鱼雷测试性指标验证方法

王文斌，霍俊龙，王　中

（1. 海军装备研究院，北京，100161； 2. 中国船舶重工集团公司 第705研究所，陕西 西安，710075）

鱼雷测试性指标验证方法

王文斌1，霍俊龙2，王中2

（1. 海军装备研究院，北京，100161； 2. 中国船舶重工集团公司 第705研究所，陕西 西安，710075）

随着鱼雷技术的发展，测试性工作的重要性在鱼雷武器研制过程日渐凸显。文中给出了鱼雷机内测试预计、故障检测率和故障隔离率验证方法，解决了测试性工程应用问题。为鱼雷研制阶段的测试性预计提供了有效方法。应用结果表明，该方法能满足工程要求。

鱼雷； 测试性预计； 验证方法

1　概述

随着科学技术的不断进步，从20世纪70年代开始，测试性技术得到了迅速发展。美军1983年颁布的系统和设备维修性管理大纲（MILSTD-470A）中强调，测试性是维修性大纲的一个重要组成部分。1985年颁布的MIL-STD-2165电子系统和设备测试性大纲规定了测试性管理、分析与验证要求，标志着测试性技术已发展成为一门独立的学科。1993年2月颁布的MIL-STD-2165A把测试性要求扩展到了各类系统和设备。我国也在1995年发布了GJB2547装备测试性大纲，正式在军用装备研制中推行测试性要求。

在鱼雷等武器的研制和技术准备过程中，经常要对部件、组件或系统的性能、特性、极限参数等进行检查、测量和评定。如有工作不正常的迹象就要进一步找出发生故障的部位，隔离故障。这在很大程度上取决于测试设备和机内测试（built-in-test，BIT）的设计。专用测试设备和BIT技术正逐渐成为研制高性能鱼雷武器的必备基础，并且极大地影响着鱼雷的研制进度、可用性和战前准备过程。文中重点研究鱼雷的测试性指标验证方法，并给出工程应用方法。

2　鱼雷测试性要求

鱼雷专用测试设备主要用于调试、试验和实航后的回收及数据处理，一般可分为随雷专用测试设备、生产调试设备和科研分析设备。为满足实际使用需求，全面描述鱼雷测试性，并在一定程度上反映鱼雷战备完好性要求，鱼雷测试性指标可定为： 故障检测率、故障隔离率和设备虚警率［1］。在规定上述指标时，需确定如下条件：

1）测试性级别，对应于维修性的维修级别；

2）故障检测、隔离的最小单元（如功能置换件）；

3）使用的测试设备。

目前，国外鱼雷产品测试性指标一般规定如下： 在使用维修单位BIT条件下，故障检测率和故障隔离率不低于80%～85%； 机外测试条件下，故障检测率不低于90%～95%； 设备虚警率一般不大于5%。

3　鱼雷测试性验证

3.1机内和机外测试预计

3.1.1BIT预计

BIT预计工作应在完成BIT设计和故障模式、影响和危害性分析（failure mode，effects and criticality analysis，FMECA）之后进行。主要预计BIT故障检测与隔离能力，并且明确是针对启动还是维修检测，预计步骤如下：

