基于机内测试和自动测试设备联合工作的鱼雷测试虚警率验证试验方法

高 江, 贺成刚, 许鸿锐



基于机内测试和自动测试设备联合工作的鱼雷测试虚警率验证试验方法

高 江, 贺成刚, 许鸿锐

(中国人民解放军91388部队, 广东 湛江, 524022)

虚警率是困扰鱼雷测试性技术发展的主要问题之一, 目前在理论和技术指导方面, 均缺少明确的可直接使用的鱼雷虚警率试验验证标准和方法。为此提出了基于机内测试(BIT)和自动测试设备(ATE)联合工作、人工测试和综合诊断手段共用的鱼雷虚警率验证试验方法。在对基于自然故障和基于模拟故障进行验证试验的特点进行比较后, 确定以自然故障作为样本进行验证试验。全文依次从试验准备工作、试验实施程序和验证试验方案3个方面论述了虚警率的验证试验方法, 最后通过实例检验了试验方法的正确性和科学合理性。

机内测试; 自动测试设备; 虚警率; 验证试验

0 引言

现代鱼雷大量采用高新传感器技术、信号处理技术、计算机技术和微电子技术, 具备了一定程度的机内测试(built-in test, BIT)能力。同时, 借助外部自动测试设备(automatic test equipment, ATE), 共同提高了鱼雷的测试性。

在鱼雷测试性技术发展过程中, 虚警率始终是困扰其研究和应用的主要问题之一。它不仅导致可用性降低和全寿命周期费用提高, 更为严重的是, 导致使用及维修人员对鱼雷的测试性逐步丧失信心, 由于鱼雷虚警率是否满足要求对后期使用和维护的影响很大, 因此应该在设计定型阶段和试用阶段对鱼雷的虚警率开展试验验证。

目前, 在理论和技术指导方面, 缺少明确的可直接使用的鱼雷虚警率试验验证标准和方法。在实践应用方面, 国内成功应用经验较少。本文在借鉴部分工程实践的基础上, 提出了一种基于BIT和ATE联合工作的鱼雷虚警率验证试验方法, 该方法使用机内测试、外部自动测试设备测试、人工测试和综合诊断的多种手段[1], 为更好地开展鱼雷虚警率验证试验提供工程指导借鉴。

1 鱼雷虚警率及常用验证方法

虚警是指测试系统或设备显示被测试项目有故障, 而该项目实际无故障。鱼雷的虚警率是指鱼雷在规定期间内发生的虚警数与故障报警总数之比, 以百分数表示, 即

与其他武器装备测试性定量指标验证试验类似, 鱼雷虚警率验证也可有以下3种情况选择[2]。

1) 基于自然故障验证

通过鱼雷训练、试验、维修维护中得到的产品自然故障及其BIT检测与隔离信息进行虚警率验证。这种方法与使用评估方法相类似, 不同点在于它具有明确的统计试验方案, 即具有样本量要求和参数合格判据。由于仅统计自然故障的相关信息, 因此该方法也适用于所有装备类型。

2) 基于模拟故障验证

在鱼雷试验过程中人为设置模拟故障并统计BIT检测与隔离信息进行虚警率验证。这种方法同样需要统计试验方案, 并且实现手段与实验室试验验证方法相类似, 不同点在于该方法的试验环境是现场环境。由于需要注入故障, 因此该方法只能用于不影响到鱼雷安全执行试验任务。

3) 自然故障和模拟故障验证

该方法是上述2种情形的组合, 集中了自然故障符合实际情况和模拟故障统计时间短的优点, 不仅可以缩短试验时间, 还可以保证样本量满足统计试验方案要求。

2 基于BIT和ATE联合工作的验证方法

因为虚警和多种因素有关, 受环境条件影响较大, 很难人为条件下真实模拟虚警, 加之在非实际使用条件下对虚警指标进行验证, 其结果很不准确。为了验证鱼雷虚警率指标, 需要在各项试验中收集自然发生的虚警样本, 即需要以自然故障为样本进行验证试验。故在鱼雷虚警率验证试验中, 选择上述3种方法中的方法1), 基于自然故障进行试验。

为提高鱼雷虚警率验证试验效率, 提高试验结果的可信度, 及早发现并改进鱼雷测试性设计缺陷, 提出采用一种基于BIT和ATE联合工作的鱼雷虚警率验证试验方法。该方法使用自然故障和模拟故障作为试验样本, 既不是单独采用鱼雷机内测试手段(BIT), 也不是单独使用鱼雷保障设备中的外部测试设备(ATE)完成鱼雷虚警测试, 而是主要将BIT和ATE联合起来作为基本方法, 同时将人工测试和综合诊断手段并用进行虚警率测试。该方法是现代测试性工作的趋势所在。

