火控設(shè)備測(cè)試性技術(shù)研究

羅征，趙昶宇

火控設(shè)備測(cè)試性技術(shù)研究

羅征1，趙昶宇2

（1.海軍裝備部駐天津地區(qū)第二軍事代表室，天津 300308；2.天津津航計(jì)算技術(shù)研究所，天津 300308）

測(cè)試性是影響火控設(shè)備戰(zhàn)備完好性的關(guān)鍵因素，在研制火控設(shè)備時(shí)，必須完成充分的測(cè)試性分析與設(shè)計(jì)工作。闡述了火控設(shè)備測(cè)試性設(shè)計(jì)要求，并提出了火控設(shè)備測(cè)試性設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法，為后續(xù)火控設(shè)備測(cè)試性技術(shù)的研究提供了一些參考。

火控設(shè)備；測(cè)試性設(shè)計(jì)；健康管理；故障檢測(cè)

火控設(shè)備測(cè)試性是指火控系統(tǒng)或設(shè)備能夠及時(shí)，并準(zhǔn)確確定其狀態(tài)并隔離其內(nèi)部故障的一種特性。作為一種便于測(cè)試和診斷的重要設(shè)計(jì)特性，測(cè)試性會(huì)對(duì)火控設(shè)備的維修性、可靠性和可用性產(chǎn)生很大影響。一方面，具備良好測(cè)試性的火控設(shè)備便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，系統(tǒng)自動(dòng)重構(gòu)和降級(jí)使用，同時(shí)能夠快速檢測(cè)與隔離故障，縮短設(shè)備維修時(shí)間，提高系統(tǒng)可用性；另一方面，測(cè)試性差的火控設(shè)備會(huì)降低設(shè)備完好性，嚴(yán)重影響戰(zhàn)斗力的發(fā)揮，并產(chǎn)生高額的維修費(fèi)用。

1 火控設(shè)備測(cè)試性設(shè)計(jì)要求

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和大規(guī)模集成電路在現(xiàn)代武器裝備設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用，在改善和提高火控設(shè)備性能的同時(shí)，對(duì)火控設(shè)備的可靠性、維修性、測(cè)試性和保障性提出了更高的要求。火控設(shè)備測(cè)試性設(shè)計(jì)的要求主要分為定量要求和定性要求。定量要求包括火控系統(tǒng)的測(cè)試性參數(shù)、指標(biāo)和相應(yīng)的驗(yàn)證方法，定性要求采用非量化的方式設(shè)計(jì)和驗(yàn)證火控系統(tǒng)的測(cè)試性。

1.1 定量要求

火控設(shè)備測(cè)試性設(shè)計(jì)的定量要求包括故障檢測(cè)率、故障隔離率、故障虛警率、故障檢測(cè)時(shí)間和故障隔離時(shí)間。

1.1.1 故障檢測(cè)率（FDR，F(xiàn)ault Detection Rate）

故障檢測(cè)率是系統(tǒng)故障檢測(cè)能力的定量表示，它是指在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，用規(guī)定的方法正確檢測(cè)到的故障個(gè)數(shù)與全部可能發(fā)生的故障總數(shù)的百分比，表達(dá)式為：

式（1）中：d為在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，用規(guī)定的方法正確檢測(cè)到的故障個(gè)數(shù)；t為在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，全部可能發(fā)生的故障總數(shù)。

1.1.2 故障隔離率（FIR，F(xiàn)ault Isolation Rate）

故障隔離率是將系統(tǒng)故障定位到具體部位能力的定量表示，它是指在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，用規(guī)定的方法將檢測(cè)到的故障正確隔離到不大于規(guī)定模糊度的故障個(gè)數(shù)與同一時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到的故障總數(shù)的百分比，表達(dá)式為：

式（2）中：l為在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，用規(guī)定的方法將檢測(cè)到的故障正確隔離到不大于規(guī)定模糊度的故障個(gè)數(shù)，模糊度為故障模糊組內(nèi)的可更換單元數(shù)目。

1.1.3 虛警率（FAR，F(xiàn)ault Alarm Rate）

虛警率是火控檢測(cè)設(shè)備給出的虛警故障指示的定量表示，它是指在規(guī)定時(shí)間內(nèi)發(fā)生的虛警故障個(gè)數(shù)與同一時(shí)間內(nèi)故障指示總數(shù)的百分比，表達(dá)式為：

式（3）中：fa為在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的虛警故障指示次數(shù)；f為在規(guī)定時(shí)間內(nèi)其他故障指示次數(shù)。

