內(nèi)裝自測(cè)試與自診斷系統(tǒng)
| 對(duì)于復(fù)雜的被測(cè)武器系統(tǒng)，要保證設(shè)計(jì)指標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn)，必然對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行充分的測(cè)試驗(yàn)證，覆蓋所有的測(cè)試點(diǎn)，并且能夠通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證，隔離出故障單元，從而充分保證系統(tǒng)的戰(zhàn)備完好性。這就對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的要求非常高，地面測(cè)試系統(tǒng)非常龐大。雖然采用VXI總線系統(tǒng)及其他模塊化儀器測(cè)試系統(tǒng)，能夠大大縮小了測(cè)試系統(tǒng)的體積，降低了測(cè)試準(zhǔn)備時(shí)間，但離實(shí)戰(zhàn)的快速響應(yīng)要求，還有很大的一段距離。 把可測(cè)試性、測(cè)試系統(tǒng)結(jié)合到武器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，形成有效的BIT系統(tǒng)，覆蓋系統(tǒng)的所有測(cè)試部位，大大減少系統(tǒng)的測(cè)試發(fā)射控制時(shí)間，提高系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力，就成為今后武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)方向。 提高系統(tǒng)或設(shè)備測(cè)試性的最基本途徑是進(jìn)行固有測(cè)試性設(shè)計(jì)，在研制系統(tǒng)或設(shè)備同時(shí)設(shè)置系統(tǒng)的機(jī)內(nèi)測(cè)試裝置，結(jié)合采用ATE設(shè)備或ATS系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)與故障診斷。 1.測(cè)試性定義 測(cè)試性定義為系統(tǒng)或設(shè)備能夠及時(shí)并準(zhǔn)確確定其狀態(tài)(可工作、不可工作或性能降低)，并隔離其內(nèi)部故障的一種設(shè)計(jì)特性。這個(gè)定義強(qiáng)調(diào)測(cè)試性是一種設(shè)計(jì)特性，在系統(tǒng)研制的不同階段中應(yīng)分別實(shí)施測(cè)試性分析、設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，以保證系統(tǒng)具有所要求的測(cè)試性。 測(cè)試性與可靠性密切相關(guān)，任何不能被檢測(cè)出的故障狀態(tài)的存在對(duì)系統(tǒng)的可靠性都有直接的影響。通過(guò)采用測(cè)試性好的設(shè)備可以減少未被檢測(cè)出故障的發(fā)生，進(jìn)而提高可靠性。一個(gè)復(fù)雜的武器系統(tǒng)在使用、維護(hù)和修理過(guò)程中都離不開(kāi)功能測(cè)試和狀態(tài)監(jiān)控?？蓽y(cè)試性對(duì)武器系統(tǒng)的維護(hù)性、可靠性、安全性、戰(zhàn)備性和壽命周期費(fèi)用都有直接和間接的影響，且隨武器系統(tǒng)復(fù)雜程度的提高，這種影響變得更明顯。一個(gè)測(cè)試性差的產(chǎn)品必然會(huì)增加其平均修復(fù)時(shí)間，降低武器系統(tǒng)的戰(zhàn)備完好性和可用性，而修復(fù)時(shí)間的增加意味著增加維修人力和測(cè)試資源的支出，即增加使用和保障費(fèi)用。一個(gè)具有測(cè)試性好的系統(tǒng)，可提高系統(tǒng)的可靠性、可維修性。