第12章 测试性与机内自检测技术

1、哈尔滨工业大学工业工程系哈尔滨工业大学工业工程系可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章1测试性与机内自检测技术测试性与机内自检测技术 Testability and Build in Test Technology2可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章主要内容主要内容o 测试性基本概念测试性基本概念 o 测试性与测试要求测试性与测试要求o 测试性分配与预计测试性分配与预计o 测试性验证测试性验证3可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试、测试技术和测试性测试、测试技术和测试性o测试测试n测试时为了证实系统或部件是否满足规定要求，利用手工或自动设备对其进行

2、测量或者评价的过程。n分类：o自动测试o手动测试o外部测试o机内测试4可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试、测试技术和测试性测试、测试技术和测试性o测试系统的组成测试系统的组成5可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试、测试技术和测试性测试、测试技术和测试性o测试技术测试技术n测试技术包括从基础研究到工程研制的一系列研究及发展技术，即嵌入式测试支持技术、测试设备和测试程序。n对武器系统的战备完好性、寿命周期费用产生重要的影响。测试技术的内涵测试技术的内涵6可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试、测试技术和测试性测试、测试技术和测试性o测试性测试性

3、n测试性是指测试的方便、快速、准确。n定义为装备（系统、子系统、设备或组件）能及时并准确地确定其状态（可工作、不可工作或性能下降），并隔离其内部故障的一种设计特性设计特性。n具体的表现：o自检功能强；o测试方便；o便于使用外部测试设备（ETE）进行检查测试。7可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试、测试技术和测试性测试、测试技术和测试性o测试性测试性n提高测试性 提高测试性的基本原则是进行固有测试性设计固有测试性设计和提高机内测试能力提高机内测试能力。o提高测试性需要考虑的因素：n装备功能硬件设计考虑n测试性与可靠性密切相关n测试性与维修性及可用性直接相关8可靠性与智能维护可靠

4、性与智能维护-第十二章第十二章诊断、诊断技术、诊断能力和综合诊断诊断、诊断技术、诊断能力和综合诊断o故障诊断故障诊断n故障检测o在使用过程中队装备要定期进行检查和测试，以便确定其状态，判断其是否能够完成规定的功能，即发现故障存在的过程，称为故障检测。n故障隔离o如果装备出现工作不正常的迹象，就要进一步找出故障的部位，即为故障的隔离。n故障诊断o故障检测和故障隔离的活动合称为故障诊断。9可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章诊断、诊断技术、诊断能力和综合诊断诊断、诊断技术、诊断能力和综合诊断o故障诊断故障诊断n故障诊断和测试性的异同o相同点：n同属于测试技术的范畴。o区别：n诊断强调

5、的是检测和隔离故障的过程；n测试性强调的系统的设计特性。10可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章诊断、诊断技术、诊断能力和综合诊断诊断、诊断技术、诊断能力和综合诊断o诊断能力诊断能力 诊断的能力指的是与检测和隔离故障有关的所有能力，包括机内测试、自动测试、手工测试、维修辅助措施、技术资料及人员和培训等。n相关影响因素：o任务可靠性o人力o技术水平o维修方案o部署和保障工作11可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章诊断、诊断技术、诊断能力和综合诊断诊断、诊断技术、诊断能力和综合诊断o诊断能力诊断能力 诊断的能力指的是与检测和隔离故障有关的所有能力，包括机内测试、自动测试

6、、手工测试、维修辅助措施、技术资料及人员和培训等。n相关影响因素：o任务可靠性o人力o技术水平o维修方案o部署和保障工作12可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章诊断、诊断技术、诊断能力和综合诊断诊断、诊断技术、诊断能力和综合诊断o综合诊断综合诊断 是指通过综合考虑全部有关诊断要素，如测试方法、自动和手动测试设备、培训、维修辅助和信息技术等，使武器系统达到最佳诊断能力而构成的设计和管理过程或程序。n目标 经济有效地检测和准确隔离系统和设备中所有可能出现的故障，以满足系统任务的要求。n基本内容 建立产品设计、工程应用、测试性、可靠性、维修性、人因工程和保障性分析相互间的关系。13可靠

7、性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章机内测试、机内测试设备和自动测试设备机内测试、机内测试设备和自动测试设备o机内测试机内测试 机内测试（build in test，BIT）是为了提高测试效率，在装备内部设计了硬、软件或利用部分功能部件而进行测试。n分类o按运行时机和目的分类n任务前BIT、任务中BIT、维修BITo按启动和执行方式分类n连续BIT、周期BIT、启动BITnBIT是改善装备系统诊断能力的一种重要途径。14可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章机内测试、机内测试设备和自动测试设备机内测试、机内测试设备和自动测试设备o机内测试设备（机内测试设备（build i

