鱼雷装备三维综合测试性参数体系构建*

李宗吉 林海华 孙亚平 王世哲

（1.海军工程大学兵器工程学院 武汉 430033）（2.92767部队 青岛 266000）

1 引言

当前在新研制的武器装备中，已将测试性指标作为装备的一个重要的指标来考量[1]。科学完备的测试性参数体系能够有效反映装备不同阶段的测试性水平，指导装备的测试性设计，同时也是考核验证装备测试性的基础和前提。

当前国内在参数体系构建方面的研究主要包括以下方面：文献[2～3]提出了一种基于武器装备寿命剖面的可靠性参数体系建立方法，为装备设计和改进提供了指导依据。文献[4]通过分析大型复杂网络系统的功能需求、组成结构和功能特点，建立了适用于多冗余网状拓扑和分布式业务系统的可靠性参数体系，为开展大型网络系统可靠性设计、分析和评价提供了技术支撑。文献[5]基于航空装备任务成功性、战备完好性、持续作战能力和保障费用等综合保障目标要求，对综合评估参数体系进行分析、筛选和分解，构建了航空装备综合保障评估参数体系，为航空装备全寿命周期的使用保障提供技术支持。装备测试性工作开展相对较晚，文献[6～7]根据装备的测试手段和维修级别，提出了相应的测试性参数体系，为装备的测试性设计提供了技术支撑。文献[8]针对装备两级维修保障体系运行特点和LRM体系下的保障特点，通过分析面向LRM维修保障体系的测试性验证需求，提出了适用于LRM维修保障体系的测试性验证参数体系。

鱼雷装备具有“长期贮存，一次使用”的特点，系统结构比较复杂，可靠性要求比较高。但在鱼雷装备的测试性参数体系构建方面，往往根据专家经验或装备特性，采用经验法或类比法进行权衡选择，方法不够科学严谨，缺乏一个统一的具有指导意义的测试性参数选择原则和参数体系构建方法。本文将依据测试性设计的目标要求，结合鱼雷装备工程实际，针对鱼雷装备全寿命周期内不同阶段测试性需求的不同，构建一个面向工程阶段维、系统结构维和任务阶段维的鱼雷装备三维综合测试性参数体系，进一步指导鱼雷装备的测试性设计。

2 鱼雷装备测试性参数分析

2.1 描述BIT/ETE自身特征的测试性参数

2.2 描述BIT/ETE能力特征的测试性参数

1）故障检测率（FDR）

式中，ND表示正确检测到的故障数；NT表示被测单元发生的故障总数。

对鱼雷装备而言，被测单元可以是功能组部件、鱼雷各舱段和全雷。

2）故障隔离率（FIR）

式中，NL表示将故障正确隔离到小于等于L个模糊单元的故障数；ND表示同一时间内检测到的故障数。

其中，L称为故障隔离的模糊度。对鱼雷装备而言，在基层级维修时，一般要求将故障模糊组隔离到外场可更换单元（LRU），通过更换功能组件实现故障的快速修复；在中继级维修时，一般要求将故障模糊组隔离到内场可更换单元（SRU）；在基地级维修时，由于测试手段比较先进，维修保障资源比较充足，一般要求对故障进行精确维修。

3）虚警率（FAR）

式中，NFA表示发生的虚警数；NF表示真实故障指示次数。

对鱼雷装备而言，在测试性工程设计中，通常采取合理的容差设计、提高BIT/ETE的可靠性等技术手段，降低虚警。

4）平均故障检测时间（MFDT）

式中，tDi为检测并指示第i个故障所需时间；ND为检测出的故障数。

在利用ATE和BIT对鱼雷装备进行故障检测时，通常对MFDT有明确的要求，MFDT指标反映了ATE/BIT进行快速故障检测的能力。

5）平均故障隔离时间（MFIT）

式中，tIi为隔离第i个故障所需时间；ND为检测出的故障数。

鱼雷装备发生故障需要进行隔离维修时，若采用人工隔离或脱机检测隔离，故障隔离时间通常比较长也比较难以把握，所以在鱼雷的测试性工程设计中应尽可能缩短故障隔离时间，以提高故障维修效率。

6）不能复现率（CNDR）

不能复现率是指在规定的时间内，通过BIT、ETE等各种方式检测出的而在上一级（基地级或中继级）维修中不能被证实或者不能复现的故障数与指示的故障总数的比值。

在鱼雷装备的测试维修过程中，不能复现的原因主要包括：操作人员业务不熟练，导致误操检测设备、误报故障；BIT/ATE虚警或故障；温湿度等环境因素变化引起的故障；电缆、电线连接不牢固导致的故障等。过高的不能复现率往往延长故障检测维修时间，因此在鱼雷装备的测试性工程设计中，应尽量降低不能复现率。

7）重测合格率（RTOKR）

重测合格率是指在规定的时间内，在基地级或中继级维修测试中，因“报告故障”而被拆卸下来的产品是合格的数量与被测产品总数之比。

在鱼雷装备的测试维修过程中，重测合格的原因一般包括：因拆卸导致的间歇故障和虚警；鱼雷技术手册存在错误缺陷尚未勘误；BIT/ATE自身设计缺陷等。因此在鱼雷装备的测试性工程设计中，应尽量降低重测合格率。