由于可通過(guò)測(cè)試性設(shè)計(jì)對(duì)影響系統(tǒng)安全的關(guān)鍵設(shè)備和部位進(jìn)行監(jiān)控并測(cè)試關(guān)鍵參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)故障，可自動(dòng)切斷故障源，因而可防止災(zāi)難性故障發(fā)生，提高了安全性。同時(shí)可提高檢測(cè)、校驗(yàn)等維修工作的自動(dòng)化程度，增加系統(tǒng)的工作時(shí)間，從而提高系統(tǒng)的可用性等等。 我國(guó)在可測(cè)試性設(shè)計(jì)技術(shù)方面，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美國(guó)等軍事發(fā)達(dá)國(guó)家，迎頭趕上，大力推進(jìn)我國(guó)軍事現(xiàn)代化進(jìn)程，我們別無(wú)選擇。 2.測(cè)試性及診斷對(duì)武器系統(tǒng)的影響 在現(xiàn)代武器系統(tǒng)中，由于越來(lái)越多地采用了各種復(fù)雜的電子系統(tǒng)，因此測(cè)試性及診斷對(duì)武器系統(tǒng)的效能及費(fèi)用的影響越來(lái)越顯著。其主要影響包括武器系統(tǒng)的戰(zhàn)備完好性、任務(wù)成功性、維修人力及使用保障費(fèi)用。 2.1 對(duì)戰(zhàn)備完好性的影響 戰(zhàn)備完好性通常用使用可用度Ac來(lái)度量，其表達(dá)式為  式中：MTBM——系統(tǒng)平均維修間隔時(shí)間。 MDT——系統(tǒng)平均不能工作時(shí)間。 MTBM是基本可靠性的度量，它定義為在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)品的總土作時(shí)間與該產(chǎn)品的維修事件總數(shù)之比。為提高系統(tǒng)的測(cè)試性和診斷能力，采用BIT，將對(duì)系統(tǒng)的基本可靠性產(chǎn)生如下的影響： (a) 增加了BITE硬件，進(jìn)而增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低系統(tǒng)的基本可靠性。 (b) BIT電路故障可能引起系統(tǒng)故障（BIT與系統(tǒng)共用某些硬件和軟件時(shí)，或BIT設(shè)計(jì)不當(dāng)時(shí)）； (c) BIT電路故障可能增加虛警率，增加維修拆卸次數(shù)，降低MTBM。 MDT為系統(tǒng)維修性度量，它包括如下4部分時(shí)間： (a) 非計(jì)劃維修時(shí)間Mct，包括故障檢測(cè)和隔離的時(shí)間，以及將故障修復(fù)到正常工作狀態(tài)所需的時(shí)間； (b) 計(jì)劃維修時(shí)間Mpt，包括定期檢查和修理的時(shí)間。 (c) 后勤延誤時(shí)間歷Mlt，包括等待備件時(shí)間； (d) 等待維修時(shí)間Mat，包括等待維修人員、維修資料和測(cè)試設(shè)備的時(shí)間。 MDT＝Mct+Mpt+Mlt+Mat 改進(jìn)測(cè)試性設(shè)計(jì)和采用BIT．將改善武器系統(tǒng)的維修性，其主要影響如下： (a) 采用BIT將實(shí)現(xiàn)快速故障檢測(cè)，減少故障檢測(cè)時(shí)間，進(jìn)而減少M(fèi)ct和Mpt； (b) 維修后快速檢驗(yàn)，縮短檢驗(yàn)時(shí)間，進(jìn)而減少M(fèi)ct； (c) 在飛行中和設(shè)備工作環(huán)境中進(jìn)行診斷和故障隔離；減少故障查找和隔離時(shí)間，進(jìn)而減少M(fèi)ct。 (d) 減少人為誘發(fā)的故障，從而減少M(fèi)ct； (e) 減少維修人員的數(shù)量和降低技術(shù)等級(jí)的要求，從而減少M(fèi)at； (f) 減少保障設(shè)備、通用測(cè)試設(shè)備等的要求，從而減少M(fèi)at； (g) 由于減少備件補(bǔ)給庫(kù)存量，使Mlt減少； (h) 由于BIT虛警及外場(chǎng)不能復(fù)現(xiàn)等問(wèn)題而增加了必要的維修活動(dòng)，進(jìn)而增加Mct、Mlt和Mat。 