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策略及其发展张宝珍为了改善性能，现代武器装备大量采用各种先进的电子设备，使装备变得日益复杂，给使用、维修和保障带来了严重的问题。早在20世纪7080年代，复杂武器装备在长期的外场使用中已暴露出测试性差、故障诊断时间长、机内测试（BIT）虚警率高、使用和保障费用高、维修人力不足等各种问题，引起美英等国军方和工业部门的重视。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，力图解决自动测试设备（ATE）、技术资料、BIT及测试性问题，但由于在测试和诊断策略上缺乏综合考虑，结果是虽从某些方面局部地解决了武器装备的诊断问题，对提高装备的战备完好性起到了一定作用，但

2、并未从根本上解决上述问题，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专用ATE，结果开发出的ATE硬件和软件种类繁多，缺少通用化、标准化，致使装备的使用与保障费用急剧上升，且严重影响多兵种间的联合作战能力。美军总结这一阶段的经验教训，提出了新的测试和诊断策略，即综合测试和综合诊断策略。这些新的策略在美空军的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装备中应用后，获得了显著的经济和军事效益。一、综合测测试和综综合诊断断策略的的内涵1. 综合合测试综合测试策策略包括括纵向综综合测试试和横向向综合测测试两方方面内容容。纵向

3、向综合测测试策略略是设计计-制造造-维修修综合测测试策略略的简称称，是指指武器装装备设计计过程中中的验证证试验测测试、制制造过程程中故障障分析和和验收试试验测试试以及使使用维修修中的故故障诊断断测试均均采用相相同标准准的、相相互间可可通用的的测试设设备硬件件和软件件。也就就是说，武器装备的设计、制造和使用维修中使用通用的测试硬件平台、统一的编程语言和测试软件平台进行测试。在没有推行行纵向综综合测试试策略之之前，设设计和方方案验证证、制造造以及使使用维护护三个阶阶段之间间没有什什么联系系或者联联系不密密切，所所有的测测试设备备和软件件互不通通用，就就好像一一道道“砖墙”把它们们隔离开开来，彼彼此

4、互不不相通，如如图1所所示。纵纵向综合合测试策策略就是是要拆掉掉这些“砖墙”，如图2所示，不不但实现现了各阶阶段的测测试设备备和软件件的相互互通用，而而且还实实现了各各阶段的的测试数数据共享享，减少少不必要要的重复复试验和和测试。图1. 传统测测试方法法图2. 纵向综综合策略略要实现这一一新策略略，除了了需要解解决思想想认识、传传统习惯惯和管理理体制等等问题以以外，还还须解决决并行工工程和标标准化两两大问题题。在纵向测试试策略的的基础上上，美军军方又提提出了横横向综合合测试策策略。这这一测试试策略是是指对不同同型号的的武器系系统（如如歼击机机、轰炸炸机、直直升机、侦侦察机等等）和不不同军种种（

5、海、陆陆、空）的的武器系系统，甚甚至民用用系统（如如民机）均均采用标标准化、通通用化的的测试设设备和软软件。如如图3所所示，海海、陆、空空三军使使用的各各种军机机与民飞飞采用通通用的自自动测试试设备（AATE）。图3. 横向综综合测试试策略示示意图横向综合测测试策略略是一种种高层次次的测试试策略。它它的实现现基础也也是测试试体系，包包括测试试系统硬硬件、软软件体系系结构及及其各组组成要素素的标准准化，需需要高层层组织的的推动才才有可能能实现。通过采用纵纵、横向综合合测试策策略，可可以实现现测试软软件的一次性性开发、逐逐步添加加、相互互移植、数数据共享享等。这这种综合合的优点点可以初初步概括括为

6、“五减少少两方便便”：减少软软件开发发量，减减少对专用测测试设备备的需求求，减少少维修人员及及培训费费用、减减少测试试设备的的备份储储备，方方便测试试资源共共享，方方便测试试设备之之间的替替代。其其最终效效果将体体现在测测试系统统的开发发费用降降低、使使用和维维修方便便以及武武器系统统的出勤勤率和战战备完好好性大大大提高等等方面。2. 综合合诊断的的内涵综合诊断（iinteegraatedd diiagnnostticss）通常常定义为为通过考考虑和综综合测试试性、自自动和人人工测试试、维修修辅助手手段、技技术信息息、人员员和培训训等构成成诊断能能力的所所有要素素，使装装备诊断断能力达达到最佳

