電子裝備測試性試驗與可靠性試驗之間的關系分析

夏 欣，胡 泊

（1.空軍駐無錫地區軍事代表室，無錫 214063； 2.工業和信息化部電子第五研究所，廣州 510610）

電子裝備測試性試驗與可靠性試驗之間的關系分析

夏 欣1，胡 泊2

（1.空軍駐無錫地區軍事代表室，無錫 214063； 2.工業和信息化部電子第五研究所，廣州 510610）

為滿足電子裝備合理開展測試性試驗與可靠性試驗的迫切需求，通過分析現有試驗的方法和實施流程，提出了電子裝備測試性試驗與可靠性試驗存在的問題，并針對這些問題提出了一些想法和建議，對不斷改進和完善試驗過程具有重要指導意義。

電子裝備；測試性；可靠性；試驗

引言

可靠性作為裝備的一個重要質量特性，直接影響到戰爭的勝敗，因此從上世紀中葉開始，就一直受到軍方的重視。可靠性是指產品在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的能力[1]。眾所周知，產品的可靠性是設計出來、生產出來、管理出來的[2]，但在投入部隊使用之前，可靠性更是要“試驗出來”的。20世紀50年代，隨著國際社會對裝備可靠性關注度的提高和研究工作的興起，1955年我國成立了第一個可靠性專業機構——中國電子產品可靠性與環境試驗研究所，專門開展裝備的可靠性與環境試驗，經過60多年的不斷努力，現已形成了一套可靠性管理、技術、試驗體系，在軍工裝備行業領域得到了廣泛應用，為我國一代又一代武器裝備的研制與生產提供了有力保障[3]。

一個系統、設備或產品的可靠性再高也不可能永遠正常工作，使用者和維護者要掌握其健康狀況，要確知有無故障或何處發生了故障，這就要對其進行監控和測試，這就涉及到了測試性[4]。測試性是產品能及時準確的確定其狀態（可工作、不可工作或性能下降程度），并隔離其內部故障的一種涉及特性[5]。與可靠性相同，測試性也是裝備的一個重要質量特性，且在武器裝備建設與國防科技發展中，無論在技術上還是在管理上，都對裝備的測試性提出了越來越高的要求。為有效提高裝備的測試性水平，近些年來我國在軍用裝備領域也逐漸開展了測試性試驗。

試驗是考核和驗證裝備特性的一種必要手段，但受目前試驗技術發展和試驗設備能力的限制，在某些試驗過程中仍存在著一些不完善的地方，因此合理開展測試性試驗和可靠性試驗早已成為研制單位、總體單位和用戶單位共同的迫切需求。

1 試驗概況

1.1 測試性試驗概況

測試性試驗在不同的階段開展有不同的方法，如在研制初期可以采用測試性仿真試驗的方法，在鑒定階段可采用基于故障注入的測試性驗證試驗方法，在使用階段可采用外場評估的方式來進行測試性評價。不失一般性，這里以驗證試驗為例來介紹目前測試性試驗的實施流程。

測試性驗證試驗的主要目的是在設計定型階段確定裝備是否可達到規定的測試性要求。它要考核的內容包括技術協議或規范中規定的測試性定量要求與定性要求。對于裝備的測試性定量指標一般包括故障檢測率（FDR）、故障隔離率（FIR）、虛警率（FAR），但受目前技術的限制，測試性驗證試驗僅能考核產品的故障檢測和隔離能力。

測試性驗證試驗的一般流程如圖1所示，主要步驟如下：

1）審查產品的故障模式影響及危害性分析（FMECA）報告，確認故障模式分析的全面性和合理性、檢測方法的正確性以及故障數據的準確性；

2）依據產品的故障模式分析情況，制定產品的測試性驗證試驗方案，制定方案主要參考GJB 2072中附錄C“測試性試驗的一般方法”規定的方法[6]，其中樣本量的分配主要采用標準中提出的按比例隨機抽樣分配方法和按比例簡單隨機抽樣方法；

