裝備固有測(cè)試性評(píng)價(jià)方法研究

摘 "要： 固有測(cè)試性設(shè)計(jì)是裝備測(cè)試性設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，在對(duì)裝備測(cè)試性進(jìn)行驗(yàn)證和評(píng)價(jià)時(shí)，也需要評(píng)價(jià)其固有測(cè)試性。為了解決固有測(cè)試性評(píng)價(jià)方法適用性不強(qiáng)的問(wèn)題，提出了一種新的裝備固有測(cè)試性評(píng)價(jià)方法。在分析固有測(cè)試性設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，從檢測(cè)隔離性能、功能結(jié)構(gòu)劃分的合理性、可控性和可觀測(cè)性四個(gè)方面提出了6項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，并利用模糊綜合評(píng)價(jià)模型作為定量分析工具，最終達(dá)到量化評(píng)價(jià)裝備固有測(cè)試性的目的。為進(jìn)一步進(jìn)行裝備測(cè)試性綜合評(píng)價(jià)或驗(yàn)證奠定了基礎(chǔ)。最后通過(guò)某型液位傳感系統(tǒng)的固有測(cè)試性評(píng)價(jià)實(shí)例，驗(yàn)證了該方法的可行性。

關(guān)鍵詞： 固有測(cè)試性; 裝備測(cè)試性設(shè)計(jì); 評(píng)價(jià)指標(biāo); 模糊綜合評(píng)價(jià)

中圖分類(lèi)號(hào)： TN911?34 " " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A " " " " " " " " " " " " " "文章編號(hào)： 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(cè)試性是指為產(chǎn)品（系統(tǒng)、子系統(tǒng)、設(shè)備或組件）能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地確定其狀態(tài)（可工作、不可工作或性能降低），并隔離其內(nèi)部故障的一種設(shè)計(jì)特性[1]。它既包括了對(duì)測(cè)試設(shè)備的性能要求，又包含對(duì)被測(cè)裝設(shè)備自身的要求，即裝備的固有測(cè)試性。固有測(cè)試性是指從硬件設(shè)計(jì)上考慮便于用內(nèi)部或外部測(cè)試設(shè)備檢測(cè)和隔離其故障的特性，它僅依賴(lài)于硬件設(shè)計(jì)而不依賴(lài)于測(cè)試激勵(lì)和響應(yīng)。在國(guó)軍標(biāo)中規(guī)定，應(yīng)該對(duì)裝備的固有測(cè)試性進(jìn)行分析，以確定硬件的設(shè)計(jì)是否有利于測(cè)試。固有測(cè)試性的驗(yàn)證區(qū)別于傳統(tǒng)測(cè)試性的驗(yàn)證[2?5]。傳統(tǒng)的測(cè)試性驗(yàn)證一般都是裝備與BIT、ATE等結(jié)合使用，通過(guò)估計(jì)BIT或ATE對(duì)裝備的故障檢測(cè)率、隔離率等來(lái)驗(yàn)證測(cè)試性。而固有測(cè)試性是在裝備設(shè)計(jì)完成后就固定了的客觀存在，不受其他設(shè)備或者激勵(lì)信號(hào)或初始條件的影響，其驗(yàn)證方法也區(qū)別于測(cè)試性指標(biāo)中的故障檢測(cè)率、故障隔離率等。為了達(dá)成驗(yàn)證目標(biāo)并發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，就要采取一種行之有效的方法對(duì)固有測(cè)試性性能進(jìn)行量化打分。本文在分析固有測(cè)試性的特點(diǎn)基礎(chǔ)上，發(fā)展了當(dāng)前已有的固有測(cè)試性評(píng)價(jià)方法，建立了更加科學(xué)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法。

1 "當(dāng)前的固有測(cè)試性的評(píng)價(jià)方法研究

1.1 "準(zhǔn)則數(shù)分析法

國(guó)軍標(biāo)將裝備固有測(cè)試性劃分為16個(gè)方面的若干條款[1]。在進(jìn)行固有測(cè)試性的評(píng)價(jià)時(shí)，按照實(shí)際的系統(tǒng)先對(duì)固有測(cè)試性核對(duì)表進(jìn)行裁剪，選出適合于該型裝備的條款，再進(jìn)行打分和加權(quán)，從而得出固有測(cè)試性的分值。國(guó)軍標(biāo)概括的情況是全面的和富有指導(dǎo)性的。但是在實(shí)際的操作中面臨幾個(gè)問(wèn)題：一是準(zhǔn)則數(shù)評(píng)價(jià)的方法太過(guò)籠統(tǒng)，即使有權(quán)重系數(shù)的配合，也很難做到準(zhǔn)確;二是涉及的條款太多，需要設(shè)計(jì)的系數(shù)數(shù)量很大，這就給評(píng)價(jià)帶來(lái)了很大難度。