1）根据BIT设计结果，绘制测试性框图；

2）根据FMECA分析和可靠性预计结果，取得各规定单元的故障模式和故障模式发生概率；

3）根据所得数据和分析结果，识别规定单元的各故障模式能否被BIT检测到，统计能检测和不能检测数据，按定义完成故障检测分析；

4）分析BIT检测出的故障模式能否用BIT隔离，是否能隔离到规定的单元上，按要求完成故障隔离分析；

5）进行综合分析，提出降低虚警的可能措施，提出改进措施。

3.1.2机外测试预计

鱼雷产品机外测试预计主要针对故障检测率和故障隔离率，同时应明确是针对启动、周期或维修，预计步骤如下：

1）根据机外测试设计结果，绘制测试性框图；

2）根据FMECA分析及可靠性预计结果，针对所有故障模式分析给出可由操作者判定的故障模式；

3）按定义给出预计结果，得出可以检测及隔离的故障模式占全部故障模式的比率，以此作为预计的故障检测率和故障隔离率；

4）列出不能检测的故障模式并分析其影响；

5）综合分析，提出改进措施。

3.2故障检测率和故障隔离率试验验证

3.2.1验证试验所需样本量

在设计或生产定型时，为验证其测试性水平是否满足指标要求，一般都进行测试性验证试验，并且同时进行故障检测率和故障隔离率验证。鱼雷机内和机外检测的测试性验证属成败型，试验次数一般为19～45之间，因此采用二项分布计算抽样特性曲线。对给定的故障检测率和故障隔离率规定值R0和最低可接受值R1，总试验数n1，对应的不能检测或隔离率为P0和P1，不能检测或隔离数r，满足

同时按鱼雷的功能层次和一级维修体制列出各组成单元的测试项目，给出为充分检测试验程序所需样本数总数n2，其中包括为检测设备的测试程序数、BIT程序数和人工测试程序数之和。

测试性验证试验所需样本量

3.2.2样本量分配

采用按比例分层抽样法进行测试作业分配，给出各项目数Qi，根据可靠性预计，确定每一项目发生的故障率λi，确定每一项目的总故障率Qiλi，则每一项目的故障分摊率为

按所求的分摊率，计算各项目验证样本量为

3.2.3故障的注入

对实际的系统施加故障激励，可分成软件注入和物理注入： 软件注入是指通过仿真装置对有关寄存器的数据修改达到故障注入的目的； 物理注入可分为重离子击穿法、电源扰动法和管脚级注入法。器件内部的故障模式都可等效于器件管脚的故障状态，实际采纳的方法多为管脚级故障注入。经过训练的维修人员在排除自然或模拟故障过程中，使用所配备的备附件工具和检测仪器完成故障诊断、换件或原件修复、安装、调试、校正以及检验等一系列作业。

每一实施步骤均应遵循维修程序并与规定的维修级别相一致。在故障诊断中，人工诊断或利用外部测试仪器设备查寻故障及检测和隔离按表1记入观测值。

表1　系统测试性试验统计表示例Table 1　Statistics of system testability test

3.2.4故障注入的充分性分析

被测单元各功能故障是故障检测时要检测的，各单元功能故障模式是故障隔离时要检测的，分析的重点是各组成单元的功能故障模式分类、故障率及注入方法。当分析结果未达到下述要求时，应增加注入故障的数量：

1）注入的故障是否导致了所有的被测单元功能故障；

2）注入的故障是否覆盖了被测单元所有功能故障；

3）注入的故障是否检验了所有BIT和自动测试设备诊断测试程序；

4）注入故障的故障率之和占被测单元故障率的百分比是否符合要求。

3.2.5测试性试验评定方法

按照承制方提供的测试性定性要求评价表，采用简单分析评定的方法，对其满足定性的要求程度进行分析评价。根据统计所记录的模拟故障测试情况，如果在测试时使用了机内的测试装置，对故障进行隔离与测试，并且故障检测率不低于80%时，如果在测试时采用了外部专用测试装置，对故障进行隔离与测试，且故障检测率不低于90%时，判定故障检测率满足指标要求。

假设r为未达到设计要求的条数； n为核对表中的固有测试性验证总数。故障检测率、故障隔离率评估点估计为

对给定的置信度C单侧置信下限为

3.3测试性验证示例

3.3.1故障检测率和故障隔离率预计

在进行鱼雷BIT、故障检测率和故障隔离率预计时，其预计结果准确性取决于是否完整准确给出被测产品FMECA结果，是否能够准确给出产品所有的故障模式及故障率数据，同时应逐层向上统计至被测产品。例如，对鱼雷某系统的3个功能置换件FMECA分析进行整理，对维修检测时的预计结果如表2，其中数据为“/”表示不能检测或隔离的情况，可检测或可隔离时给出故障模式的失效率值。