3）制定裝備測試性驗證大綱并進行評審，大綱的主要內容包括方案的制定過程、試驗樣本的選取及對應的故障注入方法、試驗的判據和數據處理方法等；

4）依據大綱制定測試性試驗程序，建立驗證試驗組織，完成受試產品及測試設備等有關試驗準備工作；試驗程序主要規定故障樣本的詳細操作流程，降低在實施過程中的操作風險；

5）依據大綱和程序的規定對確定的故障樣本逐一實施故障注入操作和記錄，并對記錄的數據進行分析與確認，同時記錄發生的自然故障和虛警情況；

6）統計成功檢測與隔離的故障樣本數量，評估FDR和FIR，根據試驗方案進行判決；試驗結果的評估通常包括點估計和區間估計兩種，并以區間估計為最終結果判決是否通過考核；

7）編寫產品的測試性驗證試驗報告，內容主要包括試驗的概況、試驗過程的描述、試驗中出現的主要問題及處理情況、參數評估結果及試驗結論、存在問題與建議等；

8）進行測試性驗證試驗評審，確認產品測試性驗證試驗過程的合理性和結果的有效性。

1.2 可靠性試驗概況

可靠性試驗是通過施加典型環境應力和工作載荷的方式，用于剔除產品早期缺陷、增長或測試產品可靠性水平、檢驗產品可靠性指標、評估產品壽命指標的一種有效手段。可根據需要達到的目的，在產品的設計、研制、生產和使用階段，開展不同類型的可靠性試驗[3]。本文仍以具有典型性的鑒定試驗為例介紹一下目前裝備可靠性試驗的實施流程。

可靠性鑒定試驗是為了驗證裝備是否達到了規定的可靠性要求。一般情況下，有可靠性指標要求的新研或改進裝備，特別是任務關鍵或新技術含量較高的裝備，應進行可靠性鑒定試驗。

可靠性鑒定試驗的一般流程如圖2所示，主要步驟如下：

1）收集被試產品信息，主要包括產品的功能描述、結構組成、尺寸重量、可靠性指標要求、功能性能指標要求、測試方法等信息；

圖1 測試性試驗一般流程

2）設計試驗方案，可靠性鑒定試驗屬于統計試驗，統計方案一般包括定時截尾、定數截尾、序貫截尾等多種類型[7]，受試驗時間、試驗費用、研制進度等方面的約束，大部分可靠性鑒定試驗方案的制定一般參考GJB 899A；

3）制定可靠性鑒定試驗剖面，試驗剖面是直接供試驗用的環境條件與時間的關系圖，一般由溫度、濕度、振動三種應力綜合而成，可根據GJB 899A提供的方法來制定；

4）編制可靠性鑒定試驗大綱并進行評審，除試驗方案和試驗剖面外，大綱還應包括產品的基本信息、功能性能測試項目及要求、故障處理及統計原則、可靠性指標評估方法等內容；

5）依據大綱制定試驗程序，試驗程序是對大綱的細化，包括了試驗前、試驗中、試驗后的工作組各方具體工作內容，以及試驗過程中的所有測試與記錄表格；

6）依據試驗大綱和程序的規定實施可靠性鑒定試驗，并按要求進行功能性能的檢測記錄、發生故障的記錄和處理等；

7）完成可靠性鑒定試驗，編寫產品的可靠性鑒定試驗報告，內容主要包括試驗的概況、試驗過程的描述、試驗中出現的主要問題及處理情況、可靠性指標評估結果及試驗結論等；

8）進行可靠性鑒定試驗評審，確認產品可靠性鑒定試驗過程的合理性、故障歸零措施的有效性以及評估結果的正確性。

2 測試性試驗與可靠性試驗存在的問題

從目前測試性試驗和可靠性試驗的實施流程來看，兩者并無直接關系，但按照系統工程的思路，在條件允許的情況下應盡量開展綜合試驗，以減少試驗周期、降低試驗費用、提供試驗效果。而受目前受技術條件的限制還未達到開展綜合試驗的能力，即使如此也應在各類型試驗開展的同時盡量全面考核產品的能力，下面就從相互的角度來討論測試性試驗與可靠性試驗存在的問題。

