孫　偉

(中國(guó)人民解放軍92941部隊(duì)，遼寧 葫蘆島　125001)

?

武器系統(tǒng)測(cè)試性評(píng)定方法與試驗(yàn)用例設(shè)計(jì)

孫偉

(中國(guó)人民解放軍92941部隊(duì)，遼寧 葫蘆島125001)

闡述了武器系統(tǒng)測(cè)試性及其重要性，分析了測(cè)試性指標(biāo)參數(shù)，構(gòu)建了試驗(yàn)鑒定樣本量、檢驗(yàn)判據(jù)確定和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析評(píng)估等試驗(yàn)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并建立測(cè)試性試驗(yàn)流程步驟。針對(duì)某型艦空導(dǎo)彈武器控制系統(tǒng)測(cè)試性考核需求，采用建立的模型和試驗(yàn)流程進(jìn)行了試驗(yàn)用例設(shè)計(jì)，較好地解決了靶場(chǎng)試驗(yàn)中的實(shí)際問(wèn)題。

測(cè)試性；故障檢測(cè)；故障隔離；虛警率；評(píng)定方法

本文引用格式：孫偉.武器系統(tǒng)測(cè)試性評(píng)定方法與試驗(yàn)用例設(shè)計(jì)[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2016(8):52-55.

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，特別是電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，武器裝備的集成化、自動(dòng)化、信息化程度越來(lái)越高，結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜，裝備出現(xiàn)故障后，能快速準(zhǔn)確地完成對(duì)故障的檢測(cè)隔離，即要求具有良好的測(cè)試性。據(jù)資料表明[1-5]：重要的系統(tǒng)和裝備，故障檢測(cè)與隔離時(shí)間往往要占其排除故障總時(shí)間的35%～60%，測(cè)試性已成為制約裝備完好性、可用性和任務(wù)成功性的關(guān)鍵因素，成為裝備試驗(yàn)鑒定中的重要考核指標(biāo)。

作為新武器裝備試驗(yàn)鑒定的國(guó)家級(jí)海上靶場(chǎng)，在試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)武器系統(tǒng)測(cè)試性的考核開展還不系統(tǒng)、不全面，尚有許多待改進(jìn)之處。研究測(cè)試性及相關(guān)試驗(yàn)鑒定理論和方法，進(jìn)一步解決靶場(chǎng)試驗(yàn)鑒定中存在的問(wèn)題，對(duì)提高武器系統(tǒng)試驗(yàn)鑒定結(jié)論的系統(tǒng)性和科學(xué)性極為重要。

1　武器系統(tǒng)測(cè)試性

測(cè)試性定義為裝備(系統(tǒng)、子系統(tǒng)、設(shè)備或組件)能及時(shí)并準(zhǔn)確地確定其狀態(tài)(可工作、不可工作或性能下降)并隔離其內(nèi)部故障的一種性能。武器裝備研制總要求中，通常給出故障檢測(cè)率、故障隔離率和虛警率，即測(cè)試性的“三率”指標(biāo)。

1) 故障檢測(cè)率λFD

裝備(測(cè)試項(xiàng)目)在規(guī)定期間內(nèi)，在規(guī)定條件下用規(guī)定方法正確檢測(cè)出的故障數(shù)與故障總數(shù)之比，其中“測(cè)試項(xiàng)目”可以是系統(tǒng)、設(shè)備、LRU、SRU;“規(guī)定期間”指統(tǒng)計(jì)發(fā)生故障總數(shù)和檢測(cè)出故障的時(shí)間；“規(guī)定條件”指被測(cè)試項(xiàng)目的狀態(tài)(任務(wù)前、任務(wù)中或任務(wù)后)、維修級(jí)別；“規(guī)定方法”指用專用或通用外部測(cè)試設(shè)備、自動(dòng)測(cè)試設(shè)備ATE、人工檢查或幾種方法的綜合。

2) 故障隔離率λFI

在規(guī)定期間、規(guī)定的條件下用規(guī)定方法將檢測(cè)到的故障正確隔離到不大于規(guī)定模糊度的故障數(shù)與檢測(cè)到的故障數(shù)之比。

