杨金鹏，连光耀，邱文昊，陈然

(1.陆军工程大学,河北 石家庄 050003;2.特种勤务研究所，河北 石家庄 050003; 3.中国人民解放军 75833 部队,广东 广州 510080)

0 引言

在GJB3385-1998中，定义测试性验证是为了检验装备设计制造的测试性是否符合相关标准、合同规定的测试性要求而进行的工作，即装备测试性要求已经确定后，采用一系列相关的技术方法对装备的测试性进行测试性分析，最后通过测试性验证来检查验证和考核装备的测试性设计是否符合相关规定的测试性标准[1]。测试性验证是装备设计阶段、研制阶段和使用阶段的重要内容，是考核装备的测试性水平进而提高装备故障检测能力与故障隔离能力的重要技术手段。

目前，指导测试性验证开展的方法通常记录为军用标准[2]，国内在借鉴相关国外标准的基础上，建立了国内关于测试性的相关标准，比如：GJB1135-1991，GJB1298-1991，GJB368A-1994，GJB2072-1994，GJB3970-2000，GJB4260-2001和GJB2547A-2012。国外已经对大量先进武器装备开展测试性验证试验工作方面并取得突出成果[3-4]。但我国装备测试性验证试验工作开展较晚，上述标准的制定很多也是借鉴了国外技术标准，相关标准的普适性和针对性还有待工程化验证。目前，国内开展的测试性验证试验还十分有限，仍然存在验证手段缺乏、很多定量指标没有办法考核，技术标准规范不完备、很多考核难以统一、可信度难以保障等诸多问题。基于此，本文根据我军新装备测试性验证需求，从测试性实物验证和测试性非实物验证2个方面，对国内测试性验证发展现状进行了梳理总结，同时立足现有技术手段并结合装备实际需求，对测试性验证工作进行了展望，以期对我军装备测试性工作提供支撑。

1 装备测试性验证概述

测试性验证的内容一般根据装备的技术规范或者技术合同来确定，有定量要求和定性要求2个方面[2]。对某具体装备来说，验证的主要内容如下：

(1) BIT检测和隔离故障的能力；

(2) 被测装备与所用外部测试设备的兼容性；

(3) 测试设备和有关测试程序及接口装置的检测并隔离故障的能力；

(4) 关于BIT虚警率要求的符合性；

(5) BIT测试时间以及故障隔离时间要求是否符合；

(6) BIT指示与脱机测试结果之间的相互关系；

(7) 有关故障字典、人工查找故障等技术文件的适用性和充分性；

(8) 其他测试性定性要求如BIT工作模式、ETE配置及自动化程度的符合性。

2 测试性验证方法分析

按照验证方式的不同测试性验证方法可以分为测试性实物验证与测试性非实物验证。其中，测试性非实物验证的主要方法有2种：测试性预估和测试性虚拟验证。测试性实物验证又可分为测试性实物试验验证和测试性实物使用验证[1,5-7]。在GJB3385-1998《测试与诊断术语》和GJB2547-1995《装备测试性大纲》中将测试性验证称之为“测试性验证”(包括试验工作以及评价工作)，而在GJB2547A-2012《装备测试性工作通用要求》中，“测试性验证”被称为“测试性验证试验”。本文借鉴GJB2547A-2012《装备测试性工作通用要求》中关于测试性验证的定义，重点关注测试性验证的过程和方法而不涉及评价工作。

2.1 非实物验证技术的发展现状

测试性非实物验证的2种主要方法是测试性预估和测试性虚拟验证。测试性预估主要通过图解或建立定性模型的方式对装备测试性指标进行预计(估计)[8]，定性的描述了故障与系统装备之间的关系。目前定性模型、关联模型、多信号流图模型、有向图和相关矩阵等都在该领域开发应用，但使用较为广泛的是多信号流图模型及混合诊断模型[9]。美国Connecticut大学的Somnath Deb[10]教授和Krishna R.Pattipati教授[11]在20世纪50年代共同提出了多信号流图模型，并带领研究小组在多信号流图模型的基础上开发出测试性工程与维护系统(testability engineering and maintenance system,TEAMS)。该软件提供了直观方便的图形化建模环境，采用基于模型推理的技术，自动实现测试性分析评估，并给出装备测试性缺点及改进建议。历经几十年发展，该软件不断改进成熟，成为测试性建模领域一大经典软件系统。

在测试性建模领域另一种与TEAM同样经典的模型是由美国DSI公司提出的混合诊断模型(hybrid diagnostic model)。混合诊断模型把测试、功能模块、故障模式集成于一个有向图中表示。此外混合诊断模型将逻辑模型和信息流模型的优点进行有效融合，做到既可以在研制阶段初期对功能模块与测试的关联关系进行分析，又能够在故障模式明确后分析出故障模式与测试之间的关系，并建立了较强大的诊断推理规则[12]。该公司在混合诊断模型的基础上，研制开发了eXpress软件，并在测试性设计领域实现成功应用。

