一种新的按故障率分配测试性指标方法

公杰

（中电科航空电子有限公司，四川 成都 611730）

一种新的按故障率分配测试性指标方法

公杰

（中电科航空电子有限公司，四川 成都 611730）

首先，介绍了目前工程中常用的测试性分配方法，并指出了其存在的问题；然后，提出了一种新的按故障率分配测试性指标的方法；最后，以该方法在某机载无线通信单元的测试性指标分配中的运用为例，验证了该方法的可行性、有效性。

系统；设备；设计；测试性分配；可靠性分配

0 引言

测试性分配主要在产品方案论证和初步 （初样）设计阶段进行，但有一个逐步地深入和修正的过程，其大致的流程为：首先，将系统测试性指标分配给子系统或设备；然后，再分配给其各组成单元LRU；最后，随着设计工作的进展再分配给其组成部分SRU[1]。

测试性分配应注意以下几种要求。

a）应考虑故障率的影响因素。如果要考虑故障影响、平均故障修复时间 （MTBF：Mean Time Between Failures）和费用等有关影响因素，则可应用综合加权分配法。

b）根据系统要求指标求得各个组成单元的分配值，其故障检测率、隔离率一般在0～1之间。

c）通过综合各个分配方值所得到的系统故障检测率、隔离率，应大于研制合同或任务书中规定的指标。

测试性分配的方法共有4种，即：等值分配法、按故障率分配法、综合加权分配方法和有老产品时的分配方法[2-3]。本文主要考虑的是按故障率分配法，其在设计初期和详细设计阶段具有很强的实用性。

1 常用的按故障率分配方法

2.1 故障率分配法的方程式

按故障率分配法只考虑故障率λ的影响，其具体的分配步骤如下所述[4-5]。

a）画出系统功能构成层次图，说明系统指标分配的产品层次。

b）分析各层次产品的组成单元特性，取得故障率数据和系统要求指标。

c）用下面数学模型计算各个组成单元的FDR和FIR分配值：

式 （1）中：FDRia——第i个组成单元的FDR分配值；

FDRsr——系统FDR的要求值；

λs——系统的故障率，单位为次/h；

λi——第i个组成单元的故障率，单位为次/h；

n——系统组成单元数。

式 （2）中：FIRia——第i个组成单元的FIR分配值；

FIRsr——系统FIR的要求值；

λs——系统的故障率，单位为次/h；

λi——第i个组成单元的故障率，单位为次/h；

n——系统组成单元数。

1.1 故障率分配方法的方程式的解读

检测率分配公式的原理可通过以下两个步骤来解释。

a）计算第i个分系统的不可检测率，即：首先，通过系统的总检测率指标算出其不可检测率；然后，通过系统平均分配给各个分系统的平均失效率与第i个分系统的失效率相比获得失效比率；最后，将获得的失效比率与系统的不可检测率相乘，即可获得第i个分系统的不可检测率。

b）计算第i个分系统的检测率为100%扣除第i个系统的不可检测率。

系统的隔离率分配方程也可以用同样的方式来解读。

我们可以看出使用过程中的公式解读比较复杂，需要做多次转换，而且设计师进行解读时也容易产生误解与混淆。因此，本文推荐直接使用系统的不可检测率作为分配指标。

2 新的按故障率分配方法

2.1 新的按故障率分配法的方程式

新的按故障率分配方法的基本步骤与原按故障分配方法的相同，不同的是，其采用了系统的不可检测率作为分配指标，在介绍新方程之前下文先解释新参数的含义。

a）式中定义的不可检测率FUDRsr为分系统的检测率FDRsr的余量，即FUDRsr=1-FDRsr；式中定义的分系统的不可检测率FUDRia为分系统的检测率FDRia的余量，即FUDRia=1-FDRia；其他参数的含义不变。

b）式中定义的系统的不可隔离率FUIRsr为系统隔离率FIRsr的余量，即FUIRsr=1-FIRsr；式中定义的分系统的不可隔离率FUIRia为分系统的检测率FIRia的余量，即FUIRia=1-FIRia；其他参数的含义不变。

