舰载火控系统测试性设计研究

2017-11-30赵昶宇

科技与创新 2017年20期

关键词：火控系统测试故障

马跃，赵昶宇

（1.海军驻天津八三五七所军事代表室，天津 300308；2.天津津航计算技术研究所，天津 300308）

舰载火控系统测试性设计研究

马跃1，赵昶宇2

（1.海军驻天津八三五七所军事代表室，天津 300308；2.天津津航计算技术研究所，天津 300308）

舰载火控系统的测试性设计应贯穿设备整个研制周期，同时考虑装备的测试性设计和测试设备。指出了舰载火控系统测试性设计的必要性，提出了测试性设计的原则和基本要求，并介绍了提高测试性设计的一些方法。

舰载火控；测试性设计；维修性；故障诊断

测试性是指系统或设备能够及时并准确确定其状态并隔离其内部故障的一种设计特性，它取决于产品的设计、测试设备的功能以及测试需求。测试性对舰载火控设备，特别是对电子系统和设备的维修性、可靠性和可用性有很大影响。具有良好测试性的舰载火控系统和设备，在平时训练时就可以及时发现故障，自动重构系统或降级使用，一旦出现严重问题能够及时提示舰员中断任务，提高执行任务的可靠性和安全性；在维修保障过程中能够快速检测与隔离故障，缩短故障检测与隔离时间，进而减少维修时间，提高系统可用性。显然，系统测试性对舰载火控系统设备战备完好性、战斗力的发挥、维修费用等都产生着极其重要的影响。

1 现役舰载火控系统测试性存在的问题

现代电子技术的发展对提高舰载火控系统的性能有重大的影响，虽然武器系统的作战性能有大幅提高，但是由于各种微型电路的广泛应用，给舰载火控系统设备也带来了严重的事后维修问题。舰载火控系统测试性存在的问题有以下几个方面：①忽视研制初期的测试性设计。舰载火控系统的设计者通常把测试、维修问题作为设计后的工作，且军方与研制方的合同文件几乎都没有从设计一开始就重视测试性问题，更没有开展测试性分析和验证，从而导致现役武器系统战备完好性差、使用保障费用高。②故障检测与隔离能力差，平均修复时间长。部分舰载武控系统设备的现状是，系统内部没有设计完善的测试电路，外部又没有足够的测试接口，在系统发生故障时，仅依靠维修人员的经验和专业熟练程度，导致设备故障定位和修复时间长。对于新投入部队使用的装备，由于部队使用时间短，故障现象少，经验更是严重不足，其平均修复时间会更长，甚至难以定位故障。③测试设备未针对部队特点设计。在研制阶段，科研人员为了进行软硬件的调试，自行研制了各种各样的“调试设备”，这些“调试设备”严重依赖维修人员的知识水平和熟练技巧，很难直接提交部队使用。

2 测试性设计的必要性

高度集成化和微型化使得系统测试难度与日俱增，而舰载武控系统对复杂系统的测试性要求越来越高，因此测试性设计越来越受到人们的重视。测试性对舰载火控系统的影响，将随着舰载武控系统复杂度的提高而变得日益显著。在进行舰载武控系统设备设计时，一方面，要保证装备本身的设计和装备维修保障设计同时进行；另一方面，武器装备交付部队使用时，还要同时交付装备的维修保障方案和手段。

3 测试性设计的原则和基本要求

舰载火控系统的测试性设计包括硬件测试性设计和软件测试性设计。

硬件测试性设计分为4个发展阶段：①特定目标测试性设计阶段，它的特点是根据测试性要求改善设计方案；②结构化设计阶段，它的特点是设计易于测试的结构；③标准化设计阶段，它的特点是添加简单、标准的测试装置（边界扫描单元）；④递阶集成机内测试，它是边界扫描技术的延伸，引入“并行工程”思想。

软件测试性设计有以下几种原则和方法：①规定软件设计时应该遵循的一系列原则，以达到简化测试、提高可控性和可观察性的目的，包括模块独立化、高层模块具有较高扇出、底层模块具有较高扇入、尽量使用重用模块、显示与控制分离、测试驱动设计、使用COM技术等；②改变软件设计或程序结构，以达到规定的测试性；③通过为软件设计专门的测试结构提高软件测试性；④修改软件开发过程，将测试性设计综合到软件开发的各个阶段。

舰载火控系统测试性设计的基本要求分为定量要求和定性要求。定量要求是规定舰载火控系统的测试性参数、指标和相应的验证方法；定性要求是用一种非量化的形式设计和验证，用以保证舰载火控系统的测试性。

舰载火控系统测试性设计的定量要求包括故障诊断效能指标要求和故障诊断效率指标要求。故障诊断效能指标有故障检测率、故障隔离率和故障虚警率，故障诊断效率指标有故障检测时间和故障隔离时间。舰载火控系统测试性设计的定性要求包括系统划分级别要求、系统与测试设备的兼容性要求和系统测试信息要求等。

4 提高系统测试性的方法

提高舰载火控系统测试性的方法主要有机内测试、机内测试设备、人工测试设备和自动测试设备。

4.1 机内测试

机内测试设计是将测试电路装入到系统内部的一种设计，从而能提供在线的自动测试能力，并能自动检测、诊断和隔离系统故障。通常机内测试的可靠性必须高于被测单元的可靠性，其电路的故障率都不能超过被测单元的10%.该项技术应从系统设计之初就开始采用，并贯穿于设计的整个阶段。

4.2 机内测试设备

机内测试设备的功能是执行系统检测和隔离故障的软件和硬件，它装置在舰载火控系统内部，是舰载火控系统整体的一部分，用于实现对舰载火控系统性能检测、状态监控和故障诊断的单一或综合功能。机内测试设备主要用于基层级维修，对舰载火控系统进行在线监测。

4.3 人工测试设备

人工测试主要依靠人工操作对结果作出人工评定，它是一种专用测试设备，可选用标准设备进行设计，比如示波器、万用表等。人工测试设备可对舰载火控系统的某些部件进行独立测试，也可搭建标准测试环境，借助机内自检和人工输入激励，对设备故障进行检测和隔离。人工测试设备主要用于中继级维修。

4.4 自动测试设备

自动测试设备（ATE）能够自动对产品进行测试，并能将故障精确地隔离到芯片级。专用ATE是针对某一种舰载火控系统的某一些测试内容专门设计的设备，主要用于基层级维修，对某一种舰载火控系统进行检测和诊断，其发展方向是个人仪器或微机化仪器。通用ATE是一种积木模块化的通用测试设备，主要用于中继级和基地级维修，对某一类或某几类舰载火控系统进行检测和诊断。由于通用ATE其模块化、标准化程度高，对不同舰载火控系统测试时只要更换相应专用接口模块即可完成测试功能，因此一台通用ATE就可以满足各种维修级别的需要。具有专家系统的ATE是将专家系统与ATE有机结合在一起，其中，专家系统由人机接口、知识获取机构、知识库及其管理系统、数据库及其管理系统、推理机、解释机构等部分组成，是ATE向智能化方面发展的主要方向。

此外，基于混合诊断建模的测试性设计优化方法、基于LBU（Limited Bottum-up）的测试序列优化方法和基于ITEM的测试诊断信息交互技术等均可提高系统的可测试性。