魚雷裝備三維綜合測試性參數體系構建*

李宗吉 林海華 孫亞平 王世哲

（1.海軍工程大學兵器工程學院 武漢 430033）（2.92767部隊 青島 266000）

1 引言

當前在新研制的武器裝備中，已將測試性指標作為裝備的一個重要的指標來考量[1]。科學完備的測試性參數體系能夠有效反映裝備不同階段的測試性水平，指導裝備的測試性設計，同時也是考核驗證裝備測試性的基礎和前提。

當前國內在參數體系構建方面的研究主要包括以下方面：文獻[2～3]提出了一種基于武器裝備壽命剖面的可靠性參數體系建立方法，為裝備設計和改進提供了指導依據。文獻[4]通過分析大型復雜網絡系統的功能需求、組成結構和功能特點，建立了適用于多冗余網狀拓撲和分布式業務系統的可靠性參數體系，為開展大型網絡系統可靠性設計、分析和評價提供了技術支撐。文獻[5]基于航空裝備任務成功性、戰備完好性、持續作戰能力和保障費用等綜合保障目標要求，對綜合評估參數體系進行分析、篩選和分解，構建了航空裝備綜合保障評估參數體系，為航空裝備全壽命周期的使用保障提供技術支持。裝備測試性工作開展相對較晚，文獻[6～7]根據裝備的測試手段和維修級別，提出了相應的測試性參數體系，為裝備的測試性設計提供了技術支撐。文獻[8]針對裝備兩級維修保障體系運行特點和LRM體系下的保障特點，通過分析面向LRM維修保障體系的測試性驗證需求，提出了適用于LRM維修保障體系的測試性驗證參數體系。

魚雷裝備具有“長期貯存，一次使用”的特點，系統結構比較復雜，可靠性要求比較高。但在魚雷裝備的測試性參數體系構建方面，往往根據專家經驗或裝備特性，采用經驗法或類比法進行權衡選擇，方法不夠科學嚴謹，缺乏一個統一的具有指導意義的測試性參數選擇原則和參數體系構建方法。本文將依據測試性設計的目標要求，結合魚雷裝備工程實際，針對魚雷裝備全壽命周期內不同階段測試性需求的不同，構建一個面向工程階段維、系統結構維和任務階段維的魚雷裝備三維綜合測試性參數體系，進一步指導魚雷裝備的測試性設計。

2 魚雷裝備測試性參數分析

2.1 描述BIT/ETE自身特征的測試性參數

2.2 描述BIT/ETE能力特征的測試性參數

1）故障檢測率（FDR）

式中，ND表示正確檢測到的故障數；NT表示被測單元發生的故障總數。

對魚雷裝備而言，被測單元可以是功能組部件、魚雷各艙段和全雷。

2）故障隔離率（FIR）

式中，NL表示將故障正確隔離到小于等于L個模糊單元的故障數；ND表示同一時間內檢測到的故障數。

其中，L稱為故障隔離的模糊度。對魚雷裝備而言，在基層級維修時，一般要求將故障模糊組隔離到外場可更換單元（LRU），通過更換功能組件實現故障的快速修復；在中繼級維修時，一般要求將故障模糊組隔離到內場可更換單元（SRU）；在基地級維修時，由于測試手段比較先進，維修保障資源比較充足，一般要求對故障進行精確維修。

3）虛警率（FAR）

式中，NFA表示發生的虛警數；NF表示真實故障指示次數。

對魚雷裝備而言，在測試性工程設計中，通常采取合理的容差設計、提高BIT/ETE的可靠性等技術手段，降低虛警。

4）平均故障檢測時間（MFDT）

式中，tDi為檢測并指示第i個故障所需時間；ND為檢測出的故障數。

在利用ATE和BIT對魚雷裝備進行故障檢測時，通常對MFDT有明確的要求，MFDT指標反映了ATE/BIT進行快速故障檢測的能力。

5）平均故障隔離時間（MFIT）

式中，tIi為隔離第i個故障所需時間；ND為檢測出的故障數。

魚雷裝備發生故障需要進行隔離維修時，若采用人工隔離或脫機檢測隔離，故障隔離時間通常比較長也比較難以把握，所以在魚雷的測試性工程設計中應盡可能縮短故障隔離時間，以提高故障維修效率。