新的测试性指标分配公式如下所示。

不可检测率指标分配方程：

式 （3）中：FUDRia——第i个组成单元的不可检测率；

FUDRsr——系统的不可检测率。

不可隔离率指标分配方程：

式 （4）中：FUIRia——第i个组成单元的不可隔离率；

FUIRsr——系统的不可隔离率。

2.2 新的按故障率分配方程式的解释

第i个分系统分配的不可检测率FUDRia的计算过程可作如下解释：

首先，将系统的故障率λs平均分配给各个分系统；然后，计算故障率的平均值与第i个分系统的实际失效率的比值；最后，将此比值与系统的不可检测率FUDRsr相乘即可得出第i个分系统需要分配的不可检测率FUDRia。

不可隔离率FUDRsr的计算方程也可以用同样的方式来解释。

由上述解释可以看出，新的按故障率分配方法的计算与分配过程都非常简单、方便。设计师可以根据所分配给各个分系统的不可检测指标来合理地安排不需要检测的电路。当被测电路的不可检测指标低于分配值时，即可满足设计要求。利用这种方式，可以在设计初期当电路设计还不成熟时迅速地决定不需要检测的电路规模。

3 在考虑测试性指标的可靠性分配过程中的使用方法

目前，由于测试性设计在系统、设备中的设计并没有得到普及，因而军方与民航等领域虽然对测试性指标有要求，但是过去大家并没有对此特别重视。近年来，随着对产品测试性要求的提高，产品设计过程中设计单位才开始认真考虑产品测试性方面的问题。

首先需要解决的问题即是测试性指标该如何合理地分配的问题。目前一般测试性的指标要求都是在95%或以上，然而实际结果并不理想。其中很大一部分原因是：一方面，设计之初设计师根本不知道自己负责的部分设计测试性指标为多少，需要覆盖多少电路，如何将其与可靠性指标相平衡；另一方面，也缺乏相应的理论指导。因此，本文对上文中的不可检测率和不可隔离率公式进行了一定的变形，从而为产品设计过程中可靠性与测试性指标的分配和调整提供了一定的思路。

下文中对于本文新方程的变形则可以很方便地为设计提供调整思路。

a）不可检测率公式的变换

由FUDRia=λsFUDRsr/nλi进行变换，可得如下方程：

b）不可隔离率公式的变换

由FUIRia=λsFUIRsr/nλi进行变换，可得如下方程：

根据公式 （5）-（6）我们可以看出，可靠性与测试性指标之间存在一个简单的线性关系，即失效率的增长率与不可检测率的增长率之和为分系统数量的增长率、分系统失效率的增长率与分系统的不可检测率的增长率之和。同样的关系也存在于不可隔离率与系统的失效率之间。

所以我们可使用表1对可靠性或测试性指标进行分配和调整，只要保持方程的左右两边的变化幅度之和相同即可。

由于可靠性参数的数值一般极小，因此，我们增加了进制控制栏。

例如：lgλs=lg2.5*10-6=lg2.5-6，lgFUDRs=lg5-2，则lgλs+lgFUDRs=lg2.5+lg5-6-2。

进制控制可以选择8，即同时在方程左右两边加8。这样可以通过提高整数值来方便地操作，也可以提高更大的进制控制值来方便地使用。需要注意的是：如果提高的进制控制值需要分别对应分解到失效率、不可检测率或不可隔离率，则应保持一致性。

4 实际使用示例

4.1 测试性指标分配

某机载无线通信设备的可靠性指标为MTBF=4 000 h，测试性指标为检测率FDRs不低于95%，隔离率FIRs不低于92%。

系统由4个模块组成，分别为WIFI模块、电源模块、控制模块和用户配置模块，其对应的失效率分别为λ1=38次/h、λ2=79.5次/h、λ3=39.1次/h、λ4=56次/h，则系统的总失效率为 λs=212.6次/h，系统可检的失效率λDS=212.6*0.95=201.97次/h。

