美軍的綜合測(cè)試與綜合診斷策略及其發(fā)展

1、美軍的綜合測(cè)試與綜合診斷策略及其發(fā)展張寶珍為了改善性能，現(xiàn)代武器裝備大量采用各種先進(jìn)的電子設(shè)備，使裝備變得日益復(fù)雜，給使用、維修和保障帶來(lái)了嚴(yán)重的問(wèn)題。早在 20世紀(jì)7080年代，復(fù)雜武器裝備在長(zhǎng)期的外場(chǎng)使用中已暴露出測(cè)試性差、 故障診斷時(shí)間長(zhǎng)、 機(jī)內(nèi)測(cè)試(BIT)虛警率高、使用和保障費(fèi)用高、維修人力不足等各種問(wèn)題，弓I起美英等 國(guó)軍方和工業(yè)部門的重視。 美軍及工業(yè)界有關(guān)部門分別針對(duì)各診斷要素相繼獨(dú)立 地采取了很多措施，力圖解決自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(ATE、技術(shù)資料、BIT及測(cè)試性 問(wèn)題，但由于在測(cè)試和診斷策略上缺乏綜合考慮， 結(jié)果是雖從某些方面局部地解 決了武器裝備的診斷問(wèn)題， 對(duì)提高裝備的戰(zhàn)備完好

2、性起到了一定作用， 但并未從 根本上解決上述問(wèn)題， 并帶來(lái)一些新的問(wèn)題。 比如，美國(guó)軍方在 20世紀(jì) 80 年代 投入巨資開發(fā)各種專用ATE結(jié)果開發(fā)出的ATE硬件和軟件種類繁多，缺少通用 化、標(biāo)準(zhǔn)化， 致使裝備的使用與保障費(fèi)用急劇上升， 且嚴(yán)重影響多兵種間的聯(lián)合 作戰(zhàn)能力。 美軍總結(jié)這一階段的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)， 提出了新的測(cè)試和診斷策略， 即綜合 測(cè)試和綜合診斷策略。這些新的策略在美空軍的 F-22、 F-35 戰(zhàn)斗機(jī)，美海軍的 SSN-21攻擊核潛艇和美陸軍的M1A2主戰(zhàn)坦克等新一代武器裝備中應(yīng)用后， 獲得 了顯著的經(jīng)濟(jì)和軍事效益。一、綜合測(cè)試和綜合診斷策略的內(nèi)涵1. 綜合測(cè)試 綜合測(cè)試策略包括縱向

3、綜合測(cè)試和橫向綜合測(cè)試兩方面內(nèi)容。 縱向綜合測(cè)試 策略是設(shè)計(jì) -制造-維修綜合測(cè)試策略的簡(jiǎn)稱， 是指武器裝備設(shè)計(jì)過(guò)程中的驗(yàn)證試 驗(yàn)測(cè)試、制造過(guò)程中故障分析和驗(yàn)收試驗(yàn)測(cè)試以及使用維修中的故障診斷測(cè)試均 采用相同標(biāo)準(zhǔn)的、 相互間可通用的測(cè)試設(shè)備硬件和軟件。 也就是說(shuō)， 武器裝備的 設(shè)計(jì)、制造和使用維修中使用通用的測(cè)試硬件平臺(tái)、 統(tǒng)一的編程語(yǔ)言和測(cè)試軟件 平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試。在沒有推行縱向綜合測(cè)試策略之前，設(shè)計(jì)和方案驗(yàn)證、制造以及使用維護(hù)三個(gè)階段之間沒有什么聯(lián)系或者聯(lián)系不密切， 所有的測(cè)試設(shè)備和軟件互不通用， 就好像一道道“磚墻”把它們隔離開來(lái)，彼此互不相通，如圖1所示?？v向綜合測(cè)試策略就是要拆掉這些“磚

