曾亮亮， 朱江雷， 張 杰

(中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司成都飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所，四川 成都 610091)

測(cè)試性試驗(yàn)是按事先設(shè)計(jì)好的試驗(yàn)方案和試驗(yàn)程序，在受試樣件上實(shí)施故障注入，并通過(guò)規(guī)定的方法進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，判斷產(chǎn)生的結(jié)果是否符合預(yù)期，以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的測(cè)試性設(shè)計(jì)缺陷，采取改進(jìn)措施，從而提高系統(tǒng)測(cè)試性，并評(píng)估系統(tǒng)的測(cè)試性相關(guān)指標(biāo)。通常，一個(gè)完整的測(cè)試性試驗(yàn)過(guò)程，包括試驗(yàn)方案確定、故障注入、試驗(yàn)評(píng)估等三部分內(nèi)容。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)在重要飛機(jī)型號(hào)上已成功實(shí)施了成品級(jí)(含設(shè)備、子系統(tǒng))測(cè)試性試驗(yàn)驗(yàn)證與評(píng)估，其結(jié)果能夠作為設(shè)備、子系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)鑒定的依據(jù)之一。然而，針對(duì)機(jī)載系統(tǒng)層次的測(cè)試性試驗(yàn)，沒(méi)有實(shí)施先例，存在理論和方法欠缺、缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等問(wèn)題[1]。

從軍用飛機(jī)實(shí)際使用階段的表現(xiàn)來(lái)看，在系統(tǒng)層的功能報(bào)故虛警率較高，暴露出在研制階段系統(tǒng)層故障邏輯驗(yàn)證不充分的問(wèn)題，因此，有必要開(kāi)展系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)技術(shù)研究[2]。

本文以某大型察打一體無(wú)人機(jī)機(jī)載系統(tǒng)測(cè)試項(xiàng)試驗(yàn)為契機(jī)，依托成品級(jí)測(cè)試項(xiàng)試驗(yàn)的技術(shù)基礎(chǔ)，重點(diǎn)從試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)級(jí)故障注入方法和試驗(yàn)實(shí)施幾方面入手，研究并實(shí)施機(jī)載系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)對(duì)象分析

某大型察打一體無(wú)人機(jī)在設(shè)計(jì)鑒定階段需評(píng)估系統(tǒng)測(cè)試性指標(biāo)，使用評(píng)估階段的故障樣本量并不能滿足測(cè)試性評(píng)估數(shù)量要求，因此，需補(bǔ)充系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)測(cè)試性水平。機(jī)載系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)對(duì)象為飛機(jī)管理系統(tǒng)、任務(wù)系統(tǒng)和機(jī)載鏈路系統(tǒng)。

飛機(jī)管理系統(tǒng)能夠?yàn)闊o(wú)人機(jī)的飛行控制和其他機(jī)載系統(tǒng)實(shí)時(shí)提供多余度、高可靠的位置、速度、加速度、姿態(tài)、航向等飛行運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

任務(wù)系統(tǒng)是基于某總線的綜合化系統(tǒng)，能夠執(zhí)行情報(bào)偵察監(jiān)視任務(wù)和對(duì)面精確打擊任務(wù)。

機(jī)載鏈路系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)視距鏈路數(shù)據(jù)傳輸、衛(wèi)通數(shù)據(jù)傳輸功能。

某大型察打一體無(wú)人機(jī)此次試驗(yàn)的機(jī)載系統(tǒng)組成復(fù)雜、交聯(lián)關(guān)系復(fù)雜、故障影響關(guān)系復(fù)雜，一般由大量子系統(tǒng)/外場(chǎng)可更換單元(Line Replaceable Unit,LRU)組成，是典型的電子類系統(tǒng)，其中飛機(jī)管理系統(tǒng)是以電子類設(shè)備為主的機(jī)電一體化系統(tǒng)。典型飛機(jī)管理系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 典型飛機(jī)管理系統(tǒng)組成框圖

2 系統(tǒng)級(jí)試驗(yàn)需求與特點(diǎn)