6）不能復現率（CNDR）

不能復現率是指在規定的時間內，通過BIT、ETE等各種方式檢測出的而在上一級（基地級或中繼級）維修中不能被證實或者不能復現的故障數與指示的故障總數的比值。

在魚雷裝備的測試維修過程中，不能復現的原因主要包括：操作人員業務不熟練，導致誤操檢測設備、誤報故障；BIT/ATE虛警或故障；溫濕度等環境因素變化引起的故障；電纜、電線連接不牢固導致的故障等。過高的不能復現率往往延長故障檢測維修時間，因此在魚雷裝備的測試性工程設計中，應盡量降低不能復現率。

7）重測合格率（RTOKR）

重測合格率是指在規定的時間內，在基地級或中繼級維修測試中，因“報告故障”而被拆卸下來的產品是合格的數量與被測產品總數之比。

在魚雷裝備的測試維修過程中，重測合格的原因一般包括：因拆卸導致的間歇故障和虛警；魚雷技術手冊存在錯誤缺陷尚未勘誤；BIT/ATE自身設計缺陷等。因此在魚雷裝備的測試性工程設計中，應盡量降低重測合格率。

8）誤拆率（FFP）

式中，NFP為故障隔離過程中拆卸下來的無故障的可更換單元數；NCP為故障隔離過程中正確地拆下地可更換單元數。

3 魚雷裝備測試性參數選擇原則

由文獻[9～11]可知，現有反映裝備系統測試性特征的參數已達100多個，不同測試性參數的使用對象和場合也不盡相同，為準確反映魚雷裝備的測試性水平，必須結合工程實際，綜合考慮以下幾點合理選擇魚雷裝備測試性參數。

1）由測試性定義可知，對故障進行檢測隔離時，要達到“及時”“準確”。“及時”表現為縮短FDT和FIT；“準確”表現為提高FDR和FIR，降低FAR。

2）測試性設計重點關注的是測試性能力特征，γweight、MTBFB/E、MTTRB/E和MBRT是描述BIT/ETE自身能力特征的測試性參數，通常作為測試性設計的約束條件；LCCR作為反映BIT特征參數的指標，一般在魚雷全壽命周期設計中予以考慮。

3）RTOK、FFP和CNDR主要用于評估上一層級測試設備的測試能力，且在實際工程實踐中難以控制。

4）測試性參數應該是便于統計計算和預計驗證的。

綜上所述，結合魚雷裝備測試性工程實際，一般選取FAR、FIR、FDR、FIT和FDT作為魚雷的測試性參數，以便指導魚雷測試性工程設計，分析驗證魚雷裝備性能。

4 魚雷裝備測試性參數體系構建

4.1 單維測試性參數體系分析

1）系統結構維參數體系

魚雷裝備系統層級劃分如圖1[12]所示。

圖1 魚雷系統層次劃分

圖1中每個層級的每個單元組件都有相應的測試性參數集合，對應不同層次的不同組成單元，由于其組成單元的性質屬性不同，測試性參數集合一般也是不同的。

下面定義兩個符號：

（1）用Ux表示模塊單元，x表示單元編號。x=0表示系統層單元；x=1,2,...表示LRU層單元；x=ab，表示SRU層單元，a為所屬LRU層父單元編號，b為SRU層子單元編號，例如U12表示屬于LRU層第1個單元的第2個SRU子單元；同理，Uabc表示SSRU層級單元，依次類推。

