基于“功能故障傳遞模型”的測試性計算技術(shù)

張曉潔

（南京熊貓漢達科技有限公司通信技術(shù)研究所， 江蘇 南京 210014）

0 引言

裝備的測試性指標如故障檢測率、故障隔離率等，目前通常是基于“多信號流圖”進行建模和計算?！岸嘈盘柫鲌D”模型[1-3]在描述由不同層級（例如：裝備-LRU-SRU-功能電路級）組成的電子產(chǎn)品的功能性故障時，能力不強。雖然它能準確地描述各個模塊級的測試信息，但是，其對于整機級的檢測描述比較困難，這與目前裝備的測試性設計有較大的差異。

在“多信號流圖”模型的基礎上發(fā)展而來的“功能故障傳遞關系模型”[1]，是一種新的測試性建模方法。它能夠?qū)崿F(xiàn)較高層次的故障模式與低層次的故障模式之間的關聯(lián)。建模時，具有更加準確、詳細的模型描述能力。“功能故障傳遞關系模型”包含了層次結(jié)構(gòu)及組成、任務重構(gòu)及工作模式、端口數(shù)據(jù)、測試連接關系、故障模式的連接關系和信號數(shù)據(jù)等信息內(nèi)容[4]。建立的模型包含了3個視圖：故障視圖、結(jié)構(gòu)視圖和功能視圖。其中，功能視圖是邏輯關聯(lián)的核心，其能將不同層次的功能性故障關聯(lián)起來。

1 “功能故障傳遞關系模型”創(chuàng)建方法

基于“功能故障傳遞關系模型”方法，給出一個具體的應用案例，上層模塊設備M的子層m包含兩個子模塊m1和m2。

1.1 建模數(shù)據(jù)準備

1.1.1 層次結(jié)構(gòu)及組成數(shù)據(jù)包

通過成品各個層次的FMECA報告或故障模式，可以分析得到成品的層次結(jié)構(gòu)和每個層次包含哪些模塊。用于對應生成成品模型圖中的各個層次模塊。成品結(jié)構(gòu)組成表如表1所示。

表1 成品結(jié)構(gòu)組成表

1.1.2 功能定義及其所屬工作模式數(shù)據(jù)包

工作模式是指成品軟硬件資源通過不同的組合和配置完成多項模式下的工作任務的情況，如主工作模式、備份工作模式、停車模式和倒車模式等。各個工作模式所具有的功能列表如表2所示。

表2 各個工作模式所具有的功能列表

1.1.3 端口數(shù)據(jù)包

成品及各個層次模塊的端口數(shù)據(jù)包用于對應地建立成品模型圖中的各個模塊的端口。輸入輸出端口表如表3所示。

表3 輸入輸出端口表

1.1.4 連接關系數(shù)據(jù)包

成品結(jié)構(gòu)及故障模式的連接關系數(shù)據(jù)表用于對應生成成品模型圖中的各個層次的連線信息。包括成品結(jié)構(gòu)連接關系數(shù)據(jù)包、故障模式連接關系數(shù)據(jù)包和測試鏈接關系數(shù)據(jù)包。如表4-7所示。

表4 成品內(nèi)結(jié)構(gòu)連接關系表

1.1.5 信號數(shù)據(jù)包

信號數(shù)據(jù)包定義了測試性建模所關心的故障癥狀（表3中的信號描述）及相應的信號名稱。通過故障模式的故障癥狀，梳理出成品建模時需要的所有信號，在定義建模中的信號名稱時要清晰明確，避免產(chǎn)生歧義。

1.1.6 測試數(shù)據(jù)包

成品及各個層次模塊的測試數(shù)據(jù)包用于對應生成成品模型圖中的測試和測試點信息。通過過程測試可以檢測的功能/信號，可以建立測試和故障模式之間的依存關系。測試點的定義如表8所示。

