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战略及其开展张宝珍为了改善性能，现代武器配备大量采用各种先进的电子设备，使配备变得日益复杂，给运用、维修和保证带来了严重的问题。早在20世纪7080年代，复杂武器配备在长期的外场运用中已暴显露测试性差、缺点诊断时间长、机内测试BIT虚警率高、运用和保证费用高、维修人力缺乏等各种问题，引起美英等国军方和工业部门的注重。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，力图处理自动测试设备ATE、技术资料、BIT及测试性问题，但由于在测试和诊断战略上缺乏综合思索，结果是虽从某些方面部分地处理了武器配备的诊断问题，对提高配备的战备完好性起到了一定作用，但

2、并未从根本上处理上述问题，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公用ATE，结果开发出的ATE硬件和软件种类繁多，短少通用化、规范化，致使配备的运用与保证费用急剧上升，且严重影响多兵种间的结协作战才干。美军总结这一阶段的阅历教训，提出了新的测试和诊断战略，即综合测试和综合诊断战略。这些新的战略在美空军的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配备中运用后，获得了显著的经济和军事效益。一、综合测试和综合诊断战略的内涵1. 综合测试综合测试战略包括纵向综合测试和横向综合测试两方面内容。纵向综合测试战略是设计-制造-

3、维修综合测试战略的简称，是指武器配备设计过程中的验证实验测试、制造过程中缺点分析和验收实验测试以及运用维修中的缺点诊断测试均采用一样规范的、相互间可通用的测试设备硬件和软件。也就是说，武器配备的设计、制造和运用维修中运用通用的测试硬件平台、一致的编程言语和测试软件平台进展测试。在没有推行纵向综合测试战略之前，设计和方案验证、制造以及运用维护三个阶段之间没有什么联络或者联络不亲密，一切的测试设备和软件互不通用，就好似一道道“砖墙把它们隔分开来，彼此互不相通，如图1所示。纵向综合测试战略就是要拆掉这些“砖墙，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，

4、减少不用要的反复实验和测试。图1. 传统测试方法图2. 纵向综合战略要实现这一新战略，除了需求处理思想认识、传统习惯和管理体制等问题以外，还须处理并行工程和规范化两大问题。在纵向测试战略的根底上，美军方又提出了横向综合测试战略。这一测试战略是指对不同型号的武器系统如歼击机、轰炸机、直升机、侦查机等和不同军种海、陆、空的武器系统，甚至民用系统如民机均采用规范化、通用化的测试设备和软件。如图3所示，海、陆、空三军运用的各种军机与民飞采用通用的自动测试设备ATE。图3. 横向综合测试战略表示图横向综合测试战略是一种高层次的测试战略。它的实现根底也是测试体系，包括测试系统硬件、软件体系构造及其各组成要

5、素的规范化，需求高层组织的推进才有能够实现。经过采用纵、横向综合测试战略，可以实现测试软件的一次性开发、逐渐添加、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，减少对公用测试设备的需求，减少维修人员及培训费用、减少测试设备的备份贮藏，方便测试资源共享，方便测试设备之间的替代。其最终效果将表达在测试系统的开发费用降低、运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integrated diagnostics通常定义为经过思索和综合测试性、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才干的一切要素，使配

6、备诊断才干到达最正确的构造化设计和管理过程。其目的是以最少的费用最有效地检测、隔离武器配备内知的或预期发生的一切缺点，以满足配备义务要求。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进展有效的通讯是这一过程的根底。综合诊断不是一种新技术或新特性，而是一种新的思绪和新的途径。综合诊断的内涵包括了如下几个中心要求：首先，诊断必需是正在进展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求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，由于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

7、系到系统构造的开放性。再次，综合诊断作为一个过程，必需贯穿于产品的整个寿命周期，即应不断改良诊断性能从而使之趋于成熟。最后，最正确诊断才干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。综合诊断实施的根本途径在于“综合，即经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，详细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。综合诊断的实施必需从配备设计开场，并贯穿于其寿命周期的各个阶段。二、综合测试与综合诊断战略的开展1. 开放性1开放式体系构造开放式体系构造如图4所示。开放式体系构造是系统晋级和引入各种来源的新技术、防止过时淘