上述2款软件在我国现有装备中进行应用后，取得了一定效果，但其并为做到对GJB2547-1995及GJB2547A-2012中的工作项目实现全覆盖。基于此国内相关单位针对上述2款软件定量分析功能不足的局限性，自主研发了测试性分析、设计与评估系统(testability analysis design and evluation system,TADES)，满足了国内装备测试性设计的需要。无论多信号流图模型还是混合诊断模型，其建模过程相对简单, 模型简单易懂, 有利于工程实现,可快速对装备的部分测试性指标完成估计。然而这些模型都只是将故障与测试的关联关系进行了定性分析， 是一种较粗糙的定性建模方法，无法满足装备对测试性指标的定量要求[13]。此外这些模型都是在测试可靠度极高、故障率固定不变、修复及时等前提条件都满足的情况下, 对装备的测试性指标进行计算, 是一种简单化、理想化的测试性指标计算方法。由于并没有对实际试验条件、故障发生随机性、测试不确定性、环境影响、维修条件等实际问题进行充分考虑, 预计得到的测试性指标值往往与实际值之间存在较大偏差, 其结果的置信度难以满足装备鉴定和验收要求, 因而, 上述测试性模型难以应用于测试性验证领域。

测试性虚拟验证(又称基于虚拟试验的测试性验证)，以虚拟试验的方式进行，即通过将故障进行仿真后注入到虚拟样机、进而在虚拟样机上完成测试、故障检测/隔离、指标评价等工作从而虚拟完成整个验证过程。随着建模仿真技术快速发展,计算机运算能力飞速提升，目前对实物样机的数学化、模型化、数字化已经可以通过虚拟样机技术实现,从而虚拟样机可以在计算机上进行处理,通过计算机自身强大的计算能力以及可视化技术,可以实现对测试性功能指标和性能指标的仿真分析。由于虚拟验证的试验分析过程在计算机上进行,因而该方法具有低成本、高效率、可重复、过程可控、风险小等优点。

2007年邱静[14]和连光耀[15]分别在理论层面提出了基于虚拟样机的虚拟验证技术的框架，并就开展测试性虚拟验证的关键技术和进行测试性虚拟验证试验的流程进行了说明。文献[15]中明确指出该技术研究正处于起步阶段，测试性虚拟验证的方法是未来测试性验证试验发展的重要方向，为后续的学术研究和工程实践打下了良好基础。张勇[16]突破了传统的定性测试性模型的局限性在模型向定量化发展方面做出了进一步探索，提出了一种功能-故障-行为-测试-环境一体化模型(function-fault-behavior-test-environment model，FFBTEM)。在文献[16]中以某型导弹控制系统及其测试系统为对象，搭建了虚拟技术和实物结合的半实物仿真平台，并成功构建FFBTEM模型，对测试性虚拟验证试验的关键技术进行了应用和验证研究。但其搭建的半实物仿真平台中存在实物验证部分，因而其构建的并不是严格意义上的测试性虚拟验证体系。在此基础上赵晨旭[17]于2011年使用Multisim 10与Matlab构建了测试性虚拟验证系统，在直升机航向姿态系统中进行了应用研究，建立了真正意义上的测试性虚拟验证模型，形成了真正的测试性虚拟验证体系。但其使用的Multisim 10搭建的测试性虚拟验证系统针对性过强，无法形成对多学科领域的装备测试性虚拟验证的能力。

2.2 实物验证技术的发展现状

测试性实物验证可分为测试性实物试验验证和测试性实物使用验证。测试性实物试验验证多基于故障注入的方式进行，又称基于故障注入的测试性试验验证试验。试验验证一般在实验室或车间内进行，通过将一定数量的样本故障注入到真实的系统装备或装备某特定系统中，用规定的测试方法进行故障检测与故障隔离，然后对数据进行采集从而实现对系统装备或装备特定系统的测试性水平评估[18]。该方法能够在实验室或车间环境下最大限度的地反映装备的测试性水平，较虚拟验证的方法真实可靠，验证更加充分，是目前验证电子装备测试性水平最有效的手段。

2000年左右，徐萍,康锐等对基于故障注入的测试性验证体系中的故障注入系统框架进行了研究，建立了完整的故障注入系统框架，该技术框架将硬件注入和软件注入2种方式进行了有效融合、兼顾总线注入和等电势处注入的优点，并顺利完成了对国产某型设备的测试性验证工作[19]。在此基础上张晓杰、张天宏、秦海波等分别针对机内测试故障注入以及系统BIT验证综合故障注入器进行了探索研究。针对某些不宜采用实际装备验证的系统，李志宇等于2013年提出并设计了基于半实物仿真的故障注入软件系统和硬件系统，该方法以半实物仿真为基础，结合测试分析技术，实现了故障注入系统的设计，成功应用于某型号雷达自检设备并解决了当时雷达装备设计领域存在的测试性验证的问题[20]。与此同时景博，吴喆等将半实物仿真设计在飞机燃油测量系统中成功实现应用。2016年陈然[21]以LRM体系下某型防空导弹为对象，对FMECA方法，试验样本空间优化技术，故障注入技术等关键技术进行了研究，并对相关成果进行了实践应用。目前国内某研究所已建成装备测试性试验评估系统，并对有关设备成功进行了测试性验证试验工作，为陆军电子装备测试性验证与评估建立了完备的体系架构和标准化的试验验证方法。