7、佳的结构构化设计计和管理理过程。其其目的是是以最少少的费用用最有效效地检测测、隔离离武器装装备内已已知的或或预期发发生的所所有故障障，以满满足装备备任务要要求。在在这一过过程中，诊诊断功能能被划分分到机内内或机外外的诊断断组元。将将测试和和诊断过过程中有有关的信信息与诊诊断功能能和部件件进行有有效的通通信是这这一过程程的基础础。综合诊断不不是一种种新技术术或新特特性，而而是一种种新的思思路和新新的途径径。综合合诊断的的内涵包包括了如如下几个个核心要要求：首先，诊断断必须是是正在进进行的系系统工程程过程的的一个组组成部分分。它包包括产品品整个寿寿命周期期内通常常所需要要的技术术改造工工程过程程。

8、其次次，综合合诊断过过程中关关键的一一步是将将诊断功功能划分分到机内内或机外外的诊断断组元，因因为这牵牵涉到对对各诊断断组元间间接口的的定义，而而如何定定义这些些接口关关系到系系统结构构的开放放性。再再次，综综合诊断断作为一一个过程程，必须须贯穿于于产品的的整个寿寿命周期期，即应应不断改改进诊断断性能从从而使之之趋于成成熟。最最后，最最佳诊断断能力的的获得不不仅靠各各种诊断断功能和和组元的的相互衔衔接，还还取决于于它们彼彼此之间间信息的的共享和和再利用用。综合诊断实实施的基基本途径径在于“综合”，即通通过有效效的组织织和配置置使各组组成单元元成为一一个整体体地协同同起作用用，具体体包括各各诊断

9、要要素的综综合、各各维修级级别的综综合和寿寿命周期期各阶段段的综合合三方面面的内容容。综合合诊断的的实施必必须从装装备设计计开始，并并贯穿于于其寿命命周期的的各个阶阶段。二、综合测测试与综综合诊断断策略的的发展1. 开放放性（1）开放放式体系系结构开放式体系系结构如如图4所示。开开放式体体系结构构是系统统升级和和引入各各种来源源的新技技术、防防止过时时淘汰所所必需的的。其中中，“使用（作作战）体体系结构构”是由用用户（客客户）定定义所需需的功能能，即它它是一种种“功能结结构”。以建建造一所所房屋为为例，“使用结结构”定义房房屋的间间数，房房间向外外的风景景等。“技术体体系结构构”定义设设计人员

10、员可用来来使其设设计决策策容易做做出的“共识”或“一致性性”准则。仍仍以建造造房屋为为例，“共识”准则是是地基所所使用的的水泥的的厚度；“一致性性”准则是是房门的的尺寸。“系统体系结构”定义了落实系统设计的内容，如定义了建房所使用的材料、水管设备配置路线、电线的线路等。图4. 开放系系统结构构一个有效的的开放系系统体系系结构将将依赖于于硬件和和软件的的模块化化设计和和功能划划分。模模块化设设计和功功能划分分应使其其排列成成在更换换其中分分系统或或部件时时不会影影响其他他部分。如如果硬件件和软件件被有效效地划分分，用新新技术更更新硬件件无需修修改应用用软件。同同时，修修改应用用软件也也能够不不改

11、变硬硬件。模模块化设设计是开开放系统统方法的的基础，但但开放系系统方法法不只意意味着一一种模块块化结构构。它要要求利用用标准的的“开放”接口规规范综合合各个单单一的功功能部件件形成模模块化系系统。开开放系统统方法强强调使用用已被认认可的工工业标准准去规定定体系结结构组成成部分的的性能和和接口要要求。 这里“标准”的定义义是：在在一致同同意的基基础上建建立起来来的、用用来定义义接口、服服务、协协议或数数据格式式规范等等公开可可用的文文件。不不是所有有的标准准都适用用于所有有的情况况，有时时是数个个标准一一起工作作才能满满足应用用需求。（2）美国国国防部部体系结结构框架架随着技术的的发展和和实践的

12、的深人，美美军越来来越认识识到体系系结构的的重要性性。200世纪990年代代，美国国国防部部总结了了海湾战战争的经经验教训训，提出出所谓“联合设设想20010”。其主主要内容容是在未未来的战战争中如如何提高高各军种种的联合合、协同同作战的的能力。为为落实这这一设想想，美国国国防部部于19996年年6月建建立了DDoD体体系结构构框架（DDoDAAF）（当当时又称称C4IISR信信息系统统框架）, 由三种体系结构组成，即作战体系结构(OA)、系统体系结构(SA)和技术体系结构(TA)。作战体系结构是对作战任务和行动、各作战要素及完成和支援作战的信息、信息流的描述。其作用是定义作战任务、行动、要素

13、及信息交换要求，确定作战人员的关系并提出信息需求；系统体系结构：对作战或支援作战功能的各系统及其相互连接关系的描述(包括各种图形)。其作用是定义各系统如何连接和实现互操作，以及确定组成单元的可靠性、维修性等性能指标，以满足作战需求；技术体系结构：是决定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度一套标准和约定。其作用是确保组成的系统能实现互操作，满足作战要求。这三种体系结构相互依存，构成了一个有机的整体。其相互关系如图5所示。其中的技术体系结构又称联合技术体系结构（JTA），对作战体系结构提供技术支持能力，对系统体系结构提供技术标准的支持和制约，实现信息交换安全等级

