本文针对典型的直升机机电综合管理系统，阐述了测试性试验原理，设计了机电系统信号激励设备，构建了一种通用测试性半实物故障注入验证平台，经实际应用，该平台性能良好，可为系统测试性半实物故障注入试验提供试验环境。测试性是产品能及时并准确反映其状态，并隔离其内部故障的一种设计特征。通过测试性试验可以检查直升机机电综合管理系统（IEMS）关键功能/性能故障是否检测并隔离到现场可更换单元（LRU），评估故障检测率和覆盖率，发现IEMS测试性设计缺陷，为IEMS测试性设计改进提供依据。随着IEMS向着多余度、分布式技术快速发展，测试性设计越来越重要，与此对应的测试性试验需求也凸显出来。本文设计了一种IEMS通用测试性试验平台，可为系统测试性半实物故障注入试验提供试验环境。
一、IEMS工作原理
IEMS采用分布式、系统结构层次化设计，典型的IEMS由机电管理计算机（IEMC）及多个远程接口单元（RIU）组成，见图1。系统主要功能为：采集电源、燃油、液压、传动、动力、灭火、防除冰等机电系统状态及故障信息，实现燃油转输等控制功能，及上报机电系统的数据等。IEMC采用多通道设计，实现IEMS的余度功能。IEMC是整个IEMS的核心设备，为实现电源、燃油、液压、传动、动力等机电系统的监控功能提供系统处理平台。RIU负责采集各机电系统状态及故障信息。RIU是IEMS实现分布式的关键，多个RIU分布在直升机的不同部位，使用同一种设备，实现对不同系统的状态和故障信息采集功能，不同的直升机机型使用的RIU数量会有差异。
二、IEMS测试性试验平台设计
1测试性设计。IEMS提供了上电BIT、周期BIT和维护BIT三种自测试方法。根据层次测试性模型的评估方法和故障注入位置的不同，IEMS测试性需求分为LRU级和功能电路级2个层级。注入故障后，IEMC、RIU分别完成自检，以及LRU之间互联互通功能测试，测试结果由IEMC集中管理，故障信息由航电系统显示，IEMC非易失存储器记录，非易失存储器记录的数据可通过连接调试线缆，由调试计算机读取。测试结果若符合IEMS测试用例中的故障“检测方法”和“检测/指示判据”的规定，则视为检测成功；反之，则视为检测失败。匹配测试用例的注入位置以及检测结果，匹配成功则视为成功隔离；反之，则视为不能成功隔离。IEMS故障检测率和隔离率采用单侧置信下限进行评估，某IEMS测试结果如表1所示。单侧置信下限公式：RiniLinLFi−=−−=∑1)1(0（1）其中，RL：单侧置信下限值；F：隔离/检测失败的次数；n：样本量；C：置信水平。
2故障注入方法。故障注入是在保证硬件设备不永久性不受损的前提下，注入到IEMS机载设备中，使其故障，本试验平台采用外总线通用便携式故障注入设备向机载产品中注入故障，故障注入类型有以下3种：探针：通过对地短接、对+28V短接或对功能器件两端短接，使相应功能模块失效，引起机电综合管理系统故障；软件注入：通过软件的烧写的方法，将故障注入到现场可编辑逻辑门阵列（FPGA）中，改变FPGA正常工作逻辑，使得相应的功能失效，引起机电综合管理系统故障；插拔：通过焊下功能模块中的元器件，使相应功能模块失效，引起机电综合管理系统故障。如对特定元器件或电路采取插针或插拔等方法注入故障，会导致元器件或设备损坏，试验无法继续进行，可采取等效注入的方法，在保证同等注入故障效果的前提下、对其他元器件或电路注入故障，使相应功能模块失效，引起机电综合管理系统故障。
3信号激励。IEMS与数十个直升机机电系统交联，信号输入输出众多，总的来说，IEMS输入输出信号可分为以下几类：航电总线信号、机电内总线信号、机电总线信号、模拟量、离散量、频率量。本试验平台采用主控计算机－目标机的结构形式，利用以太网和反射内存实现信号激励设备内部部件交联，实现以上类型信号输入输出，如图2所示。主控计算机提供人机界面，可设置激励属性和监控信号输入输出，仿真目标机用于实现机电各系统的接口和逻辑仿真，信号调理单元用于适配机载产品和板卡接口的信号特性，信号转接单元用于在设备各部分的信号转接和传输，直流电源为机载设备提供28V直流供电。4测试性平台构建如图3所示，IEMS测试性平台由机载设备（包括IEMC、n个RIU）、信号激励设备、调试计算机、故障注入设备、示波器等组成。信号激励设备：输出总线信号、模拟量、离散量等，并采集IEMS发送出来的信号，观察BIT结果；外总线通用便携式故障注入设备：对IEMS故障注入；万用表、示波器：故障注入成功确认；调试计算机：串口打印BIT结果。
三、测试性试验平台应用
1试验用例。依据测试性试验需求和层次测试性模型，结合每种故障的故障率，筛选测试试验用例，并为每一个测试用例初选故障注入方法。以某IEMS为例，该IEMS测试用例共有762条，其中511条LRU级测试用例，251条功能电路级测试用例。
2试验程序。依次选择使用用例，根据试验用例中选择的故障注入方法，执行故障注入，如注入失败则需重新选择合适的故障注入方法；试验结果记录；恢复试验件原始状态，并进行试验后产品检查，若正常运行则此用例测试完毕，依序进行下一用例测试，若不正常则进行故障分析记录后，尝试试验件技术状态恢复，恢复后可继续进行下一用例试验；所有用例测试完毕后，根据试验记录，综合分析IEMS故障检测率和故障隔离率。3试验结果根据单侧置信下限公式，以置信水平C=0.8计算，该IEMS测试性试验结果如表1所示。在所有BIT下，该型IEMS故障隔离率为99.9%，处于较高水平，故障检测率仅为88.2%，可参考故障未检出试验用例，进行测试性设计改进。
四、结束语
IEMS测试性试验平台为系统测试性半实物故障注入试验提供了试验环境，该平台为IEMS通用测试性试验平台，通过适应性更改，适用于不同IEMS型号的测试性试验，可减少试验平台的重复建设和试验前期准备时间，能有效降低时间和试验设备成本。仿真测试设备还提供了人机交互界面，易于设置激励属性和观察试验现象，具有较高的人机交互水平，提升了实验效率和人工成本。
作者:胡尊帆 吴丽媛 李春雷 谢剑斌 王伟 单位:中国直升机设计研究所
