中國空空導彈如何測試設備故障診斷及相關儀器研究與開發
2011-06-07
空空導彈測試設備是一種光機電設備，但體現其功能的主要還是電子電路系統，且其故障主要出現在電子電路系統中，空空導彈測試設備出現故障，會使其不能使用或檢測出來的參數不準確，直接影響到空空導彈的戰備或作戰保障。因此，必須對測試設備故障及時進行維修，保證設備隨時可用。所以其故障診斷問題主要是電子電路故障診斷的問題。因此本文主要從電子電路系統故障診斷的角度進行論述。
從我軍空空導彈測試設備故障診斷現狀看，還存在以下不足：
(1)測試設備還缺乏有效的狀態監測手段，對故障不能早期發現；
(2)故障診斷方法以人工診斷為主，測試技師依賴于測試儀器的數據進行故障診斷。
為此，本文首先提出應建立兩級診斷儀器體系，并對應采用的關鍵技術進行了討論；然后對智能診斷的理論和方法進行了討論，以進一步提高診斷儀器的診斷能力；最后指出了未來研究方向。
2 診斷儀器體系
故障診斷需要一定的儀器設備支持。診斷儀器體系是指根據維修特點、維修體制和診斷要求確定的診斷儀器種類。
空空導彈測試設備在結構上具有模塊化、插件式的結構，通過更換模塊或插件即可進行快速修復，這是它的維修特點。
從維修體制上看，空空導彈測試設備實行兩級維修體制：基層級和基地級維修。基層級維修以換件修理為主，診斷目標為可更換單元（插件），基地級維修以插件修復為主，診斷目標為可更換元件。戰時則實行靠前修理，以保證使用為目標。
根據上述特征，認為空空導彈測試設備故障診斷系統應建立兩級診斷儀器：
（1）系統級故障診斷儀器。其診斷目標是及時發現設備故障運行狀態，并將故障定位到可更換插件。系統級故障診斷儀器可由BIT實現。
（2）插件級故障診斷儀器。其目標是對更換下的故障插件進一步定位到可更換元件。一般可稱為插件故障診斷儀。
因此，空空導彈測試設備的故障診斷儀器由系統級和插件級故障診斷儀器一起，形成兩級儀器設備體系。
3 系統級故障診斷儀器
系統級故障診斷儀器與測試設備同時運行，它應及時反映測試設備工況。其重要設計技術就是機內測試（BIT）技術。
BIT技術是復雜武器裝備整體設計、分系統設計、狀態監測、故障診斷、維修決策等方面的關鍵共性技術。它具有提高故障診斷的精確性、顯著地縮短維修時間、降低維修成本和對維修人員的技能要求等優點。
BIT的關鍵是測試點的選擇。選擇的基本原則是測試點要能保證使BIT故障檢測率和隔離率最佳。一般包括三類測試點：無源、有源、無源和有源測試點[1]。
對不同壽命階段的裝備，采用不同的策略進行系統級診斷儀器開發：
（1）對新設計裝備，在設計階段，BIT系統與測試系統一起進行設計，提高設備固有的狀態監測與故障診斷能力。
（2）對已服役裝備，可結合裝備大修進行系統改裝，提高狀態監測與故障診斷能力。改裝應在充分論證和實踐的基礎上進行。
針對某型號空空導彈測試設備的自檢功能不足、缺乏狀態監測的情況，文獻[2][3]設計了一套狀態監測與故障診斷系統，其結構如圖2所示，它屬于系統級故障診斷儀器。
4 插件級故障診斷儀器
插件即印刷電路板（PCB），一般由模擬和數字電路組成，對它的故障診斷是一個混合診斷問題。用于插件故障診斷的測試儀器可分為兩種類型：基于元件測試的診斷儀器和基于板級I/O測試的診斷儀器。