3) 虛警率λFA

規(guī)定期間內(nèi)發(fā)生的虛警數(shù)與故障指示數(shù)之比。

2　測(cè)試性檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h2>

2.1故障檢測(cè)率、隔離率試驗(yàn)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

1) 成敗型定數(shù)抽樣檢驗(yàn)

(1)

式中：α為選定的生產(chǎn)方風(fēng)險(xiǎn)；β為選定的使用方風(fēng)險(xiǎn)；q1為故障檢測(cè)率或隔離率的最低可接收值；q0為設(shè)計(jì)要求值(規(guī)定值)；N為故障總數(shù)(樣本數(shù))；F為檢測(cè)失敗次數(shù)；C為接收/拒收的判別門限。

若F≤C，則認(rèn)為故障檢測(cè)或隔離率合格，接收；F>C，拒收，不合格。

2) 成敗型序貫截尾檢驗(yàn)

(2)

(3)

(4)

當(dāng)F≤s·ns-h1時(shí)，接收；F≥s·ns+h0時(shí)，拒收；s·ns-h1

序貫截尾模型參數(shù)的確定可參照文獻(xiàn)[3]或依據(jù)GB50 85.5—85查表獲得。

2.2虛警率試驗(yàn)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

1) 考慮雙方風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)

(5)

式中:λFAG為虛警發(fā)生率設(shè)計(jì)規(guī)定值；λFAW為最低可接收值；t為測(cè)試系統(tǒng)累計(jì)工作時(shí)間；a為允許最大虛警數(shù)。

工作時(shí)間t內(nèi)發(fā)生的虛警數(shù)NFA。若NFA≤a，接收；NFA>a，拒收。

2) 按成功率檢驗(yàn)

(6)

式中：λFAU為虛警率允許上限值；RL為故障指示(報(bào)警)成功率下限。

根據(jù)所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)(樣本數(shù)和虛警數(shù))和規(guī)定的置信度，查單側(cè)下限數(shù)據(jù)表得RL值，從而得到λFAU。若虛警率允許上限小于最低可接受值，即λFAU<λFAW，則接收。否則，拒收。

單側(cè)下限數(shù)據(jù)表參見(jiàn)文獻(xiàn)[1]之附表1。

3) 近似試驗(yàn)檢驗(yàn)

(7)

(8)

式中NFD為系統(tǒng)累計(jì)工作時(shí)間t內(nèi)的規(guī)定虛警數(shù)。

根據(jù)規(guī)定的數(shù)據(jù)來(lái)源取得在t內(nèi)發(fā)生的虛警數(shù)NFA，在虛警率接收判據(jù)圖1上，標(biāo)出NFD和NFA的交點(diǎn)，依據(jù)規(guī)定的置信度(1-α)判定是否合格。

圖1　虛警率接收判據(jù)

2.3測(cè)試性參數(shù)評(píng)估方法

1) 參數(shù)點(diǎn)估計(jì)

人為注入或自然發(fā)生故障的次數(shù)用N表示，則故障檢測(cè)率點(diǎn)估計(jì)

(9)

式中Nd為檢測(cè)到的故障數(shù)。

隔離概率的點(diǎn)估計(jì)

(10)

式中Nl為正確隔離到不大于規(guī)定模糊度的故障數(shù)。

虛警率點(diǎn)估計(jì)值

(11)

式中Nfa為規(guī)定期間內(nèi)發(fā)生的虛警數(shù)。

2) 參數(shù)區(qū)間估計(jì)

可采用文獻(xiàn)[6-7]中給出的區(qū)間估計(jì)通用方法以及全國(guó)統(tǒng)計(jì)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)SC-Z給出的近似估計(jì)方法，進(jìn)行故障檢測(cè)率、故障隔離率的區(qū)間估計(jì)。本文推薦近似估計(jì)方法。

下限值

(12)

上限值

(13)

式中：p為失敗概率，成功概率R=1-p；ZC為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布分位數(shù)，C=1-α。ZC及d值可由圖2獲得。