因此，采用BIT的系統(tǒng)；其平均不能工作時(shí)間MDT可用下式表示：  式中M''ct采用BIT后的Mct，＜M''ctMct，因?yàn)樽詣?dòng)化故障檢測(cè)和隔離減少故障查我的時(shí)間； Kp——由于虛警等原因使MDT增大的系數(shù)，Kp≥1。 對(duì)于電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，預(yù)防性維修時(shí)間可忽略不計(jì)。 M''ct取決于BIT的FDR與FIR和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特性。 Kp表示由于虛警、不能復(fù)現(xiàn)及故障隔離模糊度等造成MDT增大的系數(shù)，它取決于BIT的設(shè)計(jì)特性。  綜上所述，測(cè)試性及BIT對(duì)系統(tǒng)戰(zhàn)備完好性的影響可歸納如下幾點(diǎn)： (a) 采用BIT和改善系統(tǒng)的測(cè)試性將增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。即增加系統(tǒng)的故障率，使基本可靠性略有下降（一般為l％～10％），進(jìn)而將降低系統(tǒng)的戰(zhàn)備完好性，但影響較小。 (b) 采用BIT和改善測(cè)試性將大大減少系統(tǒng)的故障查找和隔離時(shí)間（特別是采用先進(jìn)微型電路的系統(tǒng)），進(jìn)而減少M(fèi)ct和Mdt，導(dǎo)致系統(tǒng)戰(zhàn)備完好性大幅度提高。 (c) 由于BIT的虛警、不能復(fù)現(xiàn)和故障隔離的模糊度會(huì)造成誤拆好設(shè)備，進(jìn)而增加系統(tǒng)的平均不能工作時(shí)間MDT，嚴(yán)重者將導(dǎo)致系統(tǒng)戰(zhàn)備完好性顯著下降。 (d) 設(shè)計(jì)良好的BIT及改善測(cè)試性將會(huì)大幅度提高現(xiàn)代武器系統(tǒng)的戰(zhàn)備完好性，因此，BIT及測(cè)試性是改善現(xiàn)代武器系統(tǒng)戰(zhàn)備完好性的一條重要途徑。 (e) 設(shè)計(jì)不良的BIT會(huì)使戰(zhàn)備完好性下降，因此，發(fā)展人工智能和綜合診斷技術(shù)是目前改進(jìn)BIT降低虛警率的重要途徑；也是國(guó)外的重點(diǎn)研究領(lǐng)域。 2.2 對(duì)任務(wù)成功性的影響 任務(wù)成功性通常用任務(wù)可靠度（Rm）和任務(wù)成功概率（MCSP）及致命性故障間的任務(wù)時(shí)間（MTBCF）等參數(shù)來(lái)度量。通過(guò)改善系統(tǒng)的測(cè)試性和診斷能力，采用BIT可顯著提高系統(tǒng)的任務(wù)可靠度。同時(shí)，由于BIT的虛警及漏檢故障也會(huì)降低系統(tǒng)的任務(wù)可靠度。 BIT對(duì)任務(wù)成功性的影響分析如下。 (a) 通過(guò)BIT檢測(cè)故障，實(shí)施余度（冗余）功能管理，將顯著提高系統(tǒng)的任務(wù)可靠度； (b) BIT能檢測(cè)隱蔽故障、提高系統(tǒng)的任務(wù)可靠度； (c) 對(duì)于先進(jìn)的航空電子系統(tǒng)，通過(guò)BIT檢測(cè)和隔離故障，有助于系統(tǒng)的重構(gòu)和自修理．顯著地提高系統(tǒng)的任務(wù)可靠度和安全性； (d) BIT的虛警可能誤報(bào)故障、貽誤戰(zhàn)機(jī)而降低系統(tǒng)的任務(wù)成功性。 (e) BIT漏檢故障或可能掩蓋系統(tǒng)的故障而降低系統(tǒng)的任務(wù)可靠度。 總之，改善測(cè)試性，采用BIT技術(shù)將提高系統(tǒng)的任務(wù)可靠度, 系統(tǒng)任務(wù)可靠度提高的程度主要取決于BIT的故障檢測(cè)和故障隔離能力以及虛警率。 2.3 對(duì)壽命周期費(fèi)用及維修人力的影響 壽命周期費(fèi)用通常包括研究與研制費(fèi)用、采辦費(fèi)用以及使用和保障費(fèi)用等3部分。 