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(tǒng)及設(shè)備能及時、準(zhǔn)確地確定其工作狀態(tài)(可工作、不可工作或工作性能下降)并隔離其內(nèi)部故障的一種設(shè)計特性”。測試性技術(shù)是可靠性工程技術(shù)發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物。測試性對現(xiàn)代武器裝備及各種復(fù)雜系統(tǒng)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(zhàn)備完好性［2］。

對于國內(nèi)水面艦艇來說，由于系統(tǒng)比較復(fù)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(yán)，在設(shè)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(shè)計準(zhǔn)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(shù)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(shù)知識尚不普及，型號工程設(shè)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(shù)基礎(chǔ)薄弱，工程應(yīng)用上缺少設(shè)計指南，實踐經(jīng)驗匱乏;

3)型號工程測試性評價及驗證方法和基礎(chǔ)設(shè)施方面能力不足;

4)缺乏型號工程研制、生產(chǎn)和使用階段中的測試性驗證與評價數(shù)據(jù)、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(dǎo)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(shè)備級產(chǎn)品明確定量要求;對總體到系統(tǒng)再到設(shè)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(guī)定時間內(nèi)，用規(guī)定的方法正確檢測到的故障數(shù)與被測單元發(fā)生故障總數(shù)之比［2］。

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

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

故障隔離率=85%。

③虛警率(FAR)——在規(guī)定期間內(nèi)發(fā)生的虛警數(shù)與故障指示總次數(shù)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(shè)計相協(xié)調(diào)，結(jié)合系統(tǒng)裝置的結(jié)構(gòu)、功能性能特點，優(yōu)化自檢測、原位檢測和離位檢測設(shè)計，合理選擇機內(nèi)測試、自動測試和人工測試方案，綜合權(quán)衡設(shè)置測點，及時準(zhǔn)確診斷裝備的故障，有效指導(dǎo)維修，以及消除故障根源，滿足艦艇使用過程對測試準(zhǔn)確性和完備性的要求。

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

③重要系統(tǒng)和設(shè)備應(yīng)開展性能功能檢測設(shè)計，具備艦載檢測功能。重要電子武備系統(tǒng)應(yīng)進行機內(nèi)測試(BIT)設(shè)計，具備機內(nèi)測試功能;機械設(shè)備在摸清現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上應(yīng)逐步開展相關(guān)工作。

④測試系統(tǒng)能及時準(zhǔn)確地檢測設(shè)備的故障和異常。測試結(jié)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(zhǔn)確、快速、簡便。

⑤開展綜合診斷技術(shù)研究，進行測試診斷接口設(shè)計。在測試性設(shè)計中，測試點的種類和數(shù)量要與裝備使用維修時所用的測試設(shè)備、儀器等相適應(yīng)，盡量采用通用的測試單元或設(shè)備;需要頻繁測試的測試點，要方便可達(dá)，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(jié)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(rèn)研制的產(chǎn)品是否滿足規(guī)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(jié)合型號艦艇具體情況，開展了測試性驗證與評價技術(shù)研究工作，主要技術(shù)和措施包括:

1)測試性設(shè)計核查

測試性設(shè)計核查主要工作步驟是依據(jù)測試性設(shè)計準(zhǔn)則制定測試性設(shè)計準(zhǔn)則核查單(見表1)，結(jié)合簡單分析評價和加權(quán)評分法對設(shè)計準(zhǔn)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(chǎn)品測試性設(shè)計水平做出評價。例如:在調(diào)研的基礎(chǔ)上采用該方法對艦艇某型雷達(dá)進行測試性設(shè)計準(zhǔn)則核查，確定其門限值為80 分。制定加權(quán)系數(shù)W，1≤W≤10，W=10，表示對測試性設(shè)計是關(guān)鍵的;W=5 表示對測試性設(shè)計是重要的;W=1，表示對測試性設(shè)計是不重要的;根據(jù)每條檢查單條目對測試性設(shè)計的重要程度，給檢查單中每一條目分配加權(quán)系數(shù);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(guī)定;S=0，表示完全沒有貫徹規(guī)定。計算檢查單每一條目的加權(quán)得分為Ti=WiSi。最后計算符合設(shè)計準(zhǔn)則的評分值，其中n 表示適用的設(shè)計準(zhǔn)則總數(shù)。最終測試性評分為91.1 分，從而驗證該型雷達(dá)系統(tǒng)的測試性設(shè)計滿足要求。