圖2　不同置信度下的ZC及d值

規(guī)定置信度C的雙側(cè)區(qū)間估計(jì)為[pLpU]，計(jì)算過(guò)程中ZC用ZC0代替，C0=1-(1-C)/2。

當(dāng)N>30，且F/N≤0.1時(shí)，

下限值

(14)

上限值

(15)

當(dāng)n>30，且F/N≥0.9時(shí)，

下限值

(16)

上限值

(17)

3　測(cè)試性試驗(yàn)方法步驟

3.1測(cè)試性試驗(yàn)與其他試驗(yàn)關(guān)系

測(cè)試性與產(chǎn)品的性能、可靠性，特別是維修性密切相關(guān)，所以測(cè)試性試驗(yàn)應(yīng)盡可能與其他試驗(yàn)相結(jié)合獲得可用數(shù)值，避免重復(fù)工作。同時(shí)，由于這種結(jié)合一般只是某項(xiàng)或某個(gè)方面或幾個(gè)測(cè)試內(nèi)容的結(jié)合，有時(shí)還需要進(jìn)行獨(dú)立測(cè)試性單項(xiàng)試驗(yàn)。因此，須制訂測(cè)試性結(jié)合與獨(dú)立試驗(yàn)計(jì)劃，制定試驗(yàn)檢驗(yàn)方案，單獨(dú)進(jìn)行測(cè)試性數(shù)據(jù)分析評(píng)定，給出評(píng)判結(jié)果。

3.2測(cè)試性

虛警率一般高于故障檢測(cè)率、隔離率要求值，故在同樣α、β條件下需要的樣本量遠(yuǎn)大于后兩個(gè)指標(biāo)的樣本量，且虛警率包括的BITE錯(cuò)誤檢測(cè)和隔離以及無(wú)故障而報(bào)警等情況，很難人為條件下真實(shí)模擬，因此只能收集自然發(fā)生的虛警樣本。

故障檢測(cè)率和隔離率試驗(yàn)收集自然故障和人為注入故障，且以人為注入故障為主。故障模擬/注入方法一般有：用故障件代替正常部件；加入或去掉不易察覺(jué)的元器件；人為開路或短路；人為制造失調(diào)；人為信號(hào)超差；通過(guò)軟件模擬某種故障特性等。

3.3測(cè)試性檢驗(yàn)步驟

測(cè)試性試驗(yàn)流程如圖3所示。

4　測(cè)試性試驗(yàn)用例設(shè)計(jì)

某型艦空導(dǎo)彈艦面武器控制系統(tǒng)由武控機(jī)柜、發(fā)控機(jī)柜、發(fā)射系統(tǒng)、局部基準(zhǔn)、供電系統(tǒng)等5部分組成，BITE故障檢測(cè)率不小于0.9，故障隔離率不小于0.75(模糊度為1)，虛警率不大于0.02。

采用成敗型定數(shù)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)故障檢測(cè)率指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)。取α=β=0.2，鑒別比D=2，由式(1)計(jì)算試驗(yàn)樣本量n=78、接收/拒收判據(jù)數(shù)c=5。根據(jù)武控系統(tǒng)MTBF=150 h(故障率λ1=0.006 67)、發(fā)控機(jī)柜MTBF=470 h(故障率λ2=0.002 13)、發(fā)射系統(tǒng)MTBF=800 h(故障率λ3=0.006 67)、局部基準(zhǔn)MTBF=600 h(故障率λ4=0.001 67)、供電系統(tǒng)MTBF=1 000 h(故障率λ5=0.001)，按故障數(shù)抽樣分配原則[8]，則試驗(yàn)樣本模擬注入到武控機(jī)柜的數(shù)量41個(gè)、發(fā)控機(jī)柜13個(gè)、發(fā)射系統(tǒng)7個(gè)、局部基準(zhǔn)10個(gè)、供電系統(tǒng)7個(gè)。采用3.1～3.3章節(jié)所述的流程步驟進(jìn)行測(cè)試性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，故障檢測(cè)失敗數(shù)F=4，由于F

