某型軍用測試設(shè)備可測試性設(shè)計驗證

張守鵬，王 棟，紀(jì)傳濱

（航空工業(yè)計算所, 陜西西安，710065）

某型軍用測試設(shè)備可測試性設(shè)計驗證

張守鵬，王 棟，紀(jì)傳濱

（航空工業(yè)計算所, 陜西西安，710065）

在某型軍用測試設(shè)備設(shè)計的初期就考慮可測試性要求,通過優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并以方便測試為目的進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，通過故障樹的方法從系統(tǒng)層面對測試設(shè)備的可測試性進(jìn)行分析并驗證，可為其它測試設(shè)備的研制提供參考。

可測試性設(shè)計；故障樹

0 引言

隨著科技的快速發(fā)展，對大規(guī)模、高集成度的系統(tǒng)需求與日俱增，系統(tǒng)的可靠性和維修性要求也日漸提高，為了獲得高效、可靠的系統(tǒng)，需要在系統(tǒng)的概念設(shè)計階段就及時地整合測試性設(shè)計。這也要求從系統(tǒng)的需求分析、總體設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計直到評估階段都必須對測試性進(jìn)行全面的考慮[1]。然而為了衡量系統(tǒng)測試性設(shè)計的好壞，必須要對裝備的測試性水平進(jìn)行描述，給出系統(tǒng)測試性參數(shù)的數(shù)量指標(biāo)。

通常來說，即使是軍用測試設(shè)備也不能確保始終正常工作，所以需要定期檢測已保證其階段性的可靠及穩(wěn)定，使用者和維護(hù)者要通過對其進(jìn)行測試來掌握其狀態(tài)，確定有無故障，以及進(jìn)一步的排除故障。而某型軍用測試設(shè)備本身能夠提供的，可為測試及故障診斷提供便利的特性就是該系統(tǒng)的可測試性，進(jìn)一步而言，通過模擬或者人為制造一定數(shù)量的故障，以評估設(shè)備達(dá)到的測試性水平，從而驗證測試設(shè)備的測試性是否達(dá)到規(guī)定的測試要求。

某軍用測試設(shè)備通過具體的故障實例說明可測試性設(shè)計的應(yīng)用，通過收集故障數(shù)據(jù)，計算其故障檢測率和故障隔離率來描述其測試性設(shè)計水平。

1 故障樹分析設(shè)計流程

為了充分驗證該綜合測試設(shè)備的功能，主要采取對標(biāo)準(zhǔn)被測件（UUT）進(jìn)行測試的方法，通過在系統(tǒng)測試的過程中人為設(shè)置被測件的故障點，來檢驗測試設(shè)備的測試性，并做出相應(yīng)的硬件或軟件調(diào)整以使整個系統(tǒng)更加完善。

測試設(shè)備不但要對測試結(jié)果進(jìn)行處理和分析，還應(yīng)該能夠根據(jù)測試的結(jié)果判斷是否發(fā)生故障，并對故障點進(jìn)行定位。

自動測試應(yīng)能夠全面測試UUT，當(dāng)測試結(jié)果不正確時報出故障信息，此時就需要手動測試來對UUT進(jìn)行故障診斷，手動測試不需要全方面的對UUT進(jìn)行測試，但一定具備全面的測試接口，且各個測試項目均能夠獨立操作，同時手動測試結(jié)果結(jié)合故障樹分析(Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA)方法實現(xiàn)對故障模式的快速定位[3]。利用故障樹分析方法進(jìn)行故障診斷，根據(jù)故障樹基本事件及結(jié)果事件的相關(guān)性來確定故障樹中各個事件診斷的優(yōu)先級別，直到找出最終的故障原因，其測試流程設(shè)計如下圖1所示。

圖1 故障樹測試流程圖

圖2 以某型1553B總線數(shù)據(jù)傳輸模塊測試為例來說明故障樹在綜合測試設(shè)備測試性設(shè)計中的應(yīng)用，圖中的代號定義如表1所示。

