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标题 装备固有测试性评价方法研究
范文 谢步云+贺国


摘 ?要： 固有测试性设计是装备测试性设计的重要内容，在对装备测试性进行验证和评价时，也需要评价其固有测试性。为了解决固有测试性评价方法适用性不强的问题，提出了一种新的装备固有测试性评价方法。在分析固有测试性设计要求的基础上，从检测隔离性能、功能结构划分的合理性、可控性和可观测性四个方面提出了6项评价指标，并利用模糊综合评价模型作为定量分析工具，最终达到量化评价装备固有测试性的目的。为进一步进行装备测试性综合评价或验证奠定了基础。最后通过某型液位传感系统的固有测试性评价实例，验证了该方法的可行性。
关键词： 固有测试性; 装备测试性设计; 评价指标; 模糊综合评价
中图分类号： TN911?34 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章编号： 1004?373X（2015）06?0004?03
Methods to evaluate inherent testability of equipments
XIE Bu?yun1， HE Guo2，3
（1. School of Power Engineering， Naval University of Engineering ， Wuhan 430033， China;
2. Department of Management Science， Naval University of Engineering， Wuhan 430033， China;
3. Teaching and Research Office of Thermal Science and Power Engineering， Naval University of Engineering， Wuhan 430033， China）
Abstract： Design of Inherent testability is an significant part of the equipment testability design. It is necessary to evaluate its inherent testability when the equipment testability is verified and evaluated. In order to solve the poor practicability of existing inherent testability evaluation methods， a new method to evaluate the equipment inherent testability is proposed in this paper. Six evaluation indexes involving in property of detection and isolation， rationality， controllability and observability of dividing functional structures are put forward in this paper on the basis of analysis of the requirements of inherent testability design. In addition， the fuzzy comprehensive evaluation model is adopted as quantitative evaluation method to implement quantitative evaluation of the equipment inherent testability. The method will lay solid foundation for further evaluation of testability. Finally， an example about a certain type of liquid level sensor system proves that the method is effective.
Keywords： inherent testability; equipment testability design; evaluation index; fuzzy comprehensive evaluation
0 ?引 ?言
测试性是指为产品（系统、子系统、设备或组件）能够及时、准确地确定其状态（可工作、不可工作或性能降低），并隔离其内部故障的一种设计特性[1]。它既包括了对测试设备的性能要求，又包含对被测装设备自身的要求，即装备的固有测试性。固有测试性是指从硬件设计上考虑便于用内部或外部测试设备检测和隔离其故障的特性，它仅依赖于硬件设计而不依赖于测试激励和响应。在国军标中规定，应该对装备的固有测试性进行分析，以确定硬件的设计是否有利于测试。固有测试性的验证区别于传统测试性的验证[2?5]。传统的测试性验证一般都是装备与BIT、ATE等结合使用，通过估计BIT或ATE对装备的故障检测率、隔离率等来验证测试性。而固有测试性是在装备设计完成后就固定了的客观存在，不受其他设备或者激励信号或初始条件的影响，其验证方法也区别于测试性指标中的故障检测率、故障隔离率等。为了达成验证目标并发现设计中存在的问题，就要采取一种行之有效的方法对固有测试性性能进行量化打分。本文在分析固有测试性的特点基础上，发展了当前已有的固有测试性评价方法，建立了更加科学的评价指标体系和评价方法。
