裝備使用期間的測試性評估研究

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(裝甲兵工程學院，北京 100072)

裝備使用期間的測試性評估研究

張雷，梁德潛

(裝甲兵工程學院，北京100072)

隨著大數據技術在設計領域的應用，裝備測試性水平的提高不僅依賴于設計方法，還依賴于大量的、全面的測試性數據;這就要求裝備測試性工作應該是貫穿全周期壽命的一個連續過程，不應局限于研制階段，還應包括使用階段;對裝備使用期間開展測試性評估工作，有利于完善裝備的測試性信息，促進裝備的測試性提高;在此基礎上，對裝備使用期間的測試性評估進行了研究，給出了評估工作的具體流程和實施方法，對指導工程實踐具有一定的意義。

測試性；使用期間；測試性評估

0 引言

測試性是指產品能及時、準確地確定其狀態(可工作、不可工作或性能下降程度)，并隔離其內部故障的一種設計特性[1]。

開展測試性工作的目標是提高裝備的性能監測與故障診斷能力，實現高質量的測試，進而提高裝備的戰備完好性、任務成功性和安全性，減少維修人力以及其他保障資源，降低壽命周期費用，并為裝備壽命周期管理和測試性持續改進提供必要的信息。

測試性技術的實施可以及時發現裝備的故障，從而使操作者采取措施規避故障的進一步發展，對于有余度設計的裝備也可使系統重構，完成自我修復，顯著地提高可靠性；對于維修保障而言，測試性技術的實施使裝備可以快速地檢測和隔離故障，可大大減少平均故障修復時間，減少裝備對保障資源的需求，對裝備的可靠性以及維修保障特性也有積極作用。

一般而言，裝備的測試性增長主要集中在設計階段，在定型準備交付使用方時，要開展測試性驗證試驗，以判斷測試性水平是否達到使用方的要求。這里的測試性水平指的是裝備總體測試性水平，是在測試環境完備下的評估結果。但在裝備實際使用過程中，測試性水平的好壞往往會受到測試資源(測試設備、測試環境)、維修級別和測試人員技術水平的限制，而使得裝備測試性沒有得到充分地發揮。

在2012年頒布的GJB2574A中[2]，提出了在裝備使用期間開展測試性工作的要求。通過收集裝備使用期間的各項數據，并結合必要的故障注入試驗，評價裝備在實際使用條件下達到的測試性水平，確定是否滿足規定的測試性要求，為改進測試性、完善使用與維修工作以及新研制裝備的論證等提供支持。

使用期間測試性評價應以實際使用條件下收集的數據為基礎，綜合利用使用期間的各種信息，必要時也可組織專門的試驗，以獲得所需信息。在一般情況下，使用期間測試性評價應在裝備部署后、人員經過培訓、保障資源按要求配備到位的條件下進行的。

1 使用期間測試性工作流程

使用期間的測試性評估工作流程如圖1所示，主要包括三個階段：使用期間的測試性信息收集、測試性評價和測試性改進[3]。測試性評估工作的開展主要由裝備使用單位組織，承制方配合進行。

圖1 測試性評估流程

1.1 使用期間測試性信息收集

開展裝備使用期間的測試性進行評估工作，對使用期間測試性信息的收集，是最為關鍵的一個環節。在這個階段收集的測試性信息與研制階段的測試性信息有本質的不同，它是裝備在實際使用條件下的測試性數據，能充分反映裝備受環境、維修資源等因素影響下的測試性水平。

表1 統計分析方法

測試性評估結果的可信度，很大程度依賴于評估信息的全面性。收集的信息越全面，越能體現裝備的測試性水平，其評估結果的可信度越高。為了保證測試性評估工作的順利開展，在裝備列裝完畢之后，使用方應組織制定使用期間的測試性收集計劃，開展對裝備在使用、維修、儲存和運輸過程中產生的各種測試性信息的收集，其主要內容包括：

①信息收集與分析部門、單位及人員的職責；

②信息收集工作的管理與監督(含保密)要求；

③信息收集的范圍、方法和程序；

④信息分析、處理、傳遞的要求和方法；

⑤信息分類方法；

⑥定期進行信息分類審核、匯總的安排、信息收集的時間長度等。

在有計劃進行測試性信息收集的同時，還應及時對測試性信息進行分析處理，為下一步測試性評價工作的開展做好準備。如圖2所示，對測試性信息的分析主要分四個方面：系統功能分析、現場故障分析、故障模式影響分析和全信息通路分析[4]。

圖2 測試性信息分析

1)系統功能分析：為了能夠有效提高裝備的測試性，在裝備研制階段往往進行了BIT設計。一方面BIT可以有效對芯片級、板級和系統級故障實現自動檢測和隔離；另一方面BIT系統在振動、溫濕度等環境應力作用下，易出現“誤報”和“假報”的虛警現象，會對裝備的系統功能造成不利的影響。有必要結合BIT功能，把裝備系統劃分為若干個分系統，分析各個層次BIT的利弊影響，從新優化BIT設計。

