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內裝自測試與自診斷系統

2006年05月30日 11:42:02人氣:1333來源:煙臺勾股通信技術有限公司

對于復雜的被測武器系統,要保證設計指標能夠實現,必然對該系統進行充分的測試驗證,覆蓋所有的測試點,并且能夠通過測試驗證,隔離出故障單元,從而充分保證系統的戰備完好性。這就對測試系統的要求非常高,地面測試系統非常龐大。雖然采用VXI總線系統及其他模塊化儀器測試系統,能夠大大縮小了測試系統的體積,降低了測試準備時間,但離實戰的快速響應要求,還有很大的一段距離。
  把可測試性、測試系統結合到武器系統的設計當中,形成有效的BIT系統,覆蓋系統的所有測試部位,大大減少系統的測試發射控制時間,提高系統的快速響應能力,就成為今后武器系統設計的一個方向。
  提高系統或設備測試性的zui基本途徑是進行固有測試性設計,在研制系統或設備同時設置系統的機內測試裝置,結合采用ATE設備或ATS系統進行自動檢測與故障診斷。
  1.測試性定義
  測試性定義為系統或設備能夠及時并準確確定其狀態(可工作、不可工作或性能降低),并隔離其內部故障的一種設計特性。這個定義強調測試性是一種設計特性,在系統研制的不同階段中應分別實施測試性分析、設計和驗證,以保證系統具有所要求的測試性。
  測試性與可靠性密切相關,任何不能被檢測出的故障狀態的存在對系統的可靠性都有直接的影響。通過采用測試性好的設備可以減少未被檢測出故障的發生,進而提高可靠性。一個復雜的武器系統在使用、維護和修理過程中都離不開功能測試和狀態監控。可測試性對武器系統的維護性、可靠性、安全性、戰備性和壽命周期費用都有直接和間接的影響,且隨武器系統復雜程度的提高,這種影響變得更明顯。一個測試性差的產品必然會增加其平均修復時間,降低武器系統的戰備完好性和可用性,而修復時間的增加意味著增加維修人力和測試資源的支出,即增加使用和保障費用。一個具有測試性好的系統,可提高系統的可靠性、可維修性。由于可通過測試性設計對影響系統安全的關鍵設備和部位進行監控并測試關鍵參數,一旦發現故障,可自動切斷故障源,因而可防止災難性故障發生,提高了安全性。同時可提高檢測、校驗等維修工作的自動化程度,增加系統的工作時間,從而提高系統的可用性等等。
  我國在可測試性設計技術方面,還遠遠落后于美國等軍事發達國家,迎頭趕上,大力推進我國軍事現代化進程,我們別無選擇。
  2.測試性及診斷對武器系統的影響
  在現代武器系統中,由于越來越多地采用了各種復雜的電子系統,因此測試性及診斷對武器系統的效能及費用的影響越來越顯著。其主要影響包括武器系統的戰備完好性、任務成功性、維修人力及使用保障費用。
  2.1 對戰備完好性的影響
  戰備完好性通常用使用可用度Ac來度量,其表達式為

  式中:MTBM——系統平均維修間隔時間。
     MDT——系統平均不能工作時間。
  MTBM是基本可靠性的度量,它定義為在規定的時間內產品的總土作時間與該產品的維修事件總數之比。為提高系統的測試性和診斷能力,采用BIT,將對系統的基本可靠性產生如下的影響:
  (a) 增加了BITE硬件,進而增加系統的復雜性,降低系統的基本可靠性。
  (b) BIT電路故障可能引起系統故障(BIT與系統共用某些硬件和軟件時,或BIT設計不當時);
  (c) BIT電路故障可能增加虛警率,增加維修拆卸次數,降低MTBM。
  MDT為系統維修性度量,它包括如下4部分時間:
  (a) 非計劃維修時間Mct,包括故障檢測和隔離的時間,以及將故障修復到正常工作狀態所需的時間;
  (b) 計劃維修時間Mpt,包括定期檢查和修理的時間。
  (c) 后勤延誤時間歷Mlt,包括等待備件時間;
  (d) 等待維修時間Mat,包括等待維修人員、維修資料和測試設備的時間。
    MDT=Mct+Mpt+Mlt+Mat
  改進測試性設計和采用BIT.將改善武器系統的維修性,其主要影響如下:
  (a) 采用BIT將實現快速故障檢測,減少故障檢測時間,進而減少Mct和Mpt;
  (b) 維修后快速檢驗,縮短檢驗時間,進而減少Mct;
  (c) 在飛行中和設備工作環境中進行診斷和故障隔離;減少故障查找和隔離時間,進而減少Mct。
  (d) 減少人為誘發的故障,從而減少Mct;
  (e) 減少維修人員的數量和降低技術等級的要求,從而減少Mat;
  (f) 減少保障設備、通用測試設備等的要求,從而減少Mat;
  (g) 由于減少備件補給庫存量,使Mlt減少;
  (h) 由于BIT虛警及外場不能復現等問題而增加了必要的維修活動,進而增加Mct、Mlt和Mat。
  因此,采用BIT的系統;其平均不能工作時間MDT可用下式表示:

  式中M'ct采用BIT后的Mct,<M'ctMct,因為自動化故障檢測和隔離減少故障查我的時間;
Kp——由于虛警等原因使MDT增大的系數,Kp≥1。
  對于電子設備來說,預防性維修時間可忽略不計。
  M'ct取決于BIT的FDR與FIR和系統的設計特性。
  Kp表示由于虛警、不能復現及故障隔離模糊度等造成MDT增大的系數,它取決于BIT的設計特性。

  綜上所述,測試性及BIT對系統戰備完好性的影響可歸納如下幾點:
  (a) 采用BIT和改善系統的測試性將增加系統的復雜性。即增加系統的故障率,使基本可靠性略有下降(一般為l%~10%),進而將降低系統的戰備完好性,但影響較小。
  (b) 采用BIT和改善測試性將大大減少系統的故障查找和隔離時間(特別是采用*微型電路的系統),進而減少Mct和Mdt,導致系統戰備完好性大幅度提高。
  (c) 由于BIT的虛警、不能復現和故障隔離的模糊度會造成誤拆好設備,進而增加系統的平均不能工作時間MDT,嚴重者將導致系統戰備完好性顯著下降。
  (d) 設計良好的BIT及改善測試性將會大幅度提高現代武器系統的戰備完好性,因此,BIT及測試性是改善現代武器系統戰備完好性的一條重要途徑。
  (e) 設計不良的BIT會使戰備完好性下降,因此,發展人工智能和綜合診斷技術是目前改進BIT降低虛警率的重要途徑;也是國外的重點研究領域。
  2.2 對任務成功性的影響
  任務成功性通常用任務可靠度(Rm)和任務成功概率(MCSP)及致命性故障間的任務時間(MTBCF)等參數來度量。通過改善系統的測試性和診斷能力,采用BIT可顯著提高系統的任務可靠度。同時,由于BIT的虛警及漏檢故障也會降低系統的任務可靠度。
  BIT對任務成功性的影響分析如下。
  (a) 通過BIT檢測故障,實施余度(冗余)功能管理,將顯著提高系統的任務可靠度;
  (b) BIT能檢測隱蔽故障、提高系統的任務可靠度;
  (c) 對于*的航空電子系統,通過BIT檢測和隔離故障,有助于系統的重構和自修理.顯著地提高系統的任務可靠度和安全性;
  (d) BIT的虛警可能誤報故障、貽誤戰機而降低系統的任務成功性。
  (e) BIT漏檢故障或可能掩蓋系統的故障而降低系統的任務可靠度。
  總之,改善測試性,采用BIT技術將提高系統的任務可靠度, 系統任務可靠度提高的程度主要取決于BIT的故障檢測和故障隔離能力以及虛警率。
  2.3 對壽命周期費用及維修人力的影響
  壽命周期費用通常包括研究與研制費用、采辦費用以及使用和保障費用等3部分。
  BIT的研究與研制費用包括采用新的測試技術所需的研究、研制、試驗和評價的費用。一般根據工程經驗進行估算。
  BIT的采辦費用包括BIT的生產費用和初始保障費用.生產費用又包括BIT的硬件和軟件的費用。
  BIT的使用和保障費用一般包括在系統壽命周期內(15~20年)為使用和維持系統工作所需的人員和器材費用。包括外場級維修、野戰級維修和后方級維修的人力和器材費用。
  測試性及BIT的改進對壽命周期費用的影響包括如下幾方面:
  (a) 提高系統的戰備完好性及任務成功性,可減少系統的采辦數量,進而減少系統的采辦費用;
  (b) 完善的測試性和診斷能力將顯著減少系統的維修人力和器材,進而減少系統的使用和保障費用,特別是對于復雜的航空武器系統,如果在系統研制的初期,充分開展測試性設計,采用*診斷技術;其壽命周的費用可降低10%~20%。
  (c) BIT的采用將增加系統的采辦費用,對航空電子設備而言.平均將增加 8%左右;
  (d) BIT的虛警、不能復現及故障隔離的模糊度將會產生無效的維修活動,增加維修人力和器材,進而增加使用和保障功用。
  因此,BIT和診斷的有效控對系統維修負擔(維修人力和格材)進而對使用和保障費用、壽命周期費用的影響起過關鍵的作用。
  3.BIT測試體系結構
  隨著武器系統復雜性的提高,BIT已成為改善武器系統診斷能力的一種重要途徑,為了提高武器系統戰備完好性,BIT必須得到充分的重視。BIT類型主要有以下幾種類型:
  (a) 主動BIT——通過將測試激勵引入系統而暫時中斷主系統工作的一種BIT形式;
  (b) 被動BIT-- 既不中斷也不影響主系統工作的一種BIT形式;
  (c) 連續BIT一一連續監控系統工作狀態的一種BIT形式;
  (d) 周期BIT——以某一頻率執行檢測的一種BIT形式;
  (e) 啟動BIT——在外部事件(如操作人員的動作)發生后才執行的一種BIT形式;