由于测试性实物试验验证受限于以下几个方面因素，该方法得到的结果可能不准确[22]。①故障注入试验具有明显损害性甚至不可恢复；②对于已定型装备，由于物理封装导致有些故障无法注入；③由于故障模式众多，出于经费条件考虑，一般只选择典型样本进行注入；④受试环境与实际环境的差异，也是导致置信度不高的因素。即便如此，该方法仍然是国内外测试性验证领域最为重视、使用最广泛的手段。从试验手段上来看测试性虚拟验证试验和测试性实物验证试验都是基于故障注入的方式进行，只是在某些特定环节有所不同。测试性实物试验验证与测试性虚拟验证的主要工作对比情况如图1所示。

测试性实物使用验证技术指在指定试验单位，按照规定的试验大纲，在实际使用环境或接近实际使用环境下，通过对装备进行的各种试验，获取装备在自然使用状态发生下的信息，从而对装备的测试性水平实现评估，并判断是否满足规定的测试性要求[18,23-24]。测试性实物使用验证体现了装备在真实环境下装备故障检测与故障隔离能力，是装备测试性水平真实表现。它比实验室或车间环境更为真实，且花费的费用较少；此外，可对某些测试性试验验证方式无法完成的大型装备进行考核和验证，因而适用于所有的装备类型。国外有许多关于实物验证的成功案例，如：美国空军新研制的一种新型主力运输机C-17，根据该机研制合同要求，美国空军进行了一次为期30天的实物验证试验，共有12架飞机参与飞行，共飞行了近2 200个小时[25]。受限于国内采办体系限制和国防和军队保密要求，国内尚未出现有关该验证方法的报道。不同测试性验证方案对比如表1所示。

3 发展趋势分析

综述所述，目前测试性验证是测试性领域的一个热点和难点问题，每种验证方法都有其优点和不足。

(1) 对非实物验证方面，测试性预估的方法建模过程简单, 模型浅显易懂,工程实现方便, 能够对装备的部分测试性指标较快做出预估[26]。但其只是对故障与测试的关联关系进行定性分析,此外测试性指标在建模过程中被大量简化,环境过于理想化， 忽略了试验条件、故障发生随机性、测试不确定性、环境影响、维修条件等实际问题, 预计得到的测试性指标值往往与实际值之间存在较大偏差, 其结果的置信度难以满足装备鉴定和验收要求。因而, 测试性模型难以实现在测试性验证领域的应用。该方法必须充分考虑客观实际因素，模型建立要逐渐从定性建模发展到到半定性半定量建模, 最后做到全定量建模。

(2) 测试性虚拟验证领域历经10年发展已取得一定成果，该方法已经成为一种必然趋势。但是目前该领域仍然存在概念不清晰，方法与技术流程不规范、不系统的问题，国内相关学者基于Multisim 10与Matlab或Modelica[27]建立的模型不具有局限性过强，无法在全部装备中实现应用，不具有通用性。 面向测试性和测试性验证的虚拟样机技术可能会成为测试性模型建立领域的新发展方向。故障模型的建立和仿真，装备模型建立和分析等方面有待进一步探索。借助计算机以及虚拟样机技术, 有望实现高效、低成本、较准确的装备功能及测试性一体化设计、分析、仿真与评估等。

(3) 目前测试性实物试验验证应用最为广泛，但其依然受限于以下几个方面因素：故障注入试验明显的损害性甚至破坏性；物理封装导致的问题故障无法注入；典型故障的选取；受试环境与实际环境的差异。因而典型故障样本的选取，故障信号的产生和故障注入策略仍然是进一步深入研究的方向。

(4) 测试性实物使用验证技术方面，由于国内采办体制限制，我军装备无法完成类似美军的测试性实物使用验证试验，随着我国社会的不断发展和体制机制的改革，未来有望实现实物使用验证的可能。

4 结束语

表1 测试性验证方案对比

相对于国外，我国在测试性验证领域起步较晚。本文对国内装备测试性验证技术的发展现状进行了综述。根据装备测试性验证需求，本文从实物验证和非实物验证2个方面分析了国内外现有技术标准规范，并对发展趋势进行了展望，以期对我军装备测试性工作提供支撑。

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