徐玉國, 張耀輝, 張仕新, 郭金茂

(陸軍裝甲兵學(xué)院， 北京 100072)

【系統(tǒng)工程、測量與控制】

使用階段裝備測試性評價策略

徐玉國, 張耀輝, 張仕新, 郭金茂

(陸軍裝甲兵學(xué)院， 北京 100072)

針對使用階段裝備測試性水平較低、評價不準的問題，提出使用階段裝備測試性評價策略，為準確確定裝備在實際使用條件下的真實測試性水平提供科學(xué)依據(jù)。根據(jù)使用階段裝備測試性評價的特點，規(guī)劃測試性評價的流程，提出測試性數(shù)據(jù)采集方法以及測試性指標的評價策略，可以為使用階段裝備測試性評價實施提供參考。

測試性；使用階段；使用評價

武器裝備的戰(zhàn)備完好性和維修保障水平取決于裝備通用質(zhì)量特性的設(shè)計水平，隨著裝備復(fù)雜性和信息化水平的提升，測試性設(shè)計在裝備設(shè)計中越來越受到重視[1-2]。尤其是航空裝備，其測試性設(shè)計、驗證與評估的需求越來越強烈[3]。當(dāng)前，通過測試性驗證和驗收的裝備部署部隊以后，其測試性水平較研制階段下降較多[1]。找到影響裝備使用階段測試性水平的關(guān)鍵因素、科學(xué)評估裝備測試性水平、提出裝備測試性進一步增長的方案是一個重要問題。為此，本文針對使用階段裝備測試性評估的特點，從方案制定、數(shù)據(jù)采集、評價方法選擇與優(yōu)化等角度進行分析，為使用階段裝備測試性評價的實施提供參考。

1 測試性使用評價的特點

目前，國內(nèi)主要參照GJB2547A—2012[4]和GB5080.5在研制階段開展裝備測試性驗證工作。除了基本的測試性參數(shù)(故障檢測率FDR、故障隔離率FIR、虛警率FAR)的點估計和置信區(qū)間估計方法外，針對在考慮裝備測試性增長情況下的研制階段數(shù)據(jù)利用問題，李天梅[5-6]、趙晨旭[7]、湯巍[8]、雷華軍[9]、常春賀[10]等學(xué)者分別針對“變總體、小子樣”數(shù)據(jù)進行了測試性驗證方案的研究。

但是，測試性核查和驗證試驗是裝備研制期間的測試性試驗與評價，其結(jié)論是階段性的評價，還不能代表裝備在實際使用環(huán)境中的真實測試性水平[1]。使用階段的測試性評價與研制階段的測試性驗證主要存在如下區(qū)別：

1) 裝備使用環(huán)境不同：研制階段的驗證試驗是在研制總要求規(guī)定的條件下進行的，條件比較嚴格，而使用階段的測試性評價則是結(jié)合裝備實際使用場景進行，環(huán)境條件相對更復(fù)雜。

2) 試驗對象不同：研制階段的驗證試驗一般采用3～5臺裝備同時投入試驗，其技術(shù)狀態(tài)為同一水平，且裝備動用嚴格遵守試驗規(guī)程；而使用階段的測試性評價一般針對某建制單位的裝備進行，裝備數(shù)量多，裝備的技術(shù)狀態(tài)水平可能并不一致，裝備動用不受評價方案的影響。

3) 故障樣本不同：研制階段的驗證試驗采取故障注入的方法，故障模式不可能都注入(由于封裝和避免損壞部件等原因，有許多故障模式不能注入或模擬)，故障樣本受到采樣策略的影響，故障率數(shù)據(jù)不準確，影響抽樣注入故障的隨機性，從而也最終影響測試性驗證的準確性。而使用階段的故障樣本來源于自然故障，故障樣本更具有隨機性，但同時受試驗時間與裝備(系統(tǒng)或部件)可靠性的影響，在較短的時間內(nèi)，部分高可靠性的系統(tǒng)或部件未發(fā)生故障，對評價故障檢測率和故障隔離率會有較大影響。

