某型军用测试设备可测试性设计验证

张守鹏，王 栋，纪传滨

（航空工业计算所, 陕西西安，710065）

某型军用测试设备可测试性设计验证

张守鹏，王 栋，纪传滨

（航空工业计算所, 陕西西安，710065）

在某型军用测试设备设计的初期就考虑可测试性要求,通过优化系统结构并以方便测试为目的进行系统设计，通过故障树的方法从系统层面对测试设备的可测试性进行分析并验证，可为其它测试设备的研制提供参考。

可测试性设计；故障树

0 引言

随着科技的快速发展，对大规模、高集成度的系统需求与日俱增，系统的可靠性和维修性要求也日渐提高，为了获得高效、可靠的系统，需要在系统的概念设计阶段就及时地整合测试性设计。这也要求从系统的需求分析、总体设计、详细设计直到评估阶段都必须对测试性进行全面的考虑[1]。然而为了衡量系统测试性设计的好坏，必须要对装备的测试性水平进行描述，给出系统测试性参数的数量指标。

通常来说，即使是军用测试设备也不能确保始终正常工作，所以需要定期检测已保证其阶段性的可靠及稳定，使用者和维护者要通过对其进行测试来掌握其状态，确定有无故障，以及进一步的排除故障。而某型军用测试设备本身能够提供的，可为测试及故障诊断提供便利的特性就是该系统的可测试性，进一步而言，通过模拟或者人为制造一定数量的故障，以评估设备达到的测试性水平，从而验证测试设备的测试性是否达到规定的测试要求。

某军用测试设备通过具体的故障实例说明可测试性设计的应用，通过收集故障数据，计算其故障检测率和故障隔离率来描述其测试性设计水平。

1 故障树分析设计流程

为了充分验证该综合测试设备的功能，主要采取对标准被测件（UUT）进行测试的方法，通过在系统测试的过程中人为设置被测件的故障点，来检验测试设备的测试性，并做出相应的硬件或软件调整以使整个系统更加完善。

测试设备不但要对测试结果进行处理和分析，还应该能够根据测试的结果判断是否发生故障，并对故障点进行定位。

自动测试应能够全面测试UUT，当测试结果不正确时报出故障信息，此时就需要手动测试来对UUT进行故障诊断，手动测试不需要全方面的对UUT进行测试，但一定具备全面的测试接口，且各个测试项目均能够独立操作，同时手动测试结果结合故障树分析(Fault Tree Analysis，FTA)方法实现对故障模式的快速定位[3]。利用故障树分析方法进行故障诊断，根据故障树基本事件及结果事件的相关性来确定故障树中各个事件诊断的优先级别，直到找出最终的故障原因，其测试流程设计如下图1所示。

图1 故障树测试流程图

图2 以某型1553B总线数据传输模块测试为例来说明故障树在综合测试设备测试性设计中的应用，图中的代号定义如表1所示。

表1 代号定义表

F3 中间事件 1553B电路故障F4 中间事件 电源故障F5 中间事件 总线驱动器芯片故障F6 结果事件 单向驱动器芯片故障G1 基本事件 处理器故障G2 基本事件 串行接口故障G3 基本事件 开关量故障G4 基本事件 模拟量故障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 供电故障G9 基本事件 1553B总线控制器芯片故障

图2 1553B总线数据传输故障树分析图

测试过程中，根据UUT被测项的具体情况建立故障树，通过逻辑推理诊断法得到故障位置。故障诊断方法是从故障树顶事件开始，先依次测量并排除中间事件，这样层层分析测试，直到确定导致故障原因的结果事件，最终定位故障位置。

在自动测试过程中报告1553B总线数据传输故障，根据故障树分析的基本程序，列出七种可能导致故障的原因，通过综合测试设备被测对象的自动测试，排除处理器、串行接口、开关量及模拟量这四种可能，然后对剩下的三种可能逐一分析。

（1）存储器故障

RAM、FLASH、DPRAM故障都有可能导致存储器故障，UUT在自检测试过程中测试存储器正常，再通过手动测试对双口通讯地址 0xF1060000 进行访问，对其进行“55555555”、“AAAAAAAA”、“0”、“FFFFFFFF”写操作，读出的数据与写入的一致，由此可排除存储器故障。

