空空導彈測試性試驗方法研究

孔令偉

摘 要：隨著電子技術的快速發展，裝備的測試性設計水平要求越來越高，而測試性試驗作為評估裝備測試性水平的重要技術手段，越來越受到重視。本文闡述了測試性試驗的重要性及現狀，并針對空空導彈測試性考核需求，結合空空導彈技術特點，從FMECA、故障樣本選取、故障注入方式和試驗流程等方面入手，提出了適用于空空導彈測試性試驗的方法。

關鍵詞：測試性試驗;FMECA;故障注入;故障樣本

中圖分類號：TJ762.23文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）06-0060-03

Research on Testability Test Method of Airborne Missile

KONG Lingwei

（China Airborne Missile Academy，Luoyang Henan 471009）

Abstract： With the rapid development of electronic technology， the requirements for testability design of equipment are getting higher and higher， as an important technical means to evaluate the testability level of equipment， testability test has attracted more and more attention. This paper explained the importance and current status of test trials， in response to the testability requirements of airborne missiles， combined with the technical characteristics of airborne missiles， starting from the aspects of FMECA， fault sample selection， fault injection methods and test procedures， proposed a method suitable for testability tests of airborne missiles.

Keywords： testability test;FMECA;fault injection;fault sample

隨著電子技術的飛速發展，航空裝備的功能性能、集成規模、智能化和復雜程度得到了很大的提升，這也給裝備的測試、診斷提出了更高、更新、更嚴的要求。如果要實現快速而精確的測試，就必須在裝備設計研制初期綜合考慮測試、診斷與保障問題，使裝備具有良好的測試性[1]。目前，戰場環境越來越復雜，對武器裝備的測試性要求也越來越高，其需要具有簡潔高效的測試診斷能力，而如何驗證裝備的測試性設計水平就成為裝備設計定型時需要開展的重要工作[2]。測試性試驗作為評價測試性設計水平的重要手段，受到各方的關注，如何減少測試性試驗成本、節約試驗時間、更加科學準確地對測試性指標進行驗證和評價成為測試性試驗重點關注的問題。

1 測試性試驗現狀

測試性驗證試驗是指在裝備設計定型、生產定型或有重大設計更改時，即在實驗室或實際使用環境下，對裝備注入一定數量的故障，用測試性設計規定的方法進行故障檢測與隔離，按其結果來估計裝備的測試性水平，判斷是否達到規定的測試性要求，決定接收或者拒收[3]。測試性試驗通過試驗數據來檢驗裝備測試性設計是否滿足指標要求，是裝備設計定型階段的重要工作。

目前，國外在武器裝備測試性驗證試驗方面已有很多成功的案例。例如，APG-66雷達系統、APG-65雷達系統都開展了測試性驗證試驗。而國內武器裝備測試性驗證工作起步較晚，2012年起，多家試驗機構開始進行測試性驗證方面的研究，并在某型飛機上開展了測試性驗證試驗工作?？湛諏椃矫?，目前多采用收集自然故障的方式來進行評估，此種方式存在數據收集周期長、故障樣本數不足等問題，無法真實有效地驗證產品的測試性水平。

2 空空導彈測試性試驗方案

測試性試驗需要在產品實物中注入故障來驗證裝備測試性設計水平，但是試驗需要消耗產品且對產品具有破壞性?？紤]到試驗風險、費用及時間，國內現有測試性試驗一般都對試驗樣本總數進行限定，有限的試驗故障注入樣本代表性差，無法保證對裝備主要功能和關鍵故障的覆蓋，不僅會影響試驗結果的可信度，也無法充分暴露產品潛在故障。因此，通過分析提出結合裝備本身特點的測試性試驗方案，對充分暴露產品設計缺陷、客觀評價產品測試性有著至關重要的作用。

2.1 面向測試性試驗的FMECA

故障模式、影響和危害性分析（Failure Mode， Effects and Criticality Analysis，簡稱FMECA）是測試性工作的重要組成部分，其分析的內容包括產品的組成、結構、故障模式、失效率和測試手段等，是開展測試性預計、測試性分配、測試性試驗等測試性相關工作的重要依據。FMECA中，故障模式分析是否全面、失效率分析是否準確、故障模式的檢測方式是否正確很大程度上決定了能否真實有效地反映產品的測試性水平[4]。為保證空空導彈測試性試驗更好地開展，本研究提出了空空導彈面向測試性試驗的FMECA方法，其FMECA應做到以下幾點。

在策劃實施測試性試驗時，人們應根據試驗對象的級別，確定需要開展FMECA的最低約定層次，不合理的約定層次劃分可能會帶來額外的工作負擔。不同層次的FMECA可以得到相應層次的故障模式、故障率和故障影響等信息。在分析過程中，應根據約定層次，對初始約定層次和最低約定層次進行調整，同時要明確各個約定層次的故障模式、故障影響、檢測方法以及各級影響等，并自下而上地按照層次的級別進行分析，也就是按照元器件、功能電路、電路板、分組件、組件和導彈等逐級往上分析，進而構成產品完整的FMECA。

為滿足測試性試驗的需求，故障模式應分解到最低功能單元電路或元器件，同時要盡可能地涵蓋其所有失效形式，故障模式的定義也應該做到清晰、準確，對于大規模集成電路，應按不同的功能分別進行分析;電連接器的故障模式應盡量細化到信號，無法細化的信號可作為一整體進行分析[5]。同時，在各級故障模式分析中，產品或相似產品發生過的故障模式必須納入其中。