（2）Ux的測試性參數集合表示為Tx；Ux的測試性參數pai表示為Tx·pai；Tx的參數值集合表示為VTx；Ux的參數pai的數值表示為VTx·pai。

2）任務階段維參數體系

根據魚雷的不同使用階段，潛用魚雷的任務剖面一般包括岸基貯存階段、戰備等級轉進階段、潛載巡航階段和作戰使用階段等四個基本階段，如表1所示。不同任務階段裝備的運行環境不同、系統和模塊單元的工作時間長短不同，維修保障模式也不同[13]。因此，不同的任務階段對魚雷裝備系統的測試性要求也不同。例如，岸基貯存階段，一般從節約保障費用的角度開展測試工作，通常采用定期檢查，且以便攜式全雷自檢為主，發現故障后主要進行更換部件；戰備等級轉進階段，則主要采取分段檢測和全雷聯調等方式，對魚雷進行全面檢測，發現故障快速維修換件，確保魚雷狀態完好，保證在有限的時間內完成雷彈準備任務。

表1 任務剖面劃分

定義任務階段y下的測試性參數集合表示為VTx·y，其中，y=1,2,...Y（Y表示任務階段數）；參數pai的數值表示為VTx·y·pai。

3）工程階段維參數體系

魚雷裝備測試性工程貫穿論證、方案、設計/研制和使用階段全過程。圖2給出了魚雷裝備工程階段的測試性指標[12]。

圖2 工程階段測試性參數體系

裝備論證階段，需要綜合分析魚雷裝備各層級測試性需求，提出魚雷裝備的測試性參數使用指標要求，同時需要明確門限值（必須達到的使用指標）；在方案階段，通過權衡分析技術可行性，確定合同指標要求，同時在方案階段也要同步給出最低可接受值，即魚雷研制過程中必須要達到的指標值，用于指導魚雷裝備測試性能的考核驗收；在設計/研制階段，設計人員則需要提出比較精確的設計指標值，預計值則是對可能達到的指標的預計，主要是用來指導測試性設計；在使用階段，需要對測試性指標進行驗證，并采取測試性增長方法得到最終的規定指標要求，規定指標是測試性增長的最終目標值。

假設測試性參數pai貫穿整個工程階段，分別用operational.pai（簡化為op.pai）、prescribed.pai（p.pai）、design.pai（d.pai）和specified.pai（sp.pai）表示上述四個階段的主要參數指標。

4.2 魚雷三維綜合測試性參數體系分析

為理清各維度參數體系的關聯關系，本節將上一節各維參數體系綜合起來，構成魚雷三維綜合測試性參數體系，如圖3所示[12]。圖中的每個節點VTx.ph.y代表測試性參數集合（x為模塊單元編號，y為任務階段編號，ph為工程階段編號）。測試性參數pai的指標值表示為VTx.ph.y.pai。顯然，一個測試性參數在不同的任務階段、工程階段和模塊單元，其指標值要求是不同的。

圖3 測試性參數體系三維模型

在魚雷裝備測試性工程應用中，魚雷的測試性參數在不同維度之間交叉關聯，如從任務階段的角度出發，任務階段的測試性要求必然包含了工程階段維的測試性要求和系統結構維的測試性要求。由此可見，龐大復雜的測試性參數體系在工程應用中是無法操作，也是不現實的，因此應對測試性參數進行合理地優化選取。例如，論證階段重點關注魚雷裝備系統層測試性參數，需要綜合考慮魚雷裝備性能要求和測試性要求之間的關聯關系，科學合理地提出測試性使用指標要求；設計階段重點關注各LRU層和SUR層的設計指標要求等。