1.2 "基于仿真的電子設(shè)備固有測(cè)試性評(píng)價(jià)方法

固有測(cè)試性可以通過(guò)可控性、可觀性指標(biāo)來(lái)度量，所以文獻(xiàn)[4]針對(duì)電子設(shè)備的固有測(cè)試性，制定了可控性和可觀性指標(biāo)，提出幾個(gè)能夠體現(xiàn)固有測(cè)試性好壞綜合性指標(biāo)參數(shù)，用來(lái)代替固有測(cè)試性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則所涉及到的大量的準(zhǔn)則條目。各指標(biāo)參數(shù)定義如下：

（1） 檢測(cè)用測(cè)點(diǎn)完備率。用來(lái)檢測(cè)的測(cè)點(diǎn)完備率正比于設(shè)計(jì)的檢測(cè)故障用的測(cè)點(diǎn)數(shù)與實(shí)際所需總測(cè)點(diǎn)數(shù)的比值。

（2） 隔離用測(cè)點(diǎn)完備率。用來(lái)隔離的測(cè)點(diǎn)完備率正比于設(shè)計(jì)的隔離故障用的測(cè)點(diǎn)數(shù)與實(shí)際所需總測(cè)點(diǎn)數(shù)的比值。

（3） 故障模式檢測(cè)覆蓋率。故障模式檢測(cè)覆蓋率正比于依據(jù)設(shè)計(jì)的測(cè)點(diǎn)所能檢測(cè)出的故障模式數(shù)量與設(shè)備所有故障模式數(shù)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(jù)設(shè)計(jì)的測(cè)點(diǎn)所能隔離出的故障模式數(shù)量與設(shè)備所有故障模式數(shù)量的比值。

該方法優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)測(cè)試性測(cè)點(diǎn)的選取的評(píng)價(jià)可以做到全面準(zhǔn)確，但是缺點(diǎn)也非常明顯，即對(duì)于固有測(cè)試性的其他方面信息不能很好體現(xiàn)。

2 "基于固有測(cè)試性應(yīng)用要求的評(píng)判方法

目前測(cè)試性研究領(lǐng)域?qū)逃袦y(cè)試性設(shè)計(jì)的定性要求主要內(nèi)容有以下方面：一是硬件設(shè)計(jì)的測(cè)試性;二是被測(cè)裝置與BIT、ETE或ATE的兼容性設(shè)計(jì)，保證它們?cè)陔姎夂徒Y(jié)構(gòu)上的兼容性以減少專(zhuān)用接口裝置，合理設(shè)置測(cè)試點(diǎn)、引出測(cè)試線以保證滿(mǎn)足測(cè)試要求且連接迅速方便[6]。

硬件設(shè)計(jì)的測(cè)試性主要包括：

（1） 合理地劃分產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)與電路，最好是將每個(gè)功能劃分為一個(gè)單元，并參考功能劃分情況在結(jié)構(gòu)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(yù)置初始狀態(tài)（初始化），以便進(jìn)行故障隔離和重復(fù)測(cè)試;

（3） 內(nèi)部狀態(tài)的可觀測(cè)性設(shè)計(jì)，即測(cè)試點(diǎn)、數(shù)據(jù)通路（測(cè)試線）的可觀測(cè)性設(shè)計(jì);

（4） 內(nèi)部狀態(tài)的可控制性，設(shè)計(jì)專(zhuān)用測(cè)試輸入信號(hào)、數(shù)據(jù)通路與電路，使BIT、ETE或ATE 能控制內(nèi)部功能部件和元器件工作;

