摘  要： 機(jī)內(nèi)測試BIT（Built-In Test）是一種能顯著提高系統(tǒng)測試性和診斷能力的重要技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)可測試性設(shè)計(jì)的重要技術(shù)手段之一。介紹了機(jī)內(nèi)測試技術(shù)的定義、特點(diǎn)、分類、設(shè)計(jì)內(nèi)容以及設(shè)計(jì)流程等，詳細(xì)闡述了機(jī)內(nèi)測試技術(shù)的發(fā)展歷程，并對(duì)測試性技術(shù)的新趨勢進(jìn)行了探討和展望。
關(guān)鍵詞： 機(jī)內(nèi)測試；測試性；虛警

    隨著武器裝備性能的日益提高以及信息技術(shù)飛速發(fā)展的需求，測試性越來越受到人們的重視。機(jī)內(nèi)測試BIT（Built-in Test）是系統(tǒng)和設(shè)備內(nèi)部提供的檢測、隔離故障的自動(dòng)測試能力，是復(fù)雜系統(tǒng)或設(shè)備整體設(shè)計(jì)、分系統(tǒng)設(shè)計(jì)、狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷和維修決策等方面的關(guān)鍵共性技術(shù)，同時(shí)也是改善裝備系統(tǒng)或設(shè)備測試性與診斷能力的重要手段[1-3]。然而，常規(guī)BIT應(yīng)用中存在故障診斷能力差、虛警率高、不能隔離間歇故障，達(dá)不到系統(tǒng)的原有設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)重降低了BIT診斷檢測結(jié)果的可信度，大大影響了使用及維修人員對(duì)BIT的信任，阻礙了BIT效能的充分發(fā)揮和更廣泛、更深入的應(yīng)用[1]。因此，國內(nèi)外學(xué)者提出了許多方法來解決常規(guī)BIT存在的不足，其中以將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、模糊理論、信息融合等在內(nèi)的智能理論和方法應(yīng)用到BIT的設(shè)計(jì)、檢測、診斷、決策等方面而產(chǎn)生的智能BIT技術(shù)最為有效。目前，對(duì)機(jī)內(nèi)測試的研究多集中在具體的BIT設(shè)計(jì)[4-8]及降低虛警技術(shù)[9-11]等方面。
1 機(jī)內(nèi)測試概述
    美軍標(biāo)MIL-STD-1309C對(duì)機(jī)內(nèi)測試（BIT）的定義如下[1，12]：
    定義1：BIT是指系統(tǒng)和設(shè)備內(nèi)部提供的檢測、隔離故障的自動(dòng)測試能力。
    定義2：BIT是指系統(tǒng)主裝備不用外部測試設(shè)備就能完成對(duì)系統(tǒng)、分系統(tǒng)或設(shè)備的功能檢查、故障診斷與隔離以及性能測試，它是聯(lián)機(jī)檢測技術(shù)的新發(fā)展。
    BIT的特點(diǎn)：可快速故障診斷，減少故障檢測時(shí)間，提高檢測效率；減少人為誘發(fā)的故障；減少測試維修人員的數(shù)量和降低技術(shù)等級(jí)的要求；減少保障設(shè)備、通用測試設(shè)備等的要求；通過多層分布式設(shè)計(jì)，可以對(duì)系統(tǒng)、模塊、芯片級(jí)實(shí)施測試、檢測和故障診斷；BIT能夠檢測隱蔽故障，提高系統(tǒng)的任務(wù)可靠度。
    常用的BIT設(shè)計(jì)技術(shù)有很多，按實(shí)現(xiàn)手段的不同可分為掃描技術(shù)、環(huán)繞技術(shù)、模擬技術(shù)、并行技術(shù)、特征分析技術(shù)等；按被測對(duì)象的不同又可分為RAM測試技術(shù)、ROM測試技術(shù)、CPU測試技術(shù)、A/D和D/A測試技術(shù)、機(jī)電部件測試技術(shù)等。其中較常用的一種分類方式是將BIT設(shè)計(jì)技術(shù)分為數(shù)字BIT、模擬BIT、環(huán)繞BIT和冗余BIT等技術(shù)[13]。
2 機(jī)內(nèi)測試設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)流程[13]