根据指标相应地得出，系统的不可检测率FUDRs不高于5%，不可隔离率FUIRs不高于8%。

则根据公式FUDRia=λsFUDRsr/nλi，各个模块的不可检测率的分配如下所示。

a）WIFI模块的不可检测率范围

表明WIFI模块的不可检测率需控制在6.994%以下。

b）电源模块的不可检测率范围

表明电源模块的不可检测率需控制在3.34%以下。

c）控制模块的不可检测率范围

表明控制模块的不可检测率需控制在6.8%以下。

表1 可靠性与测试性参数之间的变化关系表

d）用户配置模块的不可检测率范围

表明用户配置模块的不可检测率需控制在4.75%以下。

根据公式 FUIRia=λsFUIRsr/nλi，各个模块的不可隔离率的分配如下所示。

a）WIFI模块的不可隔离率范围

表明WIFI模块的不可隔离率需控制在11.43%以下。

b）电源模块的不可隔离率范围

表明电源模块的不可隔离率需控制在5.26%以下。

c）控制模块的不可隔离率范围

表明控制模块的不可隔离率需控制在11.09%以下。

d）用户配置模块的不可隔离率范围

表明用户配置模块的不可隔离率需控制在7.58%以下。

4.2 测试性指标的调整

以4.1中的某机载无线通信设备为例，策划阶段测试性指标分配结束后，由于设计模块的检测难度不一致，而且可靠性指标也有相应的不合理之处，因而需要对指标进行适当的调整。在不影响总体指标的前提下，综合地考虑测试性指标与可靠性指标的关系来对其进行调整。

使用公式lgλs+lgFUDRsr=lgn+lgλi+lgFUDRia进行如下的调整。

根据要求，系统的MTBF不低于4 000 h、检测率不低于95%、隔离率不低于92%。

获得系统的失效率 λs=250*10-6、不可检测率FUDRsr=0.05、不可隔离率FUIRsr= 0.08。

根据设计人员对电路的了解和反馈，各个模块的不可检测率能控制在如下范围内，即：

WIFI模块的FUDRsr=0.12、电源模块的FUDRsr=0.06、控制模块的FUDRsr=0.02、用户配置模块的FUDRsr=0.23。

更新不可检测率后，通过公式 （6），可以得到各个参数的计算表，如表2所示。

表2 更新不可检测率后的参数计算表

各个模块需要控制的失效率指标如下 （结果需考虑进制控制）：

lgλ1=2.398+1.7-0.6-2.08=1.418

lgλ2=2.398+1.7-0.6-1.78=1.718

lgλ3=2.398+1.7-0.6-1.3=2.198

lgλ4=2.398+1.7-0.6-2.36=1.138

则λ1=26.18（10-6/h）、λ2=52.24（10-6/h）、 λ3=

157.76（10-6/h）、λ4=13.74（10-6/h）。

可以看出，当设计师提出不可检测指标时，需要控制失效率在如上相应的数值之内，即需要考虑选用合适的元器件以满足可靠性指标要求。

同样方法也适用于隔离率指标的调整，可根据实际的运用情况对其进行合理的调整。

5 结束语

本方法能够在工程实施阶段很好地指导测试性指标的分配，并且可以方便地对可靠性指标与测试性指标进行调整。因此，其极大地减少了测试性工程师与设计人员之间的纠纷，节省了指标分配与调节的时间，在实际使用中反映良好。

[1]康锐，石荣德，肖健平，等.型号可靠性维修性保障性技术规范 [M].北京：国防工业出版社，2010.

[2]邱静，刘冠军，杨鹏，等.装备测试性建模与设计技术[M].北京：科学出版社，2012.

[3]沈亲沐.装备系统级测试性分配技术研究及应用 [D].长沙：国防科技大学，2004.

[4]国防科学技术工业委员会.装备测试性工作通用要求：GJB 2547A-2009[S].

[5]曾天翔.电子设备测试性及诊断技术 [M].北京：航空工业出版社，1996.

A New Failure Rate-based Testability Index Allocation Method

GONG Jie
（CETC Avionics Co.，Ltd.，Chengdu 611730，China）

Firstly，the testability allocation methods commonly used in engineering are introduced and their problems are pointed out.And then，a new method that allocates testability indexes according to failure rate is proposed.Finally，the feasibility and effectiveness of the method is verified by applying it in the testability index allocation of an airborne wireless communication unit.

system；equipment；design；testability allocation；reliability allocation

TB 114.3

：A

：1672-5468（2017）01-0031-05

10.3969/j.issn.1672-5468.2017.01.007

2016-07-08

2017-01-24

公杰 （1988-），男，山东临沂人，中电科航空电子有限公司工程师，硕士研究生，从事航电产品的 “五性”工作。