故障原因分析時，應保證下級故障到上級故障的傳遞。眾所周知，各故障模式的故障原因為下一層次的故障模式，因此，在填寫故障原因時，應列清所有導致本故障模式的下一層次的故障模式。如果導致該故障模式的原因有多個時，必須將所有原因羅列，不能遺漏。

在進行故障檢測方法分析時，人們應給出每個故障的檢測指示，即該故障發生時某種測試方法下檢測點對該故障的不正常參數或者異常的指示。

2.2 測試性驗證試驗故障樣本選取

《裝備測試性工作通用要求》（GJB 2547A—2012）給出了四種測試性驗證試驗方案，分別是《維修性試驗與評定標準》（GJB 2072—1994）的驗證方案、考慮雙方風險的驗證方案、估計參數值的驗證方案和最低可接受值驗證方案。這四種方案都存在各自的優缺點和使用限制，在空空導彈上并不完全適用。

針對產品的測試性設計，用戶除了關注其定量指標（故障檢測率、故障隔離率、虛警率）是否滿足要求外，還關注產品中故障率高、影響任務完成和影響安全的電路是否能夠檢測和隔離。針對用戶需求，在空空導彈上開展測試性試驗時，人們應將這些因素考慮進去。因此，空空導彈故障樣本的選取方法是以按故障率分層的抽樣方案為基礎，將單元影響系數加入其中，對系統影響更大的組成單元將分配到更多的試驗樣本，各單元分配的樣本數量如式（1）所示。

[ni=n×QiTiLii=1NQiTiLi]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中，[n]為樣本量總數;[ni]為單元i應分配到的樣本量;[Li]為單元影響系數;[Qi]和[Ti]分別為第i個單元的數量和工作時間系數。

單元影響系數[Li]受多個因素影響，單元影響系數[Li]的值等于各影響因素值之和，每個影響因素對[Li]的影響程度不同，在空空導彈上，主要考慮的影響因素為故障率和故障危害度，其他影響因素如成本等對空空導彈的影響較小，因此不予考慮。

在考慮故障率及故障影響等因素完成分配后，某些單元分配的樣本數可能超出單元可能存在的故障總數，因此人們需要對其進行調整。調整過程中，人們應考慮樣本的覆蓋充分性，保證測試手段覆蓋的每個結構或功能單元至少分配一個故障樣本。

2.3 故障注入方式分析與優化

故障注入技術是測試性試驗中的一項關鍵技術，對于不同級別、不同類型的產品，其適用的故障注入方法也是不同的。選擇合適的故障注入方式，不僅能夠提高效率，還能降低對產品的破壞。按照實現途徑，故障注入方法可以分為基于模擬實現的故障注入方法和基于物理實現的故障注入方法兩類[6]?；谀M實現的故障注入方法是通過運用相關軟件建立產品功能模型，并對電路元器件的主要失效模式及影響因素進行分析并建模，形成故障仿真模型，在模型中的相關節點注入故障，通過仿真結果確認故障對系統性能的影響[7];基于物理實現的故障注入方法是在產品實物上通過物理方式注入一定數量的故障，并使用相應的測試方法進行故障檢測與隔離，根據結果估計裝備的測試性水平?；谖锢韺崿F的故障注入是目前最常用的注入方式，可分為總線故障注入、探針故障注入、插拔式故障注入、轉接板故障注入和軟件故障注入[8]。

在空空導彈上開展測試性試驗時，人們應考慮故障注入的可達性、準確性、有效性和安全性等問題。在故障樣本確定時，人們應明確其注入方式。目前，空空導彈主要采用基于物理實現的故障注入方法，優先采用無損故障注入，主要包括軟件故障注入、總線故障注入、轉接板故障注入，對于無法采用無損注入且確保不會造成不可恢復性影響的前提下，可以選擇探針故障注入和插拔式故障注入。

2.4 試驗流程優化設計

典型測試性試驗流程如圖1所示，其存在的主要問題如下：缺乏試驗前對注入故障后的影響分析，一旦注入破壞性的故障，就會燒毀產品;沒有確認故障與注入方式是否對應，會導致試驗結果與事實不符;沒有進行故障撤除的驗證，存在撤除不徹底現象而影響下一個故障的試驗結果;數據記錄不完整，會因缺乏詳細數據而無法對不可測原因進行深入分析。

針對存在的問題，人們要從試驗前準備、試驗實施、試驗后分析各環節進行了優化。測試性試驗中，人們要根據職能建立兩個不同的小組。一組負責從預選故障樣本中選取具體的故障模式，并實施故障注入和故障撤除，另一組負責利用規定方法檢測和隔離故障。同時，要明確并細化試驗前準備、試驗后分析等的工作內容及要求，各小組按照各自職責開展工作，相互協作，確保整個試驗過程規范、完善。

3 結論

本文針對空空導彈的特點，從理論和實踐方面對測試性故障注入試驗技術進行了研究，提出了面向測試性試驗的FMECA方法、故障注入方式分析與優化方法、測試性驗證試驗故障樣本優化選取方法等測試性試驗關鍵環節的具體可行的工作思路，針對測試性試驗流程提出了優化內容和控制要求，為裝備研制過程中測試性設計薄弱環節的及時暴露提供了具體的工程方法。

參考文獻：

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[2]中央軍委裝備發展部.裝備測試性試驗與評價：GJB 8895—2017[S].北京：中國標準出版社，2017.

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