BIT的研究與研制費(fèi)用包括采用新的測(cè)試技術(shù)所需的研究、研制、試驗(yàn)和評(píng)價(jià)的費(fèi)用。一般根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估算。 BIT的采辦費(fèi)用包括BIT的生產(chǎn)費(fèi)用和初始保障費(fèi)用．生產(chǎn)費(fèi)用又包括BIT的硬件和軟件的費(fèi)用。 BIT的使用和保障費(fèi)用一般包括在系統(tǒng)壽命周期內(nèi)（15～20年）為使用和維持系統(tǒng)工作所需的人員和器材費(fèi)用。包括外場(chǎng)級(jí)維修、野戰(zhàn)級(jí)維修和后方級(jí)維修的人力和器材費(fèi)用。 測(cè)試性及BIT的改進(jìn)對(duì)壽命周期費(fèi)用的影響包括如下幾方面： (a) 提高系統(tǒng)的戰(zhàn)備完好性及任務(wù)成功性，可減少系統(tǒng)的采辦數(shù)量，進(jìn)而減少系統(tǒng)的采辦費(fèi)用； (b) 完善的測(cè)試性和診斷能力將顯著減少系統(tǒng)的維修人力和器材，進(jìn)而減少系統(tǒng)的使用和保障費(fèi)用，特別是對(duì)于復(fù)雜的航空武器系統(tǒng)，如果在系統(tǒng)研制的初期，充分開(kāi)展測(cè)試性設(shè)計(jì)，采用先進(jìn)診斷技術(shù)；其壽命周的費(fèi)用可降低10％～20％。 (c) BIT的采用將增加系統(tǒng)的采辦費(fèi)用，對(duì)航空電子設(shè)備而言．平均將增加 8％左右； (d) BIT的虛警、不能復(fù)現(xiàn)及故障隔離的模糊度將會(huì)產(chǎn)生無(wú)效的維修活動(dòng)，增加維修人力和器材，進(jìn)而增加使用和保障功用。 因此，BIT和診斷的有效控對(duì)系統(tǒng)維修負(fù)擔(dān)（維修人力和格材）進(jìn)而對(duì)使用和保障費(fèi)用、壽命周期費(fèi)用的影響起過(guò)關(guān)鍵的作用。 3.BIT測(cè)試體系結(jié)構(gòu) 隨著武器系統(tǒng)復(fù)雜性的提高，BIT已成為改善武器系統(tǒng)診斷能力的一種重要途徑，為了提高武器系統(tǒng)戰(zhàn)備完好性，BIT必須得到充分的重視。BIT類(lèi)型主要有以下幾種類(lèi)型： (a) 主動(dòng)BIT——通過(guò)將測(cè)試激勵(lì)引入系統(tǒng)而暫時(shí)中斷主系統(tǒng)工作的一種BIT形式； (b) 被動(dòng)BIT-- 既不中斷也不影響主系統(tǒng)工作的一種BIT形式； (c) 連續(xù)BIT一一連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)工作狀態(tài)的一種BIT形式； (d) 周期BIT——以某一頻率執(zhí)行檢測(cè)的一種BIT形式； (e) 啟動(dòng)BIT——在外部事件（如操作人員的動(dòng)作）發(fā)生后才執(zhí)行的一種BIT形式；  (f) 通電BIT——啟動(dòng)BIT的一種特定形式，當(dāng)系統(tǒng)或設(shè)備通電時(shí)便執(zhí)行檢測(cè)。 而其中可以劃分出兩種主要結(jié)構(gòu)類(lèi)型：一種是以被動(dòng)連續(xù)BIT為主要運(yùn)行形式的BIT系統(tǒng)，另外一種是以主動(dòng)、啟動(dòng)BIT為主要運(yùn)行形式的BIT系統(tǒng)。 自動(dòng)連續(xù)BIT系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，它可在武器系統(tǒng)飛行或航行過(guò)程中自動(dòng)運(yùn)行，不斷監(jiān)控出現(xiàn)的信號(hào)、數(shù)值和邏輯，給出系統(tǒng)狀態(tài)信息和故障信息，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置，采取自動(dòng)或手動(dòng)隔離故障，啟動(dòng)備份設(shè)備等措施。 