摘 要随着武器装备的发展，测试性设计在产品设计中的地位逐步提高。本文介绍了基于模型的测试性设计分析方法，可以有效的进行测试性预计、设计分析、改进工作。
【关键词】测试性 模型 设计分析
随着武器装备功能性能日益提高和结构复杂度的不断增加，可靠性、测试性、维修性、保障性、安全性等“五性”工作作为武器装备质量特性的重要组成部分，在产品设计中越来越受到重视。“五性”工作的共同目标是提供装备的完好性、任务成功性和安全性，减少维修人力及其他保障资源的要求，降低寿命周期费用。
测试性是产品能及时准确地确定其状态（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。测试性水平的高低直接影响到系统维修性指标的实现。测试性模型是分析、评价产品测试性，进行测试点优化和诊断策略优化的重要工具。随着计算机辅助软件的发展，通过测试性建模软件可快速、方便的建立模型，有效的对产品测试性设计进行分析。
本文结合武器装备的研制过程，以测试性建模软件TADS为例，对测试性概念以及基于模型的测试性设计分析方法进行一些介绍和探讨。
1 测试性相关概念
1.1 测试性要求
测试性要求可分为定性和定量要求两类。
测试性定性要求反映了那些无法或难以定量描述的设计要求，从多方面规定了设计时应注意采取的技术途径和设计措施，以方便测试和保证测试性定量指标的实现，如产品的结构层次划分、机内自测试（BIT）、故障信息记录与报告、对中央测试系统的支持、测试点、外部测试设备兼容性等。
测试性定量要求主要包括以下三个方面：
（1）故障检测率（FDR），定义为用规定的方法正确检测到的故障数与故障总数之比。
（2）故障隔离率（FIR），定义为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与检测到的故障数之比。
（3）虚警率（FAR），定义为规定的时间内发生的虚警次数与故障指示总数之比。
1.2 诊断方案
诊断是检测和隔离故障的过程，通过对产品施加激励以产生可测量的响应，进而确定产品是否发生故障并查明故障的原因。常用的诊断技术包括机内测试、自动测试、人工测试等。
诊断方案是对产品诊断的总体构想，包括诊断对象、范围、功能、要求、方法、维修级别、诊断要求和诊断能力。诊断方案的确定，应考虑产品的使用要求和维修体制等多方面要素。
2 基于模型的测试性分析方法
2.1 测试性模型
测试性模型是为了分析、评定设备测试性而建立的物理模型和数学模型。通过测试性模型，可以为测试性分配、预计和评价，以及进行测试点优化和诊断策略设计提供依据。
测试性模型按照形式、用途不同，有多种分类。其中，基于多信号流的相关性模型是进行测试性预计、测试性设计分析的重要模型。相关性模型描述产品组成的单元结构、功能、故障模式、故障与产品测试之间的关系。
相关性模型的建模方法可以通过人工绘制图示模型和相关性矩阵进行计算分析，但对于复杂系统或设备，交联关系复杂，计算工作量剧增。使用商业化的工具软件可以加快建模过程，同时简化测试性设计分析工作。目前，常用的测试性设计分析软件有TEAMS、eXprss、TADS等。
2.2 基于模型的测试性设计分析流程
（1）在产品FMECA基础上，进行故障模式与测试方法分析；
（2）然后根据产品设计信息以及FMECA结果，使用工具软件进行建模；
（3）通过测试性模型，进行故障检测率和故障隔离率初步预计；
（4）通过调整、优化测试点信息，优化测试性设计。最终反作用于产品设计。
2.3 不同阶段测试性建模的要求
测试性模型的建模工作应尽早开展，随着产品设计的深入，进行迭代工作，不断细化模型。
方案设计阶段，在缺少详细故障模式信息的情况下，测试性模型主要反映产品结构、功能、故障与测试之间关系，用于优选诊断方案和测试性分配和预计。
在工程研制阶段，在故障模式信息已经具备的情况下，可以细化产品故障模式与测试之间的关联模型，用于优选测试点和诊断策略。
3 测试性建模及设计改进
3.1 建模前准备工作
测试性建模前的一个重要准备工作是进行故障模式与测试方法分析。故障模式与测试方法分析是在产品FMECA基础上，收集和分析与故障检测、故障隔离相关的测试性信息，形成《FMECA----测试性信息分析表》。
在分析的过程中应注意以下问题：
（1）分析的深度和范围决定于测试性要求、维修级别、产品的复杂程度，对于基层级和中继级均有测试要求的设备，分析深度要达到内场可更换单元（SRU）；
（2）分析工作是逐步深入和细化的过程，在不同研制阶段分析的重点有所不同；
（3）可参照GJB/Z 1391-2006《故障模式、影响及危害性分析指南》和相关文件提供的程序和方法，进行功能和硬件的故障模式与测试方法分析；
