飛行器系統(tǒng)級(jí)可測(cè)試性設(shè)計(jì)方法研究

摘要： 從系統(tǒng)測(cè)試性設(shè)計(jì)的角度，分析了國(guó)內(nèi)外測(cè)試性設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r、存在的問(wèn)題；討論了開(kāi)展系統(tǒng)測(cè)試性設(shè)計(jì)并制定測(cè)試性工作規(guī)范在飛行器設(shè)計(jì)中的必要性；總結(jié)了系統(tǒng)測(cè)試性設(shè)計(jì)的一般工作流程；并根據(jù)航天產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)測(cè)試性設(shè)計(jì)方法進(jìn)行探索研究。

關(guān)鍵詞： 系統(tǒng)級(jí)； 可測(cè)試性設(shè)計(jì)；飛行器

引言

  隨著載人航天技術(shù)的高速發(fā)展，對(duì)航天飛行器的地面測(cè)試和運(yùn)行中的在線測(cè)試能力提出了新的技術(shù)要求。對(duì)于地面測(cè)試，要求測(cè)試能夠覆蓋更多的故障，并且能快速、準(zhǔn)確、及時(shí)地診斷系統(tǒng)狀態(tài)；對(duì)于在軌運(yùn)行狀態(tài)，由于故障修復(fù)極為困難，要求增強(qiáng)產(chǎn)品自主故障診斷、切換和故障隔離能力，以保證系統(tǒng)的任務(wù)可靠性。為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)要求，就必須在航天飛行器設(shè)計(jì)時(shí)同步開(kāi)展測(cè)試性設(shè)計(jì)工作。應(yīng)用先進(jìn)的測(cè)試性設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行總體的測(cè)試性分析、設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，已經(jīng)成為載人航天技術(shù)未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。因此在產(chǎn)品研制過(guò)程中，先期展開(kāi)測(cè)試性設(shè)計(jì)工作，對(duì)于迅速提高我國(guó)航天測(cè)試性和診斷技術(shù)水平，滿足系統(tǒng)的任務(wù)可靠性和安全性具有重要意義。

  本文對(duì)國(guó)內(nèi)外測(cè)試性設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r、存在問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)的分析；論述了針對(duì)航天飛行器系統(tǒng)開(kāi)展測(cè)試性設(shè)計(jì)并且對(duì)測(cè)試性設(shè)計(jì)工作加以規(guī)范的必要性；總結(jié)了系統(tǒng)測(cè)試性設(shè)計(jì)的一般工作流程；最后根據(jù)國(guó)內(nèi)研究環(huán)境和航天產(chǎn)品自身的特點(diǎn)，提出了一種符合實(shí)際的測(cè)試性設(shè)計(jì)方法。

國(guó)內(nèi)外測(cè)試性研究分析

　　國(guó)外研究狀況
　　測(cè)試性的概念最早產(chǎn)生于航空電子領(lǐng)域。測(cè)試性術(shù)語(yǔ)最早于1975年由F.Liour等人在《設(shè)備自動(dòng)測(cè)試性設(shè)計(jì)》一文中提出，隨后相繼用于診斷電路設(shè)計(jì)及研究等各個(gè)領(lǐng)域。20世紀(jì)70年代以后，國(guó)外廣泛開(kāi)展了測(cè)試性方面的研究。同時(shí)，美軍意識(shí)到測(cè)試性在裝備維護(hù)和保障中的潛力，開(kāi)始致力于在裝備研制和使用中推廣測(cè)試性技術(shù)；通過(guò)頒布一系列的標(biāo)準(zhǔn)，使裝備研制方和使用方遵循相同的約束和規(guī)范，取得了良好的效果。1985年，美國(guó)國(guó)防部頒發(fā)的《電子系統(tǒng)及設(shè)備的測(cè)試性大綱》(MIL-STD-2165)，標(biāo)志著測(cè)試性已成為一門與可靠性、維修性并列的獨(dú)立學(xué)科。目前，可測(cè)試性已在美軍機(jī)、航天器和導(dǎo)彈等武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)被廣泛應(yīng)用。其中，在航空工業(yè)應(yīng)用中，據(jù)美海軍調(diào)查稱，對(duì)F/A-18、F-14、A-16E和S-3A四種海軍主要飛機(jī)的200多項(xiàng)關(guān)鍵部件進(jìn)行的測(cè)試性技術(shù)改進(jìn)，使它們的使用和維修費(fèi)用減少了30%，并進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，如果在飛機(jī)研制初期就充分開(kāi)展測(cè)試性設(shè)計(jì)，可降低飛機(jī)全壽命費(fèi)用的10%~20%。