1.1.4 故障檢測(cè)時(shí)間（FDT，F(xiàn)ault Detection Time）

故障檢測(cè)時(shí)間是從開(kāi)始故障檢測(cè)到給出故障指示所經(jīng)歷的時(shí)間。

1.1.5 故障隔離時(shí)間（FIT，F(xiàn)ault Isolation Time）

故障隔離時(shí)間是從檢測(cè)出故障到完成故障隔離所經(jīng)歷的時(shí)間。

1.2 定性要求

火控設(shè)備測(cè)試性設(shè)計(jì)的定性要求包括系統(tǒng)劃分級(jí)別要求、系統(tǒng)與測(cè)試設(shè)備的兼容性要求和系統(tǒng)測(cè)試信息要求。

1.2.1 系統(tǒng)劃分級(jí)別要求

為了提高火控設(shè)備的測(cè)試性，必須提高火控設(shè)備每個(gè)模塊的測(cè)試性，確保每個(gè)模塊能夠獨(dú)立的完成測(cè)試和監(jiān)控，使整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)試得以簡(jiǎn)化。

為滿足火控設(shè)備系統(tǒng)測(cè)試性要求，將火控設(shè)備按照功能和結(jié)構(gòu)劃分為各個(gè)模塊或者單元，盡可能使每個(gè)模塊或者單元完成一種功能，以達(dá)到火控設(shè)備每種功能單獨(dú)測(cè)試的目的。

1.2.2 系統(tǒng)與測(cè)試設(shè)備的兼容性要求

為了滿足火控設(shè)備與測(cè)試設(shè)備的兼容性，必須確保火控設(shè)備在電氣和結(jié)構(gòu)上與自動(dòng)測(cè)試設(shè)備兼容，以減少專用接口裝備，便于測(cè)試；同時(shí)，自動(dòng)測(cè)試設(shè)備應(yīng)該具備控制被測(cè)火控設(shè)備的電氣劃分，簡(jiǎn)化故障判斷和隔離。此外，火控設(shè)備的測(cè)試性設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足在自動(dòng)測(cè)試設(shè)備上運(yùn)行所需要的各種測(cè)試程序。

1.2.3 系統(tǒng)測(cè)試信息要求

為了提高火控設(shè)備質(zhì)量和可靠性，降低系統(tǒng)全壽命周期費(fèi)用，要求火控設(shè)備的測(cè)試性技術(shù)能夠方便、快捷地獲取有關(guān)被測(cè)產(chǎn)品狀態(tài)的信息，確定火控設(shè)備工作正常與否、性能是否良好、是否存在故障以及存在何種故障，以便于采取調(diào)整設(shè)計(jì)、排除故障、更換備件等后續(xù)行為。在對(duì)復(fù)雜的對(duì)象進(jìn)行測(cè)試時(shí)，能否對(duì)所獲取的測(cè)試信息進(jìn)行有效處理并對(duì)可能存在的故障進(jìn)行精確診斷，是測(cè)試技術(shù)成功應(yīng)用的關(guān)鍵。

2 火控設(shè)備測(cè)試性設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法

2.1 建立測(cè)試性分析與設(shè)計(jì)模型

為了提高火控設(shè)備的可測(cè)試性能力，首先需要建立和完善火控系統(tǒng)的測(cè)試性分析與設(shè)計(jì)模型。以火控系統(tǒng)的功能分析和測(cè)試性要求為切入點(diǎn)，采用故障模式影響分析、區(qū)域安全性分析、現(xiàn)場(chǎng)故障分析、應(yīng)急預(yù)案分析、全信息通路分析和固有測(cè)試性分析等方法，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研制、日常運(yùn)行、任務(wù)準(zhǔn)備和任務(wù)執(zhí)行四個(gè)階段分析和設(shè)計(jì)內(nèi)容的全面性，從而保證分析和設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性和深入性。測(cè)試性分析與設(shè)計(jì)模型如圖1所示。

圖1 火控設(shè)備測(cè)試性分析與設(shè)計(jì)模型

2.2 機(jī)內(nèi)測(cè)試性設(shè)計(jì)優(yōu)化

火控設(shè)備具有嚴(yán)格的運(yùn)行高可靠性及安全性要求，考慮火控設(shè)備的復(fù)雜程度及使用條件，火控設(shè)備具有一旦出現(xiàn)故障將難以定位、排除的特點(diǎn)，因此在火控設(shè)備機(jī)內(nèi)測(cè)試性設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分考慮對(duì)火控設(shè)備的健康管理。一方面，通過(guò)采集火控設(shè)備運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)，完成故障預(yù)測(cè)診斷，以火控設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)為起點(diǎn)，對(duì)未來(lái)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，基于預(yù)測(cè)信息做出火控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)預(yù)警，以及時(shí)采取維修、維護(hù)措施避免重大故障的出現(xiàn)；另一方面，基于預(yù)測(cè)診斷信息，結(jié)合任務(wù)狀態(tài)、備品備件狀態(tài)及維修人員狀態(tài)對(duì)火控設(shè)備的維修、維護(hù)進(jìn)行智能優(yōu)化決策。

