軍用飛機自動測試系統被測對象分析確認

(第一飛機設計研究院，西安 710089)

0 引言

在現代戰爭中，測試技術對武器裝備發展的支撐作用越來越突出，綜合測試及故障診斷能力已經夠成為制約武器裝備作戰效能的關鍵因素[1]。近幾年來，航空工業發展迅猛，計算機技術的應用日益廣泛，航空機載電子設備日趨復雜。在新型飛機上，機載電子設備90%以上均采用了微處理器控制和系統監控，機載大型計算機設備還采用多CPU分系統控制[2]。為了適應新裝備的發展要求，保障裝備的完好性，就必須采用ATS來實現武器裝備的故障診斷[3]，以確保航空飛機裝備處于良好的戰備狀態。

自動測試系統(ATS)是指一個完全集成的由計算機控制的電子測試設備和相關設備的硬件、軟件、文檔和輔助內容，旨在驗證被測單元(UUT)的主要功能，并對被測單元自動進行測試、故障診斷、數據處理、存儲、傳輸，并以適當方式顯示或輸出結果的系統。ATS由與UUT無關的通用自動測試平臺(ATE)和與UUT密切相關的測試程序集(TPS)兩部分組成[4]。自動測試系統對于提高綜合測試以及故障診斷能力、發揮裝備使用效能、降低測試成本、降低費效比具有重要意義[5]。

目前，國內對軍機ATS的研究關注點大多著眼于具體ATE平臺以及TPS等的技術實現，而并未從飛機級總體需求出發，進行系統性的需求分析研究。因此往往導致ATS需求定位不準，需求分析不充分，功能定位與現役裝備部隊維修體制、專業分工等需求不協調。而選擇哪些飛機機載設備進行測試，則是ATS需求分析的第一步，直接影響到整個ATS方案的規劃和ATE平臺的設計實現。本文旨在提出需求分析中的被測對象確認方法，用于指導軍用飛機ATS的需求分析和方案設計。

1 ATS被測對象確認的立足點

1.1 維修體制變革

國內在役飛機大多數采用三級維修體制：即基層級、中繼級、基地級。目前，裝備維修體制正處于從三級維修向兩級維修發展的過渡階段[6]。二級維修體制即取消中繼級維修機構，只保留基層級和基地級維修機構，原有的中繼級維修工作相應的分到基層級和基地級。采用二級維修體制，簡化了飛機的維修內容和維修人員編制，減少了維修設備和備件的外場儲存量[7]。

現代裝備提倡兩級維修，就必須提高基層級故障診斷能力、減少檢測和隔離時間，這成為各種測試設備的設計目標。實行兩級維修后，基層級故障診斷職能的加強和基地級維修工作量的加大，需要機載狀態監控技術和故障診斷技術、ATE和BIT技術等一系列測試技術的發展作為保證[8]。

1.2 立足點

從ATS的功能屬性的角度看，ATS屬于測試類保障設備，從傳統的保障設備需求分析的角度看，ATS的需求應該來源于維修人員提供維修活動的技術文件[9]，包括預防性維修大綱、維護手冊規程等。但是，在現有的軍機維修體制下，ATS的作用非常有限，現有的軍機已經有成熟的檢測類保障設備和保障模式，因此對ATS的需求并不迫切，且ATS可能與現有的部分二級檢測類保障設備功能重復。

因此對于軍用飛機ATS的需求應該具有前瞻性，并非基于現有的維修現狀，而是應該基于二級維修體制建設，加強部隊測試診斷能力，立足于支持未來的二級維修體制測試保障的需要。

2 二級維修體制中ATS的功能及用途定位

軍用飛機自動測試系統主要用于完成航電、特設、軍械等專業相關機載設備的功能檢查、性能測試、故障診斷和性能調校。

二級維修體制要求二級維修設備具有更強的故障定位能力[10]。使得故障判斷更為準確，從而可以減少不必要的更換和維修，減輕運輸保障負擔和基地級維修的工作量。因此，從維修體制變革的需求來看，ATS應該具有對飛機機載成品的狀態確認和故障隔離功能。

此外，從航材精細化管理的角度考慮，ATS應該支持軍用飛機航材的出入庫檢驗。

基于以上分析，二級維修體制下ATS的用途主要為以下幾個方面：

1)狀態確認：對從機上更換下的疑似故障UUT，在內場依托ATS進行狀態確認，支持外場排故；支持完成UUT調校，對修理后的UUT進行狀態確認；

2)故障隔離：利用ATS將故障隔離至內場可更換單元(SRU)；

3)器材保障：在被測對象(UUT)裝機前、航材入庫前、航材送修前和外出執行任務攜行航材時，利用ATS對UUT進行檢測，確認其工作性能；

4)離位定檢：支持機載設備進行離位定檢。

3 被測對象分析確認策略

從ATS在軍用飛機二級維修體制中的用途定位可以看出，軍用飛機自動測試系統的主要功能是能夠完成航電、特設、軍械等專業相關機載設備的功能檢查、性能測試、故障診斷和性能調校，主要用途是用于機上機載設備的故障確認、故障隔離、器材保障和支持修復性維修。因此，單純從功能和用途的角度考慮，機上所有的帶電的設備都可以通過ATS去檢測，但是這樣將會導致以下問題：