表1 測試性設(shè)計準(zhǔn)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(yīng)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(nèi)注入模擬故障，通電運行BIT 或用測試設(shè)備對產(chǎn)品進行測試，記錄模擬故障(包括自然發(fā)生的故障)是否檢測和隔離、檢測與隔離時間以及發(fā)生虛警次數(shù)等試驗數(shù)據(jù)，按選定判據(jù)確定產(chǎn)品是否達(dá)到最低的測試性指標(biāo)要求，并同時檢查有關(guān)定性要求的符合性。當(dāng)試驗結(jié)果表明不滿足要求時，分析是設(shè)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(dá)開展了測試性試驗驗證和評價工作。假定該型雷達(dá)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(shù)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(jié)果記錄到故障樣本對照統(tǒng)計表中，根據(jù)統(tǒng)計結(jié)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(shù)量;NFIR為正確隔離的故障樣本數(shù)量。

因此，通過計算可知，該型雷達(dá)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(chǔ)設(shè)施和資金投入，僅某些設(shè)備具備開展此項工作的條件，大規(guī)模工程應(yīng)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(rèn)產(chǎn)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(jié)果的準(zhǔn)確性和改進措施的有效性，發(fā)現(xiàn)初期使用中存在的問題。評價工作進行的方式是收集產(chǎn)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(shù)據(jù)來源是試用和使用中實際發(fā)生故障的檢測與隔離結(jié)果、虛警次數(shù)、維修測試中的檢測與隔離結(jié)果等，在獲得足夠的數(shù)據(jù)量后，用選定的統(tǒng)計分析方法評估出故障檢測率、隔離率和虛警率等參數(shù)的量值。

目前水面艦艇設(shè)備使用數(shù)據(jù)相對薄弱，應(yīng)用該方法還具有一定的局限性，當(dāng)具備一定的使用數(shù)據(jù)基礎(chǔ)時，可按照相關(guān)方法開展工作。

3 艦艇型號工程測試性驗證與評價技術(shù)方法的選用原則

測試性設(shè)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(shù)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(yīng)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(jīng)濟性。

2)針對測試性驗證內(nèi)容，綜合考慮總體、系統(tǒng)和設(shè)備測試性要求的性質(zhì)(定量要求還是定性要求)、待驗證產(chǎn)品項目的產(chǎn)品層次(總體、系統(tǒng)、設(shè)備等)、產(chǎn)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(jīng)費等約束條件，確定相應(yīng)的一種或幾種組合的驗證方法。

3)驗證方法的選取，應(yīng)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(jié)合，驗證工作應(yīng)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(nèi)容

通過研究分析，初步確定了艦艇型號工程各設(shè)計階段開展測試性驗證評價的驗證性質(zhì)、驗證層次、驗證方法、數(shù)據(jù)范圍和提供的文件等內(nèi)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(jié) 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(xué)性、合理性、規(guī)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(xué)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(shè)計缺陷，盡快采取糾正措施，工作流程規(guī)范合理。

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

［1］王慧，王銘澤，李會．航空電子產(chǎn)品測試性設(shè)計評價工作框架及流程研究［J］．飛機設(shè)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(tǒng)測試性設(shè)計分析與驗證［M］．北京:北京航空航天大學(xué)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(shè)計中可靠性工作面臨的挑戰(zhàn)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(tǒng)及設(shè)備的測試性大綱［S］．

［6］GJB2547A－2012 裝備測試性工作通用要求［S］．