2.1 試驗(yàn)需求

某大型察打一體無(wú)人機(jī)已經(jīng)完成成品級(jí)(含子系統(tǒng)和設(shè)備)測(cè)試性試驗(yàn)，為相關(guān)成品的設(shè)計(jì)鑒定提供了有力支撐。

根據(jù)航空裝備研制與使用過(guò)程中暴露出的問(wèn)題，筆者提出機(jī)載系統(tǒng)完整的測(cè)試性試驗(yàn)應(yīng)包含機(jī)載系統(tǒng)級(jí)和成品級(jí)試驗(yàn)[2]。

系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)的需求主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

① 驗(yàn)證系統(tǒng)故障邏輯的正確性。

② 評(píng)估系統(tǒng)級(jí)機(jī)內(nèi)自測(cè)試(Built in Test,BIT)故障檢測(cè)和隔離能力。

③ 評(píng)估系統(tǒng)級(jí)BIT對(duì)關(guān)鍵故障的檢測(cè)能力。

④ 對(duì)于具備BIT能力但部分故障不能通過(guò)自身BIT檢測(cè)的設(shè)備，需要系統(tǒng)級(jí)BIT進(jìn)行故障檢測(cè)，這部分檢測(cè)能力需在系統(tǒng)級(jí)進(jìn)行分析和驗(yàn)證。

⑤ 對(duì)于不具備BIT能力但有信號(hào)輸出，且其輸出信號(hào)反映設(shè)備主要功能故障的設(shè)備，在系統(tǒng)級(jí)編制故障判斷算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)該設(shè)備的故障檢測(cè)，其測(cè)試性能力需在系統(tǒng)級(jí)進(jìn)行分析和驗(yàn)證。

⑥ 對(duì)于不具備信號(hào)輸出能力的設(shè)備，應(yīng)結(jié)合其故障對(duì)系統(tǒng)功能通道影響的表征，驗(yàn)證系統(tǒng)級(jí)BIT、外場(chǎng)測(cè)試設(shè)備、外場(chǎng)人工檢測(cè)手段對(duì)該類設(shè)備的原位檢測(cè)能力。

2.2 系統(tǒng)級(jí)與成品級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)差異

系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)對(duì)象是整個(gè)系統(tǒng)，通常包含電子類和機(jī)電類系統(tǒng)，必須依托于系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)實(shí)施，而故障注入的對(duì)象往往只能深入到內(nèi)場(chǎng)可更換單元(Shop Replaceable Unit,SRU)級(jí)，因此，相對(duì)成品級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)，試驗(yàn)理論、方法和流程是可共用的，但在試驗(yàn)方法、故障注入方法、試驗(yàn)實(shí)施和試驗(yàn)評(píng)估等方面有較大區(qū)別，如圖2所示，具體描述如下。

圖2 系統(tǒng)級(jí)與成品級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)流程差異對(duì)比

① 系統(tǒng)級(jí)故障模式、影響及安全性分析(FMECA)。系統(tǒng)級(jí)故障模式面臨的問(wèn)題是如何合理地整合LRU級(jí)傳遞的大規(guī)模故障模式，定義系統(tǒng)級(jí)故障模式，以及利用外場(chǎng)故障信息優(yōu)化分析結(jié)果。

② 故障樣本選擇。由于試驗(yàn)對(duì)象為機(jī)載系統(tǒng)，進(jìn)行樣本量抽樣的輸入應(yīng)該為系統(tǒng)的FMECA中LRU功能故障模式和獨(dú)立的系統(tǒng)級(jí)故障模式。同時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)需求，要求驗(yàn)證全系統(tǒng)的故障檢測(cè)、隔離和故障后自主處置邏輯的正確性，因此，試驗(yàn)樣本應(yīng)對(duì)系統(tǒng)故障模式進(jìn)行全部覆蓋，即在進(jìn)行樣本量補(bǔ)充時(shí)，應(yīng)補(bǔ)充所有未分配樣本的可BIT檢測(cè)的故障。

