火控设备测试性技术研究

罗征，赵昶宇

火控设备测试性技术研究

罗征1，赵昶宇2

（1.海军装备部驻天津地区第二军事代表室，天津 300308；2.天津津航计算技术研究所，天津 300308）

测试性是影响火控设备战备完好性的关键因素，在研制火控设备时，必须完成充分的测试性分析与设计工作。阐述了火控设备测试性设计要求，并提出了火控设备测试性设计的优化方法，为后续火控设备测试性技术的研究提供了一些参考。

火控设备；测试性设计；健康管理；故障检测

火控设备测试性是指火控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特性。作为一种便于测试和诊断的重要设计特性，测试性会对火控设备的维修性、可靠性和可用性产生很大影响。一方面，具备良好测试性的火控设备便于及时发现设备故障，系统自动重构和降级使用，同时能够快速检测与隔离故障，缩短设备维修时间，提高系统可用性；另一方面，测试性差的火控设备会降低设备完好性，严重影响战斗力的发挥，并产生高额的维修费用。

1 火控设备测试性设计要求

随着计算机技术和大规模集成电路在现代武器装备设计中的广泛应用，在改善和提高火控设备性能的同时，对火控设备的可靠性、维修性、测试性和保障性提出了更高的要求。火控设备测试性设计的要求主要分为定量要求和定性要求。定量要求包括火控系统的测试性参数、指标和相应的验证方法，定性要求采用非量化的方式设计和验证火控系统的测试性。

1.1 定量要求

火控设备测试性设计的定量要求包括故障检测率、故障隔离率、故障虚警率、故障检测时间和故障隔离时间。

1.1.1 故障检测率（FDR，Fault Detection Rate）

故障检测率是系统故障检测能力的定量表示，它是指在规定的条件和规定的时间内，用规定的方法正确检测到的故障个数与全部可能发生的故障总数的百分比，表达式为：

式（1）中：d为在规定的条件和规定的时间内，用规定的方法正确检测到的故障个数；t为在规定的条件和规定的时间内，全部可能发生的故障总数。

1.1.2 故障隔离率（FIR，Fault Isolation Rate）

故障隔离率是将系统故障定位到具体部位能力的定量表示，它是指在规定的时间内，用规定的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个数与同一时间内检测到的故障总数的百分比，表达式为：

式（2）中：l为在规定的时间内，用规定的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个数，模糊度为故障模糊组内的可更换单元数目。

1.1.3 虚警率（FAR，Fault Alarm Rate）

虚警率是火控检测设备给出的虚警故障指示的定量表示，它是指在规定时间内发生的虚警故障个数与同一时间内故障指示总数的百分比，表达式为：

式（3）中：fa为在规定时间内的虚警故障指示次数；f为在规定时间内其他故障指示次数。

1.1.4 故障检测时间（FDT，Fault Detection Time）

故障检测时间是从开始故障检测到给出故障指示所经历的时间。

1.1.5 故障隔离时间（FIT，Fault Isolation Time）

故障隔离时间是从检测出故障到完成故障隔离所经历的时间。

1.2 定性要求

火控设备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。

1.2.1 系统划分级别要求

为了提高火控设备的测试性，必须提高火控设备每个模块的测试性，确保每个模块能够独立的完成测试和监控，使整个系统的测试得以简化。

为满足火控设备系统测试性要求，将火控设备按照功能和结构划分为各个模块或者单元，尽可能使每个模块或者单元完成一种功能，以达到火控设备每种功能单独测试的目的。

1.2.2 系统与测试设备的兼容性要求

为了满足火控设备与测试设备的兼容性，必须确保火控设备在电气和结构上与自动测试设备兼容，以减少专用接口装备，便于测试；同时，自动测试设备应该具备控制被测火控设备的电气划分，简化故障判断和隔离。此外，火控设备的测试性设计应该满足在自动测试设备上运行所需要的各种测试程序。

1.2.3 系统测试信息要求

为了提高火控设备质量和可靠性，降低系统全寿命周期费用，要求火控设备的测试性技术能够方便、快捷地获取有关被测产品状态的信息，确定火控设备工作正常与否、性能是否良好、是否存在故障以及存在何种故障，以便于采取调整设计、排除故障、更换备件等后续行为。在对复杂的对象进行测试时，能否对所获取的测试信息进行有效处理并对可能存在的故障进行精确诊断，是测试技术成功应用的关键。

