美军的综合测试与综合诊断策略及其发展.docx
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美军的综合测试与综合诊断策略及其发展
美军的综合测试与综合诊断计谋及其生长
张宝珍
为了改进性能，现代武器装备大量接纳种种先进的电子设备，使装备变得日益庞大，给使用、维修和保障带来了严重的问题。
早在20世纪70～80年代，庞大武器装备在恒久的外场使用中已袒露出测试性差、妨碍诊断时间长、机内测试（BIT）虚警率高、使用和保障用度高、维修人力不敷等种种问题，引起美英等国军方和产业部分的重视。
美军及产业界有关部分分别针对各诊断要素相继独立地接纳了许多步伐，力图解决自动测试设备（ATE）、技能资料、BIT及测试性问题，但由于在测试和诊断计谋上缺乏综合考虑，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，但并未从底子上解决上述问题，并带来一些新的问题。
好比，美国军方在20世纪80年代投入巨资开发种种专用ATE，结果开发出的ATE硬件和软件种类繁多，缺少通用化、尺度化，致使装备的使用与保障用度急剧上升，且严重影响多兵种间的联互助战能力。
美军总结这一阶段的经验教导，提出了新的测试和诊断计谋，即综合测试和综合诊断计谋。
这些新的计谋在美空军的F-22、F-35战斗机，美水师的SSN-21打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，得到了显著的经济和军事效益。
一、综合测试和综合诊断计谋的内涵
1.综合测试
综合测试计谋包罗纵向综合测试和横向综合测试两方面内容。
纵向综合测试计谋是设计-制造-维修综合测试计谋的简称，是指武器装备设计历程中的验证试验测试、制造历程中妨碍阐发和验收试验测试以及使用维修中的妨碍诊断测试均接纳相同尺度的、相互间可通用的测试设备硬件和软件。
也就是说，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。
在没有推行纵向综合测试计谋之前，设计和方案验证、制造以及使用维护三个阶段之间没有什么联系大概联系不密切，所有的测试设备和软件互不通用，就似乎一道道“砖墙”把它们断绝开来，相互互不相通，如图1所示。
纵向综合测试计谋就是要拆掉这些“砖墙”，如图2所示，不光实现了各阶段的测试设备和软件的相互通用，并且还实现了各阶段的测试数据共享，淘汰不须要的重复试验和测试。
图1.传统测试要领
图2.纵向综合计谋
要实现这一新计谋，除了需要解决思想认识、传统习惯和治理体制等问题以外，还须解决并行工程和尺度化两大问题。
在纵向测试计谋的底子上，美军方又提出了横向综合测试计谋。
这一测试计谋是指对差别型号的武器系统（如歼击机、轰炸机、直升机、侦察机等）和差别军种（海、陆、空）的武器系统，甚至民用系统（如民机）均接纳尺度化、通用化的测试设备和软件。
如图3所示，海、陆、空三军使用的种种军机与民飞接纳通用的自动测试设备（ATE）。
图3.横向综合测试计谋示意图
横向综合测试计谋是一种高条理的测试计谋。
它的实现底子也是测试体系，包罗测试系统硬件、软件体系结构及其各组成要素的尺度化，需要高层组织的推动才有可能实现。
通过接纳纵、横向综合测试计谋，可以实现测试软件的一次性开发、逐步添加、相互移植、数据共享等。
这种综合的优点可以开端归纳综合为“五淘汰两方便”：
淘汰软件开发量，淘汰对专用测试设备的需求，淘汰维修人员及培训用度、淘汰测试设备的备份储备，方便测试资源共享，方便测试设备之间的替代。
其最终效果将体现在测试系统的开发用度低落、使用和维修方便以及武器系统的出勤率和战备完好性大大提高等方面。
2.综合诊断的内涵
综合诊断（integrateddiagnostics）通常界说为通过考虑和综合测试性、自动和人工测试、维修帮助手段、技能信息、人员和培训等组成诊断能力的所有要素，使装备诊断能力到达最佳的结构化设计和治理历程。
其目的是以最少的用度最有效地检测、断绝武器装备内已知的或预期产生的所有妨碍，以满足装备任务要求。
在这一历程中，诊断功效被分别到机内或机外的诊断组元。