表1 代號定義表

F3 中間事件 1553B電路故障F4 中間事件 電源故障F5 中間事件 總線驅(qū)動器芯片故障F6 結(jié)果事件 單向驅(qū)動器芯片故障G1 基本事件 處理器故障G2 基本事件 串行接口故障G3 基本事件 開關(guān)量故障G4 基本事件 模擬量故障G5 基本事件 RAM故障G6 基本事件 FLASH故障G7 基本事件 DPRAM故障G8 基本事件 供電故障G9 基本事件 1553B總線控制器芯片故障

圖2 1553B總線數(shù)據(jù)傳輸故障樹分析圖

測試過程中，根據(jù)UUT被測項的具體情況建立故障樹，通過邏輯推理診斷法得到故障位置。故障診斷方法是從故障樹頂事件開始，先依次測量并排除中間事件，這樣層層分析測試，直到確定導(dǎo)致故障原因的結(jié)果事件，最終定位故障位置。

在自動測試過程中報告1553B總線數(shù)據(jù)傳輸故障，根據(jù)故障樹分析的基本程序，列出七種可能導(dǎo)致故障的原因，通過綜合測試設(shè)備被測對象的自動測試，排除處理器、串行接口、開關(guān)量及模擬量這四種可能，然后對剩下的三種可能逐一分析。

（1）存儲器故障

RAM、FLASH、DPRAM故障都有可能導(dǎo)致存儲器故障，UUT在自檢測試過程中測試存儲器正常，再通過手動測試對雙口通訊地址 0xF1060000 進(jìn)行訪問，對其進(jìn)行“55555555”、“AAAAAAAA”、“0”、“FFFFFFFF”寫操作，讀出的數(shù)據(jù)與寫入的一致，由此可排除存儲器故障。

（2）電源故障

1553B總線控制器芯片需滿足+5V 、+15V及-15V供電電壓才能正常工作，手動測試其電壓值滿足要求，不會引起1553B總線數(shù)據(jù)傳輸故障。

（3）1553B電路故障

由于1553B總線控制器為DDC公司的BU-61580，故障率低且價格昂貴，而初步懷疑是1553B總線在通過驅(qū)動電路時發(fā)生異變導(dǎo)致，通過手動測試1553B接收RT數(shù)據(jù)有異常，進(jìn)一步測量發(fā)現(xiàn)總線復(fù)位信號在經(jīng)過54FCT240DMQB后有0-3V的鋸齒形波，由此斷定是該芯片故障，更換后被測件故障排除。

2 定量分析可測試性指標(biāo)

國外相關(guān)單位研究資料表明，目前衡量系統(tǒng)測試性大小的指標(biāo)共有100多個，大體可以分為兩類：描述測試性的自身特性和描述測試性的能力，自身特性參數(shù)可進(jìn)一步分為物理特性（如重量、體積、功耗、元器件的數(shù)目等）、使用特性（如可靠性、維修性等）。能力參數(shù)進(jìn)一步可區(qū)分為故障檢測和故障隔離能力，對于某軍用測試設(shè)備的測試性定量要求最主要的是故障檢測率及故障隔離率。

根據(jù)用戶的要求，綜合測試設(shè)備的故障檢測率至少能檢測所有故障的98%以上，并能形成報告。對于測試設(shè)備而言，故障隔離率所檢測的故障100%隔離到不大于2個硬件資源，而對于被測對象來說，隔離到小于等于3個元器件的隔離率應(yīng)是100%。

2.1 故障檢測率

故障檢測是對測試設(shè)備進(jìn)行分析判斷確認(rèn)系統(tǒng)是否存在故障，如果存在故障則要記錄故障信息發(fā)生的時刻，故障檢測率定義為在規(guī)定的時間內(nèi)，用規(guī)定的方法正確檢測到的故障數(shù)與被測單元發(fā)生的故障總數(shù)之比，用百分?jǐn)?shù)表示。其計算公式為