8、汰所必需的。其中，“运用作战体系构造是由用户客户定义所需的功能，即它是一种“功能构造。以建造一所房屋为例，“运用构造定义房屋的间数，房间向外的风景等。“技术体系构造定义设计人员可用来使其设计决策容易做出的“共识或“一致性准那么。仍以建造房屋为例，“共识准那么是地基所运用的水泥的厚度；“一致性准那么是房门的尺寸。“系统体系构造定义了落实系统设计的内容，如定义了建房所运用的资料、水管设备配置道路、电线的线路等。图4. 开放系统构造一个有效的开放系统体系构造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陈列成在改换其中分系统或部件时不会影响其他部分。假设硬件和软件被有效地划分，

9、用新技术更新硬件无需修正运用软件。同时，修正运用软件也可以不改动硬件。模块化设计是开放系统方法的根底，但开放系统方法不只意味着一种模块化构造。它要求利用规范的“开放接口规范综合各个单一的功能部件构成模块化系统。开放系统方法强调运用已被认可的工业规范去规定体系构造组成部分的性能和接口要求。 这里“规范的定义是：在一致赞同的根底上建立起来的、用来定义接口、效力、协议或数据格式规范等公开可用的文件。不是一切的规范都适用于一切的情况，有时是数个规范一同任务才干满足运用需求。2美国国防部体系构造框架随着技术的开展和实际的深人，美军越来越认识到体系构造的重要性。20世纪90年代，美国国防部总结了海湾战争的

10、阅历教训，提出所谓“结合想象2021。其主要内容是在未来的战争中如何提高各军种的结合、协同作战的才干。为落实这一想象，美国国防部于1996年6月建立了DoD体系构造框架DoDAF当时又称C4ISR信息系统框架, 由三种体系构造组成，即作战体系构造(OA)、系统体系构造(SA)和技术体系构造(TA)。作战体系构造是对作战义务和行动、各作战要素及完成和援助作战的信息、信息流的描画。其作用是定义作战义务、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；系统体系构造：对作战或援助作战功能的各系统及其相互衔接关系的描画(包括各种图形)。其作用是定义各系统如何衔接和实现互操作，以及确定组成单元

11、的可靠性、维修性等性能目的，以满足作战需求；技术体系构造：是决议组成系统的各部件或各组成要素之间互连、互通、互操作，特别是互操作的剧限制一套规范和商定。其作用是确保组成的系统能实现互操作，满足作战要求。这三种体系构造相互依存，构成了一个有机的整体。其相互关系如图5所示。其中的技术体系构造又称结合技术体系构造JTA，对作战体系构造提供技术支持才干，对系统体系构造提供技术规范的支持和制约，实现信息交换平安等级的技术性能要求。是美国国防部信息系统建立的规范化技术纲要。图5. DoDAF三种体系构造的关系视图3ATS开放式技术体系构造框架美军和北约都非常注重体系构造建立，近年来北约构建了开放式技术体系

12、构造NATOC3TA，并将美军的结合技术体系构造JTA也纳入其中，而ATS开放式体系构造框架亦在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体系构造提供指点和准那么，促进ATS体系构造的落实是建立在行业范围内公认的规范和规范根底上，以支持系统互操作性的实现。该框架是1996年开场制定的，并随着测试技术的开展而不断更新。它是国防部采办一切ATS时都要遵照的一种强迫性要求，用于指点未来ATS设计满足国防部上述的ATS目的。如图6所示，DoD ATS框架包含构成DoD ATS开放体系构造的24个关键元素和相关的最少的一组开放性规范。经过在ATS的采办中强迫采用

13、和遵守框架中定义的要素和相应的规范，可以产生美军各军种和联盟同伴可互操作且能支持其各自特殊的ATS要求和战略的测试系统。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-诊断效力；DTF-数字测试格式；DNE-分布式网络环境；ICM-仪器通讯管理器；DRV-仪器驱动；IFP-仪器功能和参数信息；MTD-维修测试数据和效力；MCI-一致性主目的；MMF-多媒体格式；PDD-产品设计数据；RAI-资源适配器接口；RMS-资源管理效力；RTS-运转时效力；SFP-开关功能和参数信息；FRM-系统

14、框架；TPD-测试程序文档；UDI -UUT设备接口；UTR -UUT测试需求。图6. ATS技术框架要素ATS框架随着测试技术的开展而不断开展演化。如今，ATS框架的24个关键元素中有7个要素及其相关的规范已作为强迫性要求公布在美国国防部信息技术规范库DISR取代了美国国防部原先的结合技术体系构造JTA中，另有14个要素作为“正在构成的emerging要求纳入DISR。完善ATS框架的任务正在加速进展，目的是到2021-2021年完成ATS框架一切要素的规范化任务。3基于信息的综合诊断开放式体系构造鉴于冷战终了后军费的缩减，军方认识到，综合诊断开展和推行运用的关键是要经过快速吸收新技术和民用