③ 故障注入方法。系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)樣本主要為L(zhǎng)RU功能故障，其故障注入主要從LRU的供電、輸出、通信等入手，注入的最小顆粒度為SRU級(jí)，從試驗(yàn)?zāi)康?、試?yàn)周期和成本等方面考慮，一般不考慮在功能電路上對(duì)LRU進(jìn)行破壞性注入。

④ 試驗(yàn)實(shí)施。在試驗(yàn)實(shí)施方面的差異主要體現(xiàn)在試驗(yàn)環(huán)境搭建、試驗(yàn)組織和試驗(yàn)程序上。對(duì)于系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)，由于其具有特殊性，故只能利用系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)實(shí)施，且由于故障注入級(jí)別的差異，故障注入設(shè)備往往采用系統(tǒng)綜合試驗(yàn)設(shè)備、設(shè)施實(shí)現(xiàn)，如信號(hào)模擬器、斷線箱、串口仿真設(shè)備等。在試驗(yàn)組織方面，在研制階段，系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性研制試驗(yàn)一般以主機(jī)所為主，在設(shè)計(jì)鑒定階段才引入第三方試驗(yàn)；在試驗(yàn)時(shí)，由于涉及的LRU眾多，考慮成品研制方對(duì)試驗(yàn)支持的需求，從試驗(yàn)組織的角度，應(yīng)對(duì)單個(gè)LRU相關(guān)的試驗(yàn)用例集中試驗(yàn)；對(duì)于機(jī)電類系統(tǒng)的試驗(yàn)，需發(fā)送相應(yīng)的指令使故障動(dòng)作，才能觸發(fā)系統(tǒng)BIT進(jìn)行故障檢測(cè)和隔離，因此在進(jìn)行試驗(yàn)程序設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮相應(yīng)的指令動(dòng)作及其對(duì)系統(tǒng)的影響。

⑤ 試驗(yàn)結(jié)果評(píng)估。根據(jù)系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)需求，要求從裝備使用的角度對(duì)測(cè)試性進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)，由于無(wú)人機(jī)系統(tǒng)使用模式更強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)自主能力，在出現(xiàn)故障時(shí)要求能夠?qū)崟r(shí)自主判斷、自主處置，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)重構(gòu)，保證自主執(zhí)行的能力，因此，評(píng)估項(xiàng)目不能局限于系統(tǒng)研制要求的BIT故障檢測(cè)率和故障隔離率，還應(yīng)評(píng)估故障后系統(tǒng)的自動(dòng)故障處置能力。

下面結(jié)合測(cè)試性試驗(yàn)流程，主要描述系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)方法在某大型察打一體無(wú)人機(jī)的應(yīng)用，并對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中與成品級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)有差異的部分進(jìn)行重點(diǎn)闡述。

3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)級(jí)故障模式分析與優(yōu)化

3.1.1 系統(tǒng)級(jí)故障模式分析方法

系統(tǒng)FMECA是進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試性試驗(yàn)的輸入。然而，目前系統(tǒng)級(jí)FMECA只以LRU作為分析對(duì)象，甚至直接以系統(tǒng)組成的LRU作為分析對(duì)象，進(jìn)行故障模式、影響分析，嚴(yán)重缺少站在系統(tǒng)的視角對(duì)系統(tǒng)功能層、LRU功能層的深入分析[3]。

系統(tǒng)級(jí)FMECA應(yīng)對(duì)兩個(gè)層次進(jìn)行分析，分別是系統(tǒng)層和子系統(tǒng)/LRU層。

子系統(tǒng)/LRU級(jí)故障模式對(duì)上一層的功能影響，即為系統(tǒng)層的故障模式。在定義系統(tǒng)層的故障模式時(shí)應(yīng)從系統(tǒng)輸出功能的角度，綜合考慮空中、地面工作模式和系統(tǒng)降級(jí)重構(gòu)狀態(tài)。故障模式的最終影響為對(duì)飛機(jī)安全和所執(zhí)行的任務(wù)的影響。

