舰艇型号工程测试性验证与评价方法

张小波，常瑞承

(中国舰船研究院，北京100192)

0 引 言

测试性定义为“系统及设备能及时、准确地确定其工作状态(可工作、不可工作或工作性能下降)并隔离其内部故障的一种设计特性”。测试性技术是可靠性工程技术发展到一定阶段的必然产物。测试性对现代武器装备及各种复杂系统的可靠性和维修性有很大影响，必须综合考虑可靠性、维修性和测试性才能获得最佳的武器装备战备完好性［2］。

对于国内水面舰艇来说，由于系统比较复杂，目前测试性工作基本上处于起步阶段，以往对舰艇型号工程的测试性要求不严，在设备研制时对测试性工作考虑不周，实施性较差。最近在某型号上首次提出了测试性要求，并制定了测试性总体设计准则，在测试性工作上有了很大进步。但由于起步较晚，水面舰艇型号测试性工作较可靠性维修性工作差距很大，尤其在测试性验证与评价技术研究方面，目前主要存在以下不足:［3－4］

1)测试性验证与评价技术知识尚不普及，型号工程设计人员测试性工作意识比较淡薄;

2)型号工程测试性验证与评价技术基础薄弱，工程应用上缺少设计指南，实践经验匮乏;

3)型号工程测试性评价及验证方法和基础设施方面能力不足;

4)缺乏型号工程研制、生产和使用阶段中的测试性验证与评价数据、资料及文件等信息的积累。

本文提出一种开展舰艇型号工程测试性验证与评价的思路和方法，指导舰艇型号研制阶段开展测试性验证与评价，进一步提高舰艇型号工程测试性水平。

1 舰艇型号工程的测试性要求

舰艇型号工程测试性要求包括定量要求和定性要求，一般对设备级产品明确定量要求;对总体到系统再到设备，逐级明确定性要求。

1)定量要求

舰艇型号工程定量要求包括故障检测率、故障隔离率、虚警率3 个定量要求。

①故障检测率(FDR)——在规定时间内，用规定的方法正确检测到的故障数与被测单元发生故障总数之比［2］。

故障检测率(新研或改进的电子设备)=90%;故障检测率(机电、机械、液压设备)=60%。

②故障隔离率(FIR)——在规定时间内，用规定的方法正确隔离到不大于规定的可更换单元数的故障数与同一时间内检测到的故障数之比［2］。

故障隔离率=85%。

③虚警率(FAR)——在规定期间内发生的虚警数与故障指示总次数之比［2］。

虚警率=5%。

2)定性要求

定性要求主要包括:

①与可靠性和维修性设计相协调，结合系统装置的结构、功能性能特点，优化自检测、原位检测和离位检测设计，合理选择机内测试、自动测试和人工测试方案，综合权衡设置测点，及时准确诊断装备的故障，有效指导维修，以及消除故障根源，满足舰艇使用过程对测试准确性和完备性的要求。

②对于新研设备或重大改进设备应开展测试性分析、设计和验证工作，将测试性设计落实到研制工作中。

③重要系统和设备应开展性能功能检测设计，具备舰载检测功能。重要电子武备系统应进行机内测试(BIT)设计，具备机内测试功能;机械设备在摸清现状的基础上应逐步开展相关工作。

④测试系统能及时准确地检测设备的故障和异常。测试结果显示要明显，检测方式的选择和检测点的配置能保证检测诊断准确、快速、简便。

⑤开展综合诊断技术研究，进行测试诊断接口设计。在测试性设计中，测试点的种类和数量要与装备使用维修时所用的测试设备、仪器等相适应，尽量采用通用的测试单元或设备;需要频繁测试的测试点，要方便可达，测试接口集中化［5］。

2 舰艇型号工程测试性验证与评价方法

结合舰艇型号工程的测试性要求，开展测试性验证与评价工作，确认研制的产品是否满足规定的测试性要求。目前，在某型号舰艇工程测试性工作中，我们结合型号舰艇具体情况，开展了测试性验证与评价技术研究工作，主要技术和措施包括:

1)测试性设计核查

测试性设计核查主要工作步骤是依据测试性设计准则制定测试性设计准则核查单(见表1)，结合简单分析评价和加权评分法对设计准则落实情况进行检查并评分，通过与事先制定的门限值比较对产品测试性设计水平做出评价。例如:在调研的基础上采用该方法对舰艇某型雷达进行测试性设计准则核查，确定其门限值为80 分。制定加权系数W，1≤W≤10，W=10，表示对测试性设计是关键的;W=5 表示对测试性设计是重要的;W=1，表示对测试性设计是不重要的;根据每条检查单条目对测试性设计的重要程度，给检查单中每一条目分配加权系数;采用百分制计分法拟定计分，得分为S:1≤S≤100，S=100，表示全部贯彻规定;S=0，表示完全没有贯彻规定。计算检查单每一条目的加权得分为Ti=WiSi。最后计算符合设计准则的评分值，其中n 表示适用的设计准则总数。最终测试性评分为91.1 分，从而验证该型雷达系统的测试性设计满足要求。