4、墻”，如圖2所示，不但實(shí)現(xiàn)了各階段的測(cè)試設(shè)備和軟件的相互通用，而且還實(shí)現(xiàn)了各階段的測(cè)試數(shù)據(jù)共享，減少不必要的重復(fù)試驗(yàn) 和測(cè)試專用測(cè)試設(shè)備 用于設(shè)計(jì)齡沂試驗(yàn)T秤設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)測(cè)試制造測(cè)試_ L J 嚴(yán)生產(chǎn)用測(cè)試設(shè)備雉護(hù)測(cè)試維條加地用 自動(dòng)化測(cè)試設(shè)希 （ATE）圖1.傳統(tǒng)測(cè)試方法維護(hù)測(cè)試）丁稈說(shuō)汁才算機(jī)輔助設(shè)汁（址訃驗(yàn)證測(cè)試制適測(cè)試 Q 口 I I 1 e1 ! l i i圖2.縱向綜合策略要實(shí)現(xiàn)這一新策略，除了需要解決思想認(rèn)識(shí)、傳統(tǒng)習(xí)慣和管理體制等問(wèn)題以 外，還須解決并行工程和標(biāo)準(zhǔn)化兩大問(wèn)題。在縱向測(cè)試策略的基礎(chǔ)上，美軍方又提出了橫向綜合測(cè)試策略。這一測(cè)試策 略是指對(duì)不同型號(hào)的武器系統(tǒng)（如殲擊機(jī)、轟炸

5、機(jī)、直升機(jī)、偵察機(jī)等）和不同 軍種（海、陸、空）的武器系統(tǒng)，甚至民用系統(tǒng)（如民機(jī)）均采用標(biāo)準(zhǔn)化、通用 化的測(cè)試設(shè)備和軟件。如圖3所示，海、陸、空三軍使用的各種軍機(jī)與民飛采用 通用的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE o圖3.橫向綜合測(cè)試策略示意圖橫向綜合測(cè)試策略是一種高層次的測(cè)試策略。它的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)也是測(cè)試體系， 包括測(cè)試系統(tǒng)硬件、軟件體系結(jié)構(gòu)及其各組成要素的標(biāo)準(zhǔn)化，需要高層組織的推 動(dòng)才有可能實(shí)現(xiàn)。通過(guò)采用縱、橫向綜合測(cè)試策略，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)試軟件的一次性開發(fā)、逐步添加、相互移植、數(shù)據(jù)共享等。這種綜合的優(yōu)點(diǎn)可以初步概括為“五減少兩方便”： 減少軟件開發(fā)量，減少對(duì)專用測(cè)試設(shè)備的需求，減少維修人員及培訓(xùn)費(fèi)用、減少

6、測(cè)試設(shè)備的備份儲(chǔ)備，方便測(cè)試資源共享，方便測(cè)試設(shè)備之間的替代。其最終效 果將體現(xiàn)在測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)費(fèi)用降低、使用和維修方便以及武器系統(tǒng)的出勤率和 戰(zhàn)備完好性大大提高等方面。2.綜合診斷的內(nèi)涵綜合診斷(in tegrated diag no sties)通常定義為通過(guò)考慮和綜合測(cè)試性、自動(dòng)和人工測(cè)試、維修輔助手段、技術(shù)信息、人員和培訓(xùn)等構(gòu)成診斷能力的所有 要素，使裝備診斷能力達(dá)到最佳的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)和管理過(guò)程。其目的是以最少的費(fèi)用最有效地檢測(cè)、隔離武器裝備內(nèi)已知的或預(yù)期發(fā)生的所有故障，以滿足裝備任 務(wù)要求。在這一過(guò)程中，診斷功能被劃分到機(jī)內(nèi)或機(jī)外的診斷組元。將測(cè)試和診斷過(guò)程中有關(guān)的信息與診斷功能和部件

7、進(jìn)行有效的通信是這一過(guò)程的基礎(chǔ)。綜合診斷不是一種新技術(shù)或新特性，而是一種新的思路和新的途徑。綜合診斷的內(nèi)涵包括了如下幾個(gè)核心要求：首先，診斷必須是正在進(jìn)行的系統(tǒng)工程過(guò)程的一個(gè)組成部分。它包括產(chǎn)品整 個(gè)壽命周期內(nèi)通常所需要的技術(shù)改造工程過(guò)程。其次，綜合診斷過(guò)程中關(guān)鍵的一步是將診斷功能劃分到機(jī)內(nèi)或機(jī)外的診斷組元，因?yàn)檫@牽涉到對(duì)各診斷組元間接口的定義，而如何定義這些接口關(guān)系到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的開放性。 再次，綜合診斷作為 一個(gè)過(guò)程，必須貫穿于產(chǎn)品的整個(gè)壽命周期，即應(yīng)不斷改進(jìn)診斷性能從而使之趨 于成熟。最后，最佳診斷能力的獲得不僅靠各種診斷功能和組元的相互銜接，還取決于它們彼此之間信息的共享和再利用。綜合診斷