将测试和诊断历程中有关的信息与诊断功效和部件进行有效的通信是这一历程的底子。
综合诊断不是一种新技能或新特性，而是一种新的思路和新的途径。
综合诊断的内涵包罗了如下几个焦点要求：
首先，诊断必须是正在进行的系统工程历程的一个组成部分。
它包罗产物整个寿命周期内通常所需要的技能改革工程历程。
其次，综合诊断历程中要害的一步是将诊断功效分别到机内或机外的诊断组元，因为这牵涉到对各诊断组元间接口的界说，而如何界说这些接口干系到系统结构的开放性。
再次，综合诊断作为一个历程，必须贯串于产物的整个寿命周期，即应不停革新诊断性能从而使之趋于成熟。
最后，最佳诊断能力的得到不但靠种种诊断功效和组元的相互衔接，还取决于它们相互之间信息的共享和再利用。
综合诊断实施的根本途径在于“综合”，即通过有效的组织和配置使各组成单位成为一个整体地协同起作用，具体包罗各诊断要素的综合、各维修级别的综合和寿命周期各阶段的综合三方面的内容。
综合诊断的实施必须从装备设计开始，并贯串于其寿命周期的各个阶段。
二、综合测试与综合诊断计谋的生长
1.开放性
（1）开放式体系结构
开放式体系结构如图4所示。
开放式体系结构是系统升级和引入种种来源的新技能、防备过期淘汰所必须的。
其中，“使用（作战）体系结构”是由用户（客户）界说所需的功效，即它是一种“功效结构”。
以制作一所衡宇为例，“使用结构”界说衡宇的间数，房间向外的风物等。
“技能体系结构”界说设计人员可用来使其设计决策容易做出的“共鸣”或“一致性”准则。
仍以制作衡宇为例，“共鸣”准则是地基所使用的水泥的厚度；“一致性”准则是房门的尺寸。
“系统体系结构”界说了落实系统设计的内容，如界说了建房所使用的质料、水管设备配置路线、电线的线路等。
图4.开放系统结构
一个有效的开放系统体系结构将依赖于硬件和软件的模块化设计和功效分别。
模块化设计和功效分别应使其排列成在调换其中分系统或部件时不会影响其他部分。
如果硬件和软件被有效地分别，用新技能更新硬件无需修改应用软件。
同时，修改应用软件也能够不改变硬件。
模块化设计是开放系统要领的底子，但开放系统要领不但意味着一种模块化结构。
它要求利用尺度的“开放”接口范例综合各个单一的功效部件形成模块化系统。
开放系统要领强调使用已被认可的产业尺度去划定体系结构组成部分的性能和接口要求。
这里“尺度”的界说是：
在一致同意的底子上创建起来的、用来界说接口、办事、协议或数据格式范例等公然可用的文件。
不是所有的尺度都适用于所有的情况，有时是数个尺度一起事情才气满足应用需求。
（2）美国国防部体系结构框架
随着技能的生长和实践的深人，美军越来越认识到体系结构的重要性。
20世纪90年代，美国国防部总结了海湾战争的经验教导，提出所谓“联合设想2010”。
其主要内容是在未来的战争中如何提高各军种的联合、协同作战的能力。
为落实这一设想，美国国防部于1996年6月创建了DoD体系结构框架（DoDAF）（其时又称C4ISR信息系统框架）,由三种体系结构组成，即作战体系结构（OA）、系统体系结构（SA）和技能体系结构（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。
其作用是界说作战任务、行动、要素及信息互换要求，确定作战人员的干系并提出信息需求；系统体系结构：
对作战或支援作战功效的各系统及其相互连接干系的描述（包罗种种图形）。
其作用是界说各系统如何连接和实现互操纵，以及确定组成单位的可靠性、维修性等性能指标，以满足作战需求；技能体系结构：
是决定组成系统的各部件或各组成要素之间互连、互通、互操纵，特别是互操纵的剧}限度一套尺度和约定。
其作用是确保组成的系统能实现互操纵，满足作战要求。
这三种体系结构相互依存，组成了一个有机的整体。
其相互干系如图5所示。
其中的技能体系结构又称联合技能体系结构（JTA），对作战体系结构提供技能支持能力，对系统体系结构提供技能尺度的支持和制约，实现信息互换宁静品级的技能性能要求。
是美国国防部信息系统建立的尺度化技能纲领。
图5.DoDAF三种体系结构的干系视图
（3）ATS开放式技能体系结构框架
