空空導(dǎo)彈測(cè)試設(shè)備故障診斷儀器的研究與開發(fā)

摘要：空空導(dǎo)彈測(cè)試設(shè)備故障診斷主要是電子電路故障診斷，應(yīng)建立兩級(jí)診斷儀器體系。介紹了故障診斷儀器中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)計(jì)實(shí)踐，指出了研究方向。
關(guān)鍵詞：空空導(dǎo)彈測(cè)試設(shè)備；故障診斷；診斷儀器

1 引言
空空導(dǎo)彈測(cè)試設(shè)備出現(xiàn)故障，會(huì)使其不能使用或檢測(cè)出來(lái)的參數(shù)不準(zhǔn)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(duì)測(cè)試設(shè)備故障及時(shí)進(jìn)行維修，保證設(shè)備隨時(shí)可用。
空空導(dǎo)彈測(cè)試設(shè)備是一種光機(jī)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，所以其故障診斷問(wèn)題主要是電子電路故障診斷的問(wèn)題。因此本文主要從電子電路系統(tǒng)故障診斷的角度進(jìn)行論述。
從我軍空空導(dǎo)彈測(cè)試設(shè)備故障診斷現(xiàn)狀看，還存在以下不足：
(1)測(cè)試設(shè)備還缺乏有效的狀態(tài)監(jiān)測(cè)手段，對(duì)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(cè)試技師依賴于測(cè)試儀器的數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷。
為此，本文首先提出應(yīng)建立兩級(jí)診斷儀器體系，并對(duì)應(yīng)采用的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了討論；然后對(duì)智能診斷的理論和方法進(jìn)行了討論，以進(jìn)一步提高診斷儀器的診斷能力；最后指出了未來(lái)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(diǎn)、維修體制和診斷要求確定的診斷儀器種類。
空空導(dǎo)彈測(cè)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(guò)更換模塊或插件即可進(jìn)行快速修復(fù)，這是它的維修特點(diǎn)。
從維修體制上看，空空導(dǎo)彈測(cè)試設(shè)備實(shí)行兩級(jí)維修體制：基層級(jí)和基地級(jí)維修?；鶎蛹?jí)維修以換件修理為主，診斷目標(biāo)為可更換單元（插件），基地級(jí)維修以插件修復(fù)為主，診斷目標(biāo)為可更換元件。戰(zhàn)時(shí)則實(shí)行靠前修理，以保證使用為目標(biāo)。
根據(jù)上述特征，認(rèn)為空空導(dǎo)彈測(cè)試設(shè)備故障診斷系統(tǒng)應(yīng)建立兩級(jí)診斷儀器：
（1）系統(tǒng)級(jí)故障診斷儀器。其診斷目標(biāo)是及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障運(yùn)行狀態(tài)，并將故障定位到可更換插件。系統(tǒng)級(jí)故障診斷儀器可由BIT實(shí)現(xiàn)。
（2）插件級(jí)故障診斷儀器。其目標(biāo)是對(duì)更換下的故障插件進(jìn)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(cè)試設(shè)備的故障診斷儀器由系統(tǒng)級(jí)和插件級(jí)故障診斷儀器一起，形成兩級(jí)儀器設(shè)備體系。

3 系統(tǒng)級(jí)故障診斷儀器
系統(tǒng)級(jí)故障診斷儀器與測(cè)試設(shè)備同時(shí)運(yùn)行，它應(yīng)及時(shí)反映測(cè)試設(shè)備工況。其重要設(shè)計(jì)技術(shù)就是機(jī)內(nèi)測(cè)試（BIT）技術(shù)。
BIT技術(shù)是復(fù)雜武器裝備整體設(shè)計(jì)、分系統(tǒng)設(shè)計(jì)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、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(shí)間、降低維修成本和對(duì)維修人員的技能要求等優(yōu)點(diǎn)。
BIT的關(guān)鍵是測(cè)試點(diǎn)的選擇。選擇的基本原則是測(cè)試點(diǎn)要能保證使BIT故障檢測(cè)率和隔離率最佳。一般包括三類測(cè)試點(diǎn)：無(wú)源、有源、無(wú)源和有源測(cè)試點(diǎn)[1]。
對(duì)不同壽命階段的裝備，采用不同的策略進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)診斷儀器開發(fā)：
（1）對(duì)新設(shè)計(jì)裝備，在設(shè)計(jì)階段，BIT系統(tǒng)與測(cè)試系統(tǒng)一起進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高設(shè)備固有的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷能力。
（2）對(duì)已服役裝備，可結(jié)合裝備大修進(jìn)行系統(tǒng)改裝，提高狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷能力。改裝應(yīng)在充分論證和實(shí)踐的基礎(chǔ)上進(jìn)行。
針對(duì)某型號(hào)空空導(dǎo)彈測(cè)試設(shè)備的自檢功能不足、缺乏狀態(tài)監(jiān)測(cè)的情況，文獻(xiàn)[2][3]設(shè)計(jì)了一套狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(jí)故障診斷儀器。