4) 評價目標不同：研制階段的驗證試驗一般制定試驗方案(n,c)(其中n為故障樣本數(shù)量，c為檢測失敗次數(shù))，采用統(tǒng)計推斷的方法判定裝備(系統(tǒng)或部件)是否達到了預(yù)期測試性水平，作為產(chǎn)品驗收或研制轉(zhuǎn)段的依據(jù)；而使用階段的測試性評價則是通過采集一定時間范圍內(nèi)的故障報警及檢測隔離數(shù)據(jù)評價裝備實際達到的測試性水平，為進一步改進提供支撐。

5) 數(shù)據(jù)處理手段與方法不同：由于數(shù)據(jù)處理的目標不同，故兩者之間的數(shù)據(jù)處理手段與方法也有不同，不能直接完全抄用研制階段測試性驗證的方法來評價使用階段的裝備測試性。

綜上所述，使用階段的裝備測試性評價與研制階段的測試性驗證存在諸多不同，現(xiàn)有針對研制階段的方法不能完全移植到測試性使用評價中，需要針對上述不同開展進一步研究。

2 測試性評價大綱制定

測試性評價是指利用裝備使用過程中收集到的數(shù)據(jù)和信息來估算和評價裝備的測試性指標。測試性評價方案包含為參試裝備選擇、評價目標確定、評價方案制定等內(nèi)容。如圖1所示。

A．選定待評價對象：一般根據(jù)裝備使用單位或上級主管單位的計劃要求，對某型裝備開展測試性使用評價；然后根據(jù)裝備部署情況選定參試單位。

B．評價目標確定：在哪個級別(基層級、中繼級、基地級)，針對裝備的哪個層次(系統(tǒng)級、部件級)評價何種手段(ATE、BIT和人工測試)的測試能力(故障檢測率FDR/故障隔離率FIR/虛警率FAR)。

C．評價方案制定

具體的測試性評價包括：

1) 試驗時間范圍的確定：是定數(shù)截尾方案或還是定時截尾，比如收集1年范圍的所有數(shù)據(jù)還是200組數(shù)據(jù)，或者由其他的方案確定試驗停止的條件。

2) 數(shù)據(jù)收集方案：是只采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，還要兼顧歷史數(shù)據(jù)，是單獨采集測試性相關(guān)數(shù)據(jù)，還是與可靠性、維修性評價同時進行。同時也包括數(shù)據(jù)采集方式的選擇、數(shù)據(jù)采集表格的制定、數(shù)據(jù)存儲等。

3) 評估方法選擇：根據(jù)裝備屬性與采集到數(shù)據(jù)的特點，合理選擇數(shù)學(xué)方法：點估計、置信區(qū)間與置信下限估計、綜合評估等。

實際當(dāng)中容易存在的情況是：

1) 裝備總體測試性特征不一致，也即“數(shù)據(jù)的異總體”性：比如同一個建制單位，受試裝備并非同一批次的，其測試性水平或許有變化。

2) 裝備動用與裝備性能評價的相對獨立性：即便是同一批次裝備同時部署，動用時間也是不同的，影響數(shù)據(jù)截尾特點的判斷。

這些在制定測試性評價大綱時應(yīng)充分考慮。

圖1 測試性評價大綱制定流程

3 測試性數(shù)據(jù)采集

準確的數(shù)據(jù)采集是正確評價的前提與基礎(chǔ)。使用階段測試性信息收集過程應(yīng)與可靠性、維修性數(shù)據(jù)收集工作相結(jié)合，信息收集工作應(yīng)規(guī)范化。按統(tǒng)一規(guī)定要求(如GJB1775-裝備質(zhì)量與可靠性信息分類和編碼通用要求)進行信息分類、信息編碼，并建立通用的數(shù)據(jù)庫等[1]。

3.1 數(shù)據(jù)采集方法

從測試性數(shù)據(jù)采集手段來看，不外乎兩種方法：自動化方法與人工方法。對于大部分裝備來說，雖然有些故障報警及檢測信息可以存儲，但是由于受存儲容量的限制，其存儲數(shù)據(jù)量有限，目前還達不到長時間自動采集與存儲的問題。故針對裝備的特性，數(shù)據(jù)采集手段可以分成三類：

