武器系统测试性评定方法与试验用例设计

孙　伟

(中国人民解放军92941部队，辽宁 葫芦岛　125001)



武器系统测试性评定方法与试验用例设计

孙伟

(中国人民解放军92941部队，辽宁 葫芦岛125001)

阐述了武器系统测试性及其重要性，分析了测试性指标参数，构建了试验鉴定样本量、检验判据确定和试验数据的分析评估等试验检验模型，并建立测试性试验流程步骤。针对某型舰空导弹武器控制系统测试性考核需求，采用建立的模型和试验流程进行了试验用例设计，较好地解决了靶场试验中的实际问题。

测试性；故障检测；故障隔离；虚警率；评定方法

本文引用格式：孙伟.武器系统测试性评定方法与试验用例设计[J].兵器装备工程学报，2016(8):52-55.

随着现代科学技术，特别是电子技术的迅猛发展和广泛应用，武器装备的集成化、自动化、信息化程度越来越高，结构也越来越复杂，装备出现故障后，能快速准确地完成对故障的检测隔离，即要求具有良好的测试性。据资料表明[1-5]：重要的系统和装备，故障检测与隔离时间往往要占其排除故障总时间的35%～60%，测试性已成为制约装备完好性、可用性和任务成功性的关键因素，成为装备试验鉴定中的重要考核指标。

作为新武器装备试验鉴定的国家级海上靶场，在试验过程中对武器系统测试性的考核开展还不系统、不全面，尚有许多待改进之处。研究测试性及相关试验鉴定理论和方法，进一步解决靶场试验鉴定中存在的问题，对提高武器系统试验鉴定结论的系统性和科学性极为重要。

1　武器系统测试性

测试性定义为装备(系统、子系统、设备或组件)能及时并准确地确定其状态(可工作、不可工作或性能下降)并隔离其内部故障的一种性能。武器装备研制总要求中，通常给出故障检测率、故障隔离率和虚警率，即测试性的“三率”指标。

1) 故障检测率λFD

装备(测试项目)在规定期间内，在规定条件下用规定方法正确检测出的故障数与故障总数之比，其中“测试项目”可以是系统、设备、LRU、SRU;“规定期间”指统计发生故障总数和检测出故障的时间；“规定条件”指被测试项目的状态(任务前、任务中或任务后)、维修级别；“规定方法”指用专用或通用外部测试设备、自动测试设备ATE、人工检查或几种方法的综合。

2) 故障隔离率λFI

在规定期间、规定的条件下用规定方法将检测到的故障正确隔离到不大于规定模糊度的故障数与检测到的故障数之比。

3) 虚警率λFA

规定期间内发生的虚警数与故障指示数之比。

2　测试性检验模型

2.1故障检测率、隔离率试验检验模型

1) 成败型定数抽样检验

(1)

式中：α为选定的生产方风险；β为选定的使用方风险；q1为故障检测率或隔离率的最低可接收值；q0为设计要求值(规定值)；N为故障总数(样本数)；F为检测失败次数；C为接收/拒收的判别门限。

若F≤C，则认为故障检测或隔离率合格，接收；F>C，拒收，不合格。

2) 成败型序贯截尾检验

(2)

(3)

(4)

当F≤s·ns-h1时，接收；F≥s·ns+h0时，拒收；s·ns-h1

序贯截尾模型参数的确定可参照文献[3]或依据GB50 85.5—85查表获得。

2.2虚警率试验检验模型

1) 考虑双方风险的检验

(5)

式中:λFAG为虚警发生率设计规定值；λFAW为最低可接收值；t为测试系统累计工作时间；a为允许最大虚警数。

工作时间t内发生的虚警数NFA。若NFA≤a，接收；NFA>a，拒收。

2) 按成功率检验

(6)

式中：λFAU为虚警率允许上限值；RL为故障指示(报警)成功率下限。

根据所得试验数据(样本数和虚警数)和规定的置信度，查单侧下限数据表得RL值，从而得到λFAU。若虚警率允许上限小于最低可接受值，即λFAU<λFAW，则接收。否则，拒收。

单侧下限数据表参见文献[1]之附表1。

3) 近似试验检验

(7)

(8)

式中NFD为系统累计工作时间t内的规定虚警数。

根据规定的数据来源取得在t内发生的虚警数NFA，在虚警率接收判据图1上，标出NFD和NFA的交点，依据规定的置信度(1-α)判定是否合格。

图1　虚警率接收判据

2.3测试性参数评估方法

1) 参数点估计

人为注入或自然发生故障的次数用N表示，则故障检测率点估计

(9)

式中Nd为检测到的故障数。

隔离概率的点估计

(10)

式中Nl为正确隔离到不大于规定模糊度的故障数。

虚警率点估计值

(11)

式中Nfa为规定期间内发生的虚警数。

2) 参数区间估计

可采用文献[6-7]中给出的区间估计通用方法以及全国统计应用标准化委员会SC-Z给出的近似估计方法，进行故障检测率、故障隔离率的区间估计。本文推荐近似估计方法。

下限值

(12)

上限值

(13)

式中：p为失败概率，成功概率R=1-p；ZC为标准正态分布分位数，C=1-α。ZC及d值可由图2获得。

图2　不同置信度下的ZC及d值

规定置信度C的双侧区间估计为[pLpU]，计算过程中ZC用ZC0代替，C0=1-(1-C)/2。

当N>30，且F/N≤0.1时，

下限值

(14)