美军和北约都十分重视体系结构建立，近年来北约构建了开放式技能体系结构（NATOC3TA），并将美军的联合技能体系结构（JTA）也纳入其中，而ATS开放式体系结构框架亦在JTA之列。
ATS技能体系框架界说和提供一种通用的技能框架，为构建、分类和组织ATS体系结构提供指导和准则，促进ATS体系结构的落实是创建在行业范畴内公认的尺度和范例底子上，以支持系统互操纵性的实现。
该框架是1996年开始制定的，并随着测试技能的生长而不停更新。
它是国防部采办所有ATS时都要遵循的一种强制性要求，用于指导未来ATS设计满足国防部上述的ATS目标。
如图6所示，DoDATS框架包罗组成DoDATS开放体系结构的24个要害元素和相关的最少的一组开放性尺度。
通过在ATS的采办中强制接纳和遵守框架中界说的要素和相应的尺度，可以产生美军各军种和联盟同伴可互操纵且能支持其各自特殊的ATS要求和计谋的测试系统。
图注：
AFP-适配器功效和参数信息；BTD-机内测试数据；CTI-通用测试接口；CXE-盘算机至外部情况；NET-数据网络化；DIAD-诊断数据；DIAS-诊断办事；DTF-数字测试格式；DNE-漫衍式网络情况；ICM-仪器通信治理器；DRV-仪器驱动；IFP-仪器功效和参数信息；MTD-维修测试数据和办事；MCI-一致性主指标；MMF-多媒体格式；PDD-产物设计数据；RAI-资源适配器接口；RMS-资源治理办事；RTS-运行时办事；SFP-开关功效和参数信息；FRM-系统框架；TPD-测试步伐文档；UDI-UUT设备接口；UTR-UUT测试需求。
图6.ATS技能框架要素
ATS框架随着测试技能的生长而不停生长演变。
如今，ATS框架的24个要害元素中有7个要素及其相关的尺度已作为强制性要求宣布在美国国防部信息技能尺度库（DISR）（取代了美国国防部原先的联合技能体系结构（JTA））中，另有14个要素作为“正在形成的”（emerging）要求纳入DISR。
完善ATS框架的事情正在加快进行，目标是到2009-2010年完成ATS框架所有要素的尺度化事情。
（3）基于信息的综合诊断开放式体系结构
鉴于冷战结束后军费的缩减，军方认识到，综合诊断生长和推广应用的要害是要通过快速吸收新技能和民用现成（COTS）技能，包管其目标的实现。
而吸纳外界技能结果的最好步伐就是自身要具有开放系统结构。
为此，1999年美国国防部长办公厅（OSD）启动了“综合诊断开放系统要领演示验证”（OSAIDD）研究，探讨统一的、通用的综合诊断功效实现要领的可行性。
该项研究的最终结果是，提出了以信息为底子的一种综合诊断开放系统结构（如图7），并制定了实施路线图。
构建综合诊断开放系统结构，旨在借助在相关的测试与诊断信息间创建通信，来低落系统本钱，革新互用性，加快技能嵌入。
图7.基于信息的综合诊断开放式体系结构
这种开放系统结构的特点是网络化，组成综合诊断的各要素只是网络中的一个节点。
网络化的底子是信息，综合诊断历程创建在信息模型和开放系统互联模型底子上。
它的实施目标是：
①界说要害接口和组元；②开发统一的测试与诊断信息模型；③研制可互换的传感器和测试仪器（硬件）；④开发可互换的诊断算法（软件）；⑤确定统一的可度量的诊断历程和指标；⑥将诊断综合到设计和工程历程中；⑦应用先进的通信技能。
综合诊断开放式体系结构能有效地支持诊断组元、功效和寿命周期各阶段间的信息共享。
该要领的主要作用是：
有效地获取和使用诊断信息；防备技能和元器件过期淘汰；不停革新综合诊断历程，适用于在研系统和旧有系统。
2.网络化
随着网络中心战和一体化联互助战等信息化战争模式的提出，网络化测试和诊断技能得到英、美等军事强国的高度重视。
2003年美国国防部制定了以网络为中心的数据计谋（Net-CentricDataStrategy）计划，把基于应用的网络系统，改酿成基于办事的网络系统，并提出了网络中心性的观点（Net-centricity）。
厥后，为将测试和诊断综合到网络为中心的数据情况中，提出了网络为中心的测试（Net-CentricTest）、网络为中心的诊断（Net-CentricDiagnostics）等观点。
