Shixin， GUO Jinmao

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

The equipment testability at operational phase is worse than at development phase generally, for estimating the true testability at real operational environment accurately, a testability evaluation strategy at operational phase is proposed. First the diversity between operational phase and development phase is outlined, second a flowchart of operational testability evaluation is planned, and then a testability data collecting method and testability evaluation strategy is presented which can achieve equipment testability growth.

testability; operational phase; evaluation

2017-09-14；

2017-10-02

部委項(xiàng)目(WG2015ZS020009)

徐玉國(guó)(1979—)，男，博士，講師，主要從事?tīng)顟B(tài)維修決策、測(cè)試性評(píng)價(jià)研究。

10.11809/scbgxb2017.12.039

本文引用格式：徐玉國(guó), 張耀輝, 張仕新, 等.使用階段裝備測(cè)試性評(píng)價(jià)策略[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2017(12):171-174.

formatXU Yuguo， ZHANG Yaohui， ZHANG Shixin， et al.Testability Evaluation Strategy at Operational Phase[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(12):171-174.

TJ06

A

2096-2304(2017)12-0171-04

(責(zé)任編輯唐定國(guó))