美军的综合测试与综合诊断策略及其发展

1、美军的综合测试与综合诊断策略及其发展张宝珍为了改善性能，现代武器装备大量采用各种先进的电子设备，使装备变得日益复杂，给使用、维修和保障带来了严重的问题。早在 20世纪7080年代，复杂武器装备在长期的外场使用中已暴露出测试性差、 故障诊断时间长、 机内测试(BIT)虚警率高、使用和保障费用高、维修人力不足等各种问题，弓I起美英等 国军方和工业部门的重视。 美军及工业界有关部门分别针对各诊断要素相继独立 地采取了很多措施，力图解决自动测试设备(ATE、技术资料、BIT及测试性 问题，但由于在测试和诊断策略上缺乏综合考虑， 结果是虽从某些方面局部地解 决了武器装备的诊断问题， 对提高装备的战备完好

2、性起到了一定作用， 但并未从 根本上解决上述问题， 并带来一些新的问题。 比如，美国军方在 20世纪 80 年代 投入巨资开发各种专用ATE结果开发出的ATE硬件和软件种类繁多，缺少通用 化、标准化， 致使装备的使用与保障费用急剧上升， 且严重影响多兵种间的联合 作战能力。 美军总结这一阶段的经验教训， 提出了新的测试和诊断策略， 即综合 测试和综合诊断策略。这些新的策略在美空军的 F-22、 F-35 战斗机，美海军的 SSN-21攻击核潜艇和美陆军的M1A2主战坦克等新一代武器装备中应用后， 获得 了显著的经济和军事效益。一、综合测试和综合诊断策略的内涵1. 综合测试 综合测试策略包括纵向

3、综合测试和横向综合测试两方面内容。 纵向综合测试 策略是设计 -制造-维修综合测试策略的简称， 是指武器装备设计过程中的验证试 验测试、制造过程中故障分析和验收试验测试以及使用维修中的故障诊断测试均 采用相同标准的、 相互间可通用的测试设备硬件和软件。 也就是说， 武器装备的 设计、制造和使用维修中使用通用的测试硬件平台、 统一的编程语言和测试软件 平台进行测试。在没有推行纵向综合测试策略之前，设计和方案验证、制造以及使用维护三个阶段之间没有什么联系或者联系不密切， 所有的测试设备和软件互不通用， 就好像一道道“砖墙”把它们隔离开来，彼此互不相通，如图1所示。纵向综合测试策略就是要拆掉这些“砖

4、墙”，如图2所示，不但实现了各阶段的测试设备和软件的相互通用，而且还实现了各阶段的测试数据共享，减少不必要的重复试验 和测试专用测试设备 用于设计齡沂试验T秤设计设计测试制造测试_ L J 严生产用测试设备雉护测试维條加地用 自动化测试设希 （ATE）图1.传统测试方法维护测试）丁稈说汁才算机辅助设汁（址讣验证测试制适测试 Q 口 I I 1 e1 ! l i i图2.纵向综合策略要实现这一新策略，除了需要解决思想认识、传统习惯和管理体制等问题以 外，还须解决并行工程和标准化两大问题。在纵向测试策略的基础上，美军方又提出了横向综合测试策略。这一测试策 略是指对不同型号的武器系统（如歼击机、轰炸

5、机、直升机、侦察机等）和不同 军种（海、陆、空）的武器系统，甚至民用系统（如民机）均采用标准化、通用 化的测试设备和软件。如图3所示，海、陆、空三军使用的各种军机与民飞采用 通用的自动测试设备（ATE o图3.横向综合测试策略示意图横向综合测试策略是一种高层次的测试策略。它的实现基础也是测试体系， 包括测试系统硬件、软件体系结构及其各组成要素的标准化，需要高层组织的推 动才有可能实现。通过采用纵、横向综合测试策略，可以实现测试软件的一次性开发、逐步添加、相互移植、数据共享等。这种综合的优点可以初步概括为“五减少两方便”： 减少软件开发量，减少对专用测试设备的需求，减少维修人员及培训费用、减少

6、测试设备的备份储备，方便测试资源共享，方便测试设备之间的替代。其最终效 果将体现在测试系统的开发费用降低、使用和维修方便以及武器系统的出勤率和 战备完好性大大提高等方面。2.综合诊断的内涵综合诊断(in tegrated diag no sties)通常定义为通过考虑和综合测试性、自动和人工测试、维修辅助手段、技术信息、人员和培训等构成诊断能力的所有 要素，使装备诊断能力达到最佳的结构化设计和管理过程。其目的是以最少的费用最有效地检测、隔离武器装备内已知的或预期发生的所有故障，以满足装备任 务要求。在这一过程中，诊断功能被划分到机内或机外的诊断组元。将测试和诊断过程中有关的信息与诊断功能和部件

