BIT设计与发展综述

摘  要： 机内测试BIT（Built-In Test）是一种能显著提高系统测试性和诊断能力的重要技术，是实现可测试性设计的重要技术手段之一。介绍了机内测试技术的定义、特点、分类、设计内容以及设计流程等，详细阐述了机内测试技术的发展历程，并对测试性技术的新趋势进行了探讨和展望。
关键词： 机内测试；测试性；虚警

    随着武器装备性能的日益提高以及信息技术飞速发展的需求，测试性越来越受到人们的重视。机内测试BIT（Built-in Test）是系统和设备内部提供的检测、隔离故障的自动测试能力，是复杂系统或设备整体设计、分系统设计、状态监测、故障诊断和维修决策等方面的关键共性技术，同时也是改善装备系统或设备测试性与诊断能力的重要手段[1-3]。然而，常规BIT应用中存在故障诊断能力差、虚警率高、不能隔离间歇故障，达不到系统的原有设计要求，严重降低了BIT诊断检测结果的可信度，大大影响了使用及维修人员对BIT的信任，阻碍了BIT效能的充分发挥和更广泛、更深入的应用[1]。因此，国内外学者提出了许多方法来解决常规BIT存在的不足，其中以将神经网络、专家系统、模糊理论、信息融合等在内的智能理论和方法应用到BIT的设计、检测、诊断、决策等方面而产生的智能BIT技术最为有效。目前，对机内测试的研究多集中在具体的BIT设计[4-8]及降低虚警技术[9-11]等方面。
1 机内测试概述
    美军标MIL-STD-1309C对机内测试（BIT）的定义如下[1，12]：
    定义1：BIT是指系统和设备内部提供的检测、隔离故障的自动测试能力。
    定义2：BIT是指系统主装备不用外部测试设备就能完成对系统、分系统或设备的功能检查、故障诊断与隔离以及性能测试，它是联机检测技术的新发展。
    BIT的特点：可快速故障诊断，减少故障检测时间，提高检测效率；减少人为诱发的故障；减少测试维修人员的数量和降低技术等级的要求；减少保障设备、通用测试设备等的要求；通过多层分布式设计，可以对系统、模块、芯片级实施测试、检测和故障诊断；BIT能够检测隐蔽故障，提高系统的任务可靠度。
    常用的BIT设计技术有很多，按实现手段的不同可分为扫描技术、环绕技术、模拟技术、并行技术、特征分析技术等；按被测对象的不同又可分为RAM测试技术、ROM测试技术、CPU测试技术、A/D和D/A测试技术、机电部件测试技术等。其中较常用的一种分类方式是将BIT设计技术分为数字BIT、模拟BIT、环绕BIT和冗余BIT等技术[13]。
2 机内测试设计内容及设计流程[13]
    BIT设计内容分为机内测试系统（BITS）总体设计、中央管理器设计、单元BIT设计三大部分，如图1所示。

    BITS总体设计是指从整个系统的角度，考虑总体的功能、工作模式、结构布局和信息处理等方面的设计；中央管理器是对BITS中的多个成品BIT进行综合管理，实际应用的中央管理器常分解为多个不同级别的测试管理器进行设计；单元BIT设计泛指中央管理器之外的各级BIT详细设计。

