飛行器系統(tǒng)級可測試性設(shè)計方法研究

摘要： 從系統(tǒng)測試性設(shè)計的角度，分析了國內(nèi)外測試性設(shè)計技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r、存在的問題；討論了開展系統(tǒng)測試性設(shè)計并制定測試性工作規(guī)范在飛行器設(shè)計中的必要性；總結(jié)了系統(tǒng)測試性設(shè)計的一般工作流程；并根據(jù)航天產(chǎn)品特點，對測試性設(shè)計方法進(jìn)行探索研究。

關(guān)鍵詞： 系統(tǒng)級； 可測試性設(shè)計；飛行器

引言

  隨著載人航天技術(shù)的高速發(fā)展，對航天飛行器的地面測試和運(yùn)行中的在線測試能力提出了新的技術(shù)要求。對于地面測試，要求測試能夠覆蓋更多的故障，并且能快速、準(zhǔn)確、及時地診斷系統(tǒng)狀態(tài)；對于在軌運(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。為實現(xiàn)上述技術(shù)要求，就必須在航天飛行器設(shè)計時同步開展測試性設(shè)計工作。應(yīng)用先進(jìn)的測試性設(shè)計技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行總體的測試性分析、設(shè)計與驗證，已經(jīng)成為載人航天技術(shù)未來發(fā)展的必然趨勢。因此在產(chǎn)品研制過程中，先期展開測試性設(shè)計工作，對于迅速提高我國航天測試性和診斷技術(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。

  本文對國內(nèi)外測試性設(shè)計技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r、存在問題進(jìn)行了系統(tǒng)的分析；論述了針對航天飛行器系統(tǒng)開展測試性設(shè)計并且對測試性設(shè)計工作加以規(guī)范的必要性；總結(jié)了系統(tǒng)測試性設(shè)計的一般工作流程；最后根據(jù)國內(nèi)研究環(huán)境和航天產(chǎn)品自身的特點，提出了一種符合實際的測試性設(shè)計方法。

國內(nèi)外測試性研究分析

　　國外研究狀況
　　測試性的概念最早產(chǎn)生于航空電子領(lǐng)域。測試性術(shù)語最早于1975年由F.Liour等人在《設(shè)備自動測試性設(shè)計》一文中提出，隨后相繼用于診斷電路設(shè)計及研究等各個領(lǐng)域。20世紀(jì)70年代以后，國外廣泛開展了測試性方面的研究。同時，美軍意識到測試性在裝備維護(hù)和保障中的潛力，開始致力于在裝備研制和使用中推廣測試性技術(shù)；通過頒布一系列的標(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，美國國防部頒發(fā)的《電子系統(tǒng)及設(shè)備的測試性大綱》(MIL-STD-2165)，標(biāo)志著測試性已成為一門與可靠性、維修性并列的獨立學(xué)科。目前，可測試性已在美軍機(jī)、航天器和導(dǎo)彈等武器系統(tǒng)設(shè)計時被廣泛應(yīng)用。其中，在航空工業(yè)應(yīng)用中，據(jù)美海軍調(diào)查稱，對F/A-18、F-14、A-16E和S-3A四種海軍主要飛機(jī)的200多項關(guān)鍵部件進(jìn)行的測試性技術(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)研制初期就充分開展測試性設(shè)計，可降低飛機(jī)全壽命費(fèi)用的10%~20%。

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

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

　　80年代中期，我國對新研制的武器裝備提出了測試性設(shè)計的要求，到90年代后期，對所有的武器裝備都提出了測試性的要求，特別對軍用飛機(jī)上新研制的電子設(shè)備的測試性作了很高的要求。另外，測試性設(shè)計技術(shù)也開始應(yīng)用到了現(xiàn)有陸軍武器裝備的改造過程中，使其故障率大大降低，同時提高了對裝備故障的檢測率，延長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，某些型號在研制過程中也已經(jīng)開始著手進(jìn)行測試性設(shè)計技術(shù)的研究。并依據(jù)國外相關(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)品測試性設(shè)計準(zhǔn)則》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

　　從總體上看，國內(nèi)由于缺乏對測試性設(shè)計技術(shù)的深入研究，在測試性分析與驗證、計算機(jī)輔助工具和工程實際經(jīng)驗等方面與先進(jìn)國家還有較大差距，影響了測試性大綱的貫徹。

航天產(chǎn)品測試性設(shè)計規(guī)范研究

　　系統(tǒng)測試性設(shè)計存在的問題
　　由于航天產(chǎn)品的可靠性要求極高，相對于其他行業(yè)，測試性技術(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)計中，已開始注意對系統(tǒng)測試性的總體考慮，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)計要求和指標(biāo)； 

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

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

　　●引進(jìn)了一些測試性設(shè)計相關(guān)工具，但還不具備形成有效的測試性設(shè)計集成環(huán)境的能力，設(shè)計中更多地依賴于設(shè)計師對測試性設(shè)計的重視程度、設(shè)計水平和經(jīng)驗；

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

　　系統(tǒng)測試性設(shè)計工作規(guī)范
　　進(jìn)行測試性規(guī)范研究，要明確開展測試性工作的目標(biāo)和原則；考慮要完成的測試性工作項目及其完成的時間；并要對工作程序、人員安排、技術(shù)支持和信息采集分析等進(jìn)行規(guī)范。盡管我國已經(jīng)在1995年頒布了GJB2547《裝備測試性大綱》，大綱從論證、方案、實施和驗證等幾方面加強(qiáng)了對測試性技術(shù)的指導(dǎo)和監(jiān)督，對推動測試性技術(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制定出來的，缺乏將標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為具體設(shè)計方案的方法和技術(shù)。針對具體的航天系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計的可操作性不強(qiáng)。致使上述問題不能被有效地解決。因此需要補(bǔ)充新的測試性文件，規(guī)范航天產(chǎn)品測試性工作程序,保證測試性設(shè)計與產(chǎn)品功能性能設(shè)計同步進(jìn)行并有機(jī)結(jié)合，保證系統(tǒng)研制各個階段開展的測試性工作有據(jù)可依。