7、进行有效的通信是这一过程的基础。综合诊断不是一种新技术或新特性，而是一种新的思路和新的途径。综合诊断的内涵包括了如下几个核心要求：首先，诊断必须是正在进行的系统工程过程的一个组成部分。它包括产品整 个寿命周期内通常所需要的技术改造工程过程。其次，综合诊断过程中关键的一步是将诊断功能划分到机内或机外的诊断组元，因为这牵涉到对各诊断组元间接口的定义，而如何定义这些接口关系到系统结构的开放性。 再次，综合诊断作为 一个过程，必须贯穿于产品的整个寿命周期，即应不断改进诊断性能从而使之趋 于成熟。最后，最佳诊断能力的获得不仅靠各种诊断功能和组元的相互衔接，还取决于它们彼此之间信息的共享和再利用。综合诊断

8、实施的基本途径在于“综合”，即通过有效的组织和配置使各组成 单元成为一个整体地协同起作用，具体包括各诊断要素的综合、各维修级别的综 合和寿命周期各阶段的综合三方面的内容。综合诊断的实施必须从装备设计开 始，并贯穿于其寿命周期的各个阶段。二、综合测试与综合诊断策略的发展1.开放性（1）开放式体系结构开放式体系结构如图4所示。开放式体系结构是系统升级和引入各种来源的 新技术、防止过时淘汰所必需的。其中，“使用（作战）体系结构”是由用户（客 户）定义所需的功能，即它是一种“功能结构”。以建造一所房屋为例，“使用 结构”定义房屋的间数，房间向外的风景等。“技术体系结构”定义设计人员可用来使其设计决策容

9、易做出的“共识”或“一致性”准则。仍以建造房屋为例，“一致性”准则是房门的尺寸。“系“共识”准则是地基所使用的水泥的厚度；统体系结构”定义了落实系统设计的内容，如定义了建房所使用的材料、水管设图4.开放系统结构一个有效的开放系统体系结构将依赖于硬件和软件的模块化设计和功能划 分。模块化设计和功能划分应使其排列成在更换其中分系统或部件时不会影响其 他部分。如果硬件和软件被有效地划分，用新技术更新硬件无需修改应用软件。 同时，修改应用软件也能够不改变硬件。 模块化设计是开放系统方法的基础， 但 开放系统方法不只意味着一种模块化结构。 它要求利用标准的 “开放” 接口规范 综合各个单一的功能部件形成

10、模块化系统。 开放系统方法强调使用已被认可的工 业标准去规定体系结构组成部分的性能和接口要求。 这里“标准”的定义是： 在一致同意的基础上建立起来的、 用来定义接口、 服务、协议或数据格式规范等 公开可用的文件。 不是所有的标准都适用于所有的情况， 有时是数个标准一起工 作才能满足应用需求。（2）美国国防部体系结构框架 随着技术的发展和实践的深人，美军越来越认识到体系结构的重要性。 20 世纪 90 年代，美国国防部总结了海湾战争的经验教训，提出所谓“联合设想 2010”。其主要内容是在未来的战争中如何提高各军种的联合、 协同作战的能力。 为落实这一设想，美国国防部于1996年6月建立了 Do

11、D体系结构框架（DoDAF（当时又称C4ISR信息系统框架），由三种体系结构组成，即作战体系结构（0A）、 系统体系结构（SA）和技术体系结构（TA）。作战体系结构是对作战任务和行动、各 作战要素及完成和支援作战的信息、 信息流的描述。 其作用是定义作战任务、 行 动、要素及信息交换要求， 确定作战人员的关系并提出信息需求； 系统体系结构： 对作战或支援作战功能的各系统及其相互连接关系的描述 （包括各种图形 ）。其作 用是定义各系统如何连接和实现互操作， 以及确定组成单元的可靠性、 维修性等 性能指标， 以满足作战需求； 技术体系结构： 是决定组成系统的各部件或各组成 要素之间互连、互通、互操