2.1 從可靠性的角度分析測試性試驗

1）測試性試驗方案與評估方法存在缺陷。

裝備的測試性是設計出來的，如果設計師在研發時未考慮測試性，則該產品BIT的故障檢測率應為0，這與可靠性不同，即使一個產品在研制時未考慮可靠性設計，該產品仍然會具有一定的可靠性水平。目前測試性試驗方案的基礎是FMECA，即相信FMECA報告中的故障模式是完整的，故障影響分析是準確的，故障率數據是正確的，同時結合測試性的特點，試驗方案應針對相應層次的全部故障模式逐一進行故障注入，然后利用故障率加權進行測試性指標的計算，而不應參考GJB 2072采用隨機抽樣或按比例隨機抽樣的方式，隨機抽樣將導致每次試驗結果均不相同，也將導致承制方與使用方在制定方案時存在意見分歧的問題；且在BIT電路工作正常的條件下，某一個故障模式的發生是否可被檢測也是一個設計的結果，即為一個定值而非一個概率，且故障樣本是全數樣本，并非抽取的一部分樣本，因此在進行測試性指標評估時應直接采用點估計，而不應該是置信下限的區間估計。

2）測試性試驗條件未考慮實際使用條件。

圖2 可靠性試驗一般流程

現階段測試性試驗的實施一般在實驗室常溫環境下進行，該環境與一般裝備的使用環境有較大區別，該差異最主要的影響是BIT電路在實際使用環境中能否正常工作無法驗證。BIT電路與其他實現功能的數字電路、模擬電路相同，不可能在任何條件下都能正常有效工作，有可能在一些低溫、振動等環境下無法正常指示故障，而在目前的測試性試驗試驗中并沒有考核。因此，測試性試驗應盡量在模擬實際使用的環境條件下開展，最理想的情況是結合可靠性試驗一起開展測試性指標的驗證，但受目前試驗技術水平的限制，該工作可能需要逐步推進。

3）測試性設計改進方案未充分考慮對可靠性的影響。

由于國內測試性試驗技術發展較晚，裝備的故障檢測與隔離能力一直未能在實驗室進行有效考核與驗證，導致外場使用時暴露了大量的問題。目前研制的大部分裝備基本是在原有型號上進行的功能補充與性能改進，在測試性設計上基本維持了原有狀態，因此其測試性水平相對較低，基本無法滿足指標要求，設計改進就變成了必須開展的工作之一。針對測試性開展的設計改進不可避免的會進行硬件的調整和軟件的優化，硬件檢測電路的增加有可能導致裝備基本可靠性的降低，軟件的調整也可能導致引入新的缺陷，然而目前這些調整與改進方案并未充分考慮對裝備可靠性的影響。

4）測試性試驗過程管理不完善，軍事代表機構的監督職責尚不明確。

測試性試驗相對可靠性試驗而言，實施過程更復雜，專業要求也更深更廣，因此不能直接套用可靠性工作的管理模式。在目前試驗工作組管理體系中，尚未明確、未強調軍事代表機構的過程監督作用，也未形成有效的監督管理體制，導致在前期的FMECA分析與評審過程中，在試驗大綱的編制與審查過程中，在故障注入的實施過程中，軍事代表的參與程度不夠深入，無法有效履行其監督職責。

2.2 從測試性的角度分析可靠性試驗

1）在試驗大綱的制定上未對產品的機內測試（BIT）能力做全面的考核。

可靠性試驗考核的重點即為產品長時間正常工作的能力，因此試驗大綱的重點也是產品的功能性能檢測項目是否齊全。BIT作為測試性設計中的一項重要能力，也是產品功能的一部分，而在可靠性試驗大綱以及可靠性試驗過程中并未對BIT功能給予足夠的重視，甚至不將其作為一項功能來測試。這樣在可靠性試驗過程中就無法對BIT是否可以正常工作來進行全面考核，尤其是類似啟動BIT或維護BIT這種需要人為參與的BIT工作模式。

2）在責任故障歸零過程中未考慮測試性的影響。

目前可靠性試驗中出現的故障基本按照GJB 841-1990《故障報告、分析和糾正措施系統》的要求進行故障歸零，并在技術歸零上遵循“定位準確、機理清楚、問題復現、措施有效、舉一反三”的原則，雖然該過程在工程實際中有較好的應用，但卻始終未考慮對測試性的影響。在記錄故障報告時，按照要求操作人員并未關注故障的發生是由檢測設備指示的故障，還是人為發現或BIT報出的，若非BIT報出的故障，應在歸零時同步考慮測試性的需求；在采取糾正措施時也僅從可靠性角度考慮提高產品的基本可靠性，但并未考慮對測試性的影響，也未考慮采取該糾正措施后該故障是否BIT可以檢測。

