內(nèi)裝自測試與自診斷系統(tǒng)
| 對于復雜的被測武器系統(tǒng)，要保證設計指標能夠實現(xiàn)，必然對該系統(tǒng)進行充分的測試驗證，覆蓋所有的測試點，并且能夠通過測試驗證，隔離出故障單元，從而充分保證系統(tǒng)的戰(zhàn)備完好性。這就對測試系統(tǒng)的要求非常高，地面測試系統(tǒng)非常龐大。雖然采用VXI總線系統(tǒng)及其他模塊化儀器測試系統(tǒng)，能夠大大縮小了測試系統(tǒng)的體積，降低了測試準備時間，但離實戰(zhàn)的快速響應要求，還有很大的一段距離。 把可測試性、測試系統(tǒng)結合到武器系統(tǒng)的設計當中，形成有效的BIT系統(tǒng)，覆蓋系統(tǒng)的所有測試部位，大大減少系統(tǒng)的測試發(fā)射控制時間，提高系統(tǒng)的快速響應能力，就成為今后武器系統(tǒng)設計的一個方向。 提高系統(tǒng)或設備測試性的最基本途徑是進行固有測試性設計，在研制系統(tǒng)或設備同時設置系統(tǒng)的機內(nèi)測試裝置，結合采用ATE設備或ATS系統(tǒng)進行自動檢測與故障診斷。 1.測試性定義 測試性定義為系統(tǒng)或設備能夠及時并準確確定其狀態(tài)(可工作、不可工作或性能降低)，并隔離其內(nèi)部故障的一種設計特性。這個定義強調(diào)測試性是一種設計特性，在系統(tǒng)研制的不同階段中應分別實施測試性分析、設計和驗證，以保證系統(tǒng)具有所要求的測試性。 測試性與可靠性密切相關，任何不能被檢測出的故障狀態(tài)的存在對系統(tǒng)的可靠性都有直接的影響。通過采用測試性好的設備可以減少未被檢測出故障的發(fā)生，進而提高可靠性。一個復雜的武器系統(tǒng)在使用、維護和修理過程中都離不開功能測試和狀態(tài)監(jiān)控。可測試性對武器系統(tǒng)的維護性、可靠性、安全性、戰(zhàn)備性和壽命周期費用都有直接和間接的影響，且隨武器系統(tǒng)復雜程度的提高，這種影響變得更明顯。一個測試性差的產(chǎn)品必然會增加其平均修復時間，降低武器系統(tǒng)的戰(zhàn)備完好性和可用性，而修復時間的增加意味著增加維修人力和測試資源的支出，即增加使用和保障費用。一個具有測試性好的系統(tǒng)，可提高系統(tǒng)的可靠性、可維修性。由于可通過測試性設計對影響系統(tǒng)安全的關鍵設備和部位進行監(jiān)控并測試關鍵參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)故障，可自動切斷故障源，因而可防止災難性故障發(fā)生，提高了安全性。同時可提高檢測、校驗等維修工作的自動化程度，增加系統(tǒng)的工作時間，從而提高系統(tǒng)的可用性等等。 我國在可測試性設計技術方面，還遠遠落后于美國等軍事發(fā)達國家，迎頭趕上，大力推進我國軍事現(xiàn)代化進程，我們別無選擇。 2.測試性及診斷對武器系統(tǒng)的影響 在現(xiàn)代武器系統(tǒng)中，由于越來越多地采用了各種復雜的電子系統(tǒng)，因此測試性及診斷對武器系統(tǒng)的效能及費用的影響越來越顯著。其主要影響包括武器系統(tǒng)的戰(zhàn)備完好性、任務成功性、維修人力及使用保障費用。 2.1 對戰(zhàn)備完好性的影響 戰(zhàn)備完好性通常用使用可用度Ac來度量，其表達式為  式中：MTBM——系統(tǒng)平均維修間隔時間。 MDT——系統(tǒng)平均不能工作時間。 MTBM是基本可靠性的度量，它定義為在規(guī)定的時間內(nèi)產(chǎn)品的總土作時間與該產(chǎn)品的維修事件總數(shù)之比。為提高系統(tǒng)的測試性和診斷能力，采用BIT，將對系統(tǒng)的基本可靠性產(chǎn)生如下的影響： (a) 增加了BITE硬件，進而增加系統(tǒng)的復雜性，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，或BIT設計不當時）； (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部分時間： (a) 非計劃維修時間Mct，包括故障檢測和隔離的時間，以及將故障修復到正常工作狀態(tài)所需的時間； (b) 計劃維修時間Mpt，包括定期檢查和修理的時間。 (c) 后勤延誤時間歷Mlt，包括等待備件時間； (d) 等待維修時間Mat，包括等待維修人員、維修資料和測試設備的時間。 MDT＝Mct+Mpt+Mlt+Mat 改進測試性設計和采用BIT．