8、n test equipment，BITE）n是设计到系统中，完成BIT功能可识别的设备 o自动测试设备（自动测试设备（automatic test equipment，ATE）n是用来自动地对功能或状态参数进行测试以确定性能降低的程度并隔离故障的设备。n属于外部测试设备15可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试性与测试要求测试性与测试要求o基本目标基本目标n通过改善测试性提高装备的战备完好性和任务成功性，降低维修人力与保障资源费用。o分类分类n定性要求和定要求量16可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试性与测试要求测试性与测试要求o定性要求定性要求n定性要求主

9、要包括：o合理划分产品单元o合理设置测试点o合理选择测试的方式、方法o兼容性o定量要求定量要求n定量要求主要包括：o故障检测率o故障隔离率（越高越好）o需警率（越低越好）17可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试性要求测试性要求o故障检测率故障检测率fdn产品（被测试项目）在规定期间内，在规定的条件下用规定的方法正确检测出的故障数（Nd）与故障总数（Nt）之比。n分析和预计的数学模型为：式中： 被测试项目中第i个故障模式的故障率； 其中可检测的故障率； k可检测的故障模式；n被测试项目故障模式总数/100%fddtNN11/100%mkfdddiiiiidi18可靠性与智能维护

10、可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试性要求测试性要求o故障隔离率故障隔离率fin在规定期间内，在规定的条件下用规定的方法将检测到的故障正确隔离到不大于规定模糊度的故障数（Nl）与检测到的故障数（Nd）之比。n分析和预计的数学模型为：式中： 可隔离到小于或等于l个可更换单元的第i个故障模式的故障率。 M对应的故障模式数/100%fildNN11/100%mkfildlidiiili19可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试性要求测试性要求o虚警率虚警率fan在规定期间内发生的虚警数与同一时间内的故障指示总数之比。n分析和预计的数学模型为：式中： 可隔离到小于或等于l个可更换单元

11、的第i个故障模式的故障率。 M对应的故障模式数/() 100%fafaffaNNN11/100%mkfilidiiili20可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试性要求测试性要求o故障检测时间故障检测时间n从开始故障检测到给出故障指示所经历的时间。o故障隔离时间故障隔离时间n从检测出故障到完成故障隔离所经历的时间。o不能复现率不能复现率nBIT和其他监测装置指示被测项目有故障，在维修现场检测时故障不能重现的比例。o重测合格率重测合格率n在现场识别出有故障的项目，在中继级或基层级维修测试中是合格的比例。21可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试性方案测试性方案o测

12、试方案的确定测试方案的确定n是装备测试的总设想，它规定装备中那些项目要测试，何时测试，何地测，以及主要技术要求与手段。其主要内容包括：o选择产品在规定维修级别（场所）上的测试种类；o确定各项测试的技术手段，主要是测试设备；o确定被测试项目。22可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试性设计要求测试性设计要求o设计的基本观点设计的基本观点n装备的操作手段就是测试“工具”；n需要有一个复杂的、完全自动化的检测系统；n以通用测试设备或专用测试设备为辅助的人工测试、机内测试、半自动检测，以及充分自动化检测。究竟如何选择用哪种设备？究竟如何选择用哪种设备？23可靠性与智能维护可靠性与智能维

13、护-第十二章第十二章测试性设计要求测试性设计要求o影响设备选择的相关项目影响设备选择的相关项目n技术人员现有的技术水平n系统效能的要求n属于性能特点的任务关键性n需测试项目的复杂程度n准确性与精度要求n必须做的测试数量n测试的频数n进行测试的维修级别n通用的或标准化的测试设备的可用度n要测试的系统的性质电子、机械、液压、气动n费用24可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试性设计要求测试性设计要求o测试性设计的一般要求（一）测试性设计的一般要求（一）n在着手计划时，应该使所设计的系统的检测保持在最低限度，最好是什么测试也不做。n从基地级、中继级、分队级直至使用单位，所用的测试设备

14、应逐渐简单，测试的项目应逐渐减少。n为防止在使用单位测试时说故障，而在维修单位测试时说没有故障导致的扯皮和推诿，上级维修单位直接使用同样的测试设备进行相同项目的测试。n在前方地域的测试应该只限于那些对于检查系统或装备的总性能是最必要的参数，最好是定量的、非判读性的。25可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试性设计要求测试性设计要求o测试性设计的一般要求（二）测试性设计的一般要求（二）n为了使测试和维修最优化，装备系统的设计应采用“现场可更换单元件”（LRU）。n为了获得最高的工作可用度，必须把主系统和测试设备系统设计的简单性和性能作为重要的准则来考虑。n不应当仅以自动化为理由而