1 ?当前的固有测试性的评价方法研究
1.1 ?准则数分析法
国军标将装备固有测试性划分为16个方面的若干条款[1]。在进行固有测试性的评价时，按照实际的系统先对固有测试性核对表进行裁剪，选出适合于该型装备的条款，再进行打分和加权，从而得出固有测试性的分值。国军标概括的情况是全面的和富有指导性的。但是在实际的操作中面临几个问题：一是准则数评价的方法太过笼统，即使有权重系数的配合，也很难做到准确;二是涉及的条款太多，需要设计的系数数量很大，这就给评价带来了很大难度。
1.2 ?基于仿真的电子设备固有测试性评价方法
固有测试性可以通过可控性、可观性指标来度量，所以文献[4]针对电子设备的固有测试性，制定了可控性和可观性指标，提出几个能够体现固有测试性好坏综合性指标参数，用来代替固有测试性设计准则所涉及到的大量的准则条目。各指标参数定义如下：
（1） 检测用测点完备率。用来检测的测点完备率正比于设计的检测故障用的测点数与实际所需总测点数的比值。
（2） 隔离用测点完备率。用来隔离的测点完备率正比于设计的隔离故障用的测点数与实际所需总测点数的比值。
（3） 故障模式检测覆盖率。故障模式检测覆盖率正比于依据设计的测点所能检测出的故障模式数量与设备所有故障模式数量的比值。
（4） 故障模式隔离覆盖率。故障模式隔离覆盖率正比于依据设计的测点所能隔离出的故障模式数量与设备所有故障模式数量的比值。
该方法优点在于对测试性测点的选取的评价可以做到全面准确，但是缺点也非常明显，即对于固有测试性的其他方面信息不能很好体现。
2 ?基于固有测试性应用要求的评判方法
目前测试性研究领域对固有测试性设计的定性要求主要内容有以下方面：一是硬件设计的测试性;二是被测装置与BIT、ETE或ATE的兼容性设计，保证它们在电气和结构上的兼容性以减少专用接口装置，合理设置测试点、引出测试线以保证满足测试要求且连接迅速方便[6]。
硬件设计的测试性主要包括：
（1） 合理地划分产品的功能、结构与电路，最好是将每个功能划分为一个单元，并参考功能划分情况在结构上划为各可更换单元，并尽量减少可更换单元之间的连线和信息交换;
（2） 可预置初始状态（初始化），以便进行故障隔离和重复测试;
（3） 内部状态的可观测性设计，即测试点、数据通路（测试线）的可观测性设计;
（4） 内部状态的可控制性，设计专用测试输入信号、数据通路与电路，使BIT、ETE或ATE 能控制内部功能部件和元器件工作;
（5） 模块或组件接口尽量选用现有连接器材等。
针对以上要求，提出以下四个方面的6项指标：
2.1 ?拓展的检测隔离性能
固有测试性设计中的关键是测试点的选择。测试点按使用场合不同分为外场维修测试点和现场维修测试点。装备外场运行时，一般依靠自身BIT进行故障的诊断和隔离。但BIT的检测有其局限，由于设计或者使用方面的原因，BIT常常不能满足设备的检测或隔离需要。为了进一步获取故障信息，还依靠BIT与ATE和一些通用测试设备的联合使用。如图1所示。
<E：＼王芳＼现代电子技术201506＼现代电子技术15年38卷第6期＼Image＼21t1.tif>
图1 装备测试性构成
所以装备测试点的选择，将在很大程度上决定测试性指标中的故障检测率和故障隔离率。
衡量测试点设置优劣的指标就是，将所有潜在的测试点纳入测试性分析过程后，得到的潜在的故障检测率[U1]和故障隔离率[U2]。
2.2 ?功能、结构划分的合理性
装备的功能、结构的合理划分有利于故障的检测和隔离[5]。若两个或多个模块之间存在多组信号交流，当发生故障时，故障会沿着信号连接急剧扩散，故障隔离的难度就大幅度增加。装备功能、结构划分原则有两条：一是模块功能划分要合理，二是模块之间的信号联系要少。衡量这两个方面的指标为[U3，U4]。
对于系统的N个模块，若其中k个大小合适，定义[U3=kN]，大小合适是指对于模块总的失效率的和小于要求值。
若N个模块之间的信号连接通路为m个，定义[U4=N-1m]。
2.3 ?可控性
可控性是指将装备各可更换单元的时钟、状态等信号预置为一种可控的初始状态的能力[7]。
对于固有测试性较好的装备，可以通过多种方式控制装备的初始状态，比如通过连接器的空余插针输入测试激励信号，或者通过访问总线的方式写入数据等。
若装备包含N个模块，对于模块i有激励信号有[pi]个，其中[ci]个信号可控，定义系统可控性指标[U5=i=1Ncii=1Npi]。
2.4 ?可观测性
可观测性是指在一定的条件下观测到系统输出的可能性[7]。该指标主要考察测试点、数据通路（测试线）的可观测性设计与装备的兼容性设计。
其指标[U6]定义为：对于装备的N个模块，对于模块i有响应信号有[qi]个，其中[di]个信号可观测，则[U6=i=1Ndii=1Nqi]。