上限值

(15)

当n>30，且F/N≥0.9时，

下限值

(16)

上限值

(17)

3　测试性试验方法步骤

3.1测试性试验与其他试验关系

测试性与产品的性能、可靠性，特别是维修性密切相关，所以测试性试验应尽可能与其他试验相结合获得可用数值，避免重复工作。同时，由于这种结合一般只是某项或某个方面或几个测试内容的结合，有时还需要进行独立测试性单项试验。因此，须制订测试性结合与独立试验计划，制定试验检验方案，单独进行测试性数据分析评定，给出评判结果。

3.2测试性

虚警率一般高于故障检测率、隔离率要求值，故在同样α、β条件下需要的样本量远大于后两个指标的样本量，且虚警率包括的BITE错误检测和隔离以及无故障而报警等情况，很难人为条件下真实模拟，因此只能收集自然发生的虚警样本。

故障检测率和隔离率试验收集自然故障和人为注入故障，且以人为注入故障为主。故障模拟/注入方法一般有：用故障件代替正常部件；加入或去掉不易察觉的元器件；人为开路或短路；人为制造失调；人为信号超差；通过软件模拟某种故障特性等。

3.3测试性检验步骤

测试性试验流程如图3所示。

4　测试性试验用例设计

某型舰空导弹舰面武器控制系统由武控机柜、发控机柜、发射系统、局部基准、供电系统等5部分组成，BITE故障检测率不小于0.9，故障隔离率不小于0.75(模糊度为1)，虚警率不大于0.02。

采用成败型定数检验模型对故障检测率指标进行检验。取α=β=0.2，鉴别比D=2，由式(1)计算试验样本量n=78、接收/拒收判据数c=5。根据武控系统MTBF=150 h(故障率λ1=0.006 67)、发控机柜MTBF=470 h(故障率λ2=0.002 13)、发射系统MTBF=800 h(故障率λ3=0.006 67)、局部基准MTBF=600 h(故障率λ4=0.001 67)、供电系统MTBF=1 000 h(故障率λ5=0.001)，按故障数抽样分配原则[8]，则试验样本模拟注入到武控机柜的数量41个、发控机柜13个、发射系统7个、局部基准10个、供电系统7个。采用3.1～3.3章节所述的流程步骤进行测试性现场试验，故障检测失败数F=4，由于F

统计试验过程中的自然虚警次数。Nfa=1，取置信度为90%，采用虚警率的按成功率检验模型，得虚警率的单侧置信下限RL=0.951 7，则由式(6)虚警率估计值上限λFAU=0.048 3，大于指标值，拒收，故虚警率指标检验不合格。

图3　测试性试验流程

5　结论

对武器装备测试性关键的“三率”指标的试验方法、流程步骤、评估模型、评判标准的系统研究以及典型的试验用例设计与运用，较好解决了靶场试验工作中存在的问题，一定程度满足了装备试验鉴定考核需求。当然，要达到全面检验武器装备测试性性能的目的，还要在以下一些方面进一步做工作，比如表征测试性的指标除了本文介绍的“三率”指标外，还有故障检测时间、故障隔离时间、不能复现率、重检合格率、虚限率等需要定量考核；试验实施过程还有故障样本量的分配及故障注入点、故障测试点的选择等等。

[1]田仲，石君友．系统测试性设计与分析[M]．北京：北京航天航空大学出版社,2002.

[2]宋太亮．装备系统工程[M]．北京：国防工业出版社,2008.

[3]寇洪财．新版抽样检验国家标准手册[M]．北京：中国标准出版社,2005.

[4]MIL—STD—471A Maintainability Verification /Demonstration /Evaluation[Z]．1983.

[5]GJB2072—94,维修性试验与评定[S].

[6]何伟国．可靠性试验技术[M]．北京：国防工业出版社,1995.

[7]刘春和，陆祖建．武器装备可靠性评定方法[M]．北京：中国宇航出版社,2009.

[8]唐雪梅，李荣．武器装备综合试验与评估[M]．北京：国防工业出版社,2013.

[9]程家军，李春枝，陈颖.舰载环境振动摇摆特性测试分析[J].装备环境工程，2015(1):114-119.

[10]夏全国.舰艇防御评估的标准仿真结构 [J].四川兵工学报，2014(4):9-11.

(责任编辑唐定国)

Evaluation Method and Testing Cases Design for Testability of Weapon Systems

SUN Wei

(The No. 92941stTroop of PLA, Huludao 125001, China)

The weapon system’s testability and its importance were described, and the testability parameters were introduced. Meanwhile, the test models in which the test sample size, testing criteria’s determination and the methods of testing date processing were considered were built, and the testing procedures were discussed. A testing case was designed according to the requirements of testing inspection for a ship-to-air missile weapon control system based on the above test models and testing procedures. The result shows the test models and testing procrdures presented in this paper were feasible for testability verification of weapon systems in the test field.

testability; fault detection; fault isolation; false alarm rate; evaluation method

2016-02-13；

2016-03-09

孙伟(1967—)，男，高级工程师，主要从事导弹武器系统总体试验研究。

10.11809/scbgxb2016.08.012

format:SUN Wei.Evaluation Method and Testing Cases Design for Testability of Weapon Systems[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(8):52-55.

V57

A

2096-2304(2016)08-0052-04

【后勤保障与装备管理】