　　在航天應(yīng)用中，美國(guó)摩托羅拉公司的銥星計(jì)劃，在其衛(wèi)星設(shè)計(jì)過(guò)程中，成功地運(yùn)用了測(cè)試性設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的測(cè)試手段已不能滿足衛(wèi)星生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)測(cè)試的需求。于是，在衛(wèi)星設(shè)計(jì)過(guò)程中，大量采用了符合IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描結(jié)構(gòu)，并取得了較好的測(cè)試結(jié)果，為銥星計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)提供了保障。美國(guó)休斯空間通訊在對(duì)衛(wèi)星的測(cè)試中，提出了對(duì)系統(tǒng)劃分，進(jìn)行分層測(cè)試的思想，并成功的運(yùn)用到實(shí)踐中。

　　國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r
　　同國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)開(kāi)展測(cè)試性研究起步較晚，大概開(kāi)始于80年代中后期。但在近些年來(lái)進(jìn)步速度很快。主要體現(xiàn)在以下幾方面：開(kāi)展了較為系統(tǒng)的研究，發(fā)表了不少有關(guān)測(cè)試性方面的文章和研究報(bào)告；在重要系統(tǒng)和設(shè)備研制中提出了明確的測(cè)試性要求；開(kāi)展了測(cè)試性設(shè)計(jì)分析工作，制定了《裝備測(cè)試性大綱》(GJB-2547-95)、《測(cè)試與診斷術(shù)語(yǔ)》(GJB3385-98)等國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)了測(cè)試性計(jì)算機(jī)輔助分析軟件。

　　80年代中期，我國(guó)對(duì)新研制的武器裝備提出了測(cè)試性設(shè)計(jì)的要求，到90年代后期，對(duì)所有的武器裝備都提出了測(cè)試性的要求，特別對(duì)軍用飛機(jī)上新研制的電子設(shè)備的測(cè)試性作了很高的要求。另外，測(cè)試性設(shè)計(jì)技術(shù)也開(kāi)始應(yīng)用到了現(xiàn)有陸軍武器裝備的改造過(guò)程中，使其故障率大大降低，同時(shí)提高了對(duì)裝備故障的檢測(cè)率，延長(zhǎng)了裝備的全壽命周期，降低了裝備的全壽命周期費(fèi)用。

　　在航天科研方面，某些型號(hào)在研制過(guò)程中也已經(jīng)開(kāi)始著手進(jìn)行測(cè)試性設(shè)計(jì)技術(shù)的研究。并依據(jù)國(guó)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定了QJ-3050《航天產(chǎn)品故障模式、影響及危害性分析指南》、QJ-3051《航天產(chǎn)品測(cè)試性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

　　從總體上看，國(guó)內(nèi)由于缺乏對(duì)測(cè)試性設(shè)計(jì)技術(shù)的深入研究，在測(cè)試性分析與驗(yàn)證、計(jì)算機(jī)輔助工具和工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)等方面與先進(jìn)國(guó)家還有較大差距，影響了測(cè)試性大綱的貫徹。