3 ?基于模糊综合评价法的评价模型
评价指标体系中的三个指标相互独立，虽然都是无量纲量，但其物理意义并不相同，而且其数量级相差也很大，进行一般的加权操作很容易使其中某一指标的大范围变化过大地影响到评价结果。采用模糊综合评价模型可以避免类似的情况。
构造模糊综合评判的三要素[8]：
（1） 因素集[U={U1，U2，U3，U4，U5，U6}];
（2） 判断集V={优、良、中、差};
（3） 单因素判断矩阵R，反映单个因素的评判。
设定各因素所占权重为：A={0.25，0.25，0.15，0.15，0.1，0.1}，对固有测试性评价的各指标进行加权操作得到评价结果：[B=A?R]
4 ?模型的分析
以某型液位传感系统为例说明，其构成如图2所示。
<E：＼王芳＼现代电子技术201506＼现代电子技术15年38卷第6期＼Image＼21t2.tif>
图2 液位传感系统结构图
该型系统信号处理器上可连接4个传感器。正常工作时，若传感器没有浸没中水中时会输出信号“0”;反之，输出24 V直流信号，也即信号“1”。信号调机器主要由变压器构成，产生24 V工作电压和27 V检测电压，信号调节器工作正常与否可由电源指示灯显示。系统进行自检时，首先由信号调节器产生27 V检测电压，经由信号放大器内部的可靠性检测电路等部件后，电压信号传导到传感器中，最终通过信号通路反馈回到信号调节器中。
由于电路的每个模块都可以被BIT检测，BIT的故障检测率为100%;但自检时信号调节器只能确定一条通路的好坏，而不能定位故障发生的位置，LRU的故障隔离率为7.7%。考虑到固有测试性的效用，在进行人工测试时，由于接线盒的使用和插拔式模块化的设计，既可以利用接线盒方便的检测传感器和信号放大器的内部情况，也可以使用正常模块对系统实施排除法检测，可将LRU级别的故障隔离率提高到100%。以上分析得[U1=100%]，[U2=100%]。
该系统为串联系统，其总失效率为各个元器件失效率之和[9]，即[λ=λi]。该系统的四种类型模块中，传感器包含压电生发送器、压电省接收器两个模块;信号调节器包含两个变压器和一个输出电路;信号放大器中元器件最多，结构最复杂，包含稳压器、触发器等11个SRU级子模块。计算其中失效率最大的模块信号放大器，其失效率为[λ=2.3×10-5]h-1，符合系统要求，[U3=100%]。计算模块数量和模块间通路数量之比，[U4=50%]。在影响系统正常工作的前提下基础上，该系统包含有的各模块的输入中有测试信号、电源信号以及控制台信号可控[U5=53.8%];各模块的输出信号中，可以观测到输出到执行机构的信号，利用接线盒可以观测到传感器的输出信号，其可控性和可观测性指标分别为和[U6=100%]。由专家对上述指标分析评判，得到判断矩阵：
[R=1000100010000.80.2000.70.3001000]
该模块固有测试性对于判断集的隶属度为：
[B=A?R={0.94，0.06，0，0}]
该系统固有测试性评价等级为优。
5 ?结 ?语
本文通过建立固有测试性的模糊综合评价模型， 利用拓展的检测率和隔离率指标评价测试点选择的优劣，并将可控性和可观测性指标引入评价模型， 使评估结果更加全面。最后通过实例分析验证了方法的有效性。该项研究成果不仅可以改善装备的固有测试性设计，还能为进一步的装备测试性评估提供依据。
参考文献
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[2] 田仲，石君友.现有测试性验证方法分析与建议[J].标准规范，2006（2）：47?51.
[3] 姜为学，程远增.电子装备固有测试性分析系统设计[J].弹箭与制导学报，2009，29（3）：205?208.
[4] 王立兵，黄雪峰.电子设备固有测试性评价方法研究[J].现代电子技术，2008，31（21）：78?80.
[5] 罗华锋，晏卫东.固有测试性的Luenberger状态观测器设计法研究[J].仪器仪表与检测技术，2010，29（5）：89?91.
[6] 田仲.系统测试性设计分析与验证[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.
[7] CHIOU Chuang?chi， WANG Chun?yao， CHEN Yung?chih. A statistic?based approach to testability analysis [C]// 9th International Symposium on Quality Electronic Design. San Jose， CA： [s.n.]， 2008： 267?270.
[8] 雷昭霞，刘红伟.模糊综合评判法在测试性指标分配中的应用[J].中国高新技术企业，2013（10）：35?36.
[9] 宋保维.系统可靠性设计与分析[M].西安：西北工业大学出版社，2008.
[10] 秦月，郝金玲.航空发动机固有测试性设计分析研究[C]//2013年首届中国航空科学技术大会论文集.北京：中国航空学会，2013：79?81.
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更新时间：2025/3/17 8:36:55