空空導(dǎo)彈測試性試驗(yàn)方法研究

孔令偉

摘 要：隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，裝備的測試性設(shè)計(jì)水平要求越來越高，而測試性試驗(yàn)作為評估裝備測試性水平的重要技術(shù)手段，越來越受到重視。本文闡述了測試性試驗(yàn)的重要性及現(xiàn)狀，并針對空空導(dǎo)彈測試性考核需求，結(jié)合空空導(dǎo)彈技術(shù)特點(diǎn)，從FMECA、故障樣本選取、故障注入方式和試驗(yàn)流程等方面入手，提出了適用于空空導(dǎo)彈測試性試驗(yàn)的方法。

關(guān)鍵詞：測試性試驗(yàn);FMECA;故障注入;故障樣本

中圖分類號：TJ762.23文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）06-0060-03

Research on Testability Test Method of Airborne Missile

KONG Lingwei

（China Airborne Missile Academy，Luoyang Henan 471009）

Abstract： With the rapid development of electronic technology， the requirements for testability design of equipment are getting higher and higher， as an important technical means to evaluate the testability level of equipment， testability test has attracted more and more attention. This paper explained the importance and current status of test trials， in response to the testability requirements of airborne missiles， combined with the technical characteristics of airborne missiles， starting from the aspects of FMECA， fault sample selection， fault injection methods and test procedures， proposed a method suitable for testability tests of airborne missiles.

Keywords： testability test;FMECA;fault injection;fault sample

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，航空裝備的功能性能、集成規(guī)模、智能化和復(fù)雜程度得到了很大的提升，這也給裝備的測試、診斷提出了更高、更新、更嚴(yán)的要求。如果要實(shí)現(xiàn)快速而精確的測試，就必須在裝備設(shè)計(jì)研制初期綜合考慮測試、診斷與保障問題，使裝備具有良好的測試性[1]。目前，戰(zhàn)場環(huán)境越來越復(fù)雜，對武器裝備的測試性要求也越來越高，其需要具有簡潔高效的測試診斷能力，而如何驗(yàn)證裝備的測試性設(shè)計(jì)水平就成為裝備設(shè)計(jì)定型時需要開展的重要工作[2]。測試性試驗(yàn)作為評價測試性設(shè)計(jì)水平的重要手段，受到各方的關(guān)注，如何減少測試性試驗(yàn)成本、節(jié)約試驗(yàn)時間、更加科學(xué)準(zhǔn)確地對測試性指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證和評價成為測試性試驗(yàn)重點(diǎn)關(guān)注的問題。

1 測試性試驗(yàn)現(xiàn)狀

測試性驗(yàn)證試驗(yàn)是指在裝備設(shè)計(jì)定型、生產(chǎn)定型或有重大設(shè)計(jì)更改時，即在實(shí)驗(yàn)室或?qū)嶋H使用環(huán)境下，對裝備注入一定數(shù)量的故障，用測試性設(shè)計(jì)規(guī)定的方法進(jìn)行故障檢測與隔離，按其結(jié)果來估計(jì)裝備的測試性水平，判斷是否達(dá)到規(guī)定的測試性要求，決定接收或者拒收[3]。測試性試驗(yàn)通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)來檢驗(yàn)裝備測試性設(shè)計(jì)是否滿足指標(biāo)要求，是裝備設(shè)計(jì)定型階段的重要工作。

目前，國外在武器裝備測試性驗(yàn)證試驗(yàn)方面已有很多成功的案例。例如，APG-66雷達(dá)系統(tǒng)、APG-65雷達(dá)系統(tǒng)都開展了測試性驗(yàn)證試驗(yàn)。而國內(nèi)武器裝備測試性驗(yàn)證工作起步較晚，2012年起，多家試驗(yàn)機(jī)構(gòu)開始進(jìn)行測試性驗(yàn)證方面的研究，并在某型飛機(jī)上開展了測試性驗(yàn)證試驗(yàn)工作。空空導(dǎo)彈方面，目前多采用收集自然故障的方式來進(jìn)行評估，此種方式存在數(shù)據(jù)收集周期長、故障樣本數(shù)不足等問題，無法真實(shí)有效地驗(yàn)證產(chǎn)品的測試性水平。

2 空空導(dǎo)彈測試性試驗(yàn)方案

測試性試驗(yàn)需要在產(chǎn)品實(shí)物中注入故障來驗(yàn)證裝備測試性設(shè)計(jì)水平，但是試驗(yàn)需要消耗產(chǎn)品且對產(chǎn)品具有破壞性。考慮到試驗(yàn)風(fēng)險、費(fèi)用及時間，國內(nèi)現(xiàn)有測試性試驗(yàn)一般都對試驗(yàn)樣本總數(shù)進(jìn)行限定，有限的試驗(yàn)故障注入樣本代表性差，無法保證對裝備主要功能和關(guān)鍵故障的覆蓋，不僅會影響試驗(yàn)結(jié)果的可信度，也無法充分暴露產(chǎn)品潛在故障。因此，通過分析提出結(jié)合裝備本身特點(diǎn)的測試性試驗(yàn)方案，對充分暴露產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺陷、客觀評價產(chǎn)品測試性有著至關(guān)重要的作用。