航天產(chǎn)品測(cè)試性設(shè)計(jì)規(guī)范研究

　　系統(tǒng)測(cè)試性設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題
　　由于航天產(chǎn)品的可靠性要求極高，相對(duì)于其他行業(yè)，測(cè)試性技術(shù)在工程中推廣應(yīng)用較為緩慢。從總體上講，目前航天各領(lǐng)域在可測(cè)試性技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)上已具備一定的基礎(chǔ)但是仍然較為薄弱。具體表現(xiàn)在：

　　●在系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)中，已開(kāi)始注意對(duì)系統(tǒng)測(cè)試性的總體考慮，但由于缺乏明確的技術(shù)途徑，除一些概念性要求外少有具體設(shè)計(jì)要求和指標(biāo)； 

　　●部分分系統(tǒng)或單機(jī)中設(shè)計(jì)人員自發(fā)地進(jìn)行了測(cè)試性設(shè)計(jì)，但這些工作不是有系統(tǒng)組織的，并未發(fā)揮系統(tǒng)測(cè)試性設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)；

　　●進(jìn)行了一定的測(cè)試性工作管理，但未形成系統(tǒng)的測(cè)試性工作流程，研制程序上測(cè)試性設(shè)計(jì)與產(chǎn)品功能、性能設(shè)計(jì)不同步，原理樣機(jī)往往不考慮測(cè)試性設(shè)計(jì)，試驗(yàn)樣機(jī)只考查BIT的能力，到總裝時(shí)再考慮系統(tǒng)測(cè)試性為時(shí)已晚；

　　●引進(jìn)了一些測(cè)試性設(shè)計(jì)相關(guān)工具，但還不具備形成有效的測(cè)試性設(shè)計(jì)集成環(huán)境的能力，設(shè)計(jì)中更多地依賴于設(shè)計(jì)師對(duì)測(cè)試性設(shè)計(jì)的重視程度、設(shè)計(jì)水平和經(jīng)驗(yàn)；

　　●對(duì)測(cè)試體系和測(cè)試設(shè)備提出了“標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、通用化”的要求，但產(chǎn)品的研制過(guò)程、生產(chǎn)過(guò)程和使用過(guò)程各階段各環(huán)節(jié)的測(cè)試脫節(jié)，由不同的設(shè)計(jì)人員去考慮、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，難以保證各階段各級(jí)別測(cè)試的統(tǒng)一性、兼容性、完整性與一致性。

　　系統(tǒng)測(cè)試性設(shè)計(jì)工作規(guī)范
　　進(jìn)行測(cè)試性規(guī)范研究，要明確開(kāi)展測(cè)試性工作的目標(biāo)和原則；考慮要完成的測(cè)試性工作項(xiàng)目及其完成的時(shí)間；并要對(duì)工作程序、人員安排、技術(shù)支持和信息采集分析等進(jìn)行規(guī)范。盡管我國(guó)已經(jīng)在1995年頒布了GJB2547《裝備測(cè)試性大綱》，大綱從論證、方案、實(shí)施和驗(yàn)證等幾方面加強(qiáng)了對(duì)測(cè)試性技術(shù)的指導(dǎo)和監(jiān)督，對(duì)推動(dòng)測(cè)試性技術(shù)的研究和應(yīng)用具有很大的作用。但是該標(biāo)準(zhǔn)主要是參照美軍標(biāo)MIL-STD-2165制定出來(lái)的，缺乏將標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為具體設(shè)計(jì)方案的方法和技術(shù)。針對(duì)具體的航天系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的可操作性不強(qiáng)。致使上述問(wèn)題不能被有效地解決。因此需要補(bǔ)充新的測(cè)試性文件，規(guī)范航天產(chǎn)品測(cè)試性工作程序,保證測(cè)試性設(shè)計(jì)與產(chǎn)品功能性能設(shè)計(jì)同步進(jìn)行并有機(jī)結(jié)合，保證系統(tǒng)研制各個(gè)階段開(kāi)展的測(cè)試性工作有據(jù)可依。