蘇瑞祥 張海鷹 薛紅

【摘要】對(duì)于復(fù)雜的電子裝備來(lái)說(shuō)，有效的測(cè)試性分析有利于提高裝備測(cè)試效果。運(yùn)用TEAMS測(cè)試性分析工具，通過(guò)建立分層有向圖表示系統(tǒng)屬性的因果關(guān)系來(lái)建立系統(tǒng)故障傳播特性的多信號(hào)模型，可高效地構(gòu)建復(fù)雜電子裝備的故障診斷模型，提高電子系統(tǒng)測(cè)試的故障隔離率和覆蓋率。測(cè)試結(jié)果證明，多信號(hào)模型建模方法簡(jiǎn)單，診斷速度快，測(cè)試性評(píng)估效果好，可應(yīng)用于復(fù)雜電子系統(tǒng)的測(cè)試性設(shè)計(jì)、故障模式影響、故障診斷和測(cè)試性評(píng)估等，滿足現(xiàn)代復(fù)雜電子系統(tǒng)的故障診斷需求。

【關(guān)鍵詞】多信號(hào)模型;測(cè)試性分析;故障診斷;分層有向圖

Abstract：To complex electronic equipment，testability analysis is advantageous to improve test effect of equipment.During TEAMS testability，multi-signal model is built by a causal relationship of the system using a multilayer direction graph and used to describe TEAMS result of complex electronic equipment in fault spaces.TEAMS testability can build complex electronic equipments fault diagnosis model in highly efficient and flexible way，and also can improve electronic system fault isolation rate.In practice，TEAMS can be used to design complex electronic equipments testability，analysis fault model influence，diagnose fault and evaluate testability，adapt to the needs of fault diagnosis in complex electronic systems.

Key words：Multi-signal model; system testability; fault diagnosis; multilayer direction graph

1.引言

在大型復(fù)雜軍用武器裝備中，故障診斷的準(zhǔn)確性、快速性、可靠性的要求更高，如何通過(guò)武器系統(tǒng)測(cè)試性分析來(lái)準(zhǔn)確地判定產(chǎn)品工作狀態(tài)并隔離其內(nèi)部故障，使系統(tǒng)的監(jiān)控、測(cè)試與診斷簡(jiǎn)便而且迅速，是提高武器裝備可維修性的重要途徑?；赥EAMS（testability engineering and maintenance system---測(cè)試性工程和維護(hù)系統(tǒng)）的多信號(hào)模型測(cè)試性分析工具是一種新型的系統(tǒng)測(cè)試性表示方法，是在單信號(hào)結(jié)構(gòu)模型上疊加相關(guān)模型的集合，利用分層有向圖表示系統(tǒng)屬性（結(jié)構(gòu)、規(guī)格等）的相關(guān)關(guān)系，對(duì)故障傳播特性建模的模型分析方法，可應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)的測(cè)試性設(shè)計(jì)、故障模式影響與危害度分析、TPS開(kāi)發(fā)、故障診斷和測(cè)試性評(píng)估等?；诙嘈盘?hào)模型測(cè)試性分析，一方面有助于系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員為系統(tǒng)提供更高故障檢測(cè)率和故障隔離率的，以及科學(xué)合理的測(cè)試接口，提高產(chǎn)品自診斷能力和外部診斷能力;另一方面也為自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）的設(shè)計(jì)人員提供綜合診斷方案設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，方便有效地確定產(chǎn)品狀態(tài)和隔離故障。

2.測(cè)試性分析模型的建立

多信號(hào)模型在形式上與系統(tǒng)的原理圖近似，其中“信號(hào)”等同于傳遞函數(shù)中的獨(dú)立變量，或者組成系統(tǒng)性能規(guī)范的相互區(qū)分的屬性， TEAMS利用模塊化推理的優(yōu)點(diǎn)和能力，通過(guò)參數(shù)反饋、方法更新和專家輸入等手段，使得系統(tǒng)測(cè)試和維護(hù)的解決方案逐步完善。TEAMS可用來(lái)對(duì)大規(guī)模相互連接系統(tǒng)進(jìn)行多信號(hào)建模，并得到元件與測(cè)試間的依賴關(guān)系，簡(jiǎn)化了裝備的復(fù)雜性、故障容錯(cuò)率。

2.1 構(gòu)建系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型

在電子系統(tǒng)中，所有可能的信號(hào)數(shù)量是一個(gè)可數(shù)集，在測(cè)試性分析中，“信號(hào)”之間力求區(qū)分明顯和相互獨(dú)立，確保一個(gè)信號(hào)存在故障而不影響其他信號(hào)。

在TEAMS軟件中，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型能夠從圖形用戶界面直接構(gòu)建。TEAMS支持支持SYSTEM、SUBSYSTEM、LRU、SRU、MODULE、SUBMODULE、COMPONENT、FAILURE八個(gè)層（如圖1所示）。

