淺析機(jī)電設(shè)備的測(cè)試性驗(yàn)證方法

馬強(qiáng)　鐘利

摘 要：隨著微電子和計(jì)算機(jī)等的快速發(fā)展，機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化、電子化程度不斷提升，但是對(duì)于機(jī)電設(shè)備測(cè)試性驗(yàn)證的研究還處于起步階段，很多關(guān)鍵問題并沒有完全解決。在此背景下，本文通過對(duì)機(jī)電設(shè)備測(cè)試性驗(yàn)證流程及關(guān)鍵技術(shù)的分析，希望能對(duì)今后從事該領(lǐng)域研究的工作人員提供一定的幫助。

關(guān)鍵詞：機(jī)電設(shè)備；測(cè)試性驗(yàn)證；方法改進(jìn)

引言

機(jī)電設(shè)備從廣義上可以理解為機(jī)械裝置和電子設(shè)計(jì)軟件相結(jié)合的系統(tǒng)總稱。機(jī)電設(shè)備的功能強(qiáng)大，同時(shí)適用范圍相對(duì)寬廣，在民用（工業(yè)制造、數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)）和軍用領(lǐng)域（艦艇、坦克等）都有著廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和自動(dòng)控制理論的不斷發(fā)展，機(jī)電設(shè)備的復(fù)雜程度越來越高，這在一方面帶動(dòng)了機(jī)電設(shè)備的發(fā)展和應(yīng)用，但是也帶來故障診斷領(lǐng)域的困難。目前對(duì)于機(jī)電設(shè)備的測(cè)試性工作研究較少，尤其是在機(jī)電設(shè)備測(cè)試性規(guī)范和要求等方面的理論和實(shí)踐成果方面，沒有操作性強(qiáng)的驗(yàn)證方法。

1機(jī)電設(shè)備的測(cè)試性驗(yàn)證流程分析

機(jī)電設(shè)備的測(cè)試性指的是及時(shí)、準(zhǔn)確地測(cè)試機(jī)電設(shè)備的工作狀態(tài)及性能，并將其內(nèi)部故障進(jìn)行隔離的一種獨(dú)特的設(shè)計(jì)方法。最近研究發(fā)展，測(cè)試性工作對(duì)于提升裝備故障檢測(cè)與隔離能力具有重要意義。

機(jī)電設(shè)備的測(cè)試性驗(yàn)證方法大提升可以分為故障注入試驗(yàn)方法和自然故障統(tǒng)計(jì)方法兩大類。自然故障統(tǒng)計(jì)方法是直接統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品在試用過程中自然發(fā)生的故障，及其故障檢測(cè)與隔離信息，評(píng)估產(chǎn)品的測(cè)試性水平是否滿足規(guī)定要求。故障注入試驗(yàn)方法是在研制的機(jī)電設(shè)備試驗(yàn)樣機(jī)中注入一定數(shù)量的故障模式，用測(cè)試性設(shè)計(jì)規(guī)定的或其他輔助的測(cè)試方法進(jìn)行故障檢測(cè)與隔離，按其結(jié)果來估計(jì)產(chǎn)品的測(cè)試性水平并判斷是否達(dá)到了規(guī)定要求，決定接收或拒收，其主要有3個(gè)環(huán)節(jié)：故障樣本分配和選取；注入故障演示試驗(yàn)；接收/拒收判據(jù)。因自然故障統(tǒng)計(jì)方法不能及時(shí)對(duì)裝備進(jìn)行測(cè)試性驗(yàn)證，具有滯后性，所以現(xiàn)階段最主要的方法是采用故障注入試驗(yàn)方法。

該方法的主要步驟如下：

（1）依據(jù)機(jī)電設(shè)備測(cè)試性設(shè)計(jì)要求，分析相關(guān)技術(shù)資料并確定產(chǎn)品的驗(yàn)證要求。研究表明，測(cè)試性驗(yàn)證的主要參數(shù)有以下幾種：故障檢測(cè)率、故障隔離率和虛警率。虛警率在可靠性驗(yàn)證的同時(shí)可以完成，所以另外兩個(gè)參數(shù)的驗(yàn)證是該步驟最主要的驗(yàn)證對(duì)象。相關(guān)概念分析如下：故障檢測(cè)率指的是在規(guī)定條件下使用制定的測(cè)試方案和測(cè)試設(shè)備測(cè)定的出現(xiàn)故障的數(shù)量和總體測(cè)試數(shù)量的比值；故障隔離率指的是采用規(guī)定的方法檢測(cè)，得到的故障正確隔離的數(shù)量和不大于規(guī)定模糊度的故障數(shù)目與正確檢測(cè)故障數(shù)目的比值。

（2）測(cè)試性驗(yàn)證方法的確定，具體選擇何種方法需要結(jié)合可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)、性能測(cè)試和維修性等方面進(jìn)行。測(cè)試性雖然已經(jīng)從維修性中脫離出來，但是其中的部分內(nèi)容仍需要維修性和可靠性試驗(yàn)進(jìn)行。在樣本的選取與分配中，首先要分析危害性和故障模式的影響。這樣能夠充分利用上述三者的測(cè)試數(shù)據(jù)，降低測(cè)試的工作量。常用的測(cè)試性驗(yàn)證方法有超幾何分布法、二項(xiàng)分布法、多項(xiàng)分布法和正態(tài)分布法等。二項(xiàng)分布法的主要特點(diǎn)是驗(yàn)證后無需計(jì)算、獨(dú)立同分布，在成敗型測(cè)試中應(yīng)用效果較好，可以做出無爭(zhēng)議判決等。