15、采用ATE（自动测试设备）n对于系统的检查，最理想的是令被测试的系统尽可能全数引入其本身的测试激励。n不可忽视操作人员对于测试设备的信任。n测试设备的价格有可能与被测试系统相仿甚至超过被测试系统的价格，特别是采用ATE。26可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试性设计要求测试性设计要求o测试性设计的一般要求（三）测试性设计的一般要求（三）n隐藏着未发觉故障的系统要比停用待修的系统对任务的完成更为有害。n必须考虑主系统降额执行次要任务或替代任务的能力。n应考虑检测设备提供用于分析的反馈数据的能力。n检测设计观点必须从系统总的作战与后勤策略派生出来并取得一致，同时必须是维修方案的组

16、成部分。n测试设备不得使功能系统发生“磨损”或“耗损”。27可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试性设计要求测试性设计要求o测试性工作测试性工作nGJB2547装备测试性试行大纲规定的试行条例如下图，包括三个系列共七项测试性工作包含的内容测试性工作包含的内容28可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试性分配与预计测试性分配与预计o测试性分配、预计的指标测试性分配、预计的指标n“三率”故障检测率、隔离率、虚警率o测试性分配、预计的模型测试性分配、预计的模型n测试性指标的分配方法o故障率分配法o加权分配法n测试性预计方法o采用与维修性预计中的累加法类似的方法，由各可更

17、换单元分析预计开始，逐层估计，最后预计系统的“三率”29可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试性分配方法测试性分配方法o定义定义 为了把系统或设备的测试性指标落实到各个层次产品，需要按一定准则将指标逐级分配到可更换单元（LRU，SRU），最为产品设计的依据，这个过程就是测试性分配。30可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试性分配方法（一）测试性分配方法（一）o按故障率分配法按故障率分配法n基本思想o在组成系统的各个部件中，故障率高的部件应有较高的自动故障检测与隔离能力，以便减少维修时间，提高装备的可用性。所以，设计早期阶段可按故障率高低分配测试性指标。 31可靠

18、性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试性分配方法（一）测试性分配方法（一）o按故障率分配法按故障率分配法第一步 计算各组成部分（LRUi）分配值Pia，即式中：121niiiiasrniiPPiLRULRUsriaiPPn系统的测试性指标（要求值）；第 个的分配指标；第i个单元（）的故障率；项目总数。32可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试性分配方法（一）测试性分配方法（一）o按故障率分配法按故障率分配法第二步 根据需要与可能权衡、调整计算所得的Pia。 故障检测率和故障隔离率都不能大于1.因此，对于计算中大于1的，取其最大可能实现值；同时，应加大那些故障影响大的

19、或容易实现的BIT的LRU的分配值。33可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试性分配方法（一）测试性分配方法（一）o按故障率分配法按故障率分配法 第三步 验证分配结果，将各分配值代入式下式中，计算系统指标，如Ps Psr,则分配工作完成；否则，重复第二步的工作 。11niiaisniiPP34可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章按故障率分配法按故障率分配法举例举例o例：某系统由五个LRU组成，其功能层次图如下图12.3所示，故障率数据列于表12.1，要求的系统的故障检测率Psr=0.95。图12.3 系统功能层次图35可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十

20、二章按故障率分配法按故障率分配法举例举例o指标分配如下：由同理计算出：12112222212210.95 30 (3030 100 15050) 100.2788(303010015050 ) 10niiiasrniiPP123450.27880.99351.39401.00.4647aaaaaPPPPP36可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章按故障率分配法按故障率分配法举例举例o调整、修正后得：o由经验算出得123450.90,0.98,0.99,0.9aaaaaPPPPP66(30 0.930 0.9 100 0.98 150 0.9950 0.90) 100.9597(30

21、30 100 15050) 10sPPsr名称、代号数量(10-6)i2Pia计算值Pia调整值LRU1130368000.27880.90LRU21300.27880.90LRU311000.99340.98LRU411501.39400.99LRU51500.46460.90总计53600.96770.9597表12.1 测试性分配工作单37可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试性分配方法（二）测试性分配方法（二）o加权分配法加权分配法名称代号说明取值范围故障率系统ki1即故障分摊率，为单元故障率与系统故障率之比；故障率高的单元应取较大值。15故障影响系数ki2故障影响大的

22、单元应取较大值，可按FMECA结果计算各项目类类故障站系统总故障模式数的比例大小来确定该值。15平均修复时间（MTTR）系数ki3要求的MTTR值越小，该值应取较大值。15自动测试难易系数ki4实现BIT较容易而人工测试较难的单元，该值应取较大值。15成本系数ki5实现自动监测与隔离故障成本较低的，该值应取较大值。15加权系数相关说明38可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章加权分配法加权分配法o计算单元加权数，即o总的加权系数k为式中：12345iiiiiikkkkkk()()iiiiinkkniLRUiLRUiin第 个单元（）的故障率；第 个单元（）的个数。39可靠性与智能维