  (f) 通電BIT——啟動BIT的一種特定形式,當系統或設備通電時便執行檢測。
  而其中可以劃分出兩種主要結構類型:一種是以被動連續BIT為主要運行形式的BIT系統,另外一種是以主動、啟動BIT為主要運行形式的BIT系統。
  自動連續BIT系統的基本結構,它可在武器系統飛行或航行過程中自動運行,不斷監控出現的信號、數值和邏輯,給出系統狀態信息和故障信息,根據系統設置,采取自動或手動隔離故障,啟動備份設備等措施。
  啟動BIT必須由駕駛員或地面維修人員在地面維修時啟動,在測試期間使系統工作中斷,地面的測試設備和激勵信號要加到被測系統中,模擬仿真武器系統在實際飛行或航行過程中姿態控制,從而驗證出系統的可靠性和故障指標等參數。

  通過BIT自動檢測和隔離故障,使系統或設備的MTTR顯著減小,提高系統的可用性。通過BIT減少維修人員的數量、降低對維修人員技術水平的要求,進而降低使用及保障費用。然而,BIT 并不能解決全部的維修問題、它增加了系統的重量(尺寸、復雜性及費用。因此,在系統設計初期必須對采用BIT進行權衡分析,對采用BIT和外部測試設備,以及BIT的形式作出決策。
  4.某型BIT組成原理
  航天測控中心多年來跟蹤研究BIT技術,研制了BIT系統并應用到具體的型號上,取得良好的效果。
  某型內裝自測試與自診斷系統由BIT信號采編器、地面計算機和故障診斷分析平臺組成。其中信號采編器負責彈上信號的調理、采集和處理,并進行數據的存儲、打包和編碼發送。地面主控計算機主要負責數據的顯示、分析和故障診斷。
  信號采編器軟件由設備自檢模塊、通訊管理模塊、A/D采集模塊、指令檢測模塊和數據管理模塊組成。設備自檢模塊負責信號采集器內各部分硬件的自檢功能;通訊管理模塊負責將串口的管理工作;A/D采集模塊負責彈上各路信號的采集工作;指令檢測模塊負責對地面計算機發送的指令進行檢測和比較;數據管理模塊負責將采集的數據進行打包和存儲的工作。
  地面監控系統軟件由主平臺模塊、通訊線程模塊、數據模塊、數據庫模塊和故障診斷模塊。主平臺模塊主要維護全幀顯示、字符顯示和曲線顯示等功能;通訊線程模塊主要負責信號采集器和地面計算機的通訊功能;數據模塊主要完成公共數據區的數據維護工作;數據庫模塊主要完成各顯示參數維護工作;故障診斷模塊主要完成系統的故障診斷和故障定位工作。
  系統的故障診斷分為兩部分:*部分是實時診斷,即系統根據參數的正常范圍判斷數據是否不合格,并將不合格參數計入故障庫;第二部分是事后診斷,即系統調出故障庫中的故障,通過推理機構進行故障推理,判斷出故障點。系統本身還具有故障自維護功能,可以由專家手動輸入新的故障知識,也可以系統判別當新的知識產生時,自動記入故障知識庫。
  實踐證明,內裝自測試與自診斷系統平臺在武器裝備*時達到很好的測試性。故障診斷部分功能完備,能夠準確定位型號上故障點。
全年征稿/資訊合作 聯系郵箱:1271141964@qq.com

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