統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)過(guò)程中的自然虛警次數(shù)。Nfa=1，取置信度為90%，采用虛警率的按成功率檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?，得虛警率的單?cè)置信下限RL=0.951 7，則由式(6)虛警率估計(jì)值上限λFAU=0.048 3，大于指標(biāo)值，拒收，故虛警率指標(biāo)檢驗(yàn)不合格。

圖3　測(cè)試性試驗(yàn)流程

5　結(jié)論

對(duì)武器裝備測(cè)試性關(guān)鍵的“三率”指標(biāo)的試驗(yàn)方法、流程步驟、評(píng)估模型、評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)研究以及典型的試驗(yàn)用例設(shè)計(jì)與運(yùn)用，較好解決了靶場(chǎng)試驗(yàn)工作中存在的問(wèn)題，一定程度滿足了裝備試驗(yàn)鑒定考核需求。當(dāng)然，要達(dá)到全面檢驗(yàn)武器裝備測(cè)試性性能的目的，還要在以下一些方面進(jìn)一步做工作，比如表征測(cè)試性的指標(biāo)除了本文介紹的“三率”指標(biāo)外，還有故障檢測(cè)時(shí)間、故障隔離時(shí)間、不能復(fù)現(xiàn)率、重檢合格率、虛限率等需要定量考核；試驗(yàn)實(shí)施過(guò)程還有故障樣本量的分配及故障注入點(diǎn)、故障測(cè)試點(diǎn)的選擇等等。

[1]田仲，石君友．系統(tǒng)測(cè)試性設(shè)計(jì)與分析[M]．北京：北京航天航空大學(xué)出版社,2002.

[2]宋太亮．裝備系統(tǒng)工程[M]．北京：國(guó)防工業(yè)出版社,2008.

[3]寇洪財(cái)．新版抽樣檢驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)[M]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2005.

[4]MIL—STD—471A Maintainability Verification /Demonstration /Evaluation[Z]．1983.

[5]GJB2072—94,維修性試驗(yàn)與評(píng)定[S].

[6]何偉國(guó)．可靠性試驗(yàn)技術(shù)[M]．北京：國(guó)防工業(yè)出版社,1995.

[7]劉春和，陸祖建．武器裝備可靠性評(píng)定方法[M]．北京：中國(guó)宇航出版社,2009.

[8]唐雪梅，李榮．武器裝備綜合試驗(yàn)與評(píng)估[M]．北京：國(guó)防工業(yè)出版社,2013.

[9]程家軍，李春枝，陳穎.艦載環(huán)境振動(dòng)搖擺特性測(cè)試分析[J].裝備環(huán)境工程，2015(1):114-119.

[10]夏全國(guó).艦艇防御評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)仿真結(jié)構(gòu) [J].四川兵工學(xué)報(bào)，2014(4):9-11.

(責(zé)任編輯唐定國(guó))

Evaluation Method and Testing Cases Design for Testability of Weapon Systems

SUN Wei

(The No. 92941stTroop of PLA, Huludao 125001, China)

The weapon system’s testability and its importance were described, and the testability parameters were introduced. Meanwhile, the test models in which the test sample size, testing criteria’s determination and the methods of testing date processing were considered were built, and the testing procedures were discussed. A testing case was designed according to the requirements of testing inspection for a ship-to-air missile weapon control system based on the above test models and testing procedures. The result shows the test models and testing procrdures presented in this paper were feasible for testability verification of weapon systems in the test field.

testability; fault detection; fault isolation; false alarm rate; evaluation method

2016-02-13；

2016-03-09

孫偉(1967—)，男，高級(jí)工程師，主要從事導(dǎo)彈武器系統(tǒng)總體試驗(yàn)研究。

10.11809/scbgxb2016.08.012

format:SUN Wei.Evaluation Method and Testing Cases Design for Testability of Weapon Systems[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(8):52-55.

V57

A

2096-2304(2016)08-0052-04

【后勤保障與裝備管理】