8、實(shí)施的基本途徑在于“綜合”，即通過(guò)有效的組織和配置使各組成 單元成為一個(gè)整體地協(xié)同起作用，具體包括各診斷要素的綜合、各維修級(jí)別的綜 合和壽命周期各階段的綜合三方面的內(nèi)容。綜合診斷的實(shí)施必須從裝備設(shè)計(jì)開 始，并貫穿于其壽命周期的各個(gè)階段。二、綜合測(cè)試與綜合診斷策略的發(fā)展1.開放性（1）開放式體系結(jié)構(gòu)開放式體系結(jié)構(gòu)如圖4所示。開放式體系結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)升級(jí)和引入各種來(lái)源的 新技術(shù)、防止過(guò)時(shí)淘汰所必需的。其中，“使用（作戰(zhàn)）體系結(jié)構(gòu)”是由用戶（客 戶）定義所需的功能，即它是一種“功能結(jié)構(gòu)”。以建造一所房屋為例，“使用 結(jié)構(gòu)”定義房屋的間數(shù)，房間向外的風(fēng)景等?！凹夹g(shù)體系結(jié)構(gòu)”定義設(shè)計(jì)人員可用來(lái)使其設(shè)計(jì)決策容

9、易做出的“共識(shí)”或“一致性”準(zhǔn)則。仍以建造房屋為例，“一致性”準(zhǔn)則是房門的尺寸。“系“共識(shí)”準(zhǔn)則是地基所使用的水泥的厚度；統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)”定義了落實(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，如定義了建房所使用的材料、水管設(shè)圖4.開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一個(gè)有效的開放系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)將依賴于硬件和軟件的模塊化設(shè)計(jì)和功能劃 分。模塊化設(shè)計(jì)和功能劃分應(yīng)使其排列成在更換其中分系統(tǒng)或部件時(shí)不會(huì)影響其 他部分。如果硬件和軟件被有效地劃分，用新技術(shù)更新硬件無(wú)需修改應(yīng)用軟件。 同時(shí)，修改應(yīng)用軟件也能夠不改變硬件。 模塊化設(shè)計(jì)是開放系統(tǒng)方法的基礎(chǔ)， 但 開放系統(tǒng)方法不只意味著一種模塊化結(jié)構(gòu)。 它要求利用標(biāo)準(zhǔn)的 “開放” 接口規(guī)范 綜合各個(gè)單一的功能部件形成

10、模塊化系統(tǒng)。 開放系統(tǒng)方法強(qiáng)調(diào)使用已被認(rèn)可的工 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)去規(guī)定體系結(jié)構(gòu)組成部分的性能和接口要求。 這里“標(biāo)準(zhǔn)”的定義是： 在一致同意的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的、 用來(lái)定義接口、 服務(wù)、協(xié)議或數(shù)據(jù)格式規(guī)范等 公開可用的文件。 不是所有的標(biāo)準(zhǔn)都適用于所有的情況， 有時(shí)是數(shù)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)一起工 作才能滿足應(yīng)用需求。（2）美國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架 隨著技術(shù)的發(fā)展和實(shí)踐的深人，美軍越來(lái)越認(rèn)識(shí)到體系結(jié)構(gòu)的重要性。 20 世紀(jì) 90 年代，美國(guó)國(guó)防部總結(jié)了海灣戰(zhàn)爭(zhēng)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提出所謂“聯(lián)合設(shè)想 2010”。其主要內(nèi)容是在未來(lái)的戰(zhàn)爭(zhēng)中如何提高各軍種的聯(lián)合、 協(xié)同作戰(zhàn)的能力。 為落實(shí)這一設(shè)想，美國(guó)國(guó)防部于1996年6月建立了 Do