啟動(dòng)BIT必須由駕駛員或地面維修人員在地面維修時(shí)啟動(dòng)，在測(cè)試期間使系統(tǒng)工作中斷，地面的測(cè)試設(shè)備和激勵(lì)信號(hào)要加到被測(cè)系統(tǒng)中，模擬仿真武器系統(tǒng)在實(shí)際飛行或航行過(guò)程中姿態(tài)控制，從而驗(yàn)證出系統(tǒng)的可靠性和故障指標(biāo)等參數(shù)。  通過(guò)BIT自動(dòng)檢測(cè)和隔離故障，使系統(tǒng)或設(shè)備的MTTR顯著減小，提高系統(tǒng)的可用性。通過(guò)BIT減少維修人員的數(shù)量、降低對(duì)維修人員技術(shù)水平的要求，進(jìn)而降低使用及保障費(fèi)用。然而，BIT 并不能解決全部的維修問(wèn)題、它增加了系統(tǒng)的重量（尺寸、復(fù)雜性及費(fèi)用。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期必須對(duì)采用BIT進(jìn)行權(quán)衡分析，對(duì)采用BIT和外部測(cè)試設(shè)備，以及BIT的形式作出決策。 4.某型BIT組成原理 航天測(cè)控中心多年來(lái)跟蹤研究BIT技術(shù)，研制了BIT系統(tǒng)并應(yīng)用到具體的型號(hào)上，取得良好的效果。 某型內(nèi)裝自測(cè)試與自診斷系統(tǒng)由BIT信號(hào)采編器、地面計(jì)算機(jī)和故障診斷分析平臺(tái)組成。其中信號(hào)采編器負(fù)責(zé)彈上信號(hào)的調(diào)理、采集和處理，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、打包和編碼發(fā)送。地面主控計(jì)算機(jī)主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的顯示、分析和故障診斷。 信號(hào)采編器軟件由設(shè)備自檢模塊、通訊管理模塊、A/D采集模塊、指令檢測(cè)模塊和數(shù)據(jù)管理模塊組成。設(shè)備自檢模塊負(fù)責(zé)信號(hào)采集器內(nèi)各部分硬件的自檢功能；通訊管理模塊負(fù)責(zé)將串口的管理工作；A/D采集模塊負(fù)責(zé)彈上各路信號(hào)的采集工作；指令檢測(cè)模塊負(fù)責(zé)對(duì)地面計(jì)算機(jī)發(fā)送的指令進(jìn)行檢測(cè)和比較；數(shù)據(jù)管理模塊負(fù)責(zé)將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包和存儲(chǔ)的工作。 地面監(jiān)控系統(tǒng)軟件由主平臺(tái)模塊、通訊線程模塊、數(shù)據(jù)模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊和故障診斷模塊。主平臺(tái)模塊主要維護(hù)全幀顯示、字符顯示和曲線顯示等功能；通訊線程模塊主要負(fù)責(zé)信號(hào)采集器和地面計(jì)算機(jī)的通訊功能；數(shù)據(jù)模塊主要完成公共數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)維護(hù)工作；數(shù)據(jù)庫(kù)模塊主要完成各顯示參數(shù)維護(hù)工作；故障診斷模塊主要完成系統(tǒng)的故障診斷和故障定位工作。 系統(tǒng)的故障診斷分為兩部分：第一部分是實(shí)時(shí)診斷，即系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)的正常范圍判斷數(shù)據(jù)是否不合格，并將不合格參數(shù)計(jì)入故障庫(kù)；第二部分是事后診斷，即系統(tǒng)調(diào)出故障庫(kù)中的故障，通過(guò)推理機(jī)構(gòu)進(jìn)行故障推 |