另外，基于网络化测试的相关尺度也应运而生，IEEESCC20及其他的产业协会制定一系列相关尺度，如IEEE1232、IEEE1636、IEEE1671、IEEE1451等陆续推出。
（1）网络化测试的军事需求源于武器装备的综合诊断
网络化测试和诊断最根本的目标是通过网络，实现测试和诊断资源的互联和共享。
美国军方在90年代末期提出的综合诊断开放式体系结构就是借助在相关的测试与诊断信息间创建有效通信，实现信息共享。
综合诊断的焦点是综合诊断信息系统（如图6），它通过网络把各诊断要素，包罗办事、知识、数据和设备（机内、机旁、离机测试设备）链接起来。
它也派生出远程测试和诊断、异地会诊等技能。
（2）网络化诊断与测试研究的内容不停扩展和深化
综合诊断信息系统主要在数据和办事一级通过网络实现测试和诊断的共享。
随着盘算机和网路技能的生长，通过网络实现测试资源的互联，包罗测试仪器和传感器，也成为测试领域的一个研究热点。
典范的例子是LXI仪器和传感器网络。
近年来，蓝牙技能也在无线传感器网络中得到应用。
以网络为中心的测试还涉及到：
多机互联技能、分级测试技能、横向融合（HorizontalFusion）技能、数据挖掘技能、可视化数据表现技能等。
3．企业康健治理框架
自20世纪90年代末以来，随着信息技能突飞猛进的生长和遍及应用，综合诊断系统向测试、监控、诊断、预测和维修治理一体化偏向生长，并从最初偏重考虑电子系统扩展到综合考虑电子、机器、结构、动力等种种主要分系统，形成平台一级的综合的诊断、预测与康健治理（PHM）系统。
借助JSF项目实现自主式保障方案为契机，美国军方、政府机构、产业界和学术界各自纷纷开展了大量PHM相关技能项目的研究和开发事情。
然而，由于缺少统一顶层计划，在一定水平上造成了重复研究、资源浪费、重视技能开发，忽视技能转化成能力等问题。
为此，2008年2月，在美国国防产业协会（NDIA）系统工程委员会综合诊断分委会小组集会上，JSF项目办公室的飞机PHM主管TomDabney先生提出一种“企业康健治理框架”，旨在创建一种在美国政府、盟国同伴、产业界和学术界的康健治理机构之间使用的“通用框架”，以协调康健治理的技能计划、研发、资源计划以及向使用项目的转化事情，最大水平地实现技能共享和协作。
所谓企业康健治理（EHM）是指，基于康健治理数据或信息、可用资源、采办计谋和使用需求，对跨企业的设计、后勤保障、维修和使用活行动出基于可靠信息的、明智的适当决策的能力。
PHM与企业康健治理的区别在于，PHM更多存眷技能而没有存眷更遍及的转化和使用问题，即企业存眷的问题。
在EHM中用“治理”一词取代“监测”转达了通过改进对用户重要领域的监控来为用户提供办事的思想，即治理武器系统的康健来确保任务完成，而非仅仅报告用户什么地方将妨碍。
受JSF项目和美国国防部办公厅（OSD）的委托，NDIA综合诊断（ID）委员会正在资助OSD构建企业康健治理“支柱历程”（PillarProcess）框架（如图8）。
通过按类别（即支柱Pillar：
包罗业务、体系结构、科学技能能力、底子设施、实施几方面）确定的需求、差距及障碍等几方面，该支柱历程将技能开发人员、用户、采办和保障团体的差别存眷点（兴趣）综合起来，并在项目早期当其还能对结果产生影响时制定出解决方案。
图8.CBM+/EHM框架支柱方案
为了更好地办事于用户的需求，NDIA综合诊断（ID）委员会扩大了其事情范畴，将ID历程视为一种端到端的“企业”（Enterprise）事情，并将其名称变动为企业康健治理委员会。
三、结论
通过贯彻综合测试和综合诊断计谋所开发的通用测试技能、通用测试平台和综合测试与诊断系统，可以在研制、生产、使用维修各阶段跨阶段使用，甚至可以跨军兵种使用，从而能够大大淘汰测试系统和设备的数量和品种，并在一定水平上低落了装备和装备保障系统的庞大性，提高了装备系统的战备完好性和经济可蒙受性；同时综合测试与诊断技能以其低本钱和遍及的适用性在军、民用领域中得到普遍应用，简化了武器装备的使用和维修历程，并资助实现基于状态的维修和自主式保障。
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