4.3 魚雷測試性參數體系分析

1）測試性指標傳遞過程

圖4給出了魚雷裝備測試性指標在測試性工程設計中的傳遞關系[12]。

圖4 魚雷裝備測試性指標傳遞關系

在論證階段，重點關注魚雷裝備系統層測試性指標，魚雷裝備論證部門和測試性需求分析相關人員在綜合考慮魚雷裝備維修保障、性能指標要求和任務要求等測試性需求的基礎上，提出科學合理的使用指標要求，指導魚雷裝備測試性設計。在方案階段，由測試性方案分析人員在綜合考慮現有技術手段可行性和設計生產費用等因素的基礎上，權衡得出魚雷裝備測試性合同指標，確定最佳測試性方案。在設計/研制階段，測試性設計人員綜合考慮新研魚雷裝備新結構、新模塊等特性、現有可利用技術和新研可達技術進行測試性設計，確定測試性設計指標，同時制定合理的測試性增長計劃，以確保魚雷裝備的測試性水平達到設計指標要求。在使用階段，通過統計得到魚雷裝備在實際使用保障過程中的測試性指標值，當實測的使用指標值低于設計指標時，則需要對魚雷裝備進行改進設計，最終達到測試性指標要求。

2）測試性參數體系選擇過程

由測試性指標傳遞過程可知，魚雷裝備從系統層到SRU層，從使用指標要求到設計指標要求，其測試性指標要求不斷改進、完善。本節從測試性工程的角度出發，以工程階段維參數體系為主線，按照從使用指標要求、合同指標要求到設計指標要求的順序，依據魚雷裝備測試性需求對系統結構維和任務階段維的參數體系進行選擇。

首先，在綜合考慮魚雷裝備技術條件約束、綜合保障需求和性能指標需求等相關因素的基礎上，確定魚雷裝備的測試性使用指標要求。由于裝備論證階段通常將魚雷裝備作為一個整體予以考慮，因此需要明確魚雷裝備系統級測試性使用指標要求；由于魚雷裝備在技術保障過程中具有“分段檢測、全雷聯調”的特點，因此需要明確各分段LRU層的測試性使用指標要求；考慮到基層級維修保障中一般僅將故障隔離至LRU層，因此從部隊實際保障需求的角度出發，論證階段通常不考慮SRU層的測試性要求。

其次，根據魚雷裝備測試性使用指標要求，在綜合分析現有技術手段可行性和設計生產費用等因素的基礎上，權衡得出魚雷裝備測試性合同指標。通常包括魚雷裝備LRU層級和系統級的測試性設計指標要求，也可根據設計需要提出SRU層級的合同指標要求。

最后，確定魚雷裝備SRU層、LRU層和系統層的測試性設計指標要求。

通過上述的測試性參數體系選擇，可大大約簡魚雷裝備三維綜合測試性參數體系，有利于制定合理的測試性參數體系，指導測試性設計，確定相應的測試性參數要求。

3）測試性指標確定流程

根據測試性指標的傳遞關系和優化選擇過程，魚雷裝備的測試性參數體系確定流程如圖5所示。

圖5 魚雷裝備測試性指標確定流程

（1）確定魚雷裝備不同任務階段下的使用指標要求；

（2）確定魚雷裝備LRU層、系統層的使用指標要求；

（3）確定魚雷裝備系統層級、LRU層級和SRU層級的合同指標要求；

（4）確定魚雷裝備各層級的設計指標要求。

5 結語

本文根據測試性設計的目標要求，對魚雷裝備測試性參數體系構建方法進行了研究，主要完成了以下工作：

1）通過分析魚雷測試性參數內涵，給出了魚雷測試性參數地選取原則，確定了反映魚雷裝備測試性水平的參數集合；

2）根據魚雷裝備工程階段、任務階段和系統結構的不同劃分，構建了基于工程階段維、系統結構維和任務階段維的魚雷裝備測試性參數體系。

3）通過分析不同維測試性參數之間的傳遞過程和關聯關系，對魚雷裝備三維綜合測試性參數體系進行了約簡、優化，給出了魚雷裝備測試性參數體系的確定方法。

本文提出的魚雷裝備三維綜合測試性參數體系對指導魚雷裝備的測試性設計、考核驗證魚雷裝備測試性水平具有一定的應用價值。