飛行器系統(tǒng)級可測試性設計方法研究

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

關鍵詞： 系統(tǒng)級； 可測試性設計；飛行器

引言

  隨著載人航天技術的高速發(fā)展，對航天飛行器的地面測試和運行中的在線測試能力提出了新的技術要求。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、及時地診斷系統(tǒng)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(tǒng)的任務可靠性。為實現(xiàn)上述技術要求，就必須在航天飛行器設計時同步開展測試性設計工作。應用先進的測試性設計技術，對產(chǎn)品進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，先期展開測試性設計工作，對于迅速提高我國航天測試性和診斷技術水平，滿足系統(tǒng)的任務可靠性和安全性具有重要意義。

  本文對國內(nèi)外測試性設計技術的發(fā)展狀況、存在問題進行了系統(tǒng)的分析；論述了針對航天飛行器系統(tǒng)開展測試性設計并且對測試性設計工作加以規(guī)范的必要性；總結了系統(tǒng)測試性設計的一般工作流程；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)生于航空電子領域。測試性術語最早于1975年由F.Liour等人在《設備自動測試性設計》一文中提出，隨后相繼用于診斷電路設計及研究等各個領域。20世紀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；通過頒布一系列的標準，使裝備研制方和使用方遵循相同的約束和規(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)及設備的測試性大綱》(MIL-STD-2165)，標志著測試性已成為一門與可靠性、維修性并列的獨立學科。目前，可測試性已在美軍機、航天器和導彈等武器系統(tǒng)設計時被廣泛應用。其中，在航空工業(yè)應用中，據(jù)美海軍調(diào)查稱，對F/A-18、F-14、A-16E和S-3A四種海軍主要飛機的200多項關鍵部件進行的測試性技術改進，使它們的使用和維修費用減少了30%，并進一步強調(diào)，如果在飛機研制初期就充分開展測試性設計，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(wèi)星設計過程中，成功地運用了測試性設計。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)星設計過程中，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，進行分層測試的思想，并成功的運用到實踐中。

　　國內(nèi)發(fā)展狀況
　　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)表了不少有關測試性方面的文章和研究報告；在重要系統(tǒng)和設備研制中提出了明確的測試性要求；開展了測試性設計分析工作，制定了《裝備測試性大綱》(GJB-2547-95)、《測試與診斷術語》(GJB3385-98)等國家軍用標準，開發(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，測試性設計技術也開始應用到了現(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)開始著手進行測試性設計技術的研究。并依據(jù)國外相關標準制定了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》等相關標準。

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

航天產(chǎn)品測試性設計規(guī)范研究

　　系統(tǒng)測試性設計存在的問題
　　由于航天產(chǎn)品的可靠性要求極高，相對于其他行業(yè)，測試性技術在工程中推廣應用較為緩慢。從總體上講，目前航天各領域在可測試性技術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(xiàn)在：

　　●在系統(tǒng)頂層設計中，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(tǒng)或單機中設計人員自發(fā)地進行了測試性設計，但這些工作不是有系統(tǒng)組織的，并未發(fā)揮系統(tǒng)測試性設計的優(yōu)勢；

　　●進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，到總裝時再考慮系統(tǒng)測試性為時已晚；

　　●引進了一些測試性設計相關工具，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(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)，由不同的設計人員去考慮、設計和實現(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)測試性設計工作規(guī)范
　　進行測試性規(guī)范研究，要明確開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間；并要對工作程序、人員安排、技術支持和信息采集分析等進行規(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了對測試性技術的指導和監(jiān)督，對推動測試性技術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制定出來的，缺乏將標準轉化為具體設計方案的方法和技術。針對具體的航天系統(tǒng)進行設計的可操作性不強。致使上述問題不能被有效地解決。因此需要補充新的測試性文件，規(guī)范航天產(chǎn)品測試性工作程序,保證測試性設計與產(chǎn)品功能性能設計同步進行并有機結合，保證系統(tǒng)研制各個階段開展的測試性工作有據(jù)可依。