4 插件級(jí)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(duì)它的故障診斷是一個(gè)混合診斷問(wèn)題。用于插件故障診斷的測(cè)試儀器可分為兩種類型：基于元件測(cè)試的診斷儀器和基于板級(jí)I/O測(cè)試的診斷儀器。
基于元件測(cè)試的診斷儀器，又叫在線測(cè)試儀。它主要采用了后驅(qū)動(dòng)等相關(guān)技術(shù)，能在電路板不工作的情況下，直接測(cè)試電路板上的元器件，判斷其好壞、功能和型號(hào)，從而能夠方便、快捷地對(duì)各種復(fù)雜電路進(jìn)行器件一級(jí)的維修[4]。后驅(qū)動(dòng)技術(shù)又稱為“強(qiáng)驅(qū)動(dòng)”、“反驅(qū)動(dòng)”或“過(guò)驅(qū)動(dòng)”技術(shù)，它的主要設(shè)計(jì)思想是用瞬態(tài)大信號(hào)隔離其它器件對(duì)被測(cè)器件的影響，達(dá)到給被測(cè)器件施加測(cè)試碼的目的。在線測(cè)試儀功能較理想，但也存在價(jià)格較昂貴、操作相對(duì)復(fù)雜，后驅(qū)動(dòng)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(jí)I/O測(cè)試的診斷儀器，在計(jì)算機(jī)的控制下，按照測(cè)試程序集（TPS）的要求，對(duì)電路插件端口施加激勵(lì)，測(cè)取相應(yīng)的響應(yīng)，與TPS結(jié)果進(jìn)行比較，從而完成故障的檢測(cè)和定位?？湛諏?dǎo)彈測(cè)試設(shè)備的插件一般具有統(tǒng)一的接口，插件可通過(guò)統(tǒng)一的適配器與診斷儀器連接。由于大部分操作在計(jì)算機(jī)的控制下自動(dòng)進(jìn)行，因而使用起來(lái)非常簡(jiǎn)單，適合進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)排故。
用TPS對(duì)電路板進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試，是目前國(guó)際上較為先進(jìn)的手段。但TPS的開發(fā)是一項(xiàng)需要耗費(fèi)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(cè)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(cè)試開發(fā)和邏輯分析的仿真軟件LASAR（邏輯自動(dòng)激勵(lì)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(jìn)行TPS的開發(fā)。
在具體設(shè)計(jì)時(shí)，要注意綜合運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)，使診斷儀器硬件平臺(tái)向標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的方向發(fā)展，測(cè)試軟件工程化，統(tǒng)一測(cè)試軟件平臺(tái)[6]。
文獻(xiàn)[7]提出了一種基于板級(jí)I/O測(cè)試的空空導(dǎo)彈測(cè)試儀插件故障診斷儀的設(shè)計(jì)。總體方案如圖1所示。

圖1 插件故障診斷儀總體框圖

該診斷儀采用上下位機(jī)的結(jié)構(gòu)體系，具有控制靈活、簡(jiǎn)單易行、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

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(cè)數(shù)據(jù)處理的傳統(tǒng)診斷方法和基于知識(shí)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(shí)處理技術(shù)為基礎(chǔ)，在知識(shí)的層次上，實(shí)現(xiàn)辨證邏輯與數(shù)理邏輯的集成、符號(hào)處理與數(shù)值處理的統(tǒng)一、推理過(guò)程與算法過(guò)程的統(tǒng)一、知識(shí)庫(kù)與數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)庫(kù)、推理機(jī)、綜合數(shù)據(jù)庫(kù)、解釋程序、知識(shí)獲取程序和人機(jī)接口等組成。文獻(xiàn)[2][3]提出了一種空空導(dǎo)彈測(cè)試儀故障診斷專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 一種故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

獻(xiàn)[10]對(duì)一種基于產(chǎn)生式規(guī)則的空空導(dǎo)彈測(cè)試設(shè)備故障診斷知識(shí)庫(kù)的建立和維護(hù)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，文獻(xiàn)[11]對(duì)建立某型導(dǎo)彈檢測(cè)設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)進(jìn)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(cè)試設(shè)備故障診斷中，也還有很長(zhǎng)的路要走。

6 總結(jié)與展望
本文結(jié)合具體型號(hào)，介紹了空空導(dǎo)彈測(cè)試設(shè)備故障診斷儀器體系結(jié)構(gòu)的建立和設(shè)計(jì)實(shí)踐。在空空導(dǎo)彈測(cè)試設(shè)備故障診斷中，采用系統(tǒng)級(jí)和插件級(jí)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(cè)試設(shè)備故障診斷問(wèn)題，還有很多工作要做。今后，要注意以下幾點(diǎn)：
（1）從診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程看，在裝備設(shè)計(jì)階段要進(jìn)行裝備的測(cè)試性設(shè)計(jì)，提高裝備的可測(cè)試性；在裝備使用階段，要進(jìn)行診斷系統(tǒng)的再設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高診斷能力。
（2）從診斷理論和方法上看，要綜合運(yùn)用基于數(shù)據(jù)的診斷和基于知識(shí)的診斷。
（3）從診斷技術(shù)上看，要注意運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)的成果，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、網(wǎng)絡(luò)化的診斷。