裝備固有測試性評價方法研究

摘 "要： 固有測試性設計是裝備測試性設計的重要內容，在對裝備測試性進行驗證和評價時，也需要評價其固有測試性。為了解決固有測試性評價方法適用性不強的問題，提出了一種新的裝備固有測試性評價方法。在分析固有測試性設計要求的基礎上，從檢測隔離性能、功能結構劃分的合理性、可控性和可觀測性四個方面提出了6項評價指標，并利用模糊綜合評價模型作為定量分析工具，最終達到量化評價裝備固有測試性的目的。為進一步進行裝備測試性綜合評價或驗證奠定了基礎。最后通過某型液位傳感系統的固有測試性評價實例，驗證了該方法的可行性。

關鍵詞： 固有測試性; 裝備測試性設計; 評價指標; 模糊綜合評價

中圖分類號： TN911?34 " " " " " " " " " "文獻標識碼： A " " " " " " " " " " " " " "文章編號： 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

測試性是指為產品（系統、子系統、設備或組件）能夠及時、準確地確定其狀態（可工作、不可工作或性能降低），并隔離其內部故障的一種設計特性[1]。它既包括了對測試設備的性能要求，又包含對被測裝設備自身的要求，即裝備的固有測試性。固有測試性是指從硬件設計上考慮便于用內部或外部測試設備檢測和隔離其故障的特性，它僅依賴于硬件設計而不依賴于測試激勵和響應。在國軍標中規定，應該對裝備的固有測試性進行分析，以確定硬件的設計是否有利于測試。固有測試性的驗證區別于傳統測試性的驗證[2?5]。傳統的測試性驗證一般都是裝備與BIT、ATE等結合使用，通過估計BIT或ATE對裝備的故障檢測率、隔離率等來驗證測試性。而固有測試性是在裝備設計完成后就固定了的客觀存在，不受其他設備或者激勵信號或初始條件的影響，其驗證方法也區別于測試性指標中的故障檢測率、故障隔離率等。為了達成驗證目標并發現設計中存在的問題，就要采取一種行之有效的方法對固有測試性性能進行量化打分。本文在分析固有測試性的特點基礎上，發展了當前已有的固有測試性評價方法，建立了更加科學的評價指標體系和評價方法。

1 "當前的固有測試性的評價方法研究

1.1 "準則數分析法

國軍標將裝備固有測試性劃分為16個方面的若干條款[1]。在進行固有測試性的評價時，按照實際的系統先對固有測試性核對表進行裁剪，選出適合于該型裝備的條款，再進行打分和加權，從而得出固有測試性的分值。國軍標概括的情況是全面的和富有指導性的。但是在實際的操作中面臨幾個問題：一是準則數評價的方法太過籠統，即使有權重系數的配合，也很難做到準確;二是涉及的條款太多，需要設計的系數數量很大，這就給評價帶來了很大難度。

1.2 "基于仿真的電子設備固有測試性評價方法

固有測試性可以通過可控性、可觀性指標來度量，所以文獻[4]針對電子設備的固有測試性，制定了可控性和可觀性指標，提出幾個能夠體現固有測試性好壞綜合性指標參數，用來代替固有測試性設計準則所涉及到的大量的準則條目。各指標參數定義如下：

（1） 檢測用測點完備率。用來檢測的測點完備率正比于設計的檢測故障用的測點數與實際所需總測點數的比值。

（2） 隔離用測點完備率。用來隔離的測點完備率正比于設計的隔離故障用的測點數與實際所需總測點數的比值。

（3） 故障模式檢測覆蓋率。故障模式檢測覆蓋率正比于依據設計的測點所能檢測出的故障模式數量與設備所有故障模式數量的比值。

（4） 故障模式隔離覆蓋率。故障模式隔離覆蓋率正比于依據設計的測點所能隔離出的故障模式數量與設備所有故障模式數量的比值。

該方法優點在于對測試性測點的選取的評價可以做到全面準確，但是缺點也非常明顯，即對于固有測試性的其他方面信息不能很好體現。

2 "基于固有測試性應用要求的評判方法

目前測試性研究領域對固有測試性設計的定性要求主要內容有以下方面：一是硬件設計的測試性;二是被測裝置與BIT、ETE或ATE的兼容性設計，保證它們在電氣和結構上的兼容性以減少專用接口裝置，合理設置測試點、引出測試線以保證滿足測試要求且連接迅速方便[6]。

硬件設計的測試性主要包括：

（1） 合理地劃分產品的功能、結構與電路，最好是將每個功能劃分為一個單元，并參考功能劃分情況在結構上劃為各可更換單元，并盡量減少可更換單元之間的連線和信息交換;

（2） 可預置初始狀態（初始化），以便進行故障隔離和重復測試;

（3） 內部狀態的可觀測性設計，即測試點、數據通路（測試線）的可觀測性設計;

（4） 內部狀態的可控制性，設計專用測試輸入信號、數據通路與電路，使BIT、ETE或ATE 能控制內部功能部件和元器件工作;

（5） 模塊或組件接口盡量選用現有連接器材等。

針對以上要求，提出以下四個方面的6項指標：

2.1 "拓展的檢測隔離性能

固有測試性設計中的關鍵是測試點的選擇。測試點按使用場合不同分為外場維修測試點和現場維修測試點。裝備外場運行時，一般依靠自身BIT進行故障的診斷和隔離。但BIT的檢測有其局限，由于設計或者使用方面的原因，BIT常常不能滿足設備的檢測或隔離需要。為了進一步獲取故障信息，還依靠BIT與ATE和一些通用測試設備的聯合使用。如圖1所示。