8）误拆率（FFP）

式中，NFP为故障隔离过程中拆卸下来的无故障的可更换单元数；NCP为故障隔离过程中正确地拆下地可更换单元数。

3 鱼雷装备测试性参数选择原则

由文献[9～11]可知，现有反映装备系统测试性特征的参数已达100多个，不同测试性参数的使用对象和场合也不尽相同，为准确反映鱼雷装备的测试性水平，必须结合工程实际，综合考虑以下几点合理选择鱼雷装备测试性参数。

1）由测试性定义可知，对故障进行检测隔离时，要达到“及时”“准确”。“及时”表现为缩短FDT和FIT；“准确”表现为提高FDR和FIR，降低FAR。

2）测试性设计重点关注的是测试性能力特征，γweight、MTBFB/E、MTTRB/E和MBRT是描述BIT/ETE自身能力特征的测试性参数，通常作为测试性设计的约束条件；LCCR作为反映BIT特征参数的指标，一般在鱼雷全寿命周期设计中予以考虑。

3）RTOK、FFP和CNDR主要用于评估上一层级测试设备的测试能力，且在实际工程实践中难以控制。

4）测试性参数应该是便于统计计算和预计验证的。

综上所述，结合鱼雷装备测试性工程实际，一般选取FAR、FIR、FDR、FIT和FDT作为鱼雷的测试性参数，以便指导鱼雷测试性工程设计，分析验证鱼雷装备性能。

4 鱼雷装备测试性参数体系构建

4.1 单维测试性参数体系分析

1）系统结构维参数体系

鱼雷装备系统层级划分如图1[12]所示。

图1 鱼雷系统层次划分

图1中每个层级的每个单元组件都有相应的测试性参数集合，对应不同层次的不同组成单元，由于其组成单元的性质属性不同，测试性参数集合一般也是不同的。

下面定义两个符号：

（1）用Ux表示模块单元，x表示单元编号。x=0表示系统层单元；x=1,2,...表示LRU层单元；x=ab，表示SRU层单元，a为所属LRU层父单元编号，b为SRU层子单元编号，例如U12表示属于LRU层第1个单元的第2个SRU子单元；同理，Uabc表示SSRU层级单元，依次类推。

（2）Ux的测试性参数集合表示为Tx；Ux的测试性参数pai表示为Tx·pai；Tx的参数值集合表示为VTx；Ux的参数pai的数值表示为VTx·pai。

2）任务阶段维参数体系

根据鱼雷的不同使用阶段，潜用鱼雷的任务剖面一般包括岸基贮存阶段、战备等级转进阶段、潜载巡航阶段和作战使用阶段等四个基本阶段，如表1所示。不同任务阶段装备的运行环境不同、系统和模块单元的工作时间长短不同，维修保障模式也不同[13]。因此，不同的任务阶段对鱼雷装备系统的测试性要求也不同。例如，岸基贮存阶段，一般从节约保障费用的角度开展测试工作，通常采用定期检查，且以便携式全雷自检为主，发现故障后主要进行更换部件；战备等级转进阶段，则主要采取分段检测和全雷联调等方式，对鱼雷进行全面检测，发现故障快速维修换件，确保鱼雷状态完好，保证在有限的时间内完成雷弹准备任务。

表1 任务剖面划分

定义任务阶段y下的测试性参数集合表示为VTx·y，其中，y=1,2,...Y（Y表示任务阶段数）；参数pai的数值表示为VTx·y·pai。

3）工程阶段维参数体系

鱼雷装备测试性工程贯穿论证、方案、设计/研制和使用阶段全过程。图2给出了鱼雷装备工程阶段的测试性指标[12]。

图2 工程阶段测试性参数体系

装备论证阶段，需要综合分析鱼雷装备各层级测试性需求，提出鱼雷装备的测试性参数使用指标要求，同时需要明确门限值（必须达到的使用指标）；在方案阶段，通过权衡分析技术可行性，确定合同指标要求，同时在方案阶段也要同步给出最低可接受值，即鱼雷研制过程中必须要达到的指标值，用于指导鱼雷装备测试性能的考核验收；在设计/研制阶段，设计人员则需要提出比较精确的设计指标值，预计值则是对可能达到的指标的预计，主要是用来指导测试性设计；在使用阶段，需要对测试性指标进行验证，并采取测试性增长方法得到最终的规定指标要求，规定指标是测试性增长的最终目标值。

假设测试性参数pai贯穿整个工程阶段，分别用operational.pai（简化为op.pai）、prescribed.pai（p.pai）、design.pai（d.pai）和specified.pai（sp.pai）表示上述四个阶段的主要参数指标。

4.2 鱼雷三维综合测试性参数体系分析

为理清各维度参数体系的关联关系，本节将上一节各维参数体系综合起来，构成鱼雷三维综合测试性参数体系，如图3所示[12]。图中的每个节点VTx.ph.y代表测试性参数集合（x为模块单元编号，y为任务阶段编号，ph为工程阶段编号）。测试性参数pai的指标值表示为VTx.ph.y.pai。显然，一个测试性参数在不同的任务阶段、工程阶段和模块单元，其指标值要求是不同的。