在定義子系統(tǒng)/LRU層的故障模式時(shí)，首先應(yīng)該對(duì)成品廠提供的子系統(tǒng)/LRU級(jí)FMECA結(jié)果進(jìn)行處理和完善，包括完善故障模式的影響，在系統(tǒng)級(jí)重新評(píng)定嚴(yán)酷度，綜合考慮并更新外場(chǎng)檢測(cè)方式，以及對(duì)定義不合理的故障模式進(jìn)行修正，對(duì)故障模式進(jìn)行裁剪與合并等。將處理的結(jié)果作為系統(tǒng)級(jí)FMECA的內(nèi)容之一[2]。

3.1.2 故障模式影響分析與優(yōu)化

在進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試性試驗(yàn)前，須對(duì)飛機(jī)管理系統(tǒng)、任務(wù)系統(tǒng)和鏈路機(jī)載數(shù)據(jù)終端的FMECA進(jìn)行優(yōu)化，主要從3個(gè)方面入手。

(1) 增加系統(tǒng)層的故障模式及影響分析。

(2) 對(duì)現(xiàn)有子系統(tǒng)/LRU層FMECA存在的問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化。問(wèn)題主要體現(xiàn)在：故障模式定義模糊、故障模式定義不全、故障模式定義層次低、故障影響層次不統(tǒng)一、檢測(cè)方式定義不規(guī)范等。采取的優(yōu)化措施為：依據(jù)LRU的功能、性能定義和故障判據(jù)，從系統(tǒng)功能、LRU功能輸出失效、性能降級(jí)的角度去重新定義。

(3) 利用外場(chǎng)發(fā)生的故障對(duì)FMECA進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化的原則如下。

① 若外場(chǎng)故障與FMECA中的故障模式定義實(shí)質(zhì)為同一故障，則將該外場(chǎng)故障合并至與之對(duì)應(yīng)的FMECA的故障模式。

② 若外場(chǎng)故障與FMECA中的故障模式定義實(shí)質(zhì)為同一故障，但檢測(cè)方式不一致，則將外場(chǎng)故障獨(dú)立作為系統(tǒng)的故障模式，按故障模式命名規(guī)則命名，檢測(cè)方式以外場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)方式為準(zhǔn)。

③ 若外場(chǎng)故障沒(méi)有與FMECA中的任一故障模式定義實(shí)質(zhì)為同一故障，則將外場(chǎng)故障獨(dú)立作為系統(tǒng)的故障模式，檢測(cè)方式以外場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)方式為準(zhǔn)。

④ 外場(chǎng)故障獨(dú)立作為系統(tǒng)的故障模式定義時(shí)，取所屬LRU中相似故障模式的故障率的最大值，按此值確定該故障模式的故障率。

3.2 樣本量確定、分配及補(bǔ)充

3.2.1 初步樣本量確定

系統(tǒng)測(cè)試性試驗(yàn)根據(jù)指標(biāo)考核要求，將飛管系統(tǒng)、任務(wù)系統(tǒng)和鏈路機(jī)載數(shù)據(jù)終端LRU級(jí)功能故障模式合并作為確定試驗(yàn)方案的輸入。飛管系統(tǒng)、任務(wù)系統(tǒng)和鏈路機(jī)載數(shù)據(jù)終端LRU級(jí)功能故障模式總數(shù)為306，根據(jù)FMECA優(yōu)化原則，采用狀態(tài)固化后發(fā)生的28個(gè)外場(chǎng)故障對(duì)故障模式進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的故障模式總數(shù)為313個(gè)。

根據(jù)GJB 8895-2017《裝備測(cè)試性試驗(yàn)與評(píng)價(jià)》[3]和無(wú)人機(jī)機(jī)載電子系統(tǒng)的最低可接受值/規(guī)定值的機(jī)內(nèi)自檢測(cè)故障檢測(cè)率定量指標(biāo)要求，選取最低可接受值的試驗(yàn)方案[4-5]，并確定初步樣本量，計(jì)算公式見(jiàn)式(1)[6-7]。按該公式計(jì)算得到滿足條件的一組樣本量(N，r)，在多組樣本量中選取大于∑ni的最小值作為初步樣本量N。

(1)