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圖1 裝備測試性構成

所以裝備測試點的選擇，將在很大程度上決定測試性指標中的故障檢測率和故障隔離率。

衡量測試點設置優劣的指標就是，將所有潛在的測試點納入測試性分析過程后，得到的潛在的故障檢測率[U1]和故障隔離率[U2]。

2.2 "功能、結構劃分的合理性

裝備的功能、結構的合理劃分有利于故障的檢測和隔離[5]。若兩個或多個模塊之間存在多組信號交流，當發生故障時，故障會沿著信號連接急劇擴散，故障隔離的難度就大幅度增加。裝備功能、結構劃分原則有兩條：一是模塊功能劃分要合理，二是模塊之間的信號聯系要少。衡量這兩個方面的指標為[U3，U4]。

對于系統的N個模塊，若其中k個大小合適，定義[U3=kN]，大小合適是指對于模塊總的失效率的和小于要求值。

若N個模塊之間的信號連接通路為m個，定義[U4=N-1m]。

2.3 "可控性

可控性是指將裝備各可更換單元的時鐘、狀態等信號預置為一種可控的初始狀態的能力[7]。

對于固有測試性較好的裝備，可以通過多種方式控制裝備的初始狀態，比如通過連接器的空余插針輸入測試激勵信號，或者通過訪問總線的方式寫入數據等。

若裝備包含N個模塊，對于模塊i有激勵信號有[pi]個，其中[ci]個信號可控，定義系統可控性指標[U5=i=1Ncii=1Npi]。

2.4 "可觀測性

可觀測性是指在一定的條件下觀測到系統輸出的可能性[7]。該指標主要考察測試點、數據通路（測試線）的可觀測性設計與裝備的兼容性設計。

其指標[U6]定義為：對于裝備的N個模塊，對于模塊i有響應信號有[qi]個，其中[di]個信號可觀測，則[U6=i=1Ndii=1Nqi]。

3 "基于模糊綜合評價法的評價模型

評價指標體系中的三個指標相互獨立，雖然都是無量綱量，但其物理意義并不相同，而且其數量級相差也很大，進行一般的加權操作很容易使其中某一指標的大范圍變化過大地影響到評價結果。采用模糊綜合評價模型可以避免類似的情況。

構造模糊綜合評判的三要素[8]：

（1） 因素集[U={U1，U2，U3，U4，U5，U6}];

（2） 判斷集V={優、良、中、差};

（3） 單因素判斷矩陣R，反映單個因素的評判。

設定各因素所占權重為：A={0.25，0.25，0.15，0.15，0.1，0.1}，對固有測試性評價的各指標進行加權操作得到評價結果：[B=A°R]

4 "模型的分析

以某型液位傳感系統為例說明，其構成如圖2所示。

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圖2 液位傳感系統結構圖

該型系統信號處理器上可連接4個傳感器。正常工作時，若傳感器沒有浸沒中水中時會輸出信號“0”;反之，輸出24 V直流信號，也即信號“1”。信號調機器主要由變壓器構成，產生24 V工作電壓和27 V檢測電壓，信號調節器工作正常與否可由電源指示燈顯示。系統進行自檢時，首先由信號調節器產生27 V檢測電壓，經由信號放大器內部的可靠性檢測電路等部件后，電壓信號傳導到傳感器中，最終通過信號通路反饋回到信號調節器中。

由于電路的每個模塊都可以被BIT檢測，BIT的故障檢測率為100%;但自檢時信號調節器只能確定一條通路的好壞，而不能定位故障發生的位置，LRU的故障隔離率為7.7%?？紤]到固有測試性的效用，在進行人工測試時，由于接線盒的使用和插拔式模塊化的設計，既可以利用接線盒方便的檢測傳感器和信號放大器的內部情況，也可以使用正常模塊對系統實施排除法檢測，可將LRU級別的故障隔離率提高到100%。以上分析得[U1=100%]，[U2=100%]。

該系統為串聯系統，其總失效率為各個元器件失效率之和[9]，即[λ=λi]。該系統的四種類型模塊中，傳感器包含壓電生發送器、壓電省接收器兩個模塊;信號調節器包含兩個變壓器和一個輸出電路;信號放大器中元器件最多，結構最復雜，包含穩壓器、觸發器等11個SRU級子模塊。計算其中失效率最大的模塊信號放大器，其失效率為[λ=2.3×10-5]h-1，符合系統要求，[U3=100%]。計算模塊數量和模塊間通路數量之比，[U4=50%]。在影響系統正常工作的前提下基礎上，該系統包含有的各模塊的輸入中有測試信號、電源信號以及控制臺信號可控[U5=53.8%];各模塊的輸出信號中，可以觀測到輸出到執行機構的信號，利用接線盒可以觀測到傳感器的輸出信號，其可控性和可觀測性指標分別為和[U6=100%]。由專家對上述指標分析評判，得到判斷矩陣：

[R=1000100010000.80.2000.70.3001000]

該模塊固有測試性對于判斷集的隸屬度為：

[B=A°R={0.94，0.06，0，0}]

該系統固有測試性評價等級為優。

5 "結 "語

本文通過建立固有測試性的模糊綜合評價模型， 利用拓展的檢測率和隔離率指標評價測試點選擇的優劣，并將可控性和可觀測性指標引入評價模型， 使評估結果更加全面。最后通過實例分析驗證了方法的有效性。該項研究成果不僅可以改善裝備的固有測試性設計，還能為進一步的裝備測試性評估提供依據。

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