1) 如果裝備具備對故障報警和故障檢測信息長時間、大容量存儲的能力，可以利用其自動化數(shù)據(jù)采集和存儲能力進行；

2) 如果裝備具備對故障報警和故障檢測信息的存儲能力，但是存儲能力有限，可以通過定期(比如每天)拷貝的方法來備份數(shù)據(jù)；

3) 如果裝備不具備對故障報警和故障檢測信息的存儲能力，那么通過人工方式進行采集，編制相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集表，配發(fā)到單裝，由裝備使用人員或裝備維修保障人員協(xié)助進行填寫。以某型地面車輛測試性信息采集為例，其部分內(nèi)容如表1所示。

表1 某型裝備使用階段測試性信息采集表(部分)

同時，在數(shù)據(jù)采集與處理的過程中還要注意區(qū)分以下內(nèi)容：

① 測試的環(huán)境條件(使用中、基層級或中繼級)；

② 測試方法(BIT、ATE或人工)；

③ 測試程度(隔離的產(chǎn)品層次和模糊度)；

④ 報警的性質(zhì)(虛警、不能復(fù)現(xiàn))。

3.2 數(shù)據(jù)采集方法的缺陷

上述方法依然存在如下問題：

1) 自動化故障報警和檢測隔離數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)并非針對使用階段的測試性評價設(shè)計的，相關(guān)數(shù)據(jù)仍需進一步清理和篩選。

2) 由于使用階段的故障數(shù)據(jù)是自然故障，具有很大的隨機性，而且試驗時間持續(xù)時間較長，專業(yè)試驗人員不能長期跟隨裝備進行試驗，只能委托裝備使用人員或裝備維修保障人員協(xié)助進行記錄。但是受制于業(yè)務(wù)水平、責(zé)任心等方面的因素，這種人工數(shù)據(jù)采集記錄方式獲取的數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)失真問題。

4 測試性指標評價方法

裝備在使用階段的測試性數(shù)據(jù)統(tǒng)計驗證，是按照批準的測試性驗證大綱，收集足夠的裝備自然發(fā)生的故障及其檢測、隔離數(shù)據(jù)，用規(guī)定的統(tǒng)計分析方法評估裝備的測試性水平[1]。根據(jù)實際受試裝備的情況，選擇合適的測試性指標評價方法，如圖2所示。

圖2 測試性指標評價方法選擇

4.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析首先需要確認數(shù)據(jù)是否來自于同一總體。如果受試裝備的生產(chǎn)批次相同、技術(shù)狀態(tài)一致，那么就認為其測試性相關(guān)數(shù)據(jù)來自同一總體，否則認為其數(shù)據(jù)來自不同的總體。對于來自不同總體的數(shù)據(jù)，需要首先進行區(qū)分。

1) 根據(jù)裝備批次進行分類

如果裝備生產(chǎn)批次明確，部署部隊之后并未進行相關(guān)改進，那么根據(jù)裝備生產(chǎn)批次進行劃分，相關(guān)信息體現(xiàn)在數(shù)據(jù)采集表中。如果裝備進行過影響測試性的改進，那么將其記錄為不同的批次。

2) 根據(jù)測試性指標的不同進行劃分

如果裝備生產(chǎn)批次或者改進是否影響其測試性不明確，那么需要根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進行初步的檢驗(比如應(yīng)用假設(shè)檢驗或者模糊聚類的方法進行分析)，其目的是將裝備進行分類。

3) 其他方面

如果涉及人員測試、ATE等檢測手段發(fā)生或變化或存在差異，那么也應(yīng)該作為不同的總體進行處理。

4.2 測試性指標評價方法

根據(jù)所采集到數(shù)據(jù)的特點可以將測試性評價的方法分為如下3種：

1) 點估計[1]

針對來自同一總體的數(shù)據(jù)，可以采用點估計的方法對故障檢測率、故障隔離率和虛警率(或平均虛警間隔時間)進行估計，具體方法參照GJB2547A—2012或文獻[1]進行。故障報警與檢測隔離的樣本量越充足，點估計值越接近于真實值。但是點估計不能解決準確度和置信度的問題。

2) 區(qū)間估計或置信下限估計[1]

針對點估計的缺點和不足，可以基于二項分布的假設(shè)采用區(qū)間估計或置信下限估計的方法對故障檢測率、故障隔離率和虛警率(或平均虛警間隔時間)進行估計，具體方法參照GJB2547A—2012或文獻[1]進行。