式中，N為初步樣本量；r為合格判定數(shù)；q1為接受概率為β時(shí)的故障檢測(cè)率；β為訂購(gòu)方風(fēng)險(xiǎn)，此處給定β=0.2；∑ni=(n1+n2)為所有受試系統(tǒng)相應(yīng)層級(jí)故障模式總和，其中，n1為所有系統(tǒng)的LRU級(jí)故障模式總數(shù)，n2為所有系統(tǒng)獨(dú)立的系統(tǒng)級(jí)故障模式總數(shù)(指非LRU級(jí)傳遞上來(lái)的系統(tǒng)級(jí)獨(dú)立的故障模式)。

進(jìn)行機(jī)載系統(tǒng)測(cè)試性試驗(yàn)時(shí)，取訂購(gòu)方風(fēng)險(xiǎn)β=0.2，采用最低可接受值試驗(yàn)方案，選取樣本量N=321。

3.2.2 樣本量抽樣與分配

初步樣本量n確定后，為了盡可能地模擬受試系統(tǒng)使用時(shí)發(fā)生故障的分布情況，以受試系統(tǒng)相應(yīng)層級(jí)的故障模式的相對(duì)發(fā)生頻率為依據(jù)，采用基于準(zhǔn)隨機(jī)序列的抽樣方法進(jìn)行抽樣[8-9]，分配結(jié)果參與故障檢測(cè)率和故障隔離率指標(biāo)計(jì)算，得到各故障模式的樣本量。本次試驗(yàn)分配的樣本覆蓋故障模式數(shù)為130個(gè)。

3.2.3 樣本量補(bǔ)充

初步樣本量的分配不能覆蓋所有故障模式，因此，根據(jù)驗(yàn)證系統(tǒng)級(jí)故障邏輯的試驗(yàn)?zāi)康?，?duì)于BIT可檢測(cè)的故障模式，尤其是系統(tǒng)層故障模式，都應(yīng)作為初步樣本的補(bǔ)充。補(bǔ)充的樣本不參與指標(biāo)評(píng)估[10]。大型察打一體無(wú)人機(jī)系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)補(bǔ)充的樣本量為Nb=142，覆蓋所有BIT可檢測(cè)的故障模式。

3.3 備選樣本庫(kù)建立與試驗(yàn)樣本選擇

備選樣本庫(kù)包含樣本量分配和補(bǔ)充的故障模式(包括BIT可檢、外場(chǎng)測(cè)試設(shè)備、人工檢測(cè))，重點(diǎn)描述分配的BIT可檢的故障樣本是否可注入，如果不可注入，明確不可注入原因；如果可注入，確定故障注入類型、手段、注入成功判據(jù)、檢測(cè)成功判據(jù)、處置成功判據(jù)等內(nèi)容。

為了充分暴露產(chǎn)品的測(cè)試性設(shè)計(jì)缺陷，受試系統(tǒng)備選故障樣本庫(kù)的建立應(yīng)基于覆蓋充分性的理論，同成品級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)，不再贅述。

受試系統(tǒng)備選故障樣本庫(kù)建立完成后，需要從庫(kù)中選擇n(參與故障檢測(cè)率，隔離率指標(biāo)評(píng)估的樣本)+nb(補(bǔ)充的樣本量中選取的試驗(yàn)樣本數(shù)量)個(gè)備選故障樣本，即按照“樣本量的分配”的結(jié)果分別從相應(yīng)層級(jí)的故障模式對(duì)應(yīng)的備選故障樣本中選取ni(分配的樣本量)個(gè)備選故障樣本作為試驗(yàn)樣本。試驗(yàn)樣本的選取原則同成品級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)，不再贅述。

系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)在選擇試驗(yàn)樣本時(shí)，應(yīng)在備選故障樣本庫(kù)中選取檢測(cè)方式為BIT且可注入的備選故障樣本作為試驗(yàn)樣本，外場(chǎng)故障樣本不作為試驗(yàn)樣本，總共選取的試驗(yàn)樣本為162個(gè)(含78個(gè)可BIT檢測(cè)的補(bǔ)充試驗(yàn)樣本量)，并據(jù)此編制試驗(yàn)用例。

3.4 參數(shù)評(píng)估

針對(duì)系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)特殊性，開(kāi)展參數(shù)評(píng)估研究[11-12]。