對(duì)于復(fù)雜電子系統(tǒng)，可以通過(guò)結(jié)合實(shí)際需求對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行逐級(jí)分解的方法來(lái)構(gòu)建系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型。系統(tǒng)模型的最低一級(jí)可以根據(jù)需要?jiǎng)澐值浆F(xiàn)場(chǎng)可更換單元（LRU）或者SRU，即為現(xiàn)場(chǎng)可更換的模塊/組件/電路板。LRU的確定是根據(jù)實(shí)際的維修需要而確定的，有時(shí)需要把復(fù)雜度較大同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)難以深入維修的組合甚至機(jī)柜作為L(zhǎng)RU層，有時(shí)又需要把部分分離元器件分別作為L(zhǎng)RU處理，盡量把現(xiàn)場(chǎng)維修的時(shí)間縮短到最短，更換的電路單元規(guī)模降到最小。

例如某導(dǎo)航系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)可以與TEAMS多信號(hào)模型建立如下對(duì)應(yīng)關(guān)系：導(dǎo)航系統(tǒng)為系統(tǒng)模塊對(duì)應(yīng)system層，下面包含分機(jī)柜子系統(tǒng)對(duì)應(yīng)subsystem層，而分機(jī)柜子系統(tǒng)下又可能包含分機(jī)柜抽屜子系統(tǒng)，其對(duì)應(yīng)模型級(jí)別同樣為subsystem層，在各種子系統(tǒng)下又包含現(xiàn)場(chǎng)可更換的模塊/組件/電路板，其對(duì)應(yīng)層TEAMS多信號(hào)模型的LRU層。

圖1 多信號(hào)模型層次結(jié)構(gòu)

2.2 測(cè)試點(diǎn)上信號(hào)的添加

通過(guò)分析模型系統(tǒng)的系統(tǒng)級(jí)功能，并關(guān)聯(lián)到多信號(hào)模型中的最低一級(jí)模塊，建立完整的信號(hào)走向圖，通過(guò)信號(hào)集將任何獨(dú)特的屬性都可定義一個(gè)相聯(lián)系的信號(hào)。例如，在某導(dǎo)航系統(tǒng)中，信號(hào)接收可分為對(duì)數(shù)接收、線性接收、導(dǎo)航接收等通道，如果系統(tǒng)功能只有一個(gè)接收功能的話，其故障診斷策略樹(shù)必須覆蓋對(duì)數(shù)接收、線性接收、導(dǎo)航接收等通道，需要測(cè)試的點(diǎn)較多、測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)，如果將系統(tǒng)功能設(shè)為對(duì)數(shù)接收功能、線性接收功能、導(dǎo)航接收功能，就可以通過(guò)對(duì)系統(tǒng)功能的檢查將原故障診斷策略樹(shù)分為三棵小樹(shù)，大大減小了故障診斷策略樹(shù)的規(guī)模，縮短了測(cè)試時(shí)間。

2.3 模型有效性驗(yàn)證

多信號(hào)模型的構(gòu)建效果可以從以下2個(gè)方面來(lái)驗(yàn)證。①多信號(hào)模型的構(gòu)建可以由簡(jiǎn)而繁，逐步完善，即在開(kāi)始階段先根據(jù)一些常識(shí)性的知識(shí)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成構(gòu)建系統(tǒng)的初步模型，其后隨著對(duì)系統(tǒng)認(rèn)知的深入和應(yīng)用需求的提出，通過(guò)在已有模型上增加定義信號(hào)等逐步完善模型;②多信號(hào)模型的構(gòu)建與測(cè)試點(diǎn)的設(shè)置無(wú)關(guān)。

2.4 測(cè)試性設(shè)計(jì)指標(biāo)

應(yīng)用多信號(hào)模型進(jìn)行測(cè)試性分析的內(nèi)容和流程如圖2所示。

圖2 電子裝備測(cè)試性分析流程

首先根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)以及測(cè)試方案構(gòu)建系統(tǒng)的多信號(hào)模型，由多信號(hào)模型能夠完成反饋回路分析，基于多信號(hào)模型可以生成故障--測(cè)試相關(guān)矩陣，進(jìn)一步完成產(chǎn)品的單故障特性分析、多故障特性分析和測(cè)試性參數(shù)分析。評(píng)價(jià)測(cè)試方案兩個(gè)重要的指標(biāo)是故障檢測(cè)率（FDR）和故障隔離率（FIR）。

故障檢測(cè)率（FDR）可表示為：

FDR=ND/N×100%

式中，ND為在規(guī)定條件下正確檢測(cè)出的故障數(shù);N為在規(guī)定工作時(shí)間內(nèi)發(fā)生的故障總數(shù)。

故障隔離率（FIR）可表示為：

FIR=NL/ND×100%

式中，NL為正確隔離到L個(gè)單元的故障數(shù)。

3.某型導(dǎo)航設(shè)備測(cè)試性分析的實(shí)現(xiàn)