（4）注意收集和分析检测参数、测试点、检测隔离方法等测试性资料，如BIT检测、自动测试设备检测和人工检测等。
3.2 测试性建模过程
本文以TADS软件为例，描述测试性建模的过程。
3.2.1 建立层次化的产品结构
TADS软件支持系统、分系统、子系统、LRU、SRU等多个层次，可根据产品自身特点，建立层次化的产品结构。
3.2.2 完善模块信息，建立SRU级连线
根据产品自身的交联关系特点，定义LRU、SRU的端口，不同的端口可用于通过不同类型的信号。然后将LRU、SRU间的端口使用连线进行连接，故障模式可以通过相应的端口在SRU之间传播。
3.2.3 添加故障模式
根据之前《FMECA----测试性信息分析表》的内容，在SRU级模块节点下添加故障模式，并完善故障模式的基本信息，如定义故障模式，添加失效率参数等。
3.2.4 建立故障模式之间、故障模式与端口之间连线
根据产品功能原理、工作运行方式等信息，建立SRU内故障模式间，以及故障模式到SRU端口间的连线。故障模式间的连线可以反映故障模式间的传导关系。
3.2.5 细化模型
根据产品和故障模式的自身特点，在故障模式内设置信号的阻隔和转换。
3.2.6 增加测试点
在确定SRU模块间故障模式的传递关系后，根据《FMECA----测试性信息分析表》中测试方法情况设置测试点。测试点是产品中可执行测试的位置，一个测试点可以有多种测试方法。
3.2.7 模型修正
模型的构建是由简到繁、逐步完善的过程，随着对产品认识的深入不断的完善模型，尽量准确的反映现实产品的工作情况。
3.3 测试性预计
建立测试性模型后，可以根据模型进行测试性预计工作。使用TADS软件建立的相关性模型，其本质是通过图形化的建模界面建立模型，通过软件自动建立的故障模式与检测方法的相关性矩阵。根据此相关性矩阵可简便的计算出故障检测率和故障隔离率。
通过TADS软件中定量分析功能，选择适当的分析层次和检测方法，可以得到特点检测方法的故障检测率和故障隔离率。
3.4 测试性设计分析和改进
除了测试性指标，TADS软件可以进行定性分析，以便进行测试性设计分析和优化改进工作。
TADS的定性分析功能，主要得到以下分析结果：
a.未检测到的故障模式；
b.故障模式模糊组；
c.冗余的测试项目；
当故障检测率不满足要求时，可以查询未检测到的故障模式清单，对未能检测的故障模式的失效率和增加该故障模式测试的难易程度进行权衡，选择实现难度最小，同时提高检测率指标最明显的故障模式，在适当的位置新增测试点，以提高故障检测率。
当故障隔离率不满足要求时，与上述提高检测率方法类似，查询故障模式模糊组，在适当的位置新增测试点来检测隔离故障。
根据定性分析中冗余的测试项目可以对测试点进行优化。如果某冗余测试点中测试方法自身设计硬件BIT检测电路，且测试电路自身失效率较大，则可以进行考虑删除该测试点。
4 一些注意问题
测试性模型是测试性预计、测试性设计分析等工作基础，其真实性、准确性直接影响后续测试性分析工作。测试性建模过程中需要注意一些问题：
4.1 可靠性预计值要准确
FMECA分析中，LRU、SRU故障模式的失效率计算依据元器件的失效率。如果元器件的失效率预计偏差较大，会导致最终测试性分析的结果偏差较大。
4.2 测试方法尽量细化
故障模式的检测方法要分类清楚，并且符合实际情况。如果一个故障模式有多种检测方法，要将多种检测方法分别列出。TADS软件进行测试性指标分析时支持特定的检测方式，将检测方法细化有利于后续设计分析。
5 总结
测试性是设计出来的。测试性模型是分析、评价产品测试性的有效手段。使用测试性模型进行设计分析，可以发现产品设计缺陷，通过采取有效的措施改进，在进度和费用约束下满足测试性要求。
受限于模型的准确性、有效性，通过模型分析计算的测试性指标不能作为考核产品测试性要求的手段。但是，掌握基于模型的测试性设计分析方法，可以快速有效的进行测试性设计、分析、改进工作，提高产品的测试性水平。
参考文献
[1]石君友.测试性设计分析与验证[M].北京：国防工业出版社，2011.
[2]田仲，石君友.系统测试性设计、分析与验证[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.
[3]王成刚，周晓东，彭顺堂，阎松涛.一种基于多信号模型的测试性评估方法[J].测控技术，2006.
作者单位
陕西西安市中航工业计算所 陕西省西安市 710068
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