3.4.1 故障檢測(cè)率

設(shè)分配到的樣本量為N，使用規(guī)定檢測(cè)手段正確檢測(cè)到的樣本量為nS，故障檢測(cè)率的點(diǎn)估計(jì)值為

(2)

單側(cè)置信下限值為

(3)

3.4.2 故障隔離率

設(shè)使用規(guī)定檢測(cè)手段正確檢測(cè)到的樣本量為nS，正確隔離到模糊組為L(zhǎng)的樣本量為nL，隔離到模糊組為L(zhǎng)的故障隔離率的點(diǎn)估計(jì)值為

(4)

單側(cè)置信下限值為

(5)

3.4.3 關(guān)鍵故障檢測(cè)率

設(shè)關(guān)鍵故障數(shù)量為Nk，使用規(guī)定檢測(cè)手段正確檢測(cè)到的關(guān)鍵故障數(shù)量為nSk，關(guān)鍵故障檢測(cè)率為

(6)

3.4.4 故障處置成功率

設(shè)故障處置成功數(shù)量為nt，故障處置成功率為

(7)

4 系統(tǒng)級(jí)故障注入方法

4.1 故障注入方法差異對(duì)比

目前，成品級(jí)的測(cè)試性試驗(yàn)注入層級(jí)為功能電路和元器件級(jí)，其技術(shù)和方法相對(duì)成熟。而系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)注入層級(jí)主要為L(zhǎng)RU級(jí)和SRU級(jí)。

系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)選擇飛管系統(tǒng)、任務(wù)系統(tǒng)和鏈路機(jī)載數(shù)據(jù)終端的LRU級(jí)功能故障模式作為試驗(yàn)故障注入方法設(shè)計(jì)的輸入，功能故障模式的故障原因一般為向上傳遞的SRU級(jí)或功能電路級(jí)故障模式，系統(tǒng)測(cè)試性試驗(yàn)的故障注入的對(duì)象根據(jù)導(dǎo)致該“故障原因”發(fā)生的硬件來(lái)確定，一般原則如下。

① LRU功能完全喪失類故障，故障注入對(duì)象為L(zhǎng)RU、SRU，通常通過(guò)使LRU不上電、斷開(kāi)通信電纜、功能輸出信號(hào)、插拔關(guān)鍵內(nèi)部組件等方式實(shí)現(xiàn)。

② LRU通信通斷類故障，故障注入對(duì)象為L(zhǎng)RU、SRU或電路板，通常通過(guò)斷開(kāi)通斷電纜、插拔承載通信功能的SRU或電路板等方式實(shí)現(xiàn)。

③ LRU部分功能故障，故障注入對(duì)象為L(zhǎng)RU、SRU，通常通過(guò)更改功能軟件或插拔相應(yīng)SRU等方式實(shí)現(xiàn)。

不同層級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)故障注入方法對(duì)比如表1所示。

表1 不同層級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)故障注入對(duì)比

4.2 故障注入方法與設(shè)備

成品級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)的故障注入方法主要有：總線故障注入方法、基于探針的故障注入方法、基于轉(zhuǎn)接板的故障注入方法、插拔式故障注入方法、軟件故障注入方法[13]。而系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)的故障注入對(duì)象最深只能到SRU級(jí)，所采用的方法主要為總線故障注入、插拔式故障注入、軟件注入。而且，由于一般不深入到功能電路級(jí)進(jìn)行破壞性故障注入，因此所用的故障注入設(shè)備一般優(yōu)先采用系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)現(xiàn)有的設(shè)備，如總線仿真器、串口仿真設(shè)備、系統(tǒng)輸入輸出仿真設(shè)備、系統(tǒng)信號(hào)斷線箱等。故障代碼查看一般采用系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)狀態(tài)顯示設(shè)備和飛機(jī)既有的故障顯示設(shè)備，如維修BIT(MBIT)設(shè)備、便攜式維護(hù)終端(PMA)等。

4.3 故障注入方法選用

系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)的常用故障注入在系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)中的適用范圍總結(jié)如下。