（3）驗(yàn)證計(jì)劃的制定。驗(yàn)證計(jì)劃的主要內(nèi)容包含以下幾部分：驗(yàn)證項(xiàng)目、工作小組人員、項(xiàng)目進(jìn)展等。

（4）故障注入實(shí)驗(yàn)。在此過程中需要注意的原則有：故障注入后不能對(duì)機(jī)電設(shè)備造成任何破壞；故障的可注入性和注入的準(zhǔn)確性要盡可能高；注入的過程簡(jiǎn)單可操作；注入故障的類型盡可能多；硬件花費(fèi)可控。

（5）驗(yàn)證結(jié)果及審核。測(cè)試結(jié)果達(dá)到測(cè)試要求則可以生成機(jī)電設(shè)備測(cè)試性驗(yàn)證報(bào)告，如果不滿意則需要進(jìn)行有針對(duì)性的改進(jìn)，如此往復(fù)循環(huán)直至測(cè)試結(jié)果滿意為止。

2測(cè)試性驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù)

在上文測(cè)試性驗(yàn)證技術(shù)準(zhǔn)備工作中，樣本分配和選取，故障注入方法，這兩項(xiàng)技術(shù)是機(jī)電設(shè)備測(cè)試性驗(yàn)證方案的關(guān)鍵技術(shù)。下面對(duì)這兩項(xiàng)技術(shù)分別進(jìn)行介紹。

2.1樣本分配與選取

首先對(duì)故障樣本集進(jìn)行如下定義：從被測(cè)對(duì)象的故障模式集合中，抽取一定數(shù)量的在一定程度上可以代表被測(cè)對(duì)象的故障模式集合。

目前所進(jìn)行的測(cè)試性驗(yàn)證，其樣本的分配和選取方法大都是從可靠性、維修性驗(yàn)證的理論直接引申過來，應(yīng)用在測(cè)試性驗(yàn)證中存在以下缺陷：

首先，樣本分配。可靠性驗(yàn)證中的樣本量分配是基于故障率進(jìn)行的，但在測(cè)試性驗(yàn)證中，更加關(guān)注的是產(chǎn)品的覆蓋率，單純基于故障率的方案可信度和保真度不高。其次是樣本選取問題。最近的標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于樣本選取都是基于故障分配率進(jìn)行的隨機(jī)抽樣，采用這種方法能夠較好的反映樣品的總體特性，依據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)抽樣理論所選擇的樣品具有很好的代表性。

2.2故障注入方法分析

依據(jù)不同的使用依據(jù)，可以將故障注入方法分為以下兩類：軟件模擬方法和物理模擬方法。軟件模擬方法需要建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，可信度不高，實(shí)時(shí)操作性較差。相比之下物理模擬方法優(yōu)勢(shì)較為明顯。其理論依據(jù)是機(jī)電設(shè)備內(nèi)部的故障能夠用器件管腳的故障類型表示。對(duì)于串聯(lián)型組合方式的機(jī)電設(shè)備，在不能進(jìn)行直接故障的情況下，可以采用后驅(qū)動(dòng)技術(shù)注入物理模擬故障，該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行故障注入的過程就是將模擬故障從器件的管腳中注入，通過輸入或者拉出瞬態(tài)大電流，使得被測(cè)器件輸入級(jí)的電位按照要求變化，以此來達(dá)到激勵(lì)被測(cè)器件的目的。

3機(jī)電設(shè)備測(cè)試性驗(yàn)證方法改進(jìn)分析

研究發(fā)現(xiàn)，影響機(jī)電設(shè)備測(cè)試性驗(yàn)證的因素較多，其中最主要的是樣本選取問題和故障注入方法的選擇。要提升機(jī)電設(shè)備測(cè)試性驗(yàn)證方法，就需要在測(cè)試之前做好各種準(zhǔn)備工作，硬件和網(wǎng)速是最基礎(chǔ)的問題，也是經(jīng)常出現(xiàn)問題的地方。在測(cè)試之前需要對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行確認(rèn)：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的可靠程度、硬件設(shè)備的準(zhǔn)備情況、軟件測(cè)試環(huán)境和網(wǎng)路通暢條件等。

在此之外，科學(xué)的選擇驗(yàn)證方法也是影響較明顯的方面，在模擬過程中，最終的目標(biāo)是盡可能貼近機(jī)電設(shè)備實(shí)際工作環(huán)境，同時(shí)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。在安全可靠的環(huán)境下開展驗(yàn)證工作，落實(shí)設(shè)備運(yùn)行和方案設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容是否相符。具體來看有以下幾點(diǎn)：①測(cè)試環(huán)境需要在操作之前進(jìn)行確認(rèn)；②測(cè)試方案的選擇要在測(cè)試系統(tǒng)能力的基礎(chǔ)上進(jìn)行；③對(duì)于測(cè)試系統(tǒng)要求全面準(zhǔn)確的了解，對(duì)于測(cè)試性能的側(cè)重點(diǎn)有明確定位。

4結(jié)語

機(jī)電設(shè)備在現(xiàn)代工業(yè)及民用生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛，但是機(jī)電設(shè)備測(cè)試性驗(yàn)證方法的研究相對(duì)較少。本文針對(duì)機(jī)電設(shè)備測(cè)試性驗(yàn)證方法，在深入分析機(jī)電設(shè)備測(cè)試性驗(yàn)證工作流程的基礎(chǔ)上，針對(duì)于該過程中關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，最終提出了機(jī)電設(shè)備測(cè)試性驗(yàn)證方法改進(jìn)建議，具有一定指導(dǎo)實(shí)踐的意義。

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