23、护可靠性与智能维护-第十二章第十二章加权分配法加权分配法o第i个单元测试性指标分配值为：式中：/iasriPP kkiLRUiasrPPn第 个单元（）的分配指标；系统要求的指标；单元的种类数。11niiiissrniiiiknPPnk40可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试性分配方法（三）测试性分配方法（三）o系统中有部分现成产品时的分配法系统中有部分现成产品时的分配法第一步：计算新产品部分总指标，即式中：11n ksrsjjjSNkiiPPPsijjnkP装备总故障率；装备总产品数；新设计产品数；各新设计产品故障率；各现成产品故障率；现成产品测试性指标。41可靠性与智能维

24、护可靠性与智能维护-第十二章第十二章系统中有部分现成产品时的分配法系统中有部分现成产品时的分配法o第二步：按下式将第二步：按下式将PSN分配给各新设计产品，即分配给各新设计产品，即121niiiiaSNniiPP11niiiisSNniiiiknPPnk（12.16）（12.17）42可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章系统中有部分现成产品时的分配法系统中有部分现成产品时的分配法o第三步：调整和修正。第三步：调整和修正。n式12.16只考虑了故障率大小一个因素，式12.17即加权分配法，所得结果不合理时，进行调整和修正。n修正后数字一般取两位小数即可。o第四步：验算。第四步：验算

25、。n用故障率分配法中Ps的计算公式计算Ps。n如PsPsr，则分配值可列入新产品技术要求，否则重复第三步、第四步。43可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试性预计方法测试性预计方法o概念概念n为了确定产品设计的测试性，需要在制成样品送行试验验证之前，根据设计方案或详细设计资料预测其是否能达到规定的指标要求，这个过程就是测试测试性预计性预计。n测试性预计的参数有故障检测率、隔离率、虚警率和故障检测隔离时间等。n按产品层次由上而下进行。即从各更换单元的分析估计开始，最后估计出系统或设备的测试性参数值。44可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章测试性预计方法测试性预计方法

26、oBIT参数预计参数预计 BIT参数预计是在BIT设计基础上进行，预计BIT故障检测与隔离能力，分析防止虚警的可能措施，主要步骤如下：（1）准备测试性框图（2）BIT方案分析（3）BIT算法分析（4）故障模式分析（5）故障检测分析（6）故障隔离分析（7）虚警分析（8）填写BIT预计工作单（9）计算预计结果（10）综合系统BIT预计结果45可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章BIT参数预计参数预计项目项目组成部分组成部分故障率故障率检测率检测率d隔离率隔离率i虚警虚警率率测试测试编号编号备注备注序号序号名称代号名称代号编号编号pFMFMPBIT IBIT MBITUD1SRU 2S

27、RU 3RSU 1LRU 2LRU1SRU1U1120FM110.33636363636FM120.33636363636FM130.44848484848482SRU2U240FM210.6242424242424FM220.4160161616163SRU3U328FM310.5141414141414FM320.51400014故障率总计故障率总计1881581741741412450174预计值预计值/%84.092.692.67.471.320.7100表表12.3 BIT预计工作单预计工作单LRU（分系统）：（分系统）：LRU1分析者：分析者： 日期日期 5 46可靠性与智能维护可

28、靠性与智能维护-第十二章第十二章BIT参数预计参数预计o系统测试性预计系统测试性预计n系统和设备的测试性预计是根据设计来估计可达到的故障检测与隔离能力，所用的检测方法包括BIT、操作者判断、维修人员的计划检测等。其主要工作如下：（1）准备测试性框图（2）取得FMECA和可靠性预计的有关数据（3）取得BIT分析预计的有关数据（4）操作者观测判断故障能力分析，即根据测试特性设计（如故障告警、指示灯、功能状态指示器、操作者感觉），分析可由操作者判定故障模式或功能单元及其故障率。47可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章BIT参数预计参数预计o系统测试性预计系统测试性预计（5）维修故障检测

29、分析，即根据系统的维修方案、计划维修的安排、测试点的设置和所用的外部测试设备等。（6）填写系统测试性预计工作单。（7）计算系统故障检测率和故障隔离率。（8）列出不能检测的故障模式并分析其影响。（9）综合分析预计结果，看预计结果是否满足指标要求，提出改进建议。48可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第十二章第十二章系统测试性预计系统测试性预计项目项目部分部分故障率故障率检测率检测率d隔离率隔离率i测试测试编号编号备注备注序号序号名称代号名称代号编号编号pFMFMBPMUDdd1LRU 2LRU 3LRU1LRU1SRU11120FM10.3363613636FM20.3363613636FM30.4484814848SRU1240FM1404014040SRU1314FM114140应改进应改进2LRU2SRU21477FM161477477