关于机载设备测试性建模的研究应用

段泽伟，马春江，付洁

摘要：利用测试性相关技术对产品进行设计与建模，是对机载设备产品质量进行科学评价的一项重要手段。本文详细举例说明了被测对象的测试性建模的方法，通过示例模型计算出相关测试性参数，并提出了依据接口定义和FMECA进行机载设备测试性建模的流程方法。该测试性建模方法在航空设备测试性设计中具有通用性，有助于提高产品故障检测和诊断能力。

关键词：测试性;设计与建模;机载设备

中图分类号：TP311    文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）19-0125-03

随着机载装备复杂程度不断提升，测试性技术在航空产品设计中越发重要。测试性技术可帮助产品及时准确地判断其工作状态并隔离其内部故障。建立测试性模型，是对复杂设备质量指标进行科学分析评价，以及对故障快速测试和诊断的重要工具。[1-4]

1 测试性参数

故障检测率FDR，故障隔离率FIR

[FDR=UFDUT×100%]，[FIR=UFIUFD×100%]

式中UFD为能检测到的被测对象组成单元数;UFI为能隔离到的被测对象组成单元数;UT为被测对象组成单元总数[5]。

2 机载设备测试性建模方法

测试性模型中，M为建模对象的组成单元，FM为组成单元的故障模式，TP为组成单元的测试方法，i和o分别表示组成单元的输入及输出。模型中的箭头表示各组成单元间的关系，或故障模式对输入的依存关系以及对输出的关系;或故障与测试点间的关系。图1为某被测对象的测试性框图[6]。

2.1 不考虑可靠性影响模型

2.1.1 建立相关性矩阵

相关性矩阵中，若存在逻辑关系，则用“1”表示;若不存在逻辑关系，则用“0”表示。仅表明某一个测试点与其输入组成单元以及直接输入该组成单元的任何测试点的逻辑关系，为一阶相关性。若表明被测对象的各个测试点与各个组成单元之间的逻辑关系，为高阶相关性。对图1测试性框图的建立相关性矩阵，如表1所列。

合并矩阵中相同行FM5和FM6，合并相同列TP2和TP3，TP5和TP6，得到简化后的相关性矩阵，如表2。合并后的矩阵中FM5和FM6是一个模糊组，不能区分两者的故障。

2.1.2 检测用测试点的选择

简化后相关性矩阵为D=[dij]m×n，则第j个测试点的故障检测权值WFD可用下式计算，即：

[WFDj=i=1mdij]

计算出各测试点WFD后，选用其中WFD最大值者为首个检测用测试点。其对应的列矩阵为：TPj=[d1j d2j … dmj]T，用TPj把矩阵D一分为二，得到两个子矩阵：

[D0p=da×j]，[D1p=dm-a×j]

式中[D0P]为TPj中“0”的元素所对应的行构成的子矩阵;[D1P]为TPj中“1”的元素所对应的行构成的子矩阵;a为TPj中“0”的元素的个数;p为选用测试点序号。

选取首个检测用测试点即p=1。若[D01]的行数a≠0，则再对[D01]计算WFD值，选其中最大WFD为第二检测用测试点，并再用对应的列矩阵分割[D01]。反复以上过程，直到选取检测用测试点对应的列矩阵中不再有“0”元素为止。

在图1示例中，不考虑可靠性，用下式计算各测试点的权值WFD，结果位于表2底部。

[WFDj=i=1mdij] （m=6，j=1，2，…6）

首先选取WFD最高值的测试点为首个测试点，即TP8，矩阵分割后[ D01=FM7]，为一行。再选取TP7可检测全部组成单元。

2.1.3 隔离用测试点的选择

简化后相关性矩阵为D=[dij]m×n，则第j个测试点的故障隔离权值WFI可用下式计算，即：

[WFI=k=1ZN1jN0jk]

式中[N1j]为列矩阵Tj中元素为“1”的个数;[N0j]为列矩阵Tj中元素为“0”的个数;Z为矩阵数，Z≤2p，p为故障隔离用测试点数。

图1示例为不考虑可靠性的单故障条件。此时检测后FM7已成单行，不需考虑。用下式计算故障隔离权值WFI，結果列于表3的下部，此时Z=1，j=1，2，…6。

计算可得存在四个最大的WFI值，先选取TP7作为首个隔离用测试点来分割矩阵。选用最大值对应的测试点TP5为第二个隔离用测试点。用TP5分割后，FM4，FM5和FM8已单行了，另一子矩阵也只有两行了。TP1可以把FM1，FM2分割为单行子矩阵了。所以TP7，TP5和TP1为选用的故障隔离用测试点。

2.1.4 生成依存矩阵

检测与隔离故障步骤：先测TP8，若TP8结果为“0”，即正常。再测TP7，若结果仍为“0”，则被测对象无故障，若结果为“1”，即FM7故障。

若TP8结果为“1”，故障发生在FM1，FM2，FM5，6，FM4和FM8之中。再测试TP7，若结果为“1”，则故障在FM1，FM2和FM4中。再测试TP5，若结果为“0”，则FM4故障;若结果为“1”，则故障在FM1，FM2中。再测试TP1，若结果为“1”，则FM1故障;若结果为“0”，则FM2故障。若TP7测试结果为“0”，则故障在FM5，6，FM8中。再测试TP5，若结果为“1”，则FM5，6故障，若结果为“0”，则FM8故障。上述分析结果可用图2表示。

在表2的矩阵中，去掉未选用测试（TP2，TP4）所对应列，成为该被测对象的依存矩阵，如表4所示。被测对象无故障时对应的依存矩阵全是“0”。检测时，按TP1，TP5，TP7，TP8顺序测试，采集信息并判断结果值，根据依存矩阵定位发生故障的具体组成单元。