2.1 面向測試性試驗(yàn)的FMECA

故障模式、影響和危害性分析（Failure Mode， Effects and Criticality Analysis，簡稱FMECA）是測試性工作的重要組成部分，其分析的內(nèi)容包括產(chǎn)品的組成、結(jié)構(gòu)、故障模式、失效率和測試手段等，是開展測試性預(yù)計(jì)、測試性分配、測試性試驗(yàn)等測試性相關(guān)工作的重要依據(jù)。FMECA中，故障模式分析是否全面、失效率分析是否準(zhǔn)確、故障模式的檢測方式是否正確很大程度上決定了能否真實(shí)有效地反映產(chǎn)品的測試性水平[4]。為保證空空導(dǎo)彈測試性試驗(yàn)更好地開展，本研究提出了空空導(dǎo)彈面向測試性試驗(yàn)的FMECA方法，其FMECA應(yīng)做到以下幾點(diǎn)。

在策劃實(shí)施測試性試驗(yàn)時，人們應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)對象的級別，確定需要開展FMECA的最低約定層次，不合理的約定層次劃分可能會帶來額外的工作負(fù)擔(dān)。不同層次的FMECA可以得到相應(yīng)層次的故障模式、故障率和故障影響等信息。在分析過程中，應(yīng)根據(jù)約定層次，對初始約定層次和最低約定層次進(jìn)行調(diào)整，同時要明確各個約定層次的故障模式、故障影響、檢測方法以及各級影響等，并自下而上地按照層次的級別進(jìn)行分析，也就是按照元器件、功能電路、電路板、分組件、組件和導(dǎo)彈等逐級往上分析，進(jìn)而構(gòu)成產(chǎn)品完整的FMECA。

為滿足測試性試驗(yàn)的需求，故障模式應(yīng)分解到最低功能單元電路或元器件，同時要盡可能地涵蓋其所有失效形式，故障模式的定義也應(yīng)該做到清晰、準(zhǔn)確，對于大規(guī)模集成電路，應(yīng)按不同的功能分別進(jìn)行分析;電連接器的故障模式應(yīng)盡量細(xì)化到信號，無法細(xì)化的信號可作為一整體進(jìn)行分析[5]。同時，在各級故障模式分析中，產(chǎn)品或相似產(chǎn)品發(fā)生過的故障模式必須納入其中。

故障原因分析時，應(yīng)保證下級故障到上級故障的傳遞。眾所周知，各故障模式的故障原因?yàn)橄乱粚哟蔚墓收夏Ｊ剑虼耍谔顚懝收显驎r，應(yīng)列清所有導(dǎo)致本故障模式的下一層次的故障模式。如果導(dǎo)致該故障模式的原因有多個時，必須將所有原因羅列，不能遺漏。

在進(jìn)行故障檢測方法分析時，人們應(yīng)給出每個故障的檢測指示，即該故障發(fā)生時某種測試方法下檢測點(diǎn)對該故障的不正常參數(shù)或者異常的指示。

2.2 測試性驗(yàn)證試驗(yàn)故障樣本選取

《裝備測試性工作通用要求》（GJB 2547A—2012）給出了四種測試性驗(yàn)證試驗(yàn)方案，分別是《維修性試驗(yàn)與評定標(biāo)準(zhǔn)》（GJB 2072—1994）的驗(yàn)證方案、考慮雙方風(fēng)險的驗(yàn)證方案、估計(jì)參數(shù)值的驗(yàn)證方案和最低可接受值驗(yàn)證方案。這四種方案都存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)和使用限制，在空空導(dǎo)彈上并不完全適用。

針對產(chǎn)品的測試性設(shè)計(jì)，用戶除了關(guān)注其定量指標(biāo)（故障檢測率、故障隔離率、虛警率）是否滿足要求外，還關(guān)注產(chǎn)品中故障率高、影響任務(wù)完成和影響安全的電路是否能夠檢測和隔離。針對用戶需求，在空空導(dǎo)彈上開展測試性試驗(yàn)時，人們應(yīng)將這些因素考慮進(jìn)去。因此，空空導(dǎo)彈故障樣本的選取方法是以按故障率分層的抽樣方案為基礎(chǔ)，將單元影響系數(shù)加入其中，對系統(tǒng)影響更大的組成單元將分配到更多的試驗(yàn)樣本，各單元分配的樣本數(shù)量如式（1）所示。

[ni=n×QiTiLii=1NQiTiLi]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中，[n]為樣本量總數(shù);[ni]為單元i應(yīng)分配到的樣本量;[Li]為單元影響系數(shù);[Qi]和[Ti]分別為第i個單元的數(shù)量和工作時間系數(shù)。