3 机内测试技术的发展历程
    机内测试技术的发展过程可归纳为如下5个阶段[12-14]：
第1阶段：20世纪60年代，机内测试处于萌芽阶段。此时，机内测试只是监测几个主要参数，由人工判断是否故障，更不能隔离故障。如60年代初装备F-4B飞机的火控雷达APG-72，其发射机中配置BIT电路可以监测发射机工作时间、工作电压、磁控管电源、混频管电流等参数，由操作员启动测试和判定测试结果。故障隔离则要由外部测试设备来完成。
　第2阶段：70年代初期，机内测试的基本功能定位进入到了成型阶段。在参数监测的基础上，增加了自动故障检测和故障隔离功能。此时的BIT主要应用在航空航天和军事领域。如民用航空领域的波音727、波音737经典型、麦道80等飞机均配置了模拟系统的BIT，提供座舱的可见指示（报警灯、标尺红线）以及按键测试和GO/NOGO测试。在军事领域，1974年装备F-15飞机的APG-63多功能雷达，其BIT可进行连续监测、置信水平测试、状态评定和故障隔离测试。
　第3阶段：从70年代中后期到80年代中期，机内测试得到了大范围的推广应用，并向中央测试系统发展，形成了中央测试系统的雏形。如70年代后期研制、80年代初期开始服役的F/A-18飞机，其80%的电子设备和系统都设计有BIT功能，而且有较高的故障检测与隔离能力。在民用航空领域，如波音757、波音767、麦道90、空客320等飞机普遍采用数字化技术，外场可更换单元（LRU）具有前面板提供BIT交互（如按键和简单的显示）能力，并进一步提供多个LRU共用的中央显示面板。
　第4阶段：从80年代后期到90年代中期，利用综合诊断、智能技术对诊断技术进行改良，以提高诊断能力、降低虚警。同时，将中央显示接口升级为中央维护模块，将故障与维修手册进行关联，连同成员系统BITE，形成了成熟的中央测试系统。进行诊断方法和技术改良的主要原因是F-15、F-16、F/A-18等飞机的机内测试普遍存在着故障检测隔离能力低、虚警率高、诊断效率较低等问题。为此，在F/A-18E/F、C-17运输机、B-2隐形轰炸机、V-22直升机、F-22战机等飞机的研制中，大量应用了综合诊断、人工智能技术对BIT进行改良。在民用航空领域，如波音747-400、麦道11等飞机开始采用联邦式航空电子系统，并利用中央维护计算机（CMC）实现对所有成员系统BIT的综合控制。

　第5阶段：从90年代后期到21世纪初期，是机内测试发展的重要阶段。在民用航空领域，中央测试系统在成员系统BIT、中央维护功能的基础上，进一步综合状态监控功能。如波音787飞机在借鉴波音777飞机的CMC以及Honeywell飞机诊断和维修系统的基础上建立了飞机信息与维护系统，该系统可以执行机上的实时数据收集、故障处理和显示，执行根原因分析以消除级联故障，执行飞行面板效应与系统故障的关联，通过网络传送数据到地面维护系统，扩展诊断和预测分析，提供所有成员系统的单点访问等。在军用航空领域，以F-35战斗机为标志，在故障预测与健康管理PHM（Prognostics and Health Management）思想的牵引下，中央测试系统转变为机上的PHM系统。该系统包括BIT、系统/分系统PHM区域管理器、飞机PHM管理器等，提供数据采集、增强诊断、故障预测和维修决策等综合的健康管理能力。
4 测试性技术的新趋势
　目前BIT的发展新趋势主要有：智能BIT、综合诊断和预测与健康管理（PHM）等。BIT智能化主要解决了传统BIT在最优设计、信息获取、分析处理、综合决策等方面的不足，提高了整机故障诊断能力，降低了系统虚警率。目前研究和应用中的智能BIT技术主要包括：灵巧BIT、自适应BIT、基于时间应力测量的增强BIT等；综合诊断是指通过考虑和综合测试性、自动和人工测试、维修辅助手段、技术信息、人员和培训等构成诊断能力的所有要素，使武器装备的诊断效能达到最佳的一种结构化过程，是实现经济有效地检测和无模糊隔离武器系统及设备中所有已知的或可能发生的故障以满足武器系统任务要求的手段[13]；PHM系统是近年来提出的集故障诊断、故障预测和健康管理能力于一体的新型综合系统，它是实现装备自主维修以及维修智能化的重要手段，在保证装备战备完好性、提高维修效率、节约维护费用等方面起着重要的作用[11]。
　目前许多新型装备都开始采用新型测试技术来提高装备的测试性、维修性和可靠性，但在具体应用中还存在许多问题困扰着装备的研制和维护，迫切需要深入研究智能测试理论和方法，解决测试中存在的各种问题[15]。国内外的研究和应用表明，设备的BIT系统在振动、冲击、温湿度、暂态电压以及压力变化等诸多时间应力因素的作用下，容易造成故障的“误报”或“假报”现象。这些“误报”或“假报”通常被定义为BIT系统的虚警。因此，时间应力信息是BIT降虚警的重要信息源，如果将获取的时间应力数据与BIT数据结合起来进行关联分析，并采取必要的方法对BIT虚警进行识别，可以提高BIT故障检测与隔离的准确性，减少虚警[11]。
参考文献
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