预计故障检测率为

预计故障隔离率为

表2　预计失效率数据Table 2　Prediction data of failure rate

3.3.2试验验证

某型产品测试性验证，根据故障检测率为R0=0.965，R1=0.900，按式（1）确定样本量为（29，1），但充分检测试验程序所需样本数总数42个，因此确定验证方案为（42，2），对应的承制方和使用方风险分别为0.195 1和0.181 3，明确故障代码及含义，进行样本量分配，故障注入42个，给出测试性作业记录42份，具体内容见表3，按此进行故障检测率验证试验。试验结果为（42，1），在置信度0.8情况下，评估值为0.930 4，满足要求。

表3　测试性作业记录表示例Table 3　Record table of testability examination

4　结束语

鱼雷武器大量采用各种先进的电子设备，使其本身变得日益复杂，给使用、维修和保障带来了越来越多的问题。特别是各种微型电路的应用，在提高鱼雷可靠性与维修性的同时，也使鱼雷的测试诊断成为影响战备完好性、易用性和保障性的主要问题。文中给出的故障检测率和故障隔离率预计方法，可验证规定值指标是否满足要求，给出的现场试验验证方法可验证最低可接受值是否满足要求，并给出了应用示例，为测试性技术在鱼雷等武器研制过程中的应用提供成功范例。

［1］石君友. 测试性设计分析与验证［M］. 北京： 国防工业出版社，2011.

［2］张艺琼，刘萌萌，璠李，等. 测试性验证试验方案的工程修正方法研究［J］. 测控技术，2013，32（2）： 126-127.

Zhang Yi-qiong，Liu Meng-meng，Li Fan，et al. Study on Engineering Correction Method of Testability Validation Test Plan［J］. Measurement & Control Technology，2013，32（2）： 126-127.

［3］何洋，叶晓慧，赵建扬. 机电设备的测试性验证方法初探［J］. 电光与控制，2011，18（11）： 92-94.

He Yang，Ye Xiao-hui，Zhao Jian-yang. Testability Verification for Electromechanical Equipment［J］. Electronica Optics&Control，2011，18（11）： 92-94.

［4］常春贺，杨江平，王杰. 雷达装备测试性验证及应用研究［J］. 计算机测量与控制，2011，19（8）： 1943-1944.

Chang Chun-he，Yang Jiang-ping，Wang Jie. Research on Verification and Application of Testability of Radar Equipment［J］. Computer Measurement & Control，2011，19（8）： 1943-1944.

［5］雷华军，秦开宇. 确定测试性验证试验方案的贝叶斯方法［J］. 系统工程与电子技术，2012，34（12）： 2612-2616.

Lei Hua-jun，Qin kai-yu. Bayesian Method for Determination of Testability Demonstration Test Scheme［J］. Systems Engineering and Electronics，2012，34（12）： 2612-2616.

（责任编辑： 许妍）

Verification Methods of Testability Indicators for Torpedo

WANG Wen-bin1，HUO Jun-long2，WANG Zhong2
（1. Naval Armament Academy，Beijing 100161，China； 2. The 705 Research Institute，China Shipbuilding Industry Corporation，Xi′an 710075，China）

With the development of torpedo technology，testability becomes one of the most important topics in torpedo research. In this study，verification methods of torpedo built-in test（BIT）prediction，fault detection rate and fault isolation rate were proposed to solve the problems in engineering application of testability. Effective methods were provided to predict torpedo testability in design and development phase，and applications showed that these prediction methods meet the requirements of engineering.

torpedo； testability prediction； verification method

TJ630

A

1673-1948（2015）01-0071-04

2014-07-30；

2014-10-28.

王文斌（1982-），硕士，工程师，主要研究方向为武器系统与运用工程.