表8 測試點的定義

1.2 建模過程

根據(jù)1.1節(jié)準備好的建模數(shù)據(jù)，利用建模軟件進行圖形化建模，分步建立模型圖上各個層次的模型元素以及模型元素之間的連接關系（相關性）。建模可分為以下兩大步。

a）建立產(chǎn)品上層結(jié)構(gòu)模型。

圖形化建模流程如圖1所示。

圖1 建立產(chǎn)品上層結(jié)構(gòu)模型的流程

根據(jù)故障模式連接關系數(shù)據(jù)包（如表5所示）和故障模式從屬于的功能項表（如表6所示）建立頂?shù)墓收夏Ｊ郊捌漭斎胼敵龆丝?，并定義其所屬的功能項，如圖2所示。

表5 故障模式連接關系數(shù)據(jù)包

表6 故障模式的從屬功能項表

需特別注意各層自身的故障模式（例如：設備M的故障模式F3），即故障模式不是由成品底層故障模式引起，而是成品各層自帶的一些故障模式，例如：模塊之間連接線纜產(chǎn)生的故障模式，或數(shù)據(jù)總線產(chǎn)生的故障模式。

b）建立底層故障模式依存關系。

圖形化建模流程如圖3所示。

圖3 建立底層故障模式依存關系的流程

根據(jù)層次結(jié)構(gòu)及組成數(shù)據(jù)包逐層建立成品組成第n層（n≥1）模型，直到最底層。建立的模型如圖4-5所示。

圖4 m1故障視圖

根據(jù)成品下層模塊的成品內(nèi)結(jié)構(gòu)連接關系表（如表4所示）、故障模式連接關系數(shù)據(jù)包（如表5所示）、故障模式與功能的從屬關系（如表6所示）和功能傳遞關系表（如表7所示），在功能視圖界面建立不同層級功能的傳遞關系，并定義與或門，得到如圖6所示的成品模型功能視圖。

表7 功能傳遞關系表

圖6 功能視圖

此時已完成包含成品的層次結(jié)構(gòu)圖、成品結(jié)構(gòu)邏輯視圖（如圖4所示）、各個層次模塊的故障視圖（如圖5所示）和功能視圖（如圖6所示）的功能故障傳遞關系模型的建立。根據(jù)測試點定義（如表8所示），在模塊的外部端口或故障模式的輸出建立測試，并設置邏輯與“&”。

圖5 m2故障視圖

2 相關性矩陣的計算

2.1 生成相關性矩陣

故障-測試相關性矩陣是反映各個實體間相關性的布爾矩陣。若某列所對應的測試與某行所對應的故障模式相關，則相應的元素為1；否則為0[5]。故障-測試相關性矩陣記為：

式（1）中：ftij矩陣元素為布爾變量，如果fi能被ti觀測，則令ftij=1；否則令ftij=0。矩陣第i行矢量描述了故障發(fā)生時全部測試的輸出結(jié)果，第j列描述了可以檢測到的所有故障，可反映的故障檢測能力。

“功能故障傳遞關系模型”在生成相關性矩陣的過程中，對于多種模式和下層模塊冗余做出了如下處理。

a）多工作模式

建模時在功能視圖上添加“開關”。當開關斷開時，相應的行矢量和列矢量直接去掉，形成某工作模式單獨的相關性矩陣。

b）下層模塊冗余

建模時在功能視圖上增加“與門”。生成相關性矩陣時，將原來的列矢量和去掉，添加一列。

2.2 故障分析

a）未檢測的故障

若存在行矢量全為0，則該行對應的故障為未檢測故障。

b）模糊組L

若存在行矢量，則對應的故障是不可分的，可作為一個模糊組處理，并合并為一行。

c）冗余測試

若存在列矢量，則對應的測試是互為冗余測試。

2.3 相關計算

a）故障檢測率（FDR），由相關性矩陣得出，計算公式如公式（2）所示[5-6]:

b）故障隔離率FIR，由相關性矩陣得出，計算公式如公式（3）所示[5-6]:

3 結(jié)束語

本文提出的“功能故障傳遞關系模型”，可更加精確地描述分層次的電子產(chǎn)品，可實現(xiàn)多層級組成設備的故障測試一次性建模，可提高故障定位的準確率。經(jīng)過與實際項目的測試性試驗數(shù)據(jù)比對，發(fā)現(xiàn)通過本文中提出方法得出的FDR和FIR更加接近實際的測試數(shù)據(jù)。