（5） 模塊或組件接口盡量選用現(xiàn)有連接器材等。

針對(duì)以上要求，提出以下四個(gè)方面的6項(xiàng)指標(biāo)：

2.1 "拓展的檢測(cè)隔離性能

固有測(cè)試性設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵是測(cè)試點(diǎn)的選擇。測(cè)試點(diǎn)按使用場(chǎng)合不同分為外場(chǎng)維修測(cè)試點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)維修測(cè)試點(diǎn)。裝備外場(chǎng)運(yùn)行時(shí)，一般依靠自身BIT進(jìn)行故障的診斷和隔離。但BIT的檢測(cè)有其局限，由于設(shè)計(jì)或者使用方面的原因，BIT常常不能滿(mǎn)足設(shè)備的檢測(cè)或隔離需要。為了進(jìn)一步獲取故障信息，還依靠BIT與ATE和一些通用測(cè)試設(shè)備的聯(lián)合使用。如圖1所示。

lt;E：＼王芳＼現(xiàn)代電子技術(shù)201506＼現(xiàn)代電子技術(shù)15年38卷第6期＼Image＼21t1.tifgt;

圖1 裝備測(cè)試性構(gòu)成

所以裝備測(cè)試點(diǎn)的選擇，將在很大程度上決定測(cè)試性指標(biāo)中的故障檢測(cè)率和故障隔離率。

衡量測(cè)試點(diǎn)設(shè)置優(yōu)劣的指標(biāo)就是，將所有潛在的測(cè)試點(diǎn)納入測(cè)試性分析過(guò)程后，得到的潛在的故障檢測(cè)率[U1]和故障隔離率[U2]。

2.2 "功能、結(jié)構(gòu)劃分的合理性

裝備的功能、結(jié)構(gòu)的合理劃分有利于故障的檢測(cè)和隔離[5]。若兩個(gè)或多個(gè)模塊之間存在多組信號(hào)交流，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，故障會(huì)沿著信號(hào)連接急劇擴(kuò)散，故障隔離的難度就大幅度增加。裝備功能、結(jié)構(gòu)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(hào)聯(lián)系要少。衡量這兩個(gè)方面的指標(biāo)為[U3，U4]。

對(duì)于系統(tǒng)的N個(gè)模塊，若其中k個(gè)大小合適，定義[U3=kN]，大小合適是指對(duì)于模塊總的失效率的和小于要求值。

若N個(gè)模塊之間的信號(hào)連接通路為m個(gè)，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(shí)鐘、狀態(tài)等信號(hào)預(yù)置為一種可控的初始狀態(tài)的能力[7]。

對(duì)于固有測(cè)試性較好的裝備，可以通過(guò)多種方式控制裝備的初始狀態(tài)，比如通過(guò)連接器的空余插針輸入測(cè)試激勵(lì)信號(hào)，或者通過(guò)訪問(wèn)總線的方式寫(xiě)入數(shù)據(jù)等。

若裝備包含N個(gè)模塊，對(duì)于模塊i有激勵(lì)信號(hào)有[pi]個(gè)，其中[ci]個(gè)信號(hào)可控，定義系統(tǒng)可控性指標(biāo)[U5=i=1Ncii=1Npi]。

2.4 "可觀測(cè)性

可觀測(cè)性是指在一定的條件下觀測(cè)到系統(tǒng)輸出的可能性[7]。該指標(biāo)主要考察測(cè)試點(diǎn)、數(shù)據(jù)通路（測(cè)試線）的可觀測(cè)性設(shè)計(jì)與裝備的兼容性設(shè)計(jì)。

其指標(biāo)[U6]定義為：對(duì)于裝備的N個(gè)模塊，對(duì)于模塊i有響應(yīng)信號(hào)有[qi]個(gè)，其中[di]個(gè)信號(hào)可觀測(cè)，則[U6=i=1Ndii=1Nqi]。

3 "基于模糊綜合評(píng)價(jià)法的評(píng)價(jià)模型

評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的三個(gè)指標(biāo)相互獨(dú)立，雖然都是無(wú)量綱量，但其物理意義并不相同，而且其數(shù)量級(jí)相差也很大，進(jìn)行一般的加權(quán)操作很容易使其中某一指標(biāo)的大范圍變化過(guò)大地影響到評(píng)價(jià)結(jié)果。采用模糊綜合評(píng)價(jià)模型可以避免類(lèi)似的情況。

構(gòu)造模糊綜合評(píng)判的三要素[8]：

（1） 因素集[U={U1，U2，U3，U4，U5，U6}];

（2） 判斷集V={優(yōu)、良、中、差};

（3） 單因素判斷矩陣R，反映單個(gè)因素的評(píng)判。

設(shè)定各因素所占權(quán)重為：A={0.25，0.25，0.15，0.15，0.1，0.1}，對(duì)固有測(cè)試性評(píng)價(jià)的各指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)操作得到評(píng)價(jià)結(jié)果：[B=A°R]