11、D體系結(jié)構(gòu)框架（DoDAF（當(dāng)時(shí)又稱C4ISR信息系統(tǒng)框架），由三種體系結(jié)構(gòu)組成，即作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)（0A）、 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（SA）和技術(shù)體系結(jié)構(gòu)（TA）。作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)是對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)和行動(dòng)、各 作戰(zhàn)要素及完成和支援作戰(zhàn)的信息、 信息流的描述。 其作用是定義作戰(zhàn)任務(wù)、 行 動(dòng)、要素及信息交換要求， 確定作戰(zhàn)人員的關(guān)系并提出信息需求； 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)： 對(duì)作戰(zhàn)或支援作戰(zhàn)功能的各系統(tǒng)及其相互連接關(guān)系的描述 （包括各種圖形 ）。其作 用是定義各系統(tǒng)如何連接和實(shí)現(xiàn)互操作， 以及確定組成單元的可靠性、 維修性等 性能指標(biāo)， 以滿足作戰(zhàn)需求； 技術(shù)體系結(jié)構(gòu)： 是決定組成系統(tǒng)的各部件或各組成 要素之間互連、互通、互操

12、作，特別是互操作的劇 限度一套標(biāo)準(zhǔn)和約定。其作 用是確保組成的系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)互操作，滿足作戰(zhàn)要求。這三種體系結(jié)構(gòu)相互依存， 構(gòu)成了一個(gè)有機(jī)的整體。 其相互關(guān)系如圖 5 所示。其中的技術(shù)體系結(jié)構(gòu)又稱聯(lián)合 技術(shù)體系結(jié)構(gòu)（JTA）,對(duì)作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)提供技術(shù)支持能力，對(duì)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)提 供技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的支持和制約， 實(shí)現(xiàn)信息交換安全等級(jí)的技術(shù)性能要求。 是美國(guó)國(guó)防 部信息系統(tǒng)建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)綱要。朋這作戰(zhàn)人員關(guān)喬和信H畫京扯廈和倍息 文紈節(jié)點(diǎn)間 茅虬的矣秦+ 動(dòng)*址理現(xiàn)牯 息交換爭(zhēng) 毀始類車將系號(hào)醍力和特肚打怦戰(zhàn)呉求相趺黑前海足僧息交換畢蝕和薦侖作 蠱寓集曲確屯的特聽龍力支忙鼻操柞桂為令掘f直定 崇統(tǒng)能力燉兼溝時(shí)

13、狀生灌朋雖未披術(shù)支 掙佬力與瞬 罷力* IVII- +圖5. DoDAF三種體系結(jié)構(gòu)的關(guān)系視圖（3）ATS開放式技術(shù)體系結(jié)構(gòu)框架美軍和北約都十分重視體系結(jié)構(gòu)建設(shè)，近年來(lái)北約構(gòu)建了開放式技術(shù)體系結(jié) 構(gòu)（NATOC3TA，并將美軍的聯(lián)合技術(shù)體系結(jié)構(gòu)（JTA）也納入其中，而ATS開 放式體系結(jié)構(gòu)框架亦在JTA之列。ATS技術(shù)體系框架定義和提供一種通用的技術(shù)框架，為構(gòu)建、分類和組織ATS體系結(jié)構(gòu)提供指導(dǎo)和準(zhǔn)則，促進(jìn)ATS體系結(jié)構(gòu)的落實(shí)是建立在行業(yè)范圍內(nèi)公認(rèn)的 標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范基礎(chǔ)上，以支持系統(tǒng)互操作性的實(shí)現(xiàn)。該框架是1996年開始制定的， 并隨著測(cè)試技術(shù)的發(fā)展而不斷更新。它是國(guó)防部采辦所有ATS時(shí)都要遵循的