1)對ATE平臺資源需求過多，ATE平臺規模龐大，影響整個ATS的轉場運輸和機動性；

2)資源需求大，通用化程度過高，造價高昂，經濟性低；

3)由于ATS自身的價格較高，用戶只會配有少量的ATS；因此過高的通用化程度將可能影響測試效率，導致部分的疑似故障件得不到及時的測試，從而影響飛機保障。

基于以上原因，不可能對機上所有的機載電子/電氣類設備使用ATS進行檢測，因此有必要對機載設備進行篩選，選擇合適的被測對象。被測對象的篩選實質上就是在ATS測試資源規模、經濟性和通用化程度之間進行綜合權衡，得出最優方案。

因此，在進行ATS被測對象分析確認時，結合工程項目經驗，制定兩步走的策略：即先根據ATS的功能使命定位和機載電子/電氣類設備的特點，進行初步篩選，選擇適合并且可能需要ATS去進行檢測的機載設備；之后針對初步篩選出來的被測對象，逐個進行深度分析，進行最終的確認分析。

4 被測對象的初步篩選

4.1 適用于ATS進行檢測的機載設備

基于ATS的功能用途使用定位，適用于ATS進行檢測的機載設備主要包含以下幾類：

1)包含多個SRU，有進行SRU級故障隔離需求的機載設備。如某型射頻前端設備、某型顯控分系統、某型無線電接口單元、某型音頻設備等內置多個SRU，需在基層級通過ATS將LRU故障隔離到SRU，所以此類LRU應被確定為ATS檢測對象；

2)在維修保障中有離位定檢需求的LRU。如某型接收/處理組合單元、某型發電機控制器、某型靜止變流器、某型主蓄電池控制盒等有離位定檢需求，部隊基層級維修可通過ATS實現其定檢，所以應被列為ATS檢測對象；

3)可以使用ATS進行故障確認的LRU。在外場綜合診斷后會出現疑似故障件，需通過ATS對疑似故障件進行測試，以便確認機載設備狀態。據多家成品單位外場部統計數據顯示，外場疑似故障件返所檢測后確認為完好件的比例較高，如果外場通過ATS進行檢測可不必返所，降低疑似故障件維修費效比；

4)根據維修維護需要，有器材保障需求的LRU。

4.2 不適用于ATS進行檢測的機載設備

基于ATS自身特點，結合目前國內外的ATS的測試特點，不適用于使用ATS進行檢測的機載設備主要有以下幾類：

1)傳感器類設備：傳感器類設備一般需要輸入精確的非電類物理量，如溫度、壓力、位移等，而ATS一般只對電物理量進行測試；此外，傳感器往往需要按規定的周期送計量部門按照專用的檢定規程進行檢定，因此沒有使用ATS進行檢測的必要。如某型油液污染檢測傳感器、某型座艙壓力傳感器、某型溫度傳感器和某氣壓傳感器等基于上述原因無法用ATS對其性能進行檢查。

2)控制面板類：控制面板類設備面板上都有控制開關或(和)調節旋鈕，內部常有多塊較小的功能電路板，通過工程經驗了解到，控制面板類設備電路簡單、性能穩定、工作可靠、故障率低；且一般在進行測試時需要人工手動去控制開關或(和)調節旋鈕，因此此類設備無法進行自動測試，因此使用ATS進行測試的必要性不強。如某型音頻設備的音頻控制面板、簡易控制面板和維護控制面板，某型自衛電子對抗分系統的電子戰控制面板等由于內部由多個功能板和獨立元件組成，在維修過程無法對這類設備內部部件維修，無法用ATS對其性能進行檢查。

3)帶有電機的機電類設備：該類設備檢測項目中都有功率測試和扭矩測試、絕緣強度等測試，從國內外的已有的航空用ATS測試資源來分析，一般都沒有力學類物理量的測試資源。如某型襟縫翼動力驅動裝置的襟翼動力驅動裝置和縫翼動力驅動裝置，測試時需要進行功率和扭矩測試，ATS一般不配套相應的測試資源，所以不作為ATS檢測對象；

4)燈、耳機、揚聲器、麥克風等聲光類的電子設備：一般可以通過耳聽、目視的方法進行檢查，確定其工作狀態，沒有使用ATS進行測試的必要；

5)可使用隨機配套設備將故障確診和隔離的設備：對于有些設備電路簡單、體積較大，故障的診斷和隔離可以使用隨機配套的萬用表、示波器等簡單的檢測工具進行測試的，沒有使用ATS進行測試的必要；

6)由開關、接觸器、繼電器等相關電氣元件組成的配電箱類設備，其內部主要是電氣元件，其工作狀態適合操作檢查；維修主要是更換電氣部件而不是板級維修，因此不適用于使用ATS進行測試；