3）可靠性試驗過程中未統計故障檢測隔離的數據以及虛警的數據。可靠性試驗過程中發生的故障為自然故障，于測試性試驗而言具有較強的代表性，因此其故障檢測、隔離、虛警的情況應詳細記錄，作為開展測試性試驗的輸入信息。可靠性試驗過程中的故障不僅指可靠性鑒定試驗中發生的，還包括可靠性摸底試驗、可靠性增長試驗、可靠性強化試驗、環境應力篩選等試驗過程中發生的故障。

3 開展測試性試驗與可靠性試驗的幾點建議

針對上述測試性試驗與可靠性試驗中存在的問題，本文給出幾點建議：

1）裝備的可靠性、測試性等通用質量特性之間是相互聯系相互影響的，因此應盡可能開展綜合試驗，這樣既可以節省試驗時間和試驗費用，又可以對裝備的能力進行更全面、更準確的考核。若受技術限制只能開展單項試驗時，也應考慮對其他特性的影響，尤其是針對試驗過程中發現的問題進行設計改進時，一定要綜合考慮并進行權衡。

2）在試驗條件允許的情況下，測試性試驗的實施應盡可能模擬實際使用環境來考核裝備的故障檢測與隔離能力，才能保證結果的客觀性和準確性，維修性、保障性等其他類型試驗也與此類似；針對測試性試驗方案和指標評估中存在的部分問題，建議組織業內專家進行專項討論，完善后形成規范、指南或標準在型號工程上進行推廣應用。

3）在裝備可靠性試驗大綱的制定上，應充分考慮對受試產品BIT功能的檢測，完善試驗過程中的測試項目；同時建議在大綱中明確對裝備故障信息、檢測隔離信息、虛警信息的記錄，收集后用于測試性試驗。

4）應逐步完善測試性試驗過程的管理機制，強化和細化軍事代表機構的監督職責，確保試驗過程可控、試驗結果可信；同時鑒于目前國內測試性試驗尚屬未成熟，以及測試性涉及的專業廣而深的特點，應針對軍事代表機構和整個試驗工作組建立完善的培訓機制。

4 結束語

電子裝備的通用質量特性是保證部隊能打勝仗的根本，可靠性與測試性更是其中的重中之重，本文通過梳理現階段電子裝備可靠性試驗與測試性試驗的現狀和實施流程，分別從相互的角度研究分析了目前試驗方法及試驗過程中存在的問題，并針對這些問題提出了幾點想法和建議，為進一步完善測試性試驗和可靠性試驗提供了改進方向。

[1] GJB 451A-2005, 可靠性維修性保障性術語[S].

[2] 曾聲奎.可靠性設計與分析[M].北京:國防工業出版社, 2013.

[3] 胡湘洪, 高軍, 李勁.可靠性試驗[M].北京:電子工業出版社, 2015.

[4] 石君友.測試性設計分析與驗證[M].北京:國防工業出版社, 2011.

[5] GJB 2547A-2012, 裝備測試性工作通用要求[S].

[6] GJB 2072-1994 ,維修性試驗與評定[S].

[7] GJB 899A-2009, 可靠性鑒定和驗收試驗[S].

Analysis of the Relationship Between Testability Test and Reliability Test of Electronic Equipment

XIA Xin1, HU Bo2
(1.Air Force’s Military Representative Office in Wuxi, Wuxi 214063; 2.The 5th Electronics Research Institute of the Ministry of Industry and Information Technology, Guangzhou 510610)

To meet the pressing needs of carrying out electronic equipment testability and reliability test, this paper gives the existing problems when implementing these tests, through analyzing the test methods and procedures.Aiming at these problems, this paper also proposes several ideas and advices, which have important guiding meaning to improve and perfect the test procedures.

electronic equipment; testability; reliability; test

TP206+.1

A

1004-7204（2016）05-0066-05

夏欣（1983-），男，江蘇揚州，軍事代表，主要從事電子裝備可靠性與測試性試驗與評價技術研究工作。