该方法的主要优点是, 从提高机内测试能力和外部测试设备的测试能力出发, 整体上提高鱼雷武器装备测试性, 尤其是当鱼雷出现故障时, 如何尽快进行故障隔离和故障检测, 为鱼雷故障排除, 尽快完成鱼雷技术准备和日常维护维修, 提高技术准备效率做好基础性工作。该方法的主要缺点是在虚警发生后, 需要定位到底是鱼雷产品还是外部测试设备故障导致报虚警, 需要进行甄别。

2.1 虚警率验证试验前的准备工作

1) 检查产品技术状态

被试鱼雷应装配完整, 技术资料齐全, 技术状态确定。配套的ATE和接口设备完整, 技术状态确定。

2) 验证试验的时机选择

由于测试性验证试验一般在设计定型阶段进行, 作为测试性的一个重要指标, 虚警率验证试验可选择在设计定型阶段进行。

3) 虚警率验证试验大纲和实施计划编制

建议将虚警率验证试验大纲和实施计划作为鱼雷测试性验证试验大纲及实施计划的一部分进行编制, 结合整个测试性指标验证试验进行。

4) 试验的组织管理

验证试验是订购方(使用单位或试验单位)与承制方共同参与完成的工作。一般应成立验证试验工作领导小组和实施小组, 明确工作职责、人员分工与培训及各种保障。一般与测试性验证试验的组织管理合二为一。

2.2 虚警率验证试验程序

测试性验证试验工作流程[2]如图1所示。

图1 一般测试性验证试验程序

虚警率作为一个测试性指标, 其验证试验一般结合测试性维修性验证试验一并进行。基于BIT和ATE联合工作鱼雷虚警率的验证试验流程与一般测试性验证试验程序基本一致, 只是测试性验证试验中故障隔离率和故障检测率的验证基本上是采用模拟故障和自然故障相结合[3], 要将故障定位到车间可更换单元或者现场可更换单元(即一定级别的组部件)。而虚警率验证试验是以自然故障为样本进行试验, 除允许将故障定位到车间可更换单元或者现场可更换单元, 还可将故障定位到比车间可更换单元或者现场可更换单元更细小的组部件, 或者是由于某2个部位的连接、配合异常导致的故障报警。

图2简要描述了鱼雷虚警率验证试验流程, 与图1流程基本一致, 其中步骤3与步骤4之间未标注序号的框图中描述了某1个自然故障样本在虚警率验证试验中的测试及判别过程。

图2流程中, 对某个故障样本进行虚警率试验时, 首先使用BIT和ATE相结合的手段进行故障检测隔离, 若能够直接隔离到车间可更换单元或者现场可更换单元, 则该故障样本的虚警试验结束, 判为非虚警; 若暂时无法隔离, 则考虑加入人工测试、综合诊断手段, 直至将故障定位, 该种情况一般会将故障隔离至比车间可更换单元或者现场可更换单元更细小的组部件, 甚至零部件, 或者是某2个连接部位之间的松动、错位问题, 至此, 该故障样本的虚警试验结束, 判为非虚警; 若采用间接测试和人工分析, 足以证明产品无故障, 应判为虚警; 若使用各种手段在定型试验临近结束时仍无法判断某故障样本是否虚警, 则由订购方(使用单位或试验单位)与承制方共同组成的试验结果评定小组进行判定。对于同一部位出现的多次相同虚警, 只累计1次。

图2 虚警率验证试验程序

2.3 虚警率验证试验方案

2.3.1 采用单侧置信下限的试验方案

借鉴空空导弹的测试性验证试验方法[5], 确定故障抽样检验试验方案。

鱼雷虚警率验证试验属于成败型试验, 可以采用如下方案: 随机抽取个样本进行试验, 规定一个正整数, 假设其中有个失败, 如果≤, 则认为合格, 判定接收; 如果>, 则认为不合格, 判定拒收。试验方案简记为()。

表1 试验方案

通过计算或查表可以确定多组试验方案, 如置信度80%, 故障指示成功率置信下限为95%(即虚警率上限值为5%)时, (,)有(32, 0), (59, 1), (85, 2), (110, 3)等组合, 可选取其中一组进行试验。

该方案的特点是可以直接给出一定置信度下虚警率的估计量值, 采用足够多的样本量, 试验结果的可信度最高。

2.3.2 GJB2072-94附录试验方案

GJB2072-94《维修性试验与评定》[7]中附录C3给出的虚警率验证方法如下。

计算预期的虚警数

式中, 为规定的虚警率。按照图3确定预期虚警数与实测虚警数的交点, 若此交点落在接收区内, 则符合要求, 接受; 若此交点落在拒绝区内, 则不符合要求, 拒绝。上述判决的置信度1－可达0.75。