14、的技术性能要求。是美国国防部信息系统建设的标准化技术纲要。图5. DoDDAF三三种体系系结构的的关系视视图（3）ATTS开放放式技术术体系结结构框架架美军和北约约都十分分重视体体系结构构建设，近近年来北北约构建建了开放放式技术术体系结结构（NNATOOC3TTA），并并将美军军的联合合技术体体系结构构（JTTA）也也纳入其其中，而而ATSS开放式式体系结结构框架架亦在JJTA之之列。ATS技术术体系框框架定义义和提供供一种通通用的技技术框架架，为构构建、分分类和组组织ATTS体系系结构提提供指导导和准则则，促进进ATSS体系结结构的落落实是建建立在行行业范围围内公认认的标准准和规范范基础上上

15、，以支支持系统统互操作作性的实实现。该该框架是是19996年开开始制定定的，并并随着测测试技术术的发展展而不断断更新。它它是国防防部采办办所有AATS时时都要遵遵循的一一种强制制性要求求，用于于指导未未来ATTS设计计满足国国防部上上述的AATS目目标。如图6所示示，DooD AATS框框架包含含构成DDoD ATSS开放体体系结构构的244个关键键元素和和相关的的最少的的一组开开放性标标准。通通过在AATS的的采办中中强制采采用和遵遵守框架架中定义义的要素素和相应应的标准准，可以以产生美美军各军军种和联联盟伙伴伴可互操操作且能能支持其其各自特特殊的AATS要要求和策策略的测测试系统统。图注：

16、AFFP-适适配器功功能和参参数信息息；BTTD-机机内测试试数据；CTII-通用用测试接接口；CCXE-计算机机至外部部环境；NETT-数据据网络化化；DIIAD-诊断数数据；DDIASS-诊断断服务；DTFF-数字字测试格格式；DDNE-分布式式网络环环境；IICM-仪器通通信管理理器；DDRV-仪器驱驱动；IIFP-仪器功功能和参参数信息息；MTTD-维维修测试试数据和和服务；MCII-一致致性主指指标；MMMF-多媒体体格式；PDDD-产品品设计数数据；RRAI-资源适适配器接接口；RRMS-资源管管理服务务；RTTS-运运行时服服务；SSFP-开关功功能和参参数信息息；FRRM-系系

17、统框架架；TPPD-测测试程序序文档；UDII -UUUT设设备接口口；UTTR -UUTT测试需需求。图6. ATSS技术框框架要素素ATS框架架随着测测试技术术的发展展而不断断发展演演变。如如今，AATS框框架的224个关关键元素素中有77个要素素及其相相关的标标准已作作为强制制性要求求公布在在美国国国防部信信息技术术标准库库（DIISR）（取取代了美美国国防防部原先先的联合合技术体体系结构构（JTTA）中中，另有有14个个要素作作为“正在形形成的”（emmerggingg）要求求纳入DDISRR。完善善ATSS框架的的工作正正在加速速进行，目目标是到到20009-220100年完成成AT

18、SS框架所所有要素素的标准准化工作作。（3）基于于信息的的综合诊诊断开放放式体系系结构鉴于冷战结结束后军军费的缩缩减，军军方认识识到，综综合诊断断发展和和推广应应用的关关键是要要通过快快速吸收收新技术术和民用用现成（CCOTSS）技术术，保证证其目标标的实现现。而吸吸纳外界界技术成成果的最最好办法法就是自自身要具具有开放放系统结结构。为为此，119999年美国国国防部部长办公公厅（OOSD）启启动了“综合诊诊断开放放系统方方法演示示验证”（OSSAIDDD）研研究，探探讨统一一的、通通用的综综合诊断断功能实实现方法法的可行行性。该该项研究究的最终终成果是是，提出出了以信信息为基基础的一一种综合

19、合诊断开开放系统统结构（如如图7），并并制定了了实施路路线图。构构建综合合诊断开开放系统统结构，旨旨在借助助在相关的的测试与与诊断信信息间建建立通信信，来降低系系统成本本，改进进互用性性，加速速技术嵌嵌入。图7. 基基于信息息的综合合诊断开开放式体体系结构构这种开放系系统结构构的特点点是网络络化，组组成综合合诊断的的各要素素只是网网络中的的一个节节点。网网络化的的基础是是信息，综综合诊断断过程建建立在信信息模型型和开放放系统互互联模型型基础上上。它的的实施目目标是：定义关关键接口口和组元元；开发统统一的测测试与诊诊断信息息模型；研制可可互换的的传感器器和测试试仪器（硬硬件）；开发可可互换的的诊