表1 测试性设计准则核查单Tab.1 Testability design criteria checklist

该方法原理简单、易于掌握、操作性强，可在舰艇型号工程测试性验证与评价工作中推广应用。

2)测试性验证试验

测试性验证试验主要工作步骤是:在实验室或车间内注入模拟故障，通电运行BIT 或用测试设备对产品进行测试，记录模拟故障(包括自然发生的故障)是否检测和隔离、检测与隔离时间以及发生虚警次数等试验数据，按选定判据确定产品是否达到最低的测试性指标要求，并同时检查有关定性要求的符合性。当试验结果表明不满足要求时，分析是设计、制造问题，还是试验的问题，以便采取改进措施。

在某型号舰艇工程研制过程中，对某型雷达开展了测试性试验验证和评价工作。假定该型雷达测试性定量要求为:

①故障检测率(FDR)最低可接受值为80%。

②故障隔离率(FIR)最低可接受值为70%。

首先选定试验样本数n=20，在试验过程中模拟故障，实施检测和隔离程序并给出故障指示，将试验结果记录到故障样本对照统计表中，根据统计结果可求得故障检测率为:

故障隔离率为:

式中:NFDR为正确检测到的故障样本数量;NFIR为正确隔离的故障样本数量。

因此，通过计算可知，该型雷达的故障隔离率和故障检测率均满足测试性要求。

目前，由于在舰艇型号工程中缺乏开展测试性验证与评价试验的基础设施和资金投入，仅某些设备具备开展此项工作的条件，大规模工程应用尚需时日。

3)测试性使用评价

测试性使用评价是在实际使用条件下确认产品测试性水平，评价其是否满足使用要求。同时，也可检验试验结果的准确性和改进措施的有效性，发现初期使用中存在的问题。评价工作进行的方式是收集产品在使用和维修中的测试性信息和使用者的意见，进行综合分析。数据来源是试用和使用中实际发生故障的检测与隔离结果、虚警次数、维修测试中的检测与隔离结果等，在获得足够的数据量后，用选定的统计分析方法评估出故障检测率、隔离率和虚警率等参数的量值。

目前水面舰艇设备使用数据相对薄弱，应用该方法还具有一定的局限性，当具备一定的使用数据基础时，可按照相关方法开展工作。

3 舰艇型号工程测试性验证与评价技术方法的选用原则

测试性设计核查、验证试验和使用评价是3 种适用于开展舰艇型号工程测试性验证与评价的技术方法，选用何种方法开展舰艇型号工程测试性验证与评价工作，应注意以下原则:

1)验证方法的选取需充分考虑所选用的验证方法适用性、有效性和经济性。

2)针对测试性验证内容，综合考虑总体、系统和设备测试性要求的性质(定量要求还是定性要求)、待验证产品项目的产品层次(总体、系统、设备等)、产品类别(如机械类、电子类、机电类等)、各类验证方法需满足的条件、验证时机、验证所需的时间及经费等约束条件，确定相应的一种或几种组合的验证方法。

3)验证方法的选取，应考虑尽可能与舰艇型号研制过程中的评审、试验、验收、交付和定型等工作相结合，验证工作应尽量与工程研制进度相匹配。

4 测试性验证评价各阶段工作内容

通过研究分析，初步确定了舰艇型号工程各设计阶段开展测试性验证评价的验证性质、验证层次、验证方法、数据范围和提供的文件等内容，如表2所示［6］。

表2 测试性验证评价方案Tab.2 Testability verification scheme

5 结 语

本文提出的开展舰艇型号工程测试性验证与评价的思路和方法具有一定的科学性、合理性、规范性和工程适用性。

1)建立的测试性验证与评价方法覆盖工程研制的全过程，全面合理，具有一定的科学性。

2)该方法既有定性的验证与评价，又有定量的验证与评价，方法原理简单、易于掌握、操作性强，有利于及时找出测试性设计缺陷，尽快采取纠正措施，工作流程规范合理。

3)利用该方法可以加强舰艇型号工程测试性设计的监督和管理，切实保证测试性作为产品质量特性有效的设计到产品中去，提高设计水平，降低设计成本［1］。

［1］王慧，王铭泽，李会．航空电子产品测试性设计评价工作框架及流程研究［J］．飞机设计，2012，32(3):70－76．

WANG Hui，WANG Ming-ze，LI Hui．Evaluation working frame and flow of avionic product testability design［J］．Aircraft Design，2012，32(3):70－76．

［2］田仲，石君友．系统测试性设计分析与验证［M］．北京:北京航空航天大学出版社，2003．

［3］白康明，焦健．军用飞机适航性研究［J］．可靠性工程，2009(4):145－149．

BAI Kang-ming，JIAO Jian．Research on military aircraft airworthiness［J］．Reliability Engineering，2009(4):145－149．

［4］景玉国，薛海红．未来飞机设计中可靠性工作面临的挑战与解决思路［J］．可靠性工程，2009，(4):150－152．

JING Yu-guo，XUE Hai-hong．The challenge and solution for the reliability in the aircraft design of the future work［J］．Reliability Engineering，2009(4):150－152．

［5］MTL－STD－2165 电子系统及设备的测试性大纲［S］．

［6］GJB2547A－2012 装备测试性工作通用要求［S］．