    BIT設(shè)計(jì)內(nèi)容分為機(jī)內(nèi)測試系統(tǒng)（BITS）總體設(shè)計(jì)、中央管理器設(shè)計(jì)、單元BIT設(shè)計(jì)三大部分，如圖1所示。

    BITS總體設(shè)計(jì)是指從整個(gè)系統(tǒng)的角度，考慮總體的功能、工作模式、結(jié)構(gòu)布局和信息處理等方面的設(shè)計(jì)；中央管理器是對(duì)BITS中的多個(gè)成品BIT進(jìn)行綜合管理，實(shí)際應(yīng)用的中央管理器常分解為多個(gè)不同級(jí)別的測試管理器進(jìn)行設(shè)計(jì)；單元BIT設(shè)計(jì)泛指中央管理器之外的各級(jí)BIT詳細(xì)設(shè)計(jì)。

3 機(jī)內(nèi)測試技術(shù)的發(fā)展歷程
    機(jī)內(nèi)測試技術(shù)的發(fā)展過程可歸納為如下5個(gè)階段[12-14]：
第1階段：20世紀(jì)60年代，機(jī)內(nèi)測試處于萌芽階段。此時(shí)，機(jī)內(nèi)測試只是監(jiān)測幾個(gè)主要參數(shù)，由人工判斷是否故障，更不能隔離故障。如60年代初裝備F-4B飛機(jī)的火控雷達(dá)APG-72，其發(fā)射機(jī)中配置BIT電路可以監(jiān)測發(fā)射機(jī)工作時(shí)間、工作電壓、磁控管電源、混頻管電流等參數(shù)，由操作員啟動(dòng)測試和判定測試結(jié)果。故障隔離則要由外部測試設(shè)備來完成。
　第2階段：70年代初期，機(jī)內(nèi)測試的基本功能定位進(jìn)入到了成型階段。在參數(shù)監(jiān)測的基礎(chǔ)上，增加了自動(dòng)故障檢測和故障隔離功能。此時(shí)的BIT主要應(yīng)用在航空航天和軍事領(lǐng)域。如民用航空領(lǐng)域的波音727、波音737經(jīng)典型、麥道80等飛機(jī)均配置了模擬系統(tǒng)的BIT，提供座艙的可見指示（報(bào)警燈、標(biāo)尺紅線）以及按鍵測試和GO/NOGO測試。在軍事領(lǐng)域，1974年裝備F-15飛機(jī)的APG-63多功能雷達(dá)，其BIT可進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測、置信水平測試、狀態(tài)評(píng)定和故障隔離測試。
　第3階段：從70年代中后期到80年代中期，機(jī)內(nèi)測試得到了大范圍的推廣應(yīng)用，并向中央測試系統(tǒng)發(fā)展，形成了中央測試系統(tǒng)的雛形。如70年代后期研制、80年代初期開始服役的F/A-18飛機(jī)，其80%的電子設(shè)備和系統(tǒng)都設(shè)計(jì)有BIT功能，而且有較高的故障檢測與隔離能力。在民用航空領(lǐng)域，如波音757、波音767、麥道90、空客320等飛機(jī)普遍采用數(shù)字化技術(shù)，外場可更換單元（LRU）具有前面板提供BIT交互（如按鍵和簡單的顯示）能力，并進(jìn)一步提供多個(gè)LRU共用的中央顯示面板。
　第4階段：從80年代后期到90年代中期，利用綜合診斷、智能技術(shù)對(duì)診斷技術(shù)進(jìn)行改良，以提高診斷能力、降低虛警。同時(shí)，將中央顯示接口升級(jí)為中央維護(hù)模塊，將故障與維修手冊進(jìn)行關(guān)聯(lián)，連同成員系統(tǒng)BITE，形成了成熟的中央測試系統(tǒng)。進(jìn)行診斷方法和技術(shù)改良的主要原因是F-15、F-16、F/A-18等飛機(jī)的機(jī)內(nèi)測試普遍存在著故障檢測隔離能力低、虛警率高、診斷效率較低等問題。為此，在F/A-18E/F、C-17運(yùn)輸機(jī)、B-2隱形轟炸機(jī)、V-22直升機(jī)、F-22戰(zhàn)機(jī)等飛機(jī)的研制中，大量應(yīng)用了綜合診斷、人工智能技術(shù)對(duì)BIT進(jìn)行改良。在民用航空領(lǐng)域，如波音747-400、麥道11等飛機(jī)開始采用聯(lián)邦式航空電子系統(tǒng)，并利用中央維護(hù)計(jì)算機(jī)（CMC）實(shí)現(xiàn)對(duì)所有成員系統(tǒng)BIT的綜合控制。