2)現場故障分析：測試性信息的收集一般會結合裝備維修展開，要對出現的故障、檢測隔離的方法和維修解決的手段進行記錄，包括測試的環境條件、測試方法、測試程度、信息的顯示與儲存以及BIT與ATE檢測結果的一致性。同時分析故障出現、不能檢測或隔離的原因，明確這些問題是設計缺陷造成的還是環境因素、維修資源等引起的，為進一步改善現場環境下的裝備測試性提供參考。

3)故障模式影響及危害性分析(FMECA)：FMECA是對故障的一個全面分析，根據實際使用條件下，分析不同故障模式的原因，以及對系統功能、任務可靠性、安全性的影響和危害性，在有條件的情況下，可以細化到部件級和板級。可以利用TEAMS和MaDe等輔助軟件進行分析，以提高工作效率。

4)全信息通路分析：用于分析系統運行情況下測試性的不足。狀態監測作為測試性設計的目標之一，是實現系統故障預測與健康管理(PHM)的基礎。通過收集故障發生前后的數據信息，分析系統功能參數的變化是否在測試性的狀態監測中有所體現，并考察測試性的狀態監測對系統功能和信息傳輸的影響，為下一步裝備測試性優化設計提供參考。

使用期間的測試性信息，能夠充分反映裝備在實際環境中的測試性水平，信息收集的越完整，下一步測試性評價工作的開展就越順利。

1.2 測試性評價

使用期間的測試性評價一般是在裝備部署后、人員經過培訓、保障維修資源按要求配備到位的條件下進行。評價的內容主要是針對故障檢測率、隔離率和虛警率等測試性指標，還應包括不能復現率、重測合格率、實際測試費用以及不符合實際應用要求的測試性缺陷。

與研制階段的測試性評價不同，一方面使用期間的測試性評價是對各項測試性指標在實際使用和維修環境下的具體量化，是對裝備實際測試性水平的最終反映；另一方面使用期間的測試性評價依據主要是上一階段收集的測試性信息，不依賴于驗證試驗收集信息。在開展評價工作之前，要先制定測試性評價方案，方案內容主要包括評價內容、評價準則和判據、評價方法以及程序[5-7]。

1)評價內容。

測試性評價工作是確定裝備在實際使用條件下達到的測試性水平，它的評價內容應該包括兩方面，一是測試性指標的參數值，如故障檢測率、關鍵故障檢測率、故障隔離率、虛警率、故障檢測時間、故障隔離時間、不能復現率、臺檢可工作率和重測合格率等；二是是否存在不符實際使用要求測試性缺陷、與可靠性和維修性是否相協調、測試費用等，如存在不可測試故障等。在具體實施的過程中，可根據研制階段的測試性試驗評價結果以及前期收集的使用階段測試性信息，適當調整評價內容，以提高工作效率。

2)評價方法。

評價方法按照評價分兩部分，一是測試性指標評價方法，二是定性要求評價方法。

測試性指標評價方法主要是利用統計分析方法，對待評價指標給出估計結果，結果形式可分為點估計、區間估計等。目前常用的統計分析方法有：點估計、單側置信下限估計和置信區間估計等，如表1所示。

加權評分方法是指對每一條定性要求依據其是否適用情況給出基礎得分，再乘以一個加權系數作為該條要求的得分。加權系數的確定主要是考慮該條定性要求對裝備測試性的影響程度來確定的。

3)評價準則和判據。

根據評價內容，評價準則和判據分為定量要求和定性要求。定量要求主要是針對測試性指標，如FDR、FIR和FAR等，通過選定的統計分析方法評估出各參數值，與事先制定的門限值比較來評價當前裝備的測試性水平。門限值的確定，一是參考驗收階段的接收/拒收判據；二是經驗值方法，由專家綜合各個方面的因素，給出合理的評估閾值。

定性要求主要是根據測試性設計準則和實際使用要求給出，對列出的各項測試性要求落實情況進行檢查并評分，以總分代表裝備實際使用的測試性水平，并與事先制定的門限值比較，以評估當前測試性水平的好壞。在使用階段的測試性定性要求更偏向于任務可靠性、測試操作和成本費用。以某型火控系統為例，如表2所示。設定的門限值為80；加權系數1lt;wilt;10,wi值越大，表示對測試性水平影響越大；基礎得分si采用百分制給出，分值越高，貫徹落實越好。在對每一條定性要求加權評分完畢后，計算得到測試性定性要求的評分為49.56，與門限值相差較大，說明存在一定的測試性缺陷。