20、断算算法（软软件）；确定统统一的可可度量的的诊断过过程和指指标；将诊断断综合到到设计和和工程过过程中；应用先先进的通通信技术术。综合合诊断开开放式体体系结构构能有效效地支持持诊断组组元、功功能和寿寿命周期期各阶段段间的信信息共享享。该方方法的主主要作用用是：有有效地获获取和使使用诊断断信息；防止技技术和元元器件过过时淘汰汰；不断断改进综综合诊断断过程，适适用于在在研系统统和旧有有系统。2. 网络络化随着网络中中心战和和一体化化联合作作战等信信息化战战争模式式的提出出，网络络化测试试和诊断断技术得得到英、美美等军事事强国的的高度重重视。2003年年美国国国防部制制定了以以网络为为中心的的数据策策

21、略（NNet-Cenntriic DDataa Sttrattegyy）规划划，把基基于应用用的网络络系统，改改变成基基于服务务的网络络系统，并并提出了了网络中中心性的的概念（NNet-cenntriicitty）。后后来，为为将测试试和诊断断综合到到网络为为中心的的数据环环境中，提提出了网网络为中中心的测测试（NNet-Cenntriic TTestt）、网网络为中中心的诊诊断（NNet-Cenntriic DDiaggnossticcs）等等概念。另外，基于于网络化化测试的的相关标标准也应应运而生生，IEEEE SCCC20及及其他的的工业协协会制定定一系列列相关标标准，如如IEEEE 1

22、12322、IEEEE116366、IEEEE116711、IEEEE114511等陆续续推出。（1）网络络化测试试的军事事需求源源于武器器装备的的综合诊诊断网络化测试试和诊断断最基本本的目标标是通过过网络，实实现测试试和诊断断资源的的互联和和共享。美美国军方方在900年代末末期提出出的综合合诊断开开放式体体系结构构就是借借助在相相关的测测试与诊诊断信息息间建立立有效通通信，实实现信息息共享。综综合诊断断的核心心是综合合诊断信信息系统统（如图图6），它它通过网网络把各各诊断要要素，包包括服务务、知识识、数据据和设备备（机内内、机旁旁、离机机测试设设备）链链接起来来。它也也派生出出远程测测试和诊

23、诊断、异异地会诊诊等技术术。（2）网络络化诊断断与测试试研究的的内容不不断扩展展和深化化综合诊断信信息系统统主要在在数据和和服务一一级通过过网络实实现测试试和诊断断的共享享。随着着计算机机和网路路技术的的发展，通通过网络络实现测测试资源源的互联联，包括括测试仪仪器和传传感器，也也成为测测试领域域的一个个研究热热点。典典型的例例子是LLXI仪仪器和传传感器网网络。近近年来，蓝蓝牙技术术也在无无线传感感器网络络中得到到应用。以以网络为为中心的的测试还还涉及到到：多机机互联技技术、分分级测试试技术、横横向融合合（Hoorizzonttal Fussionn）技术术、数据据挖掘技技术、可可视化数数据表

24、示示技术等等。3企业健健康管理理框架自20世纪纪90年年代末以以来，随随着信息息技术突突飞猛进进的发展展和广泛泛应用，综综合诊断断系统向向测试、监监控、诊诊断、预预测和维维修管理理一体化化方向发发展，并并从最初初侧重考考虑电子子系统扩扩展到综综合考虑虑电子、机机械、结结构、动动力等各各种主要要分系统统，形成成平台一一级的综综合的诊诊断、预预测与健健康管理理(PHHM) 系统。借借助JSSF项目目实现自自主式保保障方案案为契机机，美国国军方、政政府机构构、工业业界和学学术界各各自纷纷纷开展了了大量PPHM相相关技术术项目的的研究和和开发工工作。然然而，由由于缺少少统一顶顶层规划划，在一一定程度度

25、上造成成了重复复研究、资资源浪费费、重视视技术开开发，忽忽视技术术转化成成能力等等问题。为为此，220088年2月，在在美国国国防工业业协会（NNDIAA）系统统工程委委员会综综合诊断断分委会会小组会会议上，JJSF项项目办公公室的飞飞机PHHM主管管Tomm Daabneey先生生提出一一种“企业健健康管理理框架”，旨在在建立一一种在美美国政府府、盟国国伙伴、工工业界和和学术界界的健康康管理机机构之间间使用的的“通用框框架”，以协协调健康康管理的的技术规规划、研研发、资资源规划划以及向向使用项项目的转转化工作作，最大大程度地地实现技技术共享享和协作作。所谓企业健健康管理理（EHHM）是是指，基基于健康康管理数数据或信信息、可可用资源源、采办办策略和和使用需需求，对对跨企业业的设计计、后勤勤保障、维维修和使使用活动动作出基基于可靠靠信息的的、