　第5階段：從90年代后期到21世紀(jì)初期，是機(jī)內(nèi)測試發(fā)展的重要階段。在民用航空領(lǐng)域，中央測試系統(tǒng)在成員系統(tǒng)BIT、中央維護(hù)功能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步綜合狀態(tài)監(jiān)控功能。如波音787飛機(jī)在借鑒波音777飛機(jī)的CMC以及Honeywell飛機(jī)診斷和維修系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立了飛機(jī)信息與維護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以執(zhí)行機(jī)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集、故障處理和顯示，執(zhí)行根原因分析以消除級(jí)聯(lián)故障，執(zhí)行飛行面板效應(yīng)與系統(tǒng)故障的關(guān)聯(lián)，通過網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)到地面維護(hù)系統(tǒng)，擴(kuò)展診斷和預(yù)測分析，提供所有成員系統(tǒng)的單點(diǎn)訪問等。在軍用航空領(lǐng)域，以F-35戰(zhàn)斗機(jī)為標(biāo)志，在故障預(yù)測與健康管理PHM（Prognostics and Health Management）思想的牽引下，中央測試系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)上的PHM系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括BIT、系統(tǒng)/分系統(tǒng)PHM區(qū)域管理器、飛機(jī)PHM管理器等，提供數(shù)據(jù)采集、增強(qiáng)診斷、故障預(yù)測和維修決策等綜合的健康管理能力。
4 測試性技術(shù)的新趨勢
　目前BIT的發(fā)展新趨勢主要有：智能BIT、綜合診斷和預(yù)測與健康管理（PHM）等。BIT智能化主要解決了傳統(tǒng)BIT在最優(yōu)設(shè)計(jì)、信息獲取、分析處理、綜合決策等方面的不足，提高了整機(jī)故障診斷能力，降低了系統(tǒng)虛警率。目前研究和應(yīng)用中的智能BIT技術(shù)主要包括：靈巧BIT、自適應(yīng)BIT、基于時(shí)間應(yīng)力測量的增強(qiáng)BIT等；綜合診斷是指通過考慮和綜合測試性、自動(dòng)和人工測試、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，使武器裝備的診斷效能達(dá)到最佳的一種結(jié)構(gòu)化過程，是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)有效地檢測和無模糊隔離武器系統(tǒng)及設(shè)備中所有已知的或可能發(fā)生的故障以滿足武器系統(tǒng)任務(wù)要求的手段[13]；PHM系統(tǒng)是近年來提出的集故障診斷、故障預(yù)測和健康管理能力于一體的新型綜合系統(tǒng)，它是實(shí)現(xiàn)裝備自主維修以及維修智能化的重要手段，在保證裝備戰(zhàn)備完好性、提高維修效率、節(jié)約維護(hù)費(fèi)用等方面起著重要的作用[11]。
　目前許多新型裝備都開始采用新型測試技術(shù)來提高裝備的測試性、維修性和可靠性，但在具體應(yīng)用中還存在許多問題困擾著裝備的研制和維護(hù)，迫切需要深入研究智能測試?yán)碚摵头椒?，解決測試中存在的各種問題[15]。國內(nèi)外的研究和應(yīng)用表明，設(shè)備的BIT系統(tǒng)在振動(dòng)、沖擊、溫濕度、暫態(tài)電壓以及壓力變化等諸多時(shí)間應(yīng)力因素的作用下，容易造成故障的“誤報(bào)”或“假報(bào)”現(xiàn)象。這些“誤報(bào)”或“假報(bào)”通常被定義為BIT系統(tǒng)的虛警。因此，時(shí)間應(yīng)力信息是BIT降虛警的重要信息源，如果將獲取的時(shí)間應(yīng)力數(shù)據(jù)與BIT數(shù)據(jù)結(jié)合起來進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，并采取必要的方法對(duì)BIT虛警進(jìn)行識(shí)別，可以提高BIT故障檢測與隔離的準(zhǔn)確性，減少虛警[11]。
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