（2）电源故障

1553B总线控制器芯片需满足+5V 、+15V及-15V供电电压才能正常工作，手动测试其电压值满足要求，不会引起1553B总线数据传输故障。

（3）1553B电路故障

由于1553B总线控制器为DDC公司的BU-61580，故障率低且价格昂贵，而初步怀疑是1553B总线在通过驱动电路时发生异变导致，通过手动测试1553B接收RT数据有异常，进一步测量发现总线复位信号在经过54FCT240DMQB后有0-3V的锯齿形波，由此断定是该芯片故障，更换后被测件故障排除。

2 定量分析可测试性指标

国外相关单位研究资料表明，目前衡量系统测试性大小的指标共有100多个，大体可以分为两类：描述测试性的自身特性和描述测试性的能力，自身特性参数可进一步分为物理特性（如重量、体积、功耗、元器件的数目等）、使用特性（如可靠性、维修性等）。能力参数进一步可区分为故障检测和故障隔离能力，对于某军用测试设备的测试性定量要求最主要的是故障检测率及故障隔离率。

根据用户的要求，综合测试设备的故障检测率至少能检测所有故障的98%以上，并能形成报告。对于测试设备而言，故障隔离率所检测的故障100%隔离到不大于2个硬件资源，而对于被测对象来说，隔离到小于等于3个元器件的隔离率应是100%。

2.1 故障检测率

故障检测是对测试设备进行分析判断确认系统是否存在故障，如果存在故障则要记录故障信息发生的时刻，故障检测率定义为在规定的时间内，用规定的方法正确检测到的故障数与被测单元发生的故障总数之比，用百分数表示。其计算公式为

式中：为故障总数，或在工作时间T内发生的实际故障数；为正确检测到的故障数[4]。

某军用测试设备在调试及验证可测试性的过程中，共发现故障总数57个，其中线路接触不良导致设备自身的故障有3个，人为设置故障数54个，检测到故障数57个，未检测到的故障数为0个。故障检测详细数据如表2所示。

表2 故障检测实验数据

经过计算=100%；达到了设计预期的要求，完全能够满足测试需要。

2.2 故障隔离率

故障隔离是指在测试设备判断出被测电路出现故障后能够对故障位置进行定位并能判断故障类型，故障隔离率定义为在规定的时间内，用规定的方法正确隔离到不大于规定的可更换单元数的故障数量与同一时间内检测到的故障数量之比，用百分数表示。其数学模型为：

式中：为在规定条件下用规定方法正确隔离到小于等于L个可更换单元的故障数量；而为在规定条件下用规定方法正确检测到的故障数量[5]。

在理想状态下，测试设备出现故障，应该能够将故障隔离到一个唯一的可更换单元。但实际上由于工作情况约束或环境条件的影响，这种唯一性隔离有时不太现实，目前该设备能够将故障隔离到不大于3个可更换的故障单元组；某军用测试设备在实验过程中，正确检测到故障数量57次，能够正确隔离到一到两个可更换的故障单元，通过进一步测试及检查均可以顺利定位故障。具体实验数据详见表3。

表3 故障隔离实验数据

9 1553B总线BC发送数据失败1553总线控制器芯片 1…… …… …… ……合计 57

可以正确隔离到内场可更换单元数的故障数量NL=57个，在同一时间内检测到的故障数量NK=57个，经计算故障隔离率VF1=100%；完全能够满足要求。

从定量计算该设备的故障检测率和故障隔离率的结果可以看出，其测试性无论是固有值还是实际值均能满足用户的质量要求，保证了综合测试设备能够安全可靠的实现对被测件全面测试的功能，不但符合用户验收测试的标准，也为今后的工作提供了思路和经验。

[1]赵继承.雷达系统测试性设计[J].雷达科学与技术，2009，7(3).

[2]岳伟平，唐金元，岳晓彩等.基于自动测试的智能故障诊断系统研究[J].现代科学仪器，2010，(6):69~70.

[3]郭伟伟，马捷中，翟正军.故障树分析中底事件排序问题的研究[J].计算机工程与设计，2007，28(15)：3557~3558.

[4]冯婷婷，赵越让，孙炎等.机载雷达系统测试性分析与优化[J].测控技术，2012，31(1):94~95.

[5]王成刚，周晓东，刘志远.面向ATE的电路板测试性分析及评估方法研究[J].电子器件，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 ‘an 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