式中：為故障總數(shù)，或在工作時間T內(nèi)發(fā)生的實際故障數(shù)；為正確檢測到的故障數(shù)[4]。

某軍用測試設(shè)備在調(diào)試及驗證可測試性的過程中，共發(fā)現(xiàn)故障總數(shù)57個，其中線路接觸不良導(dǎo)致設(shè)備自身的故障有3個，人為設(shè)置故障數(shù)54個，檢測到故障數(shù)57個，未檢測到的故障數(shù)為0個。故障檢測詳細(xì)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 故障檢測實驗數(shù)據(jù)

經(jīng)過計算=100%；達(dá)到了設(shè)計預(yù)期的要求，完全能夠滿足測試需要。

2.2 故障隔離率

故障隔離是指在測試設(shè)備判斷出被測電路出現(xiàn)故障后能夠?qū)收衔恢眠M(jìn)行定位并能判斷故障類型，故障隔離率定義為在規(guī)定的時間內(nèi)，用規(guī)定的方法正確隔離到不大于規(guī)定的可更換單元數(shù)的故障數(shù)量與同一時間內(nèi)檢測到的故障數(shù)量之比，用百分?jǐn)?shù)表示。其數(shù)學(xué)模型為：

式中：為在規(guī)定條件下用規(guī)定方法正確隔離到小于等于L個可更換單元的故障數(shù)量；而為在規(guī)定條件下用規(guī)定方法正確檢測到的故障數(shù)量[5]。

在理想狀態(tài)下，測試設(shè)備出現(xiàn)故障，應(yīng)該能夠?qū)⒐收细綦x到一個唯一的可更換單元。但實際上由于工作情況約束或環(huán)境條件的影響，這種唯一性隔離有時不太現(xiàn)實，目前該設(shè)備能夠?qū)⒐收细綦x到不大于3個可更換的故障單元組；某軍用測試設(shè)備在實驗過程中，正確檢測到故障數(shù)量57次，能夠正確隔離到一到兩個可更換的故障單元，通過進(jìn)一步測試及檢查均可以順利定位故障。具體實驗數(shù)據(jù)詳見表3。

表3 故障隔離實驗數(shù)據(jù)

9 1553B總線BC發(fā)送數(shù)據(jù)失敗1553總線控制器芯片 1…… …… …… ……合計 57

可以正確隔離到內(nèi)場可更換單元數(shù)的故障數(shù)量NL=57個，在同一時間內(nèi)檢測到的故障數(shù)量NK=57個，經(jīng)計算故障隔離率VF1=100%；完全能夠滿足要求。

從定量計算該設(shè)備的故障檢測率和故障隔離率的結(jié)果可以看出，其測試性無論是固有值還是實際值均能滿足用戶的質(zhì)量要求，保證了綜合測試設(shè)備能夠安全可靠的實現(xiàn)對被測件全面測試的功能，不但符合用戶驗收測試的標(biāo)準(zhǔn)，也為今后的工作提供了思路和經(jīng)驗。

[1]趙繼承.雷達(dá)系統(tǒng)測試性設(shè)計[J].雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)，2009，7(3).

[2]岳偉平，唐金元，岳曉彩等.基于自動測試的智能故障診斷系統(tǒng)研究[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2010，(6):69~70.

[3]郭偉偉，馬捷中，翟正軍.故障樹分析中底事件排序問題的研究[J].計算機(jī)工程與設(shè)計，2007，28(15)：3557~3558.

[4]馮婷婷，趙越讓，孫炎等.機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)測試性分析與優(yōu)化[J].測控技術(shù)，2012，31(1):94~95.

[5]王成剛，周曉東，劉志遠(yuǎn).面向ATE的電路板測試性分析及評估方法研究[J].電子器件，2008，31(5)：1601~1602.

Test design verification of a type of military test equipment

Zhang Shoupeng，Wang Dong，Ji Chuanbin
（Aviation industry calculation，Xi ‘a(chǎn)n Shaanxi，710065）

At the beginning of the test equipment design of a certain type of military consider testability requirements, through optimizing the system structure and system design, for the purpose of convenient test from the system level by using the method of fault tree analysis of the testability test equipment and verify, can provide reference for the development of other test equipment

testable design; fault tree