① 總線故障注入方法可分為物理層故障注入、電氣層故障注入和協(xié)議層故障注入。物理層故障注入和電氣層故障注入一般適用于具有總線通信的設(shè)備間的詳細(xì)的通信故障，能夠模擬物理鏈路斷路、接地以及輸入信號(hào)參數(shù)漂移、幅值超差、固高、固低等故障。協(xié)議層故障注入適用于不具備開(kāi)箱條件且通過(guò)內(nèi)部總線或外部總線傳輸控制信號(hào)、反饋信號(hào)和故障信息的設(shè)備的功能控制故障，能夠通過(guò)1553B、1394B、RS232/422/485等總線故障模擬器寫(xiě)入故障，如模擬控制通道的輸出異常。

② 插拔式故障注入方法一般適用于LRU級(jí)、SRU級(jí)或電路板級(jí)的電源故障、通信通斷、處理器故障、功能模塊故障等整體功能喪失的故障注入。

③ 軟件故障注入的方式一般適用于無(wú)法對(duì)硬件進(jìn)行故障注入而通過(guò)軟件模擬故障，如通過(guò)武器模擬器注入武器不能發(fā)射故障；還適用于硬件不具備實(shí)施條件，而通過(guò)軟件能夠等效實(shí)現(xiàn)故障注入的功能故障[14]。

本次試驗(yàn)屬于系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)，故障注入的層級(jí)主要為L(zhǎng)RU級(jí)、SRU級(jí)，個(gè)別可到電路板級(jí)，采用的故障注入方法包括插拔、總線注入、軟件共3類，故障注入方法占比如表2所示。

表2 故障注入方法占比

5 試驗(yàn)實(shí)施

5.1 試驗(yàn)用例編制

根據(jù)選擇的試驗(yàn)樣本和擬實(shí)施的故障注入方法，制定試驗(yàn)用例。試驗(yàn)用例重點(diǎn)描述針對(duì)故障模式進(jìn)行故障注入的方法、手段、注入成功判據(jù)、故障檢測(cè)成功判據(jù)、試驗(yàn)執(zhí)行步驟。本次試驗(yàn)共編制試驗(yàn)用例162個(gè)。

無(wú)人機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)的BIT形式一般有：周期BT、上電BIT、維護(hù)BIT、啟動(dòng)BIT。對(duì)于不同的BIT類型，用例中故障注入執(zhí)行步驟不一樣，具體總結(jié)如下。

(1) 周期BIT。

① 系統(tǒng)上電，根據(jù)系統(tǒng)功能、性能檢測(cè)要求，確認(rèn)系統(tǒng)運(yùn)行正常。

② 注入故障，確認(rèn)注入成功。

③ 查看故障檢測(cè)指示。

④ 系統(tǒng)下電，系統(tǒng)恢復(fù)正常狀態(tài)，并確認(rèn)。

(2) 上電BIT。

① 系統(tǒng)上電，根據(jù)系統(tǒng)功能、性能檢測(cè)要求，確認(rèn)系統(tǒng)運(yùn)行正常。

② 系統(tǒng)下電。

③ 注入故障。

④ 系統(tǒng)上電，確認(rèn)注入成功。

⑤ 查看故障檢測(cè)指示。

⑥ 系統(tǒng)下電，系統(tǒng)恢復(fù)正常狀態(tài)，并確認(rèn)。

(3) 維護(hù)BIT。

① 系統(tǒng)上電，根據(jù)系統(tǒng)功能、性能檢測(cè)要求，確認(rèn)系統(tǒng)運(yùn)行正常。

② 系統(tǒng)下電。

③ 注入故障。

④ 系統(tǒng)上電，確認(rèn)注入成功。

⑤ 觸發(fā)維護(hù)BIT，查看故障檢測(cè)指示。

⑥ 系統(tǒng)下電，系統(tǒng)恢復(fù)正常狀態(tài)，并確認(rèn)。

(4) 啟動(dòng)BIT。

① 系統(tǒng)上電，根據(jù)系統(tǒng)功能、性能檢測(cè)要求，確認(rèn)系統(tǒng)運(yùn)行正常。

② 系統(tǒng)下電。

③ 注入故障。

④ 系統(tǒng)上電，確認(rèn)注入成功。

⑤ 觸發(fā)啟動(dòng)BIT，查看故障檢測(cè)指示。

⑥ 系統(tǒng)下電，系統(tǒng)恢復(fù)正常狀態(tài)，并確認(rèn)。

5.2 典型試驗(yàn)系統(tǒng)

