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本文針對(duì)典型的直升機(jī)機(jī)電綜合管理系統(tǒng)，闡述了測(cè)試性試驗(yàn)原理，設(shè)計(jì)了機(jī)電系統(tǒng)信號(hào)激勵(lì)設(shè)備，構(gòu)建了一種通用測(cè)試性半實(shí)物故障注入驗(yàn)證平臺(tái)，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，該平臺(tái)性能良好，可為系統(tǒng)測(cè)試性半實(shí)物故障注入試驗(yàn)提供試驗(yàn)環(huán)境。測(cè)試性是產(chǎn)品能及時(shí)并準(zhǔn)確反映其狀態(tài)，并隔離其內(nèi)部故障的一種設(shè)計(jì)特征。通過(guò)測(cè)試性試驗(yàn)可以檢查直升機(jī)機(jī)電綜合管理系統(tǒng)（IEMS）關(guān)鍵功能/性能故障是否檢測(cè)并隔離到現(xiàn)場(chǎng)可更換單元（LRU），評(píng)估故障檢測(cè)率和覆蓋率，發(fā)現(xiàn)IEMS測(cè)試性設(shè)計(jì)缺陷，為IEMS測(cè)試性設(shè)計(jì)改進(jìn)提供依據(jù)。隨著IEMS向著多余度、分布式技術(shù)快速發(fā)展，測(cè)試性設(shè)計(jì)越來(lái)越重要，與此對(duì)應(yīng)的測(cè)試性試驗(yàn)需求也凸顯出來(lái)。本文設(shè)計(jì)了一種IEMS通用測(cè)試性試驗(yàn)平臺(tái)，可為系統(tǒng)測(cè)試性半實(shí)物故障注入試驗(yàn)提供試驗(yàn)環(huán)境。

一、IEMS工作原理

IEMS采用分布式、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次化設(shè)計(jì)，典型的IEMS由機(jī)電管理計(jì)算機(jī)（IEMC）及多個(gè)遠(yuǎn)程接口單元（RIU）組成，見圖1。系統(tǒng)主要功能為：采集電源、燃油、液壓、傳動(dòng)、動(dòng)力、滅火、防除冰等機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)及故障信息，實(shí)現(xiàn)燃油轉(zhuǎn)輸?shù)瓤刂乒δ埽吧蠄?bào)機(jī)電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)等。IEMC采用多通道設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)IEMS的余度功能。IEMC是整個(gè)IEMS的核心設(shè)備，為實(shí)現(xiàn)電源、燃油、液壓、傳動(dòng)、動(dòng)力等機(jī)電系統(tǒng)的監(jiān)控功能提供系統(tǒng)處理平臺(tái)。RIU負(fù)責(zé)采集各機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)及故障信息。RIU是IEMS實(shí)現(xiàn)分布式的關(guān)鍵，多個(gè)RIU分布在直升機(jī)的不同部位，使用同一種設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同系統(tǒng)的狀態(tài)和故障信息采集功能，不同的直升機(jī)機(jī)型使用的RIU數(shù)量會(huì)有差異。

二、IEMS測(cè)試性試驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)

1測(cè)試性設(shè)計(jì)。IEMS提供了上電BIT、周期BIT和維護(hù)BIT三種自測(cè)試方法。根據(jù)層次測(cè)試性模型的評(píng)估方法和故障注入位置的不同，IEMS測(cè)試性需求分為L(zhǎng)RU級(jí)和功能電路級(jí)2個(gè)層級(jí)。注入故障后，IEMC、RIU分別完成自檢，以及LRU之間互聯(lián)互通功能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果由IEMC集中管理，故障信息由航電系統(tǒng)顯示，IEMC非易失存儲(chǔ)器記錄，非易失存儲(chǔ)器記錄的數(shù)據(jù)可通過(guò)連接調(diào)試線纜，由調(diào)試計(jì)算機(jī)讀取。測(cè)試結(jié)果若符合IEMS測(cè)試用例中的故障“檢測(cè)方法”和“檢測(cè)/指示判據(jù)”的規(guī)定，則視為檢測(cè)成功；反之，則視為檢測(cè)失敗。匹配測(cè)試用例的注入位置以及檢測(cè)結(jié)果，匹配成功則視為成功隔離；反之，則視為不能成功隔離。IEMS故障檢測(cè)率和隔離率采用單側(cè)置信下限進(jìn)行評(píng)估，某IEMS測(cè)試結(jié)果如表1所示。單側(cè)置信下限公式：RiniLinLFi−=−−=∑1)1(0（1）其中，RL：?jiǎn)蝹?cè)置信下限值；F：隔離/檢測(cè)失敗的次數(shù)；n：樣本量；C：置信水平。

2故障注入方法。故障注入是在保證硬件設(shè)備不永久性不受損的前提下，注入到IEMS機(jī)載設(shè)備中，使其故障，本試驗(yàn)平臺(tái)采用外總線通用便攜式故障注入設(shè)備向機(jī)載產(chǎn)品中注入故障，故障注入類型有以下3種：探針：通過(guò)對(duì)地短接、對(duì)+28V短接或?qū)δ芷骷啥硕探樱瓜鄳?yīng)功能模塊失效，引起機(jī)電綜合管理系統(tǒng)故障；軟件注入：通過(guò)軟件的燒寫的方法，將故障注入到現(xiàn)場(chǎng)可編輯邏輯門陣列（FPGA）中，改變FPGA正常工作邏輯，使得相應(yīng)的功能失效，引起機(jī)電綜合管理系統(tǒng)故障；插拔：通過(guò)焊下功能模塊中的元器件，使相應(yīng)功能模塊失效，引起機(jī)電綜合管理系統(tǒng)故障。如對(duì)特定元器件或電路采取插針或插拔等方法注入故障，會(huì)導(dǎo)致元器件或設(shè)備損壞，試驗(yàn)無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行，可采取等效注入的方法，在保證同等注入故障效果的前提下、對(duì)其他元器件或電路注入故障，使相應(yīng)功能模塊失效，引起機(jī)電綜合管理系統(tǒng)故障。