14、一種 強(qiáng)制性要求，用于指導(dǎo)未來(lái) ATS設(shè)計(jì)滿足國(guó)防部上述的ATS目標(biāo)。如圖6所示，DoDATS框架包含構(gòu)成DoDATS開放體系結(jié)構(gòu)的24個(gè)關(guān)鍵元素 和相關(guān)的最少的一組開放性標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)在ATS的采辦中強(qiáng)制采用和遵守框架中定 義的要素和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，可以產(chǎn)生美軍各軍種和聯(lián)盟伙伴可互操作且能支持其各 自特殊的ATS要求和策略的測(cè)試系統(tǒng)。H!商序軟牛T1頁(yè)器(TTg )次豐MlPg活U葦用卵試赴號(hào) 如TF機(jī)力徂訕血jJ審 丈阿島J3E述盯創(chuàng)用芬 fas呂源黑 護(hù)口BMII尸芒和布?xì)砯innaiKSrS larcnniSHUlrtUUKiF 二盲弓或車輕珥 -I詵團(tuán)姿圧級(jí) 住羽走售紺 I按口刪減 O悟耳

15、c期呈爾玖圖注：AFP-適配器功能和參數(shù)信息； BTD-機(jī)內(nèi)測(cè)試數(shù)據(jù)；CTI-通用測(cè)試接口； CXE計(jì)算 機(jī)至外部環(huán)境；NET數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化；DIAD-診斷數(shù)據(jù)；DIAS-診斷服務(wù)；DTF擻字測(cè)試格式；DNE- 分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；ICM-儀器通信管理器；DRV儀器驅(qū)動(dòng)；IFP-儀器功能和參數(shù)信息； MTD- 維修測(cè)試數(shù)據(jù)和服務(wù)； MCI-致性主指標(biāo)；MMF多媒體格式；PDD產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)；RAI-資源 適配器接口； RMS資源管理服務(wù)；RTS -運(yùn)行時(shí)服務(wù)；SFP-開關(guān)功能和參數(shù)信息；FRM系統(tǒng)框 架；TPD刑試程序文檔；UDI -UUT設(shè)備接口； UTR -UUT測(cè)試需求。 &將密JSA VI0 .

16、% HID4排苦W圖6. ATS技術(shù)框架要素ATS框架隨著測(cè)試技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展演變。如今，ATS框架的24個(gè)關(guān)鍵 元素中有7個(gè)要素及其相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)已作為強(qiáng)制性要求公布在美國(guó)國(guó)防部信息技 術(shù)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)（DISR）（取代了美國(guó)國(guó)防部原先的聯(lián)合技術(shù)體系結(jié)構(gòu)（JTA）中， 另有14個(gè)要素作為“正在形成的” （emerging ）要求納入DISR=完善ATS框架 的工作正在加速進(jìn)行，目標(biāo)是到2009-2010年完成ATS框架所有要素的標(biāo)準(zhǔn)化工 作。（3）基于信息的綜合診斷開放式體系結(jié)構(gòu)鑒于冷戰(zhàn)結(jié)束后軍費(fèi)的縮減，軍方認(rèn)識(shí)到，綜合診斷發(fā)展和推廣應(yīng)用的關(guān)鍵 是要通過(guò)快速吸收新技術(shù)和民用現(xiàn)成（COTS技術(shù)，保證其

17、目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。而吸納 外界技術(shù)成果的最好辦法就是自身要具有開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。為此，1999年美國(guó)國(guó) 防部長(zhǎng)辦公廳（OSD啟動(dòng)了 “綜合診斷開放系統(tǒng)方法演示驗(yàn)證”（OSAIDD研 究，探討統(tǒng)一的、通用的綜合診斷功能實(shí)現(xiàn)方法的可行性。 該項(xiàng)研究的最終成果是，提出了以信息為基礎(chǔ)的一種綜合診斷開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（如圖7）,并制定了實(shí)施路線圖。構(gòu)建綜合診斷開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，旨在借助在相關(guān)的測(cè)試與診斷信息間建 立通信，來(lái)降低系統(tǒng)成本，改進(jìn)互用性，加速技術(shù)嵌入。信息口工丁數(shù)據(jù) 待定少 挙瞎器數(shù)據(jù)（特定f） 斷ms on md-i,口出如島虬pdiiemelE- ChigaHiizjfli口nalBU ikIlIIWs；ri

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