將改善武器系統(tǒng)的維修性，其主要影響如下： (a) 采用BIT將實現(xiàn)快速故障檢測，減少故障檢測時間，進而減少Mct和Mpt； (b) 維修后快速檢驗，縮短檢驗時間，進而減少Mct； (c) 在飛行中和設備工作環(huán)境中進行診斷和故障隔離；減少故障查找和隔離時間，進而減少Mct。 (d) 減少人為誘發(fā)的故障，從而減少Mct； (e) 減少維修人員的數(shù)量和降低技術等級的要求，從而減少Mat； (f) 減少保障設備、通用測試設備等的要求，從而減少Mat； (g) 由于減少備件補給庫存量，使Mlt減少； (h) 由于BIT虛警及外場不能復現(xiàn)等問題而增加了必要的維修活動，進而增加Mct、Mlt和Mat。 因此，采用BIT的系統(tǒng)；其平均不能工作時間MDT可用下式表示：  式中M''ct采用BIT后的Mct，＜M''ctMct，因為自動化故障檢測和隔離減少故障查我的時間； Kp——由于虛警等原因使MDT增大的系數(shù)，Kp≥1。 對于電子設備來說，預防性維修時間可忽略不計。 M''ct取決于BIT的FDR與FIR和系統(tǒng)的設計特性。 Kp表示由于虛警、不能復現(xiàn)及故障隔離模糊度等造成MDT增大的系數(shù)，它取決于BIT的設計特性。  綜上所述，測試性及BIT對系統(tǒng)戰(zhàn)備完好性的影響可歸納如下幾點： (a) 采用BIT和改善系統(tǒng)的測試性將增加系統(tǒng)的復雜性。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和改善測試性將大大減少系統(tǒng)的故障查找和隔離時間（特別是采用先進微型電路的系統(tǒng)），進而減少Mct和Mdt，導致系統(tǒng)戰(zhàn)備完好性大幅度提高。 (c) 由于BIT的虛警、不能復現(xiàn)和故障隔離的模糊度會造成誤拆好設備，進而增加系統(tǒng)的平均不能工作時間MDT，嚴重者將導致系統(tǒng)戰(zhàn)備完好性顯著下降。 (d) 設計良好的BIT及改善測試性將會大幅度提高現(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) 設計不良的BIT會使戰(zhàn)備完好性下降，因此，發(fā)展人工智能和綜合診斷技術是目前改進BIT降低虛警率的重要途徑；也是國外的重點研究領域。 2.2 對任務成功性的影響 任務成功性通常用任務可靠度（Rm）和任務成功概率（MCSP）及致命性故障間的任務時間（MTBCF）等參數(shù)來度量。通過改善系統(tǒng)的測試性和診斷能力，采用BIT可顯著提高系統(tǒng)的任務可靠度。同時，由于BIT的虛警及漏檢故障也會降低系統(tǒng)的任務可靠度。 BIT對任務成功性的影響分析如下。 (a) 通過BIT檢測故障，實施余度（冗余）功能管理，將顯著提高系統(tǒng)的任務可靠度； (b) BIT能檢測隱蔽故障、提高系統(tǒng)的任務可靠度； (c) 對于先進的航空電子系統(tǒng)，通過BIT檢測和隔離故障，有助于系統(tǒng)的重構和自修理．顯著地提高系統(tǒng)的任務可靠度和安全性； (d) BIT的虛警可能誤報故障、貽誤戰(zhàn)機而降低系統(tǒng)的任務成功性。 (e) BIT漏檢故障或可能掩蓋系統(tǒng)的故障而降低系統(tǒng)的任務可靠度。 總之，改善測試性，采用BIT技術將提高系統(tǒng)的任務可靠度, 系統(tǒng)任務可靠度提高的程度主要取決于BIT的故障檢測和故障隔離能力以及虛警率。 2.3 對壽命周期費用及維修人力的影響 壽命周期費用通常包括研究與研制費用、采辦費用以及使用和保障費用等3部分。 BIT的研究與研制費用包括采用新的測試技術所需的研究、研制、試驗和評價的費用。一般根據(jù)工程經(jīng)驗進行估算。 BIT的采辦費用包括BIT的生產(chǎn)費用和初始保障費用．生產(chǎn)費用又包括BIT的硬件和軟件的費用。 BIT的使用和保障費用一般包括在系統(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用。包括外場級維修、野戰(zhàn)級維修和后方級維修的人力和器材費用。 測試性及BIT的改進對壽命周期費用的影響包括如下幾方面： (a) 提高系統(tǒng)的戰(zhàn)備完好性及任務成功性，可減少系統(tǒng)的采辦數(shù)量，進而減少系統(tǒng)的采辦費用； (b) 完善的測試性和診斷能力將顯著減少系統(tǒng)的維修人力和器材，進而減少系統(tǒng)的使用和保障費用，特別是對于復雜的航空武器系統(tǒng)，如果在系統(tǒng)研制的初期，充分開展測試性設計，采用先進診斷技術；其壽命周的費用可降低10％～20％。 (c) BIT的采用將增加系統(tǒng)的采辦費用，對航空電子設備而言．平均將增加 8％左右； (d) BIT的虛警、不能復現(xiàn)及故障隔離的模糊度將會產(chǎn)生無效的維修活動，增加維修人力和器材，進而增加使用和保障功用。 因此，BIT和診斷的有效控對系統(tǒng)維修負擔（維修人力和格材）進而對使用和保障費用、壽命周期費用的影響起過關鍵的作用。 3.BIT測試體系結構 隨著武器系統(tǒng)復雜性的提高，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類型主要有以下幾種類型： (a) 主動BIT——通過將測試激勵引入系統(tǒng)而暫時中斷主系統(tǒng)工作的一種BIT形式； (b) 被動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)行檢測的一種BIT形式； (e) 啟動BIT——在外部事件（如操作人員的動作）發(fā)生后才執(zhí)行的一種BIT形式；  (f) 通電BIT——啟動BIT的一種特定形式，當系統(tǒng)或設備通電時便執(zhí)行檢測。 而其中可以劃分出兩種主要結構類型：一種是以被動連續(xù)BIT為主要運行形式的BIT系統(tǒng)，另外一種是以主動、啟動BIT為主要運行形式的BIT系統(tǒng)。 自動連續(xù)BIT系統(tǒng)的基本結構，它可在武器系統(tǒng)飛行或航行過程中自動運行，不斷監(jiān)控出現(xiàn)的信號、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)設置，采取自動或手動隔離故障，啟動備份設備等措施。 啟動BIT必須由駕駛員或地面維修人員在地面維修時啟動，在測試期間使系統(tǒng)工作中斷，地面的測試設備和激勵信號要加到被測系統(tǒng)中，模擬仿真武器系統(tǒng)在實際飛行或航行過程中姿態(tài)控制，從而驗證出系統(tǒng)的可靠性和故障指標等參數(shù)。  通過BIT自動檢測和隔離故障，使系統(tǒng)或設備的MTTR顯著減小，提高系統(tǒng)的可用性。通過BIT減少維修人員的數(shù)量、降低對維修人員技術水平的要求，進而降低使用及保障費用。然而，BIT 并不能解決全部的維修問題、它增加了系統(tǒng)的重量（尺寸、復雜性及費用。因此，在系統(tǒng)設計初期必須對采用BIT進行權衡分析，對采用BIT和外部測試設備，以及BIT的形式作出決策。 4.某型BIT組成原理 航天測控中心多年來跟蹤研究BIT技術，研制了BIT系統(tǒng)并應用到具體的型號上，取得良好的效果。 某型內(nèi)裝自測試與自診斷系統(tǒng)由BIT信號采編器、地面計算機和故障診斷分析平臺組成。其中信號采編器負責彈上信號的調(diào)理、采集和處理，并進行數(shù)據(jù)的存儲、打包和編碼發(fā)送。地面主控計算機主要負責數(shù)據(jù)的顯示、分析和故障診斷。 信號采編器軟件由設備自檢模塊、通訊管理模塊、A/D采集模塊、指令檢測模塊和數(shù)據(jù)管理模塊組成。設備自檢模塊負責信號采集器內(nèi)各部分硬件的自檢功能；通訊管理模塊負責將串口的管理工作；A/D采集模塊負責彈上各路信號的采集工作；指令檢測模塊負責對地面計算機發(fā)送的指令進行檢測和比較；數(shù)據(jù)管理模塊負責將采集的數(shù)據(jù)進行打包和存儲的工作。 地面監(jiān)控系統(tǒng)軟件由主平臺模塊、通訊線程模塊、數(shù)據(jù)模塊、數(shù)據(jù)庫模塊和故障診斷模塊。主平臺模塊主要維護全幀顯示、字符顯示和曲線顯示等功能；通訊線程模塊主要負責信號采集器和地面計算機的通訊功能；數(shù)據(jù)模塊主要完成公共數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)維護工作；數(shù)據(jù)庫模塊主要完成各顯示參數(shù)維護工作；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：第一部分是實時診斷，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)計入故障庫；第二部分是事后診斷，即系統(tǒng)調(diào)出故障庫中的故障，通過推理機構進行故障推 |