單元影響系數(shù)[Li]受多個因素影響，單元影響系數(shù)[Li]的值等于各影響因素值之和，每個影響因素對[Li]的影響程度不同，在空空導(dǎo)彈上，主要考慮的影響因素為故障率和故障危害度，其他影響因素如成本等對空空導(dǎo)彈的影響較小，因此不予考慮。

在考慮故障率及故障影響等因素完成分配后，某些單元分配的樣本數(shù)可能超出單元可能存在的故障總數(shù)，因此人們需要對其進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整過程中，人們應(yīng)考慮樣本的覆蓋充分性，保證測試手段覆蓋的每個結(jié)構(gòu)或功能單元至少分配一個故障樣本。

2.3 故障注入方式分析與優(yōu)化

故障注入技術(shù)是測試性試驗(yàn)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，對于不同級別、不同類型的產(chǎn)品，其適用的故障注入方法也是不同的。選擇合適的故障注入方式，不僅能夠提高效率，還能降低對產(chǎn)品的破壞。按照實(shí)現(xiàn)途徑，故障注入方法可以分為基于模擬實(shí)現(xiàn)的故障注入方法和基于物理實(shí)現(xiàn)的故障注入方法兩類[6]。基于模擬實(shí)現(xiàn)的故障注入方法是通過運(yùn)用相關(guān)軟件建立產(chǎn)品功能模型，并對電路元器件的主要失效模式及影響因素進(jìn)行分析并建模，形成故障仿真模型，在模型中的相關(guān)節(jié)點(diǎn)注入故障，通過仿真結(jié)果確認(rèn)故障對系統(tǒng)性能的影響[7];基于物理實(shí)現(xiàn)的故障注入方法是在產(chǎn)品實(shí)物上通過物理方式注入一定數(shù)量的故障，并使用相應(yīng)的測試方法進(jìn)行故障檢測與隔離，根據(jù)結(jié)果估計(jì)裝備的測試性水平。基于物理實(shí)現(xiàn)的故障注入是目前最常用的注入方式，可分為總線故障注入、探針故障注入、插拔式故障注入、轉(zhuǎn)接板故障注入和軟件故障注入[8]。

在空空導(dǎo)彈上開展測試性試驗(yàn)時，人們應(yīng)考慮故障注入的可達(dá)性、準(zhǔn)確性、有效性和安全性等問題。在故障樣本確定時，人們應(yīng)明確其注入方式。目前，空空導(dǎo)彈主要采用基于物理實(shí)現(xiàn)的故障注入方法，優(yōu)先采用無損故障注入，主要包括軟件故障注入、總線故障注入、轉(zhuǎn)接板故障注入，對于無法采用無損注入且確保不會造成不可恢復(fù)性影響的前提下，可以選擇探針故障注入和插拔式故障注入。

2.4 試驗(yàn)流程優(yōu)化設(shè)計(jì)

典型測試性試驗(yàn)流程如圖1所示，其存在的主要問題如下：缺乏試驗(yàn)前對注入故障后的影響分析，一旦注入破壞性的故障，就會燒毀產(chǎn)品;沒有確認(rèn)故障與注入方式是否對應(yīng)，會導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果與事實(shí)不符;沒有進(jìn)行故障撤除的驗(yàn)證，存在撤除不徹底現(xiàn)象而影響下一個故障的試驗(yàn)結(jié)果;數(shù)據(jù)記錄不完整，會因缺乏詳細(xì)數(shù)據(jù)而無法對不可測原因進(jìn)行深入分析。

針對存在的問題，人們要從試驗(yàn)前準(zhǔn)備、試驗(yàn)實(shí)施、試驗(yàn)后分析各環(huán)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化。測試性試驗(yàn)中，人們要根據(jù)職能建立兩個不同的小組。一組負(fù)責(zé)從預(yù)選故障樣本中選取具體的故障模式，并實(shí)施故障注入和故障撤除，另一組負(fù)責(zé)利用規(guī)定方法檢測和隔離故障。同時，要明確并細(xì)化試驗(yàn)前準(zhǔn)備、試驗(yàn)后分析等的工作內(nèi)容及要求，各小組按照各自職責(zé)開展工作，相互協(xié)作，確保整個試驗(yàn)過程規(guī)范、完善。

3 結(jié)論

本文針對空空導(dǎo)彈的特點(diǎn)，從理論和實(shí)踐方面對測試性故障注入試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了面向測試性試驗(yàn)的FMECA方法、故障注入方式分析與優(yōu)化方法、測試性驗(yàn)證試驗(yàn)故障樣本優(yōu)化選取方法等測試性試驗(yàn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的具體可行的工作思路，針對測試性試驗(yàn)流程提出了優(yōu)化內(nèi)容和控制要求，為裝備研制過程中測試性設(shè)計(jì)薄弱環(huán)節(jié)的及時暴露提供了具體的工程方法。

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