系統(tǒng)測(cè)試性試驗(yàn)必須依托飛管系統(tǒng)、任務(wù)系統(tǒng)、機(jī)載鏈路系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，建立試驗(yàn)系統(tǒng)。試驗(yàn)系統(tǒng)須具備支持系統(tǒng)正常運(yùn)行、故障注入、故障注入成功指示、故障檢測(cè)指示、系統(tǒng)狀態(tài)顯示的功能[15]。典型飛機(jī)管理系統(tǒng)測(cè)試性試驗(yàn)構(gòu)型如圖3所示，試驗(yàn)臺(tái)采用真實(shí)的機(jī)載設(shè)備，并仿真系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，系統(tǒng)綜合試驗(yàn)設(shè)施用于控制試驗(yàn)進(jìn)程，能夠向設(shè)備發(fā)送控制指令，查看系統(tǒng)狀態(tài)；串口仿真設(shè)備和信號(hào)斷線箱等能夠?qū)崿F(xiàn)硬件故障注入；MBIT/PMA用于故障信息顯示[16-17]。

圖3 典型飛機(jī)管理系統(tǒng)測(cè)試性試驗(yàn)構(gòu)型

5.3 試驗(yàn)評(píng)估

系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)實(shí)施流程與設(shè)備試驗(yàn)類似，不再贅述。

系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)利用故障注入設(shè)備，采用插拔、總線注入、軟件注入等故障注入方法，在LRU級(jí)、SRU級(jí)注入規(guī)定的故障，并通過(guò)測(cè)試設(shè)備/軟件查看BIT檢測(cè)結(jié)果，以此發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷，根據(jù)BIT檢測(cè)的結(jié)果計(jì)算系統(tǒng)的BIT故障檢測(cè)率和故障隔離率。

試驗(yàn)實(shí)施結(jié)束后，對(duì)所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括注入故障數(shù)據(jù)、不可注入故障數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，給出的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)測(cè)試性指標(biāo)項(xiàng)目的評(píng)估指標(biāo)值如表3～表6所示。

表3 故障檢測(cè)率指標(biāo)評(píng)估值

表4 故障隔離率指標(biāo)評(píng)估值

表5 關(guān)鍵故障檢測(cè)率

表6 故障處置成功率

將試驗(yàn)結(jié)果與該型無(wú)人機(jī)測(cè)試性定量指標(biāo)相比較，該型無(wú)人機(jī)故障檢測(cè)率和隔離率滿足指標(biāo)要求，96.62%的關(guān)鍵故障可以通過(guò)BIT進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)出的故障全部能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)上自主處置，滿足使用要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本次試驗(yàn)技術(shù)研究和應(yīng)用得到如下結(jié)論：

① 系統(tǒng)FMECA是系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)的基礎(chǔ)，須加以重視，否則在研制階段系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)無(wú)法開(kāi)展，進(jìn)而不能在研制階段發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性設(shè)計(jì)缺陷；

② 系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)可依托系統(tǒng)的物理/半物理系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)實(shí)施，并輔助相應(yīng)的故障注入設(shè)備；

③ 系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)與成品級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)總體思路和流程基本一致，但試驗(yàn)方案、故障注入方法和試驗(yàn)結(jié)果評(píng)估方面存在較大差異。

本文提出了一種適用于復(fù)雜機(jī)載系統(tǒng)的系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)方法，并在某大型無(wú)人機(jī)成功實(shí)施了故障注入試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果為該無(wú)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)鑒定提供了有力支撐。該試驗(yàn)技術(shù)能夠廣泛應(yīng)用于復(fù)雜機(jī)載系統(tǒng)的系統(tǒng)級(jí)測(cè)試性試驗(yàn)。