该方案的特点是, 不适用于虚警率与可靠性要求高的系统, 但没有明确规定所需试验时间, 没有估计出虚警率量值的大小, 也没有明确的结果置信度。由于以上原因, 建议若该方案和采用单侧置信下限的方案均具备使用条件时, 采用单侧置信下限的试验方案。

2.3.3 点估计的试验方案

2.3.4 虚警率验证试验的故障样本来源

在GJB2072-94中, 对维修性和测试性验证试验的最小试验样本量要求是30个, 而且要求故障样本按照各分系统的相对故障率进行分配。

由于鱼雷虚警率验证试验采用自然故障作样本, 故试验样本量的确定和分配不能按照GJB2072-94中的要求人为设置, 总的原则是利用在订购方监督下由可靠性试验、湖上实航试验、海上实航试验、维护维修、陆上专项试验等多种途径和过程得到的自然故障进行虚警率验证试验, 参照GJB2072-94, 建议样本量最好不小于30个。

若鱼雷在正样科研试验阶段与定型试验阶段技术状态一致, 或经证明技术状态更改对鱼雷虚警率无影响时, 科研阶段的自然故障也可与定型阶段的自然故障一并纳入虚警率验证试验。

2.3.5 虚警率验证试验的实施步骤

按照GJB2072-94要求, 测试性试验应组织试验评定小组。评定小组由各方面代表组成, 一般包括军方或其代表、质量部门代表、设计人员、测试人员、使用人员、测试性专业人员等, 评定小组应设一名组长负责组织和管理。

试验时, 由试验组逐个对自然故障按照图2步骤3和步骤4之间方框的流程进行虚警率验证试验并记录结果。

2.3.6 虚警率指标验证试验结果评定

试验结束后, 应根据试验记录对测试性结果进行评价。评定结果时, 可根据试验样本量的大小确定选择单侧置信下限的试验方案、GJB2072- 94中附录C3的方案或者点估计的方案进行试验结果评定。若虚警率不满足指标要求, 则要求研制部门查明虚警率高的原因并进行改进, 若研制部门进行了必要的设计更改并提供了改进的证据, 则可以接受, 并依据更改情况进行有限的验证试验。

3 应用实例

3.1 试验结果统计

某型鱼雷的虚警率要求不大于5%, 即故障指示成功率下限为95%。在各阶段发生的自然故障数及故障指示成功情况如表2所示。

表2 虚警率验证试验统计表

在正样雷科研试验后期, 鱼雷技术状态与海上、湖上定型试验时技术状态一致。故将其自然故障样本纳入试验。

由表2得到整个试验期间, 共发生自然故障次数为62, 故障成功指示数为61, 虚警数为1。

3.2 试验结果判定

从试验结果统计的样本量大小来看, 并比较文中提出的3种试验方案, 最好采用单侧置信下限的试验方案进行检验给出评定结果。

对表1最后一行进行线性插值, 得到表3。

得到实际的试验检验方案为取=62时,=1.1, 此时=1。显然满足≤, 判定取置信度为0.8时, 鱼雷虚警率不大于5%满足指标要求。

表3 试验方案线性插值表

4 结束语

本文尝试从试验实施层面对基于BIT和ATE结合的、采用人工测试和综合诊断等多种手段进行的鱼雷虚警率验证试验方法进行了研究, 并提出了采用自然故障作为样本进行试验, 将由可靠性试验、湖上实航试验、海上实航试验、维护维修、陆上专项试验等多种途径和过程得到的自然故障检测隔离结果, 即故障指示结果作为试验数据来源进行试验结果评定的试验方法, 该方法的成功实施可为后续试验提供直接方法指导。

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(责任编辑: 许 妍)

Testability Verification Test Method of False Alarm Rate for Torpedo Based on Built-in Test and Automatic Test Equipment Teamwork

GAO JiangHE Cheng-gangXU Hong-rui

(91388thUnit, The People′s Liberation Army of China, Zhanjiang 524022, China)

The false alarm rate is one of the main problems blocking the development of torpedo testability technology. In this paper, a verification test method of false alarm rate for a torpedo is presented based on the combination of built-in test (BIT) and automatic test equipment(ATE) together with manual testing and comprehensive diagnosis. By comparing the characteristics of verification test between spontaneous faults and simulation faults, spontaneous faults are selected as the verification test sample. The verification test method is discussed from the aspects of test preparations, implementation procedure and test scheme. Example verifies the correctness and rationality of the present method.

built-in test; automatic test equipment; false alarm rate; verification test

TJ630.6

A

1673-1948(2014)06-0465-05

2014-04-25;

2014-06-04.

高 江(1982-), 男, 硕士, 工程师, 研究方向为试验总体技术.