針對(duì)火控設(shè)備的特點(diǎn)，建立三層健康管理體系：①由布置在設(shè)備、模塊中的各類傳感器及接口信息采集組成，采集的狀態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)協(xié)議及格式轉(zhuǎn)換后，由數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件完成狀態(tài)數(shù)據(jù)預(yù)處理，再由狀態(tài)檢測(cè)軟件完成設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)； ②主要基于檢測(cè)得到的設(shè)備狀態(tài)，完成火控設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)估，確認(rèn)火控設(shè)備目前健康狀態(tài)等級(jí)，故障預(yù)測(cè)軟件綜合前述各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，并根據(jù)歷史數(shù)據(jù)模型，評(píng)估和預(yù)測(cè)火控設(shè)備預(yù)計(jì)失效時(shí)間；③主要利用火控設(shè)備內(nèi)部的健康評(píng)估軟件及維修保障決策軟件，對(duì)前兩個(gè)層次的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，實(shí)現(xiàn)裝備健康狀體的評(píng)估，結(jié)合建立的專家意見(jiàn)庫(kù)，給出優(yōu)化的設(shè)備維修保障決策，智能完成維修保障計(jì)劃。火控設(shè)備健康管理實(shí)施方案如圖2所示。

圖2 火控設(shè)備健康管理實(shí)施方案

2.3 機(jī)外自動(dòng)測(cè)試設(shè)備測(cè)試性設(shè)計(jì)優(yōu)化

火控設(shè)備機(jī)外自動(dòng)測(cè)試設(shè)備是與火控設(shè)備分離的自成系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備，通常需要將自動(dòng)測(cè)試設(shè)備設(shè)計(jì)成便攜式易于實(shí)現(xiàn)對(duì)火控設(shè)備進(jìn)行性能檢測(cè)，具有狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷的單一的或綜合的功能。

火控設(shè)備機(jī)外自動(dòng)測(cè)試設(shè)備一般分為3種：專用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備、通用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備和具有專家系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備。其中，專用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備用于基層級(jí)維修，對(duì)某一特定種類的火控設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)和診斷，其發(fā)展方向是個(gè)人儀器或微機(jī)化儀器；通用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備用于中繼級(jí)和基地級(jí)維修，對(duì)某一類或者某幾類火控設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)和診斷，對(duì)于不同種類的火控設(shè)備進(jìn)行測(cè)試時(shí)，僅需更換相應(yīng)專用接口模塊即可完成測(cè)試功能；具有專家系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備是目前機(jī)外自動(dòng)測(cè)試設(shè)備應(yīng)用的主流方向，該自動(dòng)測(cè)試設(shè)備由人機(jī)接口、知識(shí)獲取機(jī)構(gòu)、知識(shí)庫(kù)及其管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)及其管理系統(tǒng)、推理機(jī)和解釋機(jī)構(gòu)等組成，借助人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)中繼級(jí)和基地級(jí)火控設(shè)備維修。

3 結(jié)束語(yǔ)

測(cè)試性設(shè)計(jì)技術(shù)作為提高火控系統(tǒng)測(cè)試性、可靠性和穩(wěn)定性的重要手段之一，已經(jīng)成為火控設(shè)備發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。系統(tǒng)級(jí)層次化的測(cè)試性建模與分析關(guān)乎測(cè)試性設(shè)計(jì)的好壞，是火控設(shè)備測(cè)試性設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。盡可能在火控設(shè)備研制初期開(kāi)展測(cè)試性分析和設(shè)計(jì)工作，有利于提高火控設(shè)備系統(tǒng)的可用性，有效降低火控設(shè)備系統(tǒng)壽命周期費(fèi)用。

［1］邱靜，劉冠軍，楊鵬，等.裝備測(cè)試性建模與設(shè)計(jì)技術(shù)［M］.北京：科學(xué)出版社，2012.

［2］許輝，梁力.基于多信號(hào)模型的測(cè)試性分析方法研究［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2012，20（4）：914-916.

TJ760

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.02.019

2095－6835（2020）02－0062－02

羅征（1979—），男，工程本科，海軍裝備部駐天津地區(qū)第二軍事代表室工程師，從事裝備質(zhì)量監(jiān)督與檢驗(yàn)驗(yàn)收方面的工作。

〔編輯：張思楠〕