7)LRM：LRM是指在維修現場可以直接拆卸的功能模塊，是系統結構上和功能上相對獨立的單元。在二級維修保障體系中，LRM有狀態確認的需求，但不進行部隊維修，故障后直接運輸返廠；因目前LRM接口形式較多，使用ATS測試還處于試探之中。如某型綜合處理機內置的LRM，結構和功能獨立，測試時需要機架，故障后直接運輸返廠，一般不作為ATS檢測對象。

按照以上原則，對全機機載設備進行逐個篩選，可以得出初選清單，供后續的深度分析確認。

5 被測對象的深度分析確認

由于ATS的復雜性，深度分析確認需要通過飛機總師單位、機載設備承研單位以及ATE平臺承制單位三方共同針對初選清單，逐項分析確認。總師單位主要從ATS總體需求、綜合診斷的角度進行分析，總體把控；機載設備承研單位從機載設備自身屬性的角度確定是否適用于使用ATS進行測試，以及具體測試項目、測試方法、診斷方法和對測試資源的需求等；ATE平臺承制單位主要從測試資源的角度提供分析過程中的技術支持。

根據深度分析確認過程，總結出以下經驗作為深度分析確認中的重點考慮因素：

1)從歷年的軍用飛機各機載設備或相似機載設備的可靠性數據進行分析，故障率較高的設備著重考慮列為被測對象；經過統計數據分析故障率極低或相對較低的可綜合考慮其他因素，對其進行充分分析確認；

2)在進行維修時需要特殊工藝，部隊不具備維修條件的，可以不進行故障隔離的檢測。如某型飛機直流電源控制盒，在維修時，開蓋和封蓋過程中需要特殊的膠結工藝，在維護保障中不具備維修條件；

3)有保密要求的特殊機載設備，維修人員沒有檢測和維修權限的機載設備，不使用ATS進行測試。如某型敵我識別應答機的時密控制盒由于保密要求，所以不作為ATS檢測對象；

4)對于測試資源代價過大，會造成測試資源規模、體積龐大的，可以使用專用的測試設備進行檢測，而不使用ATS進行檢測。例如，在需求分析中發現，只有控制保護器在進行檢測時需要施加極大電流激勵，因此采用專用測試設備去進行檢測。如ATE平臺需要專門為該測試設備提供大電流的激勵資源，會增加ATE平臺的體積、重量和價格；

5)類似于慣性導航部件等含有動態參數測試的，在裝機后需要在機上進行現場測試，因此，沒有使用ATS進行離位測試的必要；

6)對于航向姿態基準系統中的一些機載設備，在測試中需要輔助使用無磁轉臺、搖擺試驗器等外部設備去進行測試的，宜采用專用的測試設備去測試，不適合使用ATS進行測試。如某型航向基準系統中包括航姿計算機、捷聯航姿組件、航向姿態引導器等LRU，在測試時需要無磁轉臺、搖擺試驗器提供必要的激勵信號，而無磁轉臺、搖擺試驗器屬于機械設備，體積龐大，質量重，無法集成至ATE內部，且無磁轉臺需要定期校準和消磁，保障維護復雜。因此，針對航向基礎系統測試時，采用專用測試設備配合轉臺、搖擺試驗器的方式，對航向基準系統的LRU進行測試，而非采用通用化的ATS進行測試；

7)因飛機提高戰斗力或改善性能需要，正在進行機種升級換代的某類設備，暫不列為檢測對象。如某型超短波抗干擾電臺由于數據鏈功能改進升級，如針對當前狀態UUT開發TP將可能導致當前版本TP無法與改進升級后的UUT相匹配，因此暫不列為檢測對象；

8)由于ATS研制過程中需要由機載設備承研單位去完成測試程序開發，在列入ATS檢測對象前，要充分和機載設備承研單位進行溝通協調。如在需求論證過程中，直流電源控制保護器、發電機控制器等機載設備有離位定檢、故障隔離和故障確認的需求，經初步篩選納入到ATS測試對象中。在深度分析確認階段，通過與成品單位的協調溝通，兩型UUT測試時需提供300～500 A的大電流激勵，從ATS總體布局的角度考慮，僅有這兩型UUT有大電流激勵的需求。如ATE配備相應的測試資源，將大幅度提高ATE的體積、造價，且降低可靠性。因此在進行深度分析確認后，這兩型UUT采用專用測試設備測試，而非采用通用化的ATS測試。

6 結束語

本文立足于軍用飛機二級維修體制，從飛機級頂層需要的角度出發，制定了被測對象確認分析兩步走的策略，先結合ATS功能任務使命和機載設備特點，進行初選，再對初選清單進行逐個詳細分析論證。ATS作為一個復雜系統，在進行被測對象的分析確認時需要考慮各種因素進行綜合權衡，因此分析結果并不唯一。

本文研究針對性強、具有良好的可行性，對軍用飛機的自動測試系統需求分析，以及合理確定ATS體系規模、功能性能要求具有指導意義，能夠對航空領域飛機裝備ATS的設計研制、試驗驗證、裝備集成、維護保障等各個環節的工作提供支撐。