3信號(hào)激勵(lì)。IEMS與數(shù)十個(gè)直升機(jī)機(jī)電系統(tǒng)交聯(lián)，信號(hào)輸入輸出眾多，總的來(lái)說(shuō)，IEMS輸入輸出信號(hào)可分為以下幾類：航電總線信號(hào)、機(jī)電內(nèi)總線信號(hào)、機(jī)電總線信號(hào)、模擬量、離散量、頻率量。本試驗(yàn)平臺(tái)采用主控計(jì)算機(jī)－目標(biāo)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，利用以太網(wǎng)和反射內(nèi)存實(shí)現(xiàn)信號(hào)激勵(lì)設(shè)備內(nèi)部部件交聯(lián)，實(shí)現(xiàn)以上類型信號(hào)輸入輸出，如圖2所示。主控計(jì)算機(jī)提供人機(jī)界面，可設(shè)置激勵(lì)屬性和監(jiān)控信號(hào)輸入輸出，仿真目標(biāo)機(jī)用于實(shí)現(xiàn)機(jī)電各系統(tǒng)的接口和邏輯仿真，信號(hào)調(diào)理單元用于適配機(jī)載產(chǎn)品和板卡接口的信號(hào)特性，信號(hào)轉(zhuǎn)接單元用于在設(shè)備各部分的信號(hào)轉(zhuǎn)接和傳輸，直流電源為機(jī)載設(shè)備提供28V直流供電。4測(cè)試性平臺(tái)構(gòu)建如圖3所示，IEMS測(cè)試性平臺(tái)由機(jī)載設(shè)備（包括IEMC、n個(gè)RIU）、信號(hào)激勵(lì)設(shè)備、調(diào)試計(jì)算機(jī)、故障注入設(shè)備、示波器等組成。信號(hào)激勵(lì)設(shè)備：輸出總線信號(hào)、模擬量、離散量等，并采集IEMS發(fā)送出來(lái)的信號(hào)，觀察BIT結(jié)果；外總線通用便攜式故障注入設(shè)備：對(duì)IEMS故障注入；萬(wàn)用表、示波器：故障注入成功確認(rèn)；調(diào)試計(jì)算機(jī)：串口打印BIT結(jié)果。

三、測(cè)試性試驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)用

1試驗(yàn)用例。依據(jù)測(cè)試性試驗(yàn)需求和層次測(cè)試性模型，結(jié)合每種故障的故障率，篩選測(cè)試試驗(yàn)用例，并為每一個(gè)測(cè)試用例初選故障注入方法。以某IEMS為例，該IEMS測(cè)試用例共有762條，其中511條LRU級(jí)測(cè)試用例，251條功能電路級(jí)測(cè)試用例。

2試驗(yàn)程序。依次選擇使用用例，根據(jù)試驗(yàn)用例中選擇的故障注入方法，執(zhí)行故障注入，如注入失敗則需重新選擇合適的故障注入方法；試驗(yàn)結(jié)果記錄；恢復(fù)試驗(yàn)件原始狀態(tài)，并進(jìn)行試驗(yàn)后產(chǎn)品檢查，若正常運(yùn)行則此用例測(cè)試完畢，依序進(jìn)行下一用例測(cè)試，若不正常則進(jìn)行故障分析記錄后，嘗試試驗(yàn)件技術(shù)狀態(tài)恢復(fù)，恢復(fù)后可繼續(xù)進(jìn)行下一用例試驗(yàn)；所有用例測(cè)試完畢后，根據(jù)試驗(yàn)記錄，綜合分析IEMS故障檢測(cè)率和故障隔離率。3試驗(yàn)結(jié)果根據(jù)單側(cè)置信下限公式，以置信水平C=0.8計(jì)算，該IEMS測(cè)試性試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。在所有BIT下，該型IEMS故障隔離率為99.9%，處于較高水平，故障檢測(cè)率僅為88.2%，可參考故障未檢出試驗(yàn)用例，進(jìn)行測(cè)試性設(shè)計(jì)改進(jìn)。

四、結(jié)束語(yǔ)

IEMS測(cè)試性試驗(yàn)平臺(tái)為系統(tǒng)測(cè)試性半實(shí)物故障注入試驗(yàn)提供了試驗(yàn)環(huán)境，該平臺(tái)為IEMS通用測(cè)試性試驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)適應(yīng)性更改，適用于不同IEMS型號(hào)的測(cè)試性試驗(yàn)，可減少試驗(yàn)平臺(tái)的重復(fù)建設(shè)和試驗(yàn)前期準(zhǔn)備時(shí)間，能有效降低時(shí)間和試驗(yàn)設(shè)備成本。仿真測(cè)試設(shè)備還提供了人機(jī)交互界面，易于設(shè)置激勵(lì)屬性和觀察試驗(yàn)現(xiàn)象，具有較高的人機(jī)交互水平，提升了實(shí)驗(yàn)效率和人工成本。

作者:胡尊帆 吳麗媛 李春雷 謝劍斌 王偉 單位:中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所