淺析機電設備的測試性驗證方法

馬強　鐘利

摘 要：隨著微電子和計算機等的快速發(fā)展，機電設備的自動化、電子化程度不斷提升，但是對于機電設備測試性驗證的研究還處于起步階段，很多關鍵問題并沒有完全解決。在此背景下，本文通過對機電設備測試性驗證流程及關鍵技術的分析，希望能對今后從事該領域研究的工作人員提供一定的幫助。

關鍵詞：機電設備；測試性驗證；方法改進

引言

機電設備從廣義上可以理解為機械裝置和電子設計軟件相結合的系統(tǒng)總稱。機電設備的功能強大，同時適用范圍相對寬廣，在民用（工業(yè)制造、數(shù)控機床和工業(yè)機器人設計）和軍用領域（艦艇、坦克等）都有著廣泛的應用。近年來，隨著計算機技術、微電子技術和自動控制理論的不斷發(fā)展，機電設備的復雜程度越來越高，這在一方面帶動了機電設備的發(fā)展和應用，但是也帶來故障診斷領域的困難。目前對于機電設備的測試性工作研究較少，尤其是在機電設備測試性規(guī)范和要求等方面的理論和實踐成果方面，沒有操作性強的驗證方法。

1機電設備的測試性驗證流程分析

機電設備的測試性指的是及時、準確地測試機電設備的工作狀態(tài)及性能，并將其內部故障進行隔離的一種獨特的設計方法。最近研究發(fā)展，測試性工作對于提升裝備故障檢測與隔離能力具有重要意義。

機電設備的測試性驗證方法大提升可以分為故障注入試驗方法和自然故障統(tǒng)計方法兩大類。自然故障統(tǒng)計方法是直接統(tǒng)計產品在試用過程中自然發(fā)生的故障，及其故障檢測與隔離信息，評估產品的測試性水平是否滿足規(guī)定要求。故障注入試驗方法是在研制的機電設備試驗樣機中注入一定數(shù)量的故障模式，用測試性設計規(guī)定的或其他輔助的測試方法進行故障檢測與隔離，按其結果來估計產品的測試性水平并判斷是否達到了規(guī)定要求，決定接收或拒收，其主要有3個環(huán)節(jié)：故障樣本分配和選取；注入故障演示試驗；接收/拒收判據(jù)。因自然故障統(tǒng)計方法不能及時對裝備進行測試性驗證，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方法。

該方法的主要步驟如下：

（1）依據(jù)機電設備測試性設計要求，分析相關技術資料并確定產品的驗證要求。研究表明，測試性驗證的主要參數(shù)有以下幾種：故障檢測率、故障隔離率和虛警率。虛警率在可靠性驗證的同時可以完成，所以另外兩個參數(shù)的驗證是該步驟最主要的驗證對象。相關概念分析如下：故障檢測率指的是在規(guī)定條件下使用制定的測試方案和測試設備測定的出現(xiàn)故障的數(shù)量和總體測試數(shù)量的比值；故障隔離率指的是采用規(guī)定的方法檢測，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)目與正確檢測故障數(shù)目的比值。

（2）測試性驗證方法的確定，具體選擇何種方法需要結合可靠性驗證試驗、性能測試和維修性等方面進行。測試性雖然已經從維修性中脫離出來，但是其中的部分內容仍需要維修性和可靠性試驗進行。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試數(shù)據(jù)，降低測試的工作量。常用的測試性驗證方法有超幾何分布法、二項分布法、多項分布法和正態(tài)分布法等。二項分布法的主要特點是驗證后無需計算、獨立同分布，在成敗型測試中應用效果較好，可以做出無爭議判決等。

（3）驗證計劃的制定。驗證計劃的主要內容包含以下幾部分：驗證項目、工作小組人員、項目進展等。

（4）故障注入實驗。在此過程中需要注意的原則有：故障注入后不能對機電設備造成任何破壞；故障的可注入性和注入的準確性要盡可能高；注入的過程簡單可操作；注入故障的類型盡可能多；硬件花費可控。

（5）驗證結果及審核。測試結果達到測試要求則可以生成機電設備測試性驗證報告，如果不滿意則需要進行有針對性的改進，如此往復循環(huán)直至測試結果滿意為止。

2測試性驗證關鍵技術

在上文測試性驗證技術準備工作中，樣本分配和選取，故障注入方法，這兩項技術是機電設備測試性驗證方案的關鍵技術。下面對這兩項技術分別進行介紹。

2.1樣本分配與選取

首先對故障樣本集進行如下定義：從被測對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對象的故障模式集合。

目前所進行的測試性驗證，其樣本的分配和選取方法大都是從可靠性、維修性驗證的理論直接引申過來，應用在測試性驗證中存在以下缺陷：

首先，樣本分配?？煽啃则炞C中的樣本量分配是基于故障率進行的，但在測試性驗證中，更加關注的是產品的覆蓋率，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。最近的標準中對于樣本選取都是基于故障分配率進行的隨機抽樣，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)計學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的數(shù)學模型，可信度不高，實時操作性較差。相比之下物理模擬方法優(yōu)勢較為明顯。其理論依據(jù)是機電設備內部的故障能夠用器件管腳的故障類型表示。對于串聯(lián)型組合方式的機電設備，在不能進行直接故障的情況下，可以采用后驅動技術注入物理模擬故障，該項技術進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，使得被測器件輸入級的電位按照要求變化，以此來達到激勵被測器件的目的。

3機電設備測試性驗證方法改進分析

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

在此之外，科學的選擇驗證方法也是影響較明顯的方面，在模擬過程中，最終的目標是盡可能貼近機電設備實際工作環(huán)境，同時滿足相關標準的要求。在安全可靠的環(huán)境下開展驗證工作，落實設備運行和方案設計相關內容是否相符。具體來看有以下幾點：①測試環(huán)境需要在操作之前進行確認；②測試方案的選擇要在測試系統(tǒng)能力的基礎上進行；③對于測試系統(tǒng)要求全面準確的了解，對于測試性能的側重點有明確定位。

4結語

機電設備在現(xiàn)代工業(yè)及民用生產中應用極為廣泛，但是機電設備測試性驗證方法的研究相對較少。本文針對機電設備測試性驗證方法，在深入分析機電設備測試性驗證工作流程的基礎上，針對于該過程中關鍵技術進行分析，最終提出了機電設備測試性驗證方法改進建議，具有一定指導實踐的意義。

參考文獻：

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