12、作，特别是互操作的剧 限度一套标准和约定。其作 用是确保组成的系统能实现互操作，满足作战要求。这三种体系结构相互依存， 构成了一个有机的整体。 其相互关系如图 5 所示。其中的技术体系结构又称联合 技术体系结构（JTA）,对作战体系结构提供技术支持能力，对系统体系结构提 供技术标准的支持和制约， 实现信息交换安全等级的技术性能要求。 是美国国防 部信息系统建设的标准化技术纲要。朋這作战人员关乔和信H畫京扯廈和倍息 文紈节点间 茅虬的矣秦+ 动*址理現牯 息交换爭 毀始类車将系號醍力和特肚打怦战呉求相趺黑前海足僧息交換畢蝕和荐仑作 蛊寓集曲确屯的特聽龍力支忙鼻操柞桂为令掘f直定 崇统能力炖兼沟时

13、状生灌朋虽未披术支 挣佬力与瞬 罷力* IVII- +图5. DoDAF三种体系结构的关系视图（3）ATS开放式技术体系结构框架美军和北约都十分重视体系结构建设，近年来北约构建了开放式技术体系结 构（NATOC3TA，并将美军的联合技术体系结构（JTA）也纳入其中，而ATS开 放式体系结构框架亦在JTA之列。ATS技术体系框架定义和提供一种通用的技术框架，为构建、分类和组织ATS体系结构提供指导和准则，促进ATS体系结构的落实是建立在行业范围内公认的 标准和规范基础上，以支持系统互操作性的实现。该框架是1996年开始制定的， 并随着测试技术的发展而不断更新。它是国防部采办所有ATS时都要遵循的

14、一种 强制性要求，用于指导未来 ATS设计满足国防部上述的ATS目标。如图6所示，DoDATS框架包含构成DoDATS开放体系结构的24个关键元素 和相关的最少的一组开放性标准。通过在ATS的采办中强制采用和遵守框架中定 义的要素和相应的标准，可以产生美军各军种和联盟伙伴可互操作且能支持其各 自特殊的ATS要求和策略的测试系统。H!商序软牛T1頁器(TTg )次丰MlPg活U苇用卵试赴号 如TF机力徂讪血jJ审 丈阿岛J3E述盯创用芬 fas吕源黑 护口BMII尸芒和布毘finnaiKSrS larcnniSHUlrtUUKiF 二盲弓或車輕珥 -I诜團姿圧级 住羽走售紺 I按口刪减 O悟耳

15、c期呈爾玖图注：AFP-适配器功能和参数信息； BTD-机内测试数据；CTI-通用测试接口； CXE计算 机至外部环境；NET数据网络化；DIAD-诊断数据；DIAS-诊断服务；DTF擞字测试格式；DNE- 分布式网络环境；ICM-仪器通信管理器；DRV仪器驱动；IFP-仪器功能和参数信息； MTD- 维修测试数据和服务； MCI-致性主指标；MMF多媒体格式；PDD产品设计数据；RAI-资源 适配器接口； RMS资源管理服务；RTS -运行时服务；SFP-开关功能和参数信息；FRM系统框 架；TPD刑试程序文档；UDI -UUT设备接口； UTR -UUT测试需求。 &將密JSA VI0 .

16、% HID4排苦W图6. ATS技术框架要素ATS框架随着测试技术的发展而不断发展演变。如今，ATS框架的24个关键 元素中有7个要素及其相关的标准已作为强制性要求公布在美国国防部信息技 术标准库（DISR）（取代了美国国防部原先的联合技术体系结构（JTA）中， 另有14个要素作为“正在形成的” （emerging ）要求纳入DISR=完善ATS框架 的工作正在加速进行，目标是到2009-2010年完成ATS框架所有要素的标准化工 作。（3）基于信息的综合诊断开放式体系结构鉴于冷战结束后军费的缩减，军方认识到，综合诊断发展和推广应用的关键 是要通过快速吸收新技术和民用现成（COTS技术，保证其

17、目标的实现。而吸纳 外界技术成果的最好办法就是自身要具有开放系统结构。为此，1999年美国国 防部长办公厅（OSD启动了 “综合诊断开放系统方法演示验证”（OSAIDD研 究，探讨统一的、通用的综合诊断功能实现方法的可行性。 该项研究的最终成果是，提出了以信息为基础的一种综合诊断开放系统结构（如图7）,并制定了实施路线图。构建综合诊断开放系统结构，旨在借助在相关的测试与诊断信息间建 立通信，来降低系统成本，改进互用性，加速技术嵌入。信息口工丁数据 待定少 挙瞎器数据（特定f） 断ms on md-i,口出如岛虬pdiiemelE- ChigaHiizjfli口nalBU ikIlIIWs；ri

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