表2 定性要求評定示例

4)評價程序。

測試性評價的流程如圖3所示。

圖3 測試性評價程序

測試性評價完成后，會形成使用期間的測試性評價報告，是對測試性評價內容的總結和分析，主要包括以下幾個內容：

1)測試性信息：結合要評價的內容，對上一階段收集的測試性信息進行分析處理，判斷其是否滿足評價要求。若無法滿足評價要求，應采取必要的措施進行補充，比如進行測試性試驗等。

2)評價結果：根據測試性評價方案里的評價準則、判據，給出裝備的測試性評價結果

3)評價結果分析：可結合研制階段的測試性信息，縱向對比，分析裝備測試性水平的變化過程。

4)提出測試性改進建議：根據評價結果，對裝備存在的測試性缺陷提出改進的方法。

1.3 測試性改進

測試性改進是裝備測試性工作的一個重要環節，其目的是為了進一步提高裝備測試性與實際使用條件的適應程度，改善裝備的保障能力，使裝備的作戰效能進一步提高。

經過測試性評價之后，往往會暴露出裝備在使用過程的一些測試性缺陷。根據裝備使用期間的測試性評價報告，結合相關技術的發展現狀，通過必要的權衡和分析，確定要改進的項目。針對要改進的項目，制定改進目標，給出改進的方案和具體實施方法。最后，在對裝備改進完畢之后，要對改進項目進行相應的驗證和評估，并給出結論。其主要流程如圖4所示。

圖4 測試性改進程序

1)論證改進的必要性：一是考慮當前的測試性水平對裝備使用的影響程度，是否到了不改不行的程度；二是權衡改進后的測試性水平增長效益是否大于改進需要的成本，這個成本包括改進所需的經費、裝備召回改進對部隊工作的影響等。

2)確定改進的內容/項目/目標：結合測試性評價報告，對存在的測試性缺陷進行分析，同時考慮相關技術的發展水平，列舉出技術可行的改進項目，以改進效益/成本費用最大為權衡標準，確定改進的項目，同時確定改進項目所要達到的目標。

3)成立組織：確定測試性改進的負責單位、人員以及其職責。

4)制定改進方案：針對改進項目的目標，結合實際情況制定方案，主要內容一般包括改進測試性設計、改進維修檢測和使用方法、改進有關測試設備和保障系統等。具體方案內容應根據實際項目進行制定。

5)組織實施：負責單位應該協調好各方面工作，使改進方案得到貫徹落實。

6)組織驗收，編寫改進項目報告：在測試性改進完成階段，要及時組織驗收工作，驗證改進完成之后裝備測試性水平是否達到預期的目標，并編寫改進項目報告。

2 結束語

對裝備使用期間的測試性進行評估工作保證了測試性工作的連續性，一方面對裝備在實際使用環境中的測試性水平進行了有效評價，得到了實際使用時的各項測試性指標具體值。另一方面擴大了用于裝備測試性改進和新裝備研制的參考數據庫，將有利于提高測試性水平。同時，本文還給出了使用期間裝備測試性評估工作的具體流程和實施方法，對指導工程實踐具有一定的意義。

[1] 石君友，紀 超，李海偉.測試性驗證技術與應用現狀分析[J].測控技術，2012, 31 (5): 29-32.

[2] GJB2547A-2012，裝備測試性工作通用要求[S]. 2012.

[3] 梅文華,羅乖林,黃宏誠，等.軍工產品研制技術文件編寫說明[M].北京：國防工業出版社,2011.

[4] 張向榮.電子系統維修性、測試性分析與設計方法討論[J].航天控制,2004,22(5):82-85.

[5] 田 仲,石君友.系統測試性設計分析與驗證[M].北京：北京航空航天大學出版社,2003.

[6] 石君友，康 銳.基于通用充分性準則的測試性試驗方案研究[J].航空學報,2005, 26 (6): 691-695.

[7] 楊春輝，魏 軍，姚 路，等.基于質量功能展開和證據理論的復雜裝備維修可達性綜合評價[J].計算機集成制造系統，2009，15(11)：2172-2177.

ResearchonTestabilityEvaluationofEquipmentofApplicationPeriod

Zhang Lei, Liang Deqian

(Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China)

With the application of large data technology in the design field, the improvement of the testing level of the equipment depends not only on the design method, but also on the large amount of comprehensive test data. This requires that the test work should be a continuous process that runs through full cycle of life and should not be limited to the development period, but should also include the use period. Carrying out the testability evaluation work of the application period equipment, is conducive to consummating the testing information and promoting the testability of the equipment. On this basis, the testability evaluation of equipment of application period is studied and given the assessment of the specific process and implementation methods, which has a certain guiding significance of engineering practice.

testability; use period; testability evaluation

2017-06-02；

2017-07-17。

張 雷(1974-)，男，吉林人，副教授，主要從事武器系統診斷與評估方向的研究。

1671-4598(2017)09-0298-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.09.076

TP801

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