關于機載設備測試性建模的研究應用

段澤偉，馬春江，付潔

摘要：利用測試性相關技術對產品進行設計與建模，是對機載設備產品質量進行科學評價的一項重要手段。本文詳細舉例說明了被測對象的測試性建模的方法，通過示例模型計算出相關測試性參數，并提出了依據接口定義和FMECA進行機載設備測試性建模的流程方法。該測試性建模方法在航空設備測試性設計中具有通用性，有助于提高產品故障檢測和診斷能力。

關鍵詞：測試性;設計與建模;機載設備

中圖分類號：TP311? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）19-0125-03

隨著機載裝備復雜程度不斷提升，測試性技術在航空產品設計中越發重要。測試性技術可幫助產品及時準確地判斷其工作狀態并隔離其內部故障。建立測試性模型，是對復雜設備質量指標進行科學分析評價，以及對故障快速測試和診斷的重要工具。[1-4]

1 測試性參數

故障檢測率FDR，故障隔離率FIR

[FDR=UFDUT×100%]，[FIR=UFIUFD×100%]

式中UFD為能檢測到的被測對象組成單元數;UFI為能隔離到的被測對象組成單元數;UT為被測對象組成單元總數[5]。

2 機載設備測試性建模方法

測試性模型中，M為建模對象的組成單元，FM為組成單元的故障模式，TP為組成單元的測試方法，i和o分別表示組成單元的輸入及輸出。模型中的箭頭表示各組成單元間的關系，或故障模式對輸入的依存關系以及對輸出的關系;或故障與測試點間的關系。圖1為某被測對象的測試性框圖[6]。

2.1 不考慮可靠性影響模型

2.1.1 建立相關性矩陣

相關性矩陣中，若存在邏輯關系，則用“1”表示;若不存在邏輯關系，則用“0”表示。僅表明某一個測試點與其輸入組成單元以及直接輸入該組成單元的任何測試點的邏輯關系，為一階相關性。若表明被測對象的各個測試點與各個組成單元之間的邏輯關系，為高階相關性。對圖1測試性框圖的建立相關性矩陣，如表1所列。

合并矩陣中相同行FM5和FM6，合并相同列TP2和TP3，TP5和TP6，得到簡化后的相關性矩陣，如表2。合并后的矩陣中FM5和FM6是一個模糊組，不能區分兩者的故障。

2.1.2 檢測用測試點的選擇

簡化后相關性矩陣為D=[dij]m×n，則第j個測試點的故障檢測權值WFD可用下式計算，即：

[WFDj=i=1mdij]

計算出各測試點WFD后，選用其中WFD最大值者為首個檢測用測試點。其對應的列矩陣為：TPj=[d1j d2j … dmj]T，用TPj把矩陣D一分為二，得到兩個子矩陣：

[D0p=da×j]，[D1p=dm-a×j]

式中[D0P]為TPj中“0”的元素所對應的行構成的子矩陣;[D1P]為TPj中“1”的元素所對應的行構成的子矩陣;a為TPj中“0”的元素的個數;p為選用測試點序號。

選取首個檢測用測試點即p=1。若[D01]的行數a≠0，則再對[D01]計算WFD值，選其中最大WFD為第二檢測用測試點，并再用對應的列矩陣分割[D01]。反復以上過程，直到選取檢測用測試點對應的列矩陣中不再有“0”元素為止。

在圖1示例中，不考慮可靠性，用下式計算各測試點的權值WFD，結果位于表2底部。

[WFDj=i=1mdij] （m=6，j=1，2，…6）

首先選取WFD最高值的測試點為首個測試點，即TP8，矩陣分割后[ D01=FM7]，為一行。再選取TP7可檢測全部組成單元。

2.1.3 隔離用測試點的選擇

簡化后相關性矩陣為D=[dij]m×n，則第j個測試點的故障隔離權值WFI可用下式計算，即：

[WFI=k=1ZN1jN0jk]

式中[N1j]為列矩陣Tj中元素為“1”的個數;[N0j]為列矩陣Tj中元素為“0”的個數;Z為矩陣數，Z≤2p，p為故障隔離用測試點數。

圖1示例為不考慮可靠性的單故障條件。此時檢測后FM7已成單行，不需考慮。用下式計算故障隔離權值WFI，結果列于表3的下部，此時Z=1，j=1，2，…6。

計算可得存在四個最大的WFI值，先選取TP7作為首個隔離用測試點來分割矩陣。選用最大值對應的測試點TP5為第二個隔離用測試點。用TP5分割后，FM4，FM5和FM8已單行了，另一子矩陣也只有兩行了。TP1可以把FM1，FM2分割為單行子矩陣了。所以TP7，TP5和TP1為選用的故障隔離用測試點。

2.1.4 生成依存矩陣

檢測與隔離故障步驟：先測TP8，若TP8結果為“0”，即正常。再測TP7，若結果仍為“0”，則被測對象無故障，若結果為“1”，即FM7故障。

若TP8結果為“1”，故障發生在FM1，FM2，FM5，6，FM4和FM8之中。再測試TP7，若結果為“1”，則故障在FM1，FM2和FM4中。再測試TP5，若結果為“0”，則FM4故障;若結果為“1”，則故障在FM1，FM2中。再測試TP1，若結果為“1”，則FM1故障;若結果為“0”，則FM2故障。若TP7測試結果為“0”，則故障在FM5，6，FM8中。再測試TP5，若結果為“1”，則FM5，6故障，若結果為“0”，則FM8故障。上述分析結果可用圖2表示。

在表2的矩陣中，去掉未選用測試（TP2，TP4）所對應列，成為該被測對象的依存矩陣，如表4所示。被測對象無故障時對應的依存矩陣全是“0”。檢測時，按TP1，TP5，TP7，TP8順序測試，采集信息并判斷結果值，根據依存矩陣定位發生故障的具體組成單元。