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本文針對典型的直升機機電綜合管理系統，闡述了測試性試驗原理，設計了機電系統信號激勵設備，構建了一種通用測試性半實物故障注入驗證平臺，經實際應用，該平臺性能良好，可為系統測試性半實物故障注入試驗提供試驗環境。測試性是產品能及時并準確反映其狀態，并隔離其內部故障的一種設計特征。通過測試性試驗可以檢查直升機機電綜合管理系統（IEMS）關鍵功能/性能故障是否檢測并隔離到現場可更換單元（LRU），評估故障檢測率和覆蓋率，發現IEMS測試性設計缺陷，為IEMS測試性設計改進提供依據。隨著IEMS向著多余度、分布式技術快速發展，測試性設計越來越重要，與此對應的測試性試驗需求也凸顯出來。本文設計了一種IEMS通用測試性試驗平臺，可為系統測試性半實物故障注入試驗提供試驗環境。
一、IEMS工作原理
IEMS采用分布式、系統結構層次化設計，典型的IEMS由機電管理計算機（IEMC）及多個遠程接口單元（RIU）組成，見圖1。系統主要功能為：采集電源、燃油、液壓、傳動、動力、滅火、防除冰等機電系統狀態及故障信息，實現燃油轉輸等控制功能，及上報機電系統的數據等。IEMC采用多通道設計，實現IEMS的余度功能。IEMC是整個IEMS的核心設備，為實現電源、燃油、液壓、傳動、動力等機電系統的監控功能提供系統處理平臺。RIU負責采集各機電系統狀態及故障信息。RIU是IEMS實現分布式的關鍵，多個RIU分布在直升機的不同部位，使用同一種設備，實現對不同系統的狀態和故障信息采集功能，不同的直升機機型使用的RIU數量會有差異。
二、IEMS測試性試驗平臺設計
1測試性設計。IEMS提供了上電BIT、周期BIT和維護BIT三種自測試方法。根據層次測試性模型的評估方法和故障注入位置的不同，IEMS測試性需求分為LRU級和功能電路級2個層級。注入故障后，IEMC、RIU分別完成自檢，以及LRU之間互聯互通功能測試，測試結果由IEMC集中管理，故障信息由航電系統顯示，IEMC非易失存儲器記錄，非易失存儲器記錄的數據可通過連接調試線纜，由調試計算機讀取。測試結果若符合IEMS測試用例中的故障“檢測方法”和“檢測/指示判據”的規定，則視為檢測成功；反之，則視為檢測失敗。匹配測試用例的注入位置以及檢測結果，匹配成功則視為成功隔離；反之，則視為不能成功隔離。IEMS故障檢測率和隔離率采用單側置信下限進行評估，某IEMS測試結果如表1所示。單側置信下限公式：RiniLinLFi−=−−=∑1)1(0（1）其中，RL：單側置信下限值；F：隔離/檢測失敗的次數；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備不永久性不受損的前提下，注入到IEMS機載設備中，使其故障，本試驗平臺采用外總線通用便攜式故障注入設備向機載產品中注入故障，故障注入類型有以下3種：探針：通過對地短接、對+28V短接或對功能器件兩端短接，使相應功能模塊失效，引起機電綜合管理系統故障；軟件注入：通過軟件的燒寫的方法，將故障注入到現場可編輯邏輯門陣列（FPGA）中，改變FPGA正常工作邏輯，使得相應的功能失效，引起機電綜合管理系統故障；插拔：通過焊下功能模塊中的元器件，使相應功能模塊失效，引起機電綜合管理系統故障。如對特定元器件或電路采取插針或插拔等方法注入故障，會導致元器件或設備損壞，試驗無法繼續進行，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、對其他元器件或電路注入故障，使相應功能模塊失效，引起機電綜合管理系統故障。
3信號激勵。IEMS與數十個直升機機電系統交聯，信號輸入輸出眾多，總的來說，IEMS輸入輸出信號可分為以下幾類：航電總線信號、機電內總線信號、機電總線信號、模擬量、離散量、頻率量。本試驗平臺采用主控計算機－目標機的結構形式，利用以太網和反射內存實現信號激勵設備內部部件交聯，實現以上類型信號輸入輸出，如圖2所示。主控計算機提供人機界面，可設置激勵屬性和監控信號輸入輸出，仿真目標機用于實現機電各系統的接口和邏輯仿真，信號調理單元用于適配機載產品和板卡接口的信號特性，信號轉接單元用于在設備各部分的信號轉接和傳輸，直流電源為機載設備提供28V直流供電。4測試性平臺構建如圖3所示，IEMS測試性平臺由機載設備（包括IEMC、n個RIU）、信號激勵設備、調試計算機、故障注入設備、示波器等組成。信號激勵設備：輸出總線信號、模擬量、離散量等，并采集IEMS發送出來的信號，觀察BIT結果；外總線通用便攜式故障注入設備：對IEMS故障注入；萬用表、示波器：故障注入成功確認；調試計算機：串口打印BIT結果。
三、測試性試驗平臺應用
1試驗用例。依據測試性試驗需求和層次測試性模型，結合每種故障的故障率，篩選測試試驗用例，并為每一個測試用例初選故障注入方法。以某IEMS為例，該IEMS測試用例共有762條，其中511條LRU級測試用例，251條功能電路級測試用例。
2試驗程序。依次選擇使用用例，根據試驗用例中選擇的故障注入方法，執行故障注入，如注入失敗則需重新選擇合適的故障注入方法；試驗結果記錄；恢復試驗件原始狀態，并進行試驗后產品檢查，若正常運行則此用例測試完畢，依序進行下一用例測試，若不正常則進行故障分析記錄后，嘗試試驗件技術狀態恢復，恢復后可繼續進行下一用例試驗；所有用例測試完畢后，根據試驗記錄，綜合分析IEMS故障檢測率和故障隔離率。3試驗結果根據單側置信下限公式，以置信水平C=0.8計算，該IEMS測試性試驗結果如表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，故障檢測率僅為88.2%，可參考故障未檢出試驗用例，進行測試性設計改進。
四、結束語
IEMS測試性試驗平臺為系統測試性半實物故障注入試驗提供了試驗環境，該平臺為IEMS通用測試性試驗平臺，通過適應性更改，適用于不同IEMS型號的測試性試驗，可減少試驗平臺的重復建設和試驗前期準備時間，能有效降低時間和試驗設備成本。仿真測試設備還提供了人機交互界面，易于設置激勵屬性和觀察試驗現象，具有較高的人機交互水平，提升了實驗效率和人工成本。
作者:胡尊帆 吳麗媛 李春雷 謝劍斌 王偉 單位:中國直升機設計研究所