2 火控设备测试性设计的优化方法

2.1 建立测试性分析与设计模型

为了提高火控设备的可测试性能力，首先需要建立和完善火控系统的测试性分析与设计模型。以火控系统的功能分析和测试性要求为切入点，采用故障模式影响分析、区域安全性分析、现场故障分析、应急预案分析、全信息通路分析和固有测试性分析等方法，实现产品研制、日常运行、任务准备和任务执行四个阶段分析和设计内容的全面性，从而保证分析和设计的系统性和深入性。测试性分析与设计模型如图1所示。

图1 火控设备测试性分析与设计模型

2.2 机内测试性设计优化

火控设备具有严格的运行高可靠性及安全性要求，考虑火控设备的复杂程度及使用条件，火控设备具有一旦出现故障将难以定位、排除的特点，因此在火控设备机内测试性设计过程中，要充分考虑对火控设备的健康管理。一方面，通过采集火控设备运行关键参数，完成故障预测诊断，以火控设备当前的运行状态为起点，对未来可能出现的故障进行预测，基于预测信息做出火控设备运行状态预警，以及时采取维修、维护措施避免重大故障的出现；另一方面，基于预测诊断信息，结合任务状态、备品备件状态及维修人员状态对火控设备的维修、维护进行智能优化决策。

针对火控设备的特点，建立三层健康管理体系：①由布置在设备、模块中的各类传感器及接口信息采集组成，采集的状态数据经过协议及格式转换后，由数据预处理软件完成状态数据预处理，再由状态检测软件完成设备状态检测； ②主要基于检测得到的设备状态，完成火控设备健康状态评估，确认火控设备目前健康状态等级，故障预测软件综合前述各环节数据，并根据历史数据模型，评估和预测火控设备预计失效时间；③主要利用火控设备内部的健康评估软件及维修保障决策软件，对前两个层次的数据进行挖掘，实现装备健康状体的评估，结合建立的专家意见库，给出优化的设备维修保障决策，智能完成维修保障计划。火控设备健康管理实施方案如图2所示。

图2 火控设备健康管理实施方案

2.3 机外自动测试设备测试性设计优化

火控设备机外自动测试设备是与火控设备分离的自成系统的自动测试设备，通常需要将自动测试设备设计成便携式易于实现对火控设备进行性能检测，具有状态监控和故障诊断的单一的或综合的功能。

火控设备机外自动测试设备一般分为3种：专用自动测试设备、通用自动测试设备和具有专家系统的自动测试设备。其中，专用自动测试设备用于基层级维修，对某一特定种类的火控设备进行检测和诊断，其发展方向是个人仪器或微机化仪器；通用自动测试设备用于中继级和基地级维修，对某一类或者某几类火控设备进行检测和诊断，对于不同种类的火控设备进行测试时，仅需更换相应专用接口模块即可完成测试功能；具有专家系统的自动测试设备是目前机外自动测试设备应用的主流方向，该自动测试设备由人机接口、知识获取机构、知识库及其管理系统、数据库及其管理系统、推理机和解释机构等组成，借助人工智能技术实现中继级和基地级火控设备维修。

3 结束语

测试性设计技术作为提高火控系统测试性、可靠性和稳定性的重要手段之一，已经成为火控设备发展的关键环节。系统级层次化的测试性建模与分析关乎测试性设计的好坏，是火控设备测试性设计的核心内容。尽可能在火控设备研制初期开展测试性分析和设计工作，有利于提高火控设备系统的可用性，有效降低火控设备系统寿命周期费用。

［1］邱静，刘冠军，杨鹏，等.装备测试性建模与设计技术［M］.北京：科学出版社，2012.

［2］许辉，梁力.基于多信号模型的测试性分析方法研究［J］.计算机测量与控制，2012，20（4）：914-916.

TJ760

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.02.019

2095－6835（2020）02－0062－02

罗征（1979—），男，工程本科，海军装备部驻天津地区第二军事代表室工程师，从事装备质量监督与检验验收方面的工作。

〔编辑：张思楠〕