4 "模型的分析

以某型液位傳感系統(tǒng)為例說(shuō)明，其構(gòu)成如圖2所示。

lt;E：＼王芳＼現(xiàn)代電子技術(shù)201506＼現(xiàn)代電子技術(shù)15年38卷第6期＼Image＼21t2.tifgt;

圖2 液位傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該型系統(tǒng)信號(hào)處理器上可連接4個(gè)傳感器。正常工作時(shí)，若傳感器沒(méi)有浸沒(méi)中水中時(shí)會(huì)輸出信號(hào)“0”;反之，輸出24 V直流信號(hào)，也即信號(hào)“1”。信號(hào)調(diào)機(jī)器主要由變壓器構(gòu)成，產(chǎn)生24 V工作電壓和27 V檢測(cè)電壓，信號(hào)調(diào)節(jié)器工作正常與否可由電源指示燈顯示。系統(tǒng)進(jìn)行自檢時(shí)，首先由信號(hào)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生27 V檢測(cè)電壓，經(jīng)由信號(hào)放大器內(nèi)部的可靠性檢測(cè)電路等部件后，電壓信號(hào)傳導(dǎo)到傳感器中，最終通過(guò)信號(hào)通路反饋回到信號(hào)調(diào)節(jié)器中。

由于電路的每個(gè)模塊都可以被BIT檢測(cè)，BIT的故障檢測(cè)率為100%;但自檢時(shí)信號(hào)調(diào)節(jié)器只能確定一條通路的好壞，而不能定位故障發(fā)生的位置，LRU的故障隔離率為7.7%?？紤]到固有測(cè)試性的效用，在進(jìn)行人工測(cè)試時(shí)，由于接線盒的使用和插拔式模塊化的設(shè)計(jì)，既可以利用接線盒方便的檢測(cè)傳感器和信號(hào)放大器的內(nèi)部情況，也可以使用正常模塊對(duì)系統(tǒng)實(shí)施排除法檢測(cè)，可將LRU級(jí)別的故障隔離率提高到100%。以上分析得[U1=100%]，[U2=100%]。

該系統(tǒng)為串聯(lián)系統(tǒng)，其總失效率為各個(gè)元器件失效率之和[9]，即[λ=λi]。該系統(tǒng)的四種類(lèi)型模塊中，傳感器包含壓電生發(fā)送器、壓電省接收器兩個(gè)模塊;信號(hào)調(diào)節(jié)器包含兩個(gè)變壓器和一個(gè)輸出電路;信號(hào)放大器中元器件最多，結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，包含穩(wěn)壓器、觸發(fā)器等11個(gè)SRU級(jí)子模塊。計(jì)算其中失效率最大的模塊信號(hào)放大器，其失效率為[λ=2.3×10-5]h-1，符合系統(tǒng)要求，[U3=100%]。計(jì)算模塊數(shù)量和模塊間通路數(shù)量之比，[U4=50%]。在影響系統(tǒng)正常工作的前提下基礎(chǔ)上，該系統(tǒng)包含有的各模塊的輸入中有測(cè)試信號(hào)、電源信號(hào)以及控制臺(tái)信號(hào)可控[U5=53.8%];各模塊的輸出信號(hào)中，可以觀測(cè)到輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)，利用接線盒可以觀測(cè)到傳感器的輸出信號(hào)，其可控性和可觀測(cè)性指標(biāo)分別為和[U6=100%]。由專(zhuān)家對(duì)上述指標(biāo)分析評(píng)判，得到判斷矩陣：

[R=1000100010000.80.2000.70.3001000]

該模塊固有測(cè)試性對(duì)于判斷集的隸屬度為：

[B=A°R={0.94，0.06，0，0}]

該系統(tǒng)固有測(cè)試性評(píng)價(jià)等級(jí)為優(yōu)。

5 "結(jié) "語(yǔ)

本文通過(guò)建立固有測(cè)試性的模糊綜合評(píng)價(jià)模型， 利用拓展的檢測(cè)率和隔離率指標(biāo)評(píng)價(jià)測(cè)試點(diǎn)選擇的優(yōu)劣，并將可控性和可觀測(cè)性指標(biāo)引入評(píng)價(jià)模型， 使評(píng)估結(jié)果更加全面。最后通過(guò)實(shí)例分析驗(yàn)證了方法的有效性。該項(xiàng)研究成果不僅可以改善裝備的固有測(cè)試性設(shè)計(jì)，還能為進(jìn)一步的裝備測(cè)試性評(píng)估提供依據(jù)。

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