图3 测试性参数体系三维模型

在鱼雷装备测试性工程应用中，鱼雷的测试性参数在不同维度之间交叉关联，如从任务阶段的角度出发，任务阶段的测试性要求必然包含了工程阶段维的测试性要求和系统结构维的测试性要求。由此可见，庞大复杂的测试性参数体系在工程应用中是无法操作，也是不现实的，因此应对测试性参数进行合理地优化选取。例如，论证阶段重点关注鱼雷装备系统层测试性参数，需要综合考虑鱼雷装备性能要求和测试性要求之间的关联关系，科学合理地提出测试性使用指标要求；设计阶段重点关注各LRU层和SUR层的设计指标要求等。

4.3 鱼雷测试性参数体系分析

1）测试性指标传递过程

图4给出了鱼雷装备测试性指标在测试性工程设计中的传递关系[12]。

图4 鱼雷装备测试性指标传递关系

在论证阶段，重点关注鱼雷装备系统层测试性指标，鱼雷装备论证部门和测试性需求分析相关人员在综合考虑鱼雷装备维修保障、性能指标要求和任务要求等测试性需求的基础上，提出科学合理的使用指标要求，指导鱼雷装备测试性设计。在方案阶段，由测试性方案分析人员在综合考虑现有技术手段可行性和设计生产费用等因素的基础上，权衡得出鱼雷装备测试性合同指标，确定最佳测试性方案。在设计/研制阶段，测试性设计人员综合考虑新研鱼雷装备新结构、新模块等特性、现有可利用技术和新研可达技术进行测试性设计，确定测试性设计指标，同时制定合理的测试性增长计划，以确保鱼雷装备的测试性水平达到设计指标要求。在使用阶段，通过统计得到鱼雷装备在实际使用保障过程中的测试性指标值，当实测的使用指标值低于设计指标时，则需要对鱼雷装备进行改进设计，最终达到测试性指标要求。

2）测试性参数体系选择过程

由测试性指标传递过程可知，鱼雷装备从系统层到SRU层，从使用指标要求到设计指标要求，其测试性指标要求不断改进、完善。本节从测试性工程的角度出发，以工程阶段维参数体系为主线，按照从使用指标要求、合同指标要求到设计指标要求的顺序，依据鱼雷装备测试性需求对系统结构维和任务阶段维的参数体系进行选择。

首先，在综合考虑鱼雷装备技术条件约束、综合保障需求和性能指标需求等相关因素的基础上，确定鱼雷装备的测试性使用指标要求。由于装备论证阶段通常将鱼雷装备作为一个整体予以考虑，因此需要明确鱼雷装备系统级测试性使用指标要求；由于鱼雷装备在技术保障过程中具有“分段检测、全雷联调”的特点，因此需要明确各分段LRU层的测试性使用指标要求；考虑到基层级维修保障中一般仅将故障隔离至LRU层，因此从部队实际保障需求的角度出发，论证阶段通常不考虑SRU层的测试性要求。

其次，根据鱼雷装备测试性使用指标要求，在综合分析现有技术手段可行性和设计生产费用等因素的基础上，权衡得出鱼雷装备测试性合同指标。通常包括鱼雷装备LRU层级和系统级的测试性设计指标要求，也可根据设计需要提出SRU层级的合同指标要求。

最后，确定鱼雷装备SRU层、LRU层和系统层的测试性设计指标要求。

通过上述的测试性参数体系选择，可大大约简鱼雷装备三维综合测试性参数体系，有利于制定合理的测试性参数体系，指导测试性设计，确定相应的测试性参数要求。

3）测试性指标确定流程

根据测试性指标的传递关系和优化选择过程，鱼雷装备的测试性参数体系确定流程如图5所示。

图5 鱼雷装备测试性指标确定流程

（1）确定鱼雷装备不同任务阶段下的使用指标要求；

（2）确定鱼雷装备LRU层、系统层的使用指标要求；

（3）确定鱼雷装备系统层级、LRU层级和SRU层级的合同指标要求；

（4）确定鱼雷装备各层级的设计指标要求。

5 结语

本文根据测试性设计的目标要求，对鱼雷装备测试性参数体系构建方法进行了研究，主要完成了以下工作：

1）通过分析鱼雷测试性参数内涵，给出了鱼雷测试性参数地选取原则，确定了反映鱼雷装备测试性水平的参数集合；

2）根据鱼雷装备工程阶段、任务阶段和系统结构的不同划分，构建了基于工程阶段维、系统结构维和任务阶段维的鱼雷装备测试性参数体系。

3）通过分析不同维测试性参数之间的传递过程和关联关系，对鱼雷装备三维综合测试性参数体系进行了约简、优化，给出了鱼雷装备测试性参数体系的确定方法。

本文提出的鱼雷装备三维综合测试性参数体系对指导鱼雷装备的测试性设计、考核验证鱼雷装备测试性水平具有一定的应用价值。