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中國空空導(dǎo)彈如何測試設(shè)備故障診斷及相關(guān)儀器研究與開發(fā)
2011-06-07
空空導(dǎo)彈測試設(shè)備是一種光機電設(shè)備，但體現(xiàn)其功能的主要還是電子電路系統(tǒng)，且其故障主要出現(xiàn)在電子電路系統(tǒng)中，空空導(dǎo)彈測試設(shè)備出現(xiàn)故障，會使其不能使用或檢測出來的參數(shù)不準確，直接影響到空空導(dǎo)彈的戰(zhàn)備或作戰(zhàn)保障。因此，必須對測試設(shè)備故障及時進行維修，保證設(shè)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(tǒng)故障診斷的角度進行論述。
從我軍空空導(dǎo)彈測試設(shè)備故障診斷現(xiàn)狀看，還存在以下不足：
(1)測試設(shè)備還缺乏有效的狀態(tài)監(jiān)測手段，對故障不能早期發(fā)現(xiàn)；
(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(shù)據(jù)進行故障診斷。
為此，本文首先提出應(yīng)建立兩級診斷儀器體系，并對應(yīng)采用的關(guān)鍵技術(shù)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(shè)備支持。診斷儀器體系是指根據(jù)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(dǎo)彈測試設(shè)備在結(jié)構(gòu)上具有模塊化、插件式的結(jié)構(gòu)，通過更換模塊或插件即可進行快速修復(fù)，這是它的維修特點。
從維修體制上看，空空導(dǎo)彈測試設(shè)備實行兩級維修體制：基層級和基地級維修?；鶎蛹壘S修以換件修理為主，診斷目標(biāo)為可更換單元（插件），基地級維修以插件修復(fù)為主，診斷目標(biāo)為可更換元件。戰(zhàn)時則實行靠前修理，以保證使用為目標(biāo)。
根據(jù)上述特征，認為空空導(dǎo)彈測試設(shè)備故障診斷系統(tǒng)應(yīng)建立兩級診斷儀器：
（1）系統(tǒng)級故障診斷儀器。其診斷目標(biāo)是及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障運行狀態(tài)，并將故障定位到可更換插件。系統(tǒng)級故障診斷儀器可由BIT實現(xiàn)。
（2）插件級故障診斷儀器。其目標(biāo)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(dǎo)彈測試設(shè)備的故障診斷儀器由系統(tǒng)級和插件級故障診斷儀器一起，形成兩級儀器設(shè)備體系。
3 系統(tǒng)級故障診斷儀器
系統(tǒng)級故障診斷儀器與測試設(shè)備同時運行，它應(yīng)及時反映測試設(shè)備工況。其重要設(shè)計技術(shù)就是機內(nèi)測試（BIT）技術(shù)。
BIT技術(shù)是復(fù)雜武器裝備整體設(shè)計、分系統(tǒng)設(shè)計、狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、維修決策等方面的關(guān)鍵共性技術(shù)。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(yōu)點。
BIT的關(guān)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(tǒng)級診斷儀器開發(fā)：
（1）對新設(shè)計裝備，在設(shè)計階段，BIT系統(tǒng)與測試系統(tǒng)一起進行設(shè)計，提高設(shè)備固有的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷能力。
（2）對已服役裝備，可結(jié)合裝備大修進行系統(tǒng)改裝，提高狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷能力。改裝應(yīng)在充分論證和實踐的基礎(chǔ)上進行。
針對某型號空空導(dǎo)彈測試設(shè)備的自檢功能不足、缺乏狀態(tài)監(jiān)測的情況，文獻[2][3]設(shè)計了一套狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，它屬于系統(tǒng)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(shù)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(qū)動等相關(guān)技術(shù)，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(fù)雜電路進行器件一級的維修[4]。后驅(qū)動技術(shù)又稱為“強驅(qū)動”、“反驅(qū)動”或“過驅(qū)動”技術(shù)，它的主要設(shè)計思想是用瞬態(tài)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(fù)雜，后驅(qū)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(yīng)的響應(yīng)，與TPS結(jié)果進行比較，從而完成故障的檢測和定位。空空導(dǎo)彈測試設(shè)備的插件一般具有統(tǒng)一的接口，插件可通過統(tǒng)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(xiàn)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(fā)是一項需要耗費大量人力物力的工作。為降低TPS開發(fā)難度，提高開發(fā)效率，現(xiàn)在應(yīng)用軟件仿真工具開發(fā)測試程序已成為TPS開發(fā)的主流技術(shù)。如用于數(shù)字電路測試開發(fā)和邏輯分析的仿真軟件LASAR（邏輯自動激勵與響應(yīng)）[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(fā)。
在具體設(shè)計時，要注意綜合運用先進技術(shù)，使診斷儀器硬件平臺向標(biāo)準化、通用化的方向發(fā)展，測試軟件工程化，統(tǒng)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(dǎo)彈測試儀插件故障診斷儀的設(shè)計。該診斷儀采用上下位機的結(jié)構(gòu)體系，具有控制靈活、簡單易行、成本低廉等優(yōu)點。
5 智能診斷
目前，用于系統(tǒng)故障診斷的方法可分為兩類：完全基于檢測數(shù)據(jù)處理的傳統(tǒng)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(tǒng)診斷方法的發(fā)展。它以知識處理技術(shù)為基礎(chǔ)，在知識的層次上，實現(xiàn)辨證邏輯與數(shù)理邏輯的集成、符號處理與數(shù)值處理的統(tǒng)一、推理過程與算法過程的統(tǒng)一、知識庫與數(shù)據(jù)庫是交互等[9]。
診斷型專家系統(tǒng)是智能診斷應(yīng)用最早、最成熟的智能診斷方法。專家系統(tǒng)一般由知識庫、推理機、綜合數(shù)據(jù)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(dǎo)彈測試儀故障診斷專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，如圖2所示。
獻[10]對一種基于產(chǎn)生式規(guī)則的空空導(dǎo)彈測試設(shè)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(dǎo)彈檢測設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)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(yīng)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(fā)展和完善之中，將它應(yīng)用于空空導(dǎo)彈測試設(shè)備故障診斷中，也還有很長的路要走。
6 總結(jié)與展望
本文結(jié)合具體型號，介紹了空空導(dǎo)彈測試設(shè)備故障診斷儀器體系結(jié)構(gòu)的建立和設(shè)計實踐。在空空導(dǎo)彈測試設(shè)備故障診斷中，采用系統(tǒng)級和插件級故障診斷儀器是一種合理的儀器設(shè)備體系。
要最終解決空空導(dǎo)彈測試設(shè)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(tǒng)設(shè)計過程看，在裝備設(shè)計階段要進行裝備的測試性設(shè)計，提高裝備的可測試性；在裝備使用階段，要進行診斷系統(tǒng)的再設(shè)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(shù)據(jù)的診斷和基于知識的診斷。
（3）從診斷技術(shù)上看，要注意運用現(xiàn)代信息技術(shù)的成果，實現(xiàn)遠程、網(wǎng)絡(luò)化的診斷。
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