基于元件測試的診斷儀器，又叫在線測試儀。它主要采用了后驅動等相關技術，能在電路板不工作的情況下，直接測試電路板上的元器件，判斷其好壞、功能和型號，從而能夠方便、快捷地對各種復雜電路進行器件一級的維修[4]。后驅動技術又稱為“強驅動”、“反驅動”或“過驅動”技術，它的主要設計思想是用瞬態大信號隔離其它器件對被測器件的影響，達到給被測器件施加測試碼的目的。在線測試儀功能較理想，但也存在價格較昂貴、操作相對復雜，后驅動可能造成元件的損傷等不足，比較適合基地維修使用。
基于板級I/O測試的診斷儀器，在計算機的控制下，按照測試程序集（TPS）的要求，對電路插件端口施加激勵，測取相應的響應，與TPS結果進行比較，從而完成故障的檢測和定位。空空導彈測試設備的插件一般具有統一的接口，插件可通過統一的適配器與診斷儀器連接。由于大部分操作在計算機的控制下自動進行，因而使用起來非常簡單，適合進行現場排故。
用TPS對電路板進行自動測試，是目前國際上較為先進的手段。但TPS的開發是一項需要耗費大量人力物力的工作。為降低TPS開發難度，提高開發效率，現在應用軟件仿真工具開發測試程序已成為TPS開發的主流技術。如用于數字電路測試開發和邏輯分析的仿真軟件LASAR（邏輯自動激勵與響應）[5]。此外，常用的EDA軟件如Protel、OrCAD等也具備電路仿真的功能，可用于輔助進行TPS的開發。
在具體設計時，要注意綜合運用先進技術，使診斷儀器硬件平臺向標準化、通用化的方向發展，測試軟件工程化，統一測試軟件平臺[6]。
文獻[7]提出了一種基于板級I/O測試的空空導彈測試儀插件故障診斷儀的設計。該診斷儀采用上下位機的結構體系，具有控制靈活、簡單易行、成本低廉等優點。
5 智能診斷
目前，用于系統故障診斷的方法可分為兩類：完全基于檢測數據處理的傳統診斷方法和基于知識處理的智能診斷方法[8]。智能診斷是傳統診斷方法的發展。它以知識處理技術為基礎，在知識的層次上，實現辨證邏輯與數理邏輯的集成、符號處理與數值處理的統一、推理過程與算法過程的統一、知識庫與數據庫是交互等[9]。
診斷型專家系統是智能診斷應用最早、最成熟的智能診斷方法。專家系統一般由知識庫、推理機、綜合數據庫、解釋程序、知識獲取程序和人機接口等組成。文獻[2][3]提出了一種空空導彈測試儀故障診斷專家系統的結構，如圖2所示。
獻[10]對一種基于產生式規則的空空導彈測試設備故障診斷知識庫的建立和維護進行了詳細闡述，文獻[11]對建立某型導彈檢測設備故障診斷專家系統進行了有益探討。
要提高診斷儀器的故障診斷能力，在診斷儀器中應用智能診斷理論和方法是必由之路。智能診斷的理論和方法都還在不斷的發展和完善之中，將它應用于空空導彈測試設備故障診斷中，也還有很長的路要走。
6 總結與展望
本文結合具體型號，介紹了空空導彈測試設備故障診斷儀器體系結構的建立和設計實踐。在空空導彈測試設備故障診斷中，采用系統級和插件級故障診斷儀器是一種合理的儀器設備體系。
要最終解決空空導彈測試設備故障診斷問題，還有很多工作要做。今后，要注意以下幾點：
（1）從診斷系統設計過程看，在裝備設計階段要進行裝備的測試性設計，提高裝備的可測試性；在裝備使用階段，要進行診斷系統的再設計，進一步提高診斷能力。
（2）從診斷理論和方法上看，要綜合運用基于數據的診斷和基于知識的診斷。
（3）從診斷技術上看，要注意運用現代信息技術的成果，實現遠程、網絡化的診斷。
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