15、现成COTS技术，保证其目的的实现。而吸纳外界技术成果的最好方法就是本身要具有开放系统构造。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研讨，讨论一致的、通用的综合诊断功能实现方法的可行性。该项研讨的最终成果是，提出了以信息为根底的一种综合诊断开放系统构造如图7，并制定了实施道路图。构建综合诊断开放系统构造，旨在借助在相关的测试与诊断信息间建立通讯，来降低系统本钱，改良互用性，加速技术嵌入。图7. 基于信息的综合诊断开放式体系构造这种开放系统构造的特点是网络化，组成综合诊断的各要素只是网络中的一个节点。网络化的根底是信息，综合诊断过程建立在信息模型和

16、开放系统互联模型根底上。它的实施目的是：定义关键接口和组元；开发一致的测试与诊断信息模型；研制可互换的传感器和测试仪器硬件；开发可互换的诊断算法软件；确定一致的可度量的诊断过程和目的；将诊断综合到设计和工程过程中；运用先进的通讯技术。综合诊断开放式体系构造能有效地支持诊断组元、功能和寿命周期各阶段间的信息共享。该方法的主要作用是：有效地获取和运用诊断信息；防止技术和元器件过时淘汰；不断改良综合诊断过程，适用于在研系统和旧有系统。2. 网络化随着网络中心战和一体化结协作战等信息化战争方式的提出，网络化测试和诊断技术得到英、美等军事强国的高度注重。2003年美国国防部制定了以网络为中心的数据战略N

17、et-Centric Data Strategy规划，把基于运用的网络系统，改动成基于效力的网络系统，并提出了网络中心性的概念Net-centricity。后来，为将测试和诊断综合到网络为中心的数据环境中，提出了网络为中心的测试Net-Centric Test、网络为中心的诊断Net-Centric Diagnostics等概念。另外，基于网络化测试的相关规范也应运而生，IEEE SCC20及其他的工业协会制定一系列相关规范，如IEEE 1232、IEEE1636、IEEE1671、IEEE1451等陆续推出。1网络化测试的军事需求源于武器配备的综合诊断网络化测试和诊断最根本的目的是经过网络，

18、实现测试和诊断资源的互联和共享。美国军方在90年代末期提出的综合诊断开放式体系构培育是借助在相关的测试与诊断信息间建立有效通讯，实现信息共享。综合诊断的中心是综合诊断信息系统如图6，它经过网络把各诊断要素，包括效力、知识、数据和设备机内、机旁、离机测试设备链接起来。它也派生出远程测试和诊断、异地会诊等技术。2网络化诊断与测试研讨的内容不断扩展和深化综合诊断信息系统主要在数据和效力一级经过网络实现测试和诊断的共享。随着计算机和网路技术的开展，经过网络实现测试资源的互联，包括测试仪器和传感器，也成为测试领域的一个研讨热点。典型的例子是LXI仪器和传感器网络。近年来，蓝牙技术也在无线传感器网络中得到

19、运用。以网络为中心的测试还涉及到：多机互联技术、分级测试技术、横向交融Horizontal Fusion技术、数据发掘技术、可视化数据表示技术等。3企业安康管理框架自20世纪90年代末以来，随着信息技术突飞猛进的开展和广泛运用，综合诊断系统向测试、监控、诊断、预测和维修管理一体化方向开展，并从最初偏重思索电子系统扩展到综合思索电子、机械、构造、动力等各种主要分系统，构成平台一级的综合的诊断、预测与安康管理(PHM) 系统。借助JSF工程实现自主式保证方案为契机，美国军方、政府机构、工业界和学术界各自纷纷开展了大量PHM相关技术工程的研讨和开发任务。然而，由于短少一致顶层规划，在一定程度上呵斥了反复研讨、资源浪费、注重技术开发，忽视技术转化成才干等问题。为此，2021年2月，在美国国防工业协会NDIA系统工程委员会综合诊断分委会小组会议上，JSF工程办公室的飞机PHM主管Tom Dabney先生提出一种“企业安康管理框架，旨在建立一种在美国政府、盟国同伴、工业界和学术界的安康管理机构之间运用的“通用框架，以协调安康管理的技术规划、研发、资源规划以及向运用工程的转化任务，最大程度地实现技术共享和协作。所谓企业安康管理EHM是指，基于安康管理数据或信息、可用资源、采办战略和运用需求，对跨企业的设计、后勤保证、维修和运用活动作出基于可靠