飛行器系統級可測試性設計方法研究

摘要： 從系統測試性設計的角度，分析了國內外測試性設計技術(shù)的發(fā)展狀況、存在的問(wèn)題；討論了開(kāi)展系統測試性設計并制定測試性工作規范在飛行器設計中的必要性；總結了系統測試性設計的一般工作流程；并根據航天產(chǎn)品特點(diǎn)，對測試性設計方法進(jìn)行探索研究。

關(guān)鍵詞： 系統級； 可測試性設計；飛行器

引言

  隨著(zhù)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行中的在線(xiàn)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、準確、及時(shí)地診斷系統狀態(tài)；對于在軌運行狀態(tài)，由于故障修復極為困難，要求增強產(chǎn)品自主故障診斷、切換和故障隔離能力，以保證系統的任務(wù)可靠性。為實(shí)現上述技術(shù)要求，就必須在航天飛行器設計時(shí)同步開(kāi)展測試性設計工作。應用先進(jìn)的測試性設計技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行總體的測試性分析、設計與驗證，已經(jīng)成為載人航天技術(shù)未來(lái)發(fā)展的必然趨勢。因此在產(chǎn)品研制過(guò)程中，先期展開(kāi)測試性設計工作，對于迅速提高我國航天測試性和診斷技術(shù)水平，滿(mǎn)足系統的任務(wù)可靠性和安全性具有重要意義。

  本文對國內外測試性設計技術(shù)的發(fā)展狀況、存在問(wèn)題進(jìn)行了系統的分析；論述了針對航天飛行器系統開(kāi)展測試性設計并且對測試性設計工作加以規范的必要性；總結了系統測試性設計的一般工作流程；最后根據國內研究環(huán)境和航天產(chǎn)品自身的特點(diǎn)，提出了一種符合實(shí)際的測試性設計方法。

國內外測試性研究分析

　　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(yǔ)最早于1975年由F.Liour等人在《設備自動(dòng)測試性設計》一文中提出，隨后相繼用于診斷電路設計及研究等各個(gè)領(lǐng)域。20世紀70年代以后，國外廣泛開(kāi)展了測試性方面的研究。同時(shí)，美軍意識到測試性在裝備維護和保障中的潛力，開(kāi)始致力于在裝備研制和使用中推廣測試性技術(shù)；通過(guò)頒布一系列的標準，使裝備研制方和使用方遵循相同的約束和規范，取得了良好的效果。1985年，美國國防部頒發(fā)的《電子系統及設備的測試性大綱》(MIL-STD-2165)，標志著(zhù)測試性已成為一門(mén)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、航天器和導彈等武器系統設計時(shí)被廣泛應用。其中，在航空工業(yè)應用中，據美海軍調查稱(chēng)，對F/A-18、F-14、A-16E和S-3A四種海軍主要飛機的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用減少了30%，并進(jìn)一步強調，如果在飛機研制初期就充分開(kāi)展測試性設計，可降低飛機全壽命費用的10%~20%。

　　在航天應用中，美國摩托羅拉公司的銥星計劃，在其衛星設計過(guò)程中，成功地運用了測試性設計。傳統的測試手段已不能滿(mǎn)足衛星生產(chǎn)過(guò)程中對測試的需求。于是，在衛星設計過(guò)程中，大量采用了符合IEEE1149.1標準的邊界掃描結構，并取得了較好的測試結果，為銥星計劃的實(shí)現提供了保障。美國休斯空間通訊在對衛星的測試中，提出了對系統劃分，進(jìn)行分層測試的思想，并成功的運用到實(shí)踐中。

　　國內發(fā)展狀況
　　同國外相比，國內開(kāi)展測試性研究起步較晚，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。主要體現在以下幾方面：開(kāi)展了較為系統的研究，發(fā)表了不少有關(guān)測試性方面的文章和研究報告；在重要系統和設備研制中提出了明確的測試性要求；開(kāi)展了測試性設計分析工作，制定了《裝備測試性大綱》(GJB-2547-95)、《測試與診斷術(shù)語(yǔ)》(GJB3385-98)等國家軍用標準，開(kāi)發(fā)了測試性計算機輔助分析軟件。

　　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，特別對軍用飛機上新研制的電子設備的測試性作了很高的要求。另外，測試性設計技術(shù)也開(kāi)始應用到了現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)提高了對裝備故障的檢測率，延長(cháng)了裝備的全壽命周期，降低了裝備的全壽命周期費用。

　　在航天科研方面，某些型號在研制過(guò)程中也已經(jīng)開(kāi)始著(zhù)手進(jìn)行測試性設計技術(shù)的研究。并依據國外相關(guān)標準制定了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)品測試性設計準則》等相關(guān)標準。

　　從總體上看，國內由于缺乏對測試性設計技術(shù)的深入研究，在測試性分析與驗證、計算機輔助工具和工程實(shí)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)品測試性設計規范研究

　　系統測試性設計存在的問(wèn)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)的應用基礎上已具備一定的基礎但是仍然較為薄弱。具體表現在：

　　●在系統頂層設計中，已開(kāi)始注意對系統測試性的總體考慮，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計要求和指標； 

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

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

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

　　●對測試體系和測試設備提出了“標準化、規范化、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)節的測試脫節，由不同的設計人員去考慮、設計和實(shí)現，難以保證各階段各級別測試的統一性、兼容性、完整性與一致性。

　　系統測試性設計工作規范
　　進(jìn)行測試性規范研究，要明確開(kāi)展測試性工作的目標和原則；考慮要完成的測試性工作項目及其完成的時(shí)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(shí)施和驗證等幾方面加強了對測試性技術(shù)的指導和監督，對推動(dòng)測試性技術(shù)的研究和應用具有很大的作用。但是該標準主要是參照美軍標MIL-STD-2165制定出來(lái)的，缺乏將標準轉化為具體設計方案的方法和技術(shù)。針對具體的航天系統進(jìn)行設計的可操作性不強。致使上述問(wèn)題不能被有效地解決。因此需要補充新的測試性文件，規范航天產(chǎn)品測試性工作程序,保證測試性設計與產(chǎn)品功能性能設計同步進(jìn)行并有機結合，保證系統研制各個(gè)階段開(kāi)展的測試性工作有據可依。