3) Bayes估計

如果收集到的數(shù)據(jù)不是源于同一總體，必須對其進行相應(yīng)的處理。一種情況是按其來自不同總體對其進行簡單分類，在同一總體內(nèi)部應(yīng)用點估計或區(qū)間估計的方法分別進行測試性參數(shù)估計。另一種情況是，針對來自不同總體的樣本，構(gòu)建測試性增長模型，應(yīng)用Bayes理論進行統(tǒng)計推斷。但是目前該類模型應(yīng)用的缺陷在于其理論基本借鑒可靠性增長的理論，但是測試性增長規(guī)律與特點是否與可靠性增長完全一致，需要進一步證實。

5 結(jié)論

裝備在使用階段的測試性水平明顯低于研制階段，是目前裝備全壽命周期管理的一個棘手問題。本文概括了裝備使用階段測試性評價與研制階段測試性驗證的區(qū)別，據(jù)此系統(tǒng)分析了裝備使用階段測試性評價的一般方法與步驟，主要包括數(shù)據(jù)收集與數(shù)據(jù)處理(測試性參數(shù)估計)的方法。尤其是考慮數(shù)據(jù)截尾問題以及數(shù)據(jù)“異總體”條件的測試性參數(shù)估計問題值得進一步深入研究。

[1] 石君友.測試性設(shè)計分析與驗證[M].北京: 國防工業(yè)出版社, 2011.

[2] 邱靜，劉冠軍，楊鵬，等.裝備測試性建模與設(shè)計技術(shù)[M].北京: 科學(xué)出版社, 2012.

[3] LIU G, ZHAO C, QIU J, et al.Testability integrated evaluation method based on testability virtual test data[J].Chinese Journal of Aeronautics,2014, 27(1): 85-92.

[4] GJB2547A—2012.裝備測試性通用要求[S].北京, 2012.

[5] 李天梅，胡昌華，周鑫.基于Bayes變動統(tǒng)計理論的測試性綜合評估模型及其穩(wěn)健性分析[J].機械工程學(xué)報,2012, 48(6): 180-186.

[6] 李天梅，邱靜，劉冠軍.利用研制階段試驗數(shù)據(jù)制定測試性驗證試驗方案新方法[J].機械工程學(xué)報,2009, 45(8) 52-57.

[7] 趙晨旭.測試性增長試驗理論與方法研究[D].長沙: 國防科學(xué)技術(shù)大學(xué), 2016.

[8] 湯巍，景博，黃以鋒.小子樣變總體下的Bayes測試性驗證方法[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù),2014, 36(12): 2566-2570.

[9] 秦開宇，雷華軍.確定測試性驗證試驗方案的貝葉斯方法[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù),2012, 34(12): 2612-2616.

[10] 常春賀，楊江平，曹鵬舉.基于研制信息的測試性驗證試驗方案研究[J].航空學(xué)報,2012, 33(11): 2057-2064.

TestabilityEvaluationStrategyatOperationalPhase

XU Yuguo， ZHANG Yaohui， ZHANG Shixin， GUO Jinmao

(Academy of Army Armored Force, Beijing 100072, China)

The equipment testability at operational phase is worse than at development phase generally, for estimating the true testability at real operational environment accurately, a testability evaluation strategy at operational phase is proposed. First the diversity between operational phase and development phase is outlined, second a flowchart of operational testability evaluation is planned, and then a testability data collecting method and testability evaluation strategy is presented which can achieve equipment testability growth.

testability; operational phase; evaluation

2017-09-14；

2017-10-02

部委項目(WG2015ZS020009)

徐玉國(1979—)，男，博士，講師，主要從事狀態(tài)維修決策、測試性評價研究。

10.11809/scbgxb2017.12.039

本文引用格式：徐玉國, 張耀輝, 張仕新, 等.使用階段裝備測試性評價策略[J].兵器裝備工程學(xué)報，2017(12):171-174.

formatXU Yuguo， ZHANG Yaohui， ZHANG Shixin， et al.Testability Evaluation Strategy at Operational Phase[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(12):171-174.

TJ06

A

2096-2304(2017)12-0171-04

(責(zé)任編輯唐定國)