3.1 TEAMS系統(tǒng)測(cè)試性指標(biāo)分析

在進(jìn)行某型導(dǎo)航測(cè)試性指標(biāo)分析，根據(jù)設(shè)備各個(gè)組成部分的結(jié)構(gòu)特征和功能，建立多信號(hào)模型，運(yùn)用TEAMS系統(tǒng)輸入自身的BITE以及系統(tǒng)預(yù)留測(cè)試點(diǎn)作為系統(tǒng)的測(cè)試診斷方案，建立故障-測(cè)試矩陣，對(duì)電臺(tái)的故障檢測(cè)率和故障隔離率進(jìn)行定義，運(yùn)行TEAMS系統(tǒng)，得到電臺(tái)的測(cè)試性設(shè)計(jì)評(píng)估結(jié)果為：故障覆蓋率（Percentage Fault Detection）為88.89%，故障隔離率（Percentage Fault Isolation）為38.50%。

3.2 測(cè)試性指標(biāo)分析的改進(jìn)

由于故障隔離率較低，結(jié)合實(shí)際維修情況，需要對(duì)測(cè)試點(diǎn)添加位置進(jìn)行取舍，取舍原則是容易完成測(cè)試的測(cè)試點(diǎn)優(yōu)先添加，測(cè)試過(guò)程復(fù)雜且用時(shí)較長(zhǎng)的測(cè)試點(diǎn)放在其次，對(duì)于無(wú)法完成測(cè)試的測(cè)試點(diǎn)要堅(jiān)決剔除。在測(cè)試性改進(jìn)過(guò)程中，TEAMS軟件會(huì)針對(duì)冗余測(cè)試進(jìn)行提醒，將相關(guān)測(cè)試點(diǎn)從測(cè)試診斷方案中剔除。同時(shí)，TEAMS軟件也會(huì)對(duì)故障測(cè)試無(wú)法覆蓋的模塊進(jìn)行提示。通過(guò)對(duì)設(shè)備測(cè)試性設(shè)計(jì)的改進(jìn)，得出最終的測(cè)試方案，TEAMS評(píng)估結(jié)果如圖3所示，可以看到其測(cè)試性指標(biāo)已經(jīng)得到極大的改觀。

從圖3可以看出，故障覆蓋率為100.00%;故障隔離率為100.00%。

根據(jù)TEAMS生成的測(cè)試性改進(jìn)后的指標(biāo)可以看到：該導(dǎo)航設(shè)備如果按照改進(jìn)后的測(cè)試性設(shè)計(jì)作為測(cè)試診斷方案， TEAMS系統(tǒng)最終給出的故障覆蓋率可以達(dá)到100%，即在該設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)故障診斷中，通過(guò)對(duì)改進(jìn)后測(cè)試點(diǎn)的測(cè)試，可以對(duì)設(shè)備的各個(gè)組成部分和所有的測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試性分析。而設(shè)備的故障隔離率也達(dá)到了100%，說(shuō)明通過(guò)TEAMS系統(tǒng)可以進(jìn)行故障準(zhǔn)確診斷和定位。

4.結(jié)論

電子系統(tǒng)的多信號(hào)模型的建立和測(cè)試性的分析評(píng)估是故障診斷工作的基礎(chǔ)，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)的最優(yōu)故障測(cè)試診斷工作。作為測(cè)試技術(shù)的核心，故障診斷策略是指故障檢測(cè)和隔離時(shí)的測(cè)試順序?；诙嘈盘?hào)模型的診斷策略的設(shè)計(jì)是在被測(cè)對(duì)象多信號(hào)模型基礎(chǔ)上，根據(jù)相應(yīng)的測(cè)試優(yōu)選算法，以測(cè)試選出的先后順序制定診斷測(cè)試策略。在測(cè)試性設(shè)計(jì)改進(jìn)結(jié)束后，TEAMS軟件可根據(jù)維修需要和測(cè)試診斷知識(shí)生成不同等級(jí)、不同診斷要素所需的測(cè)試診斷數(shù)據(jù)和診斷內(nèi)容，根據(jù)人工智能算法自動(dòng)生成最優(yōu)化的診斷策略二叉樹(shù)，通過(guò)對(duì)該診斷二叉樹(shù)的查詢和遍歷，維修人員可以很方便地判斷并隔離出故障。

總之，采用多信號(hào)模型描述復(fù)雜電子裝備的因果依賴關(guān)系，在故障空間使用TEAMS進(jìn)行建模，可高效靈活地構(gòu)建復(fù)雜電子裝備的故障診斷模型，提高電子系統(tǒng)的故障隔離率。該方法診斷速度快，能適應(yīng)復(fù)雜電子系統(tǒng)的故障診斷。

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