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1、 电子产 品可 靠性 与环境试验 2 0 1 6在 0 引言 测试 性是装备 的一种设计特性 具有与 可靠 性 、维修性、保 障性和安全性同等重要的地位 ，是 构成装备质量特性的一个重要组成部分 良好 的测 试性有利于装备快速地检测和隔离故障 缩短维修 和后勤保障过程 降低对测试设备和维修人员 的要 求 ，从而降低寿命周期费用 提高装备的战备完好 性 和任 务 成功 率 l I I 当前 国内装备的测试性水平不容乐观 相关单 位也越来越重视这一问题 目前一些重点工程也正 在开展一些基于故障注入的测试性试验工作 其中 有些测试作为研制试验 有些测试作为设计鉴定 定型试验 从而发现了许多产品在测试
2、性设计方面 存在的问题 ，通过有针对性的改进 。最终提高 了产 品的测试性水平 ( 主要是故障检测率( F D R：F a u l t D e t e c t i o n R a t e ) 2 和 故 障 隔 离 率 F I R ( F a u l t I s a l a t i o n R a t e ) 2 1 ) 。使之 满足研制总要求或产 品 协议书中对测试性指标的定量要求 这些工作也在 技术 、管理等方面有力地推动了测试性这一学科的 发展和应用 使得测试性 设计理念越来越深入人 心。然而 由于测试性试验工作在国内尚属新鲜事 物 因而还存在很多有待解决和完善 的地方。本文 对当前测试
3、性试验方案设计进行 了研究 并在此基 础上提出了一种新 的方案设计方法 以供参考 。 1 G J B 2 5 4 7 A中提供 的测试 性试验方 案 比较 G J B 2 5 4 7 A 一 2 0 1 2 l 3 _ 装备测试性工作通用要 求 中给 出了 4种测试性验证试验方案 ，分 别是 G J B 2 0 7 2 的验 证方 案 、考 虑 双方 风 险 的验 证 方 案 、估计参数值的验证方案 和最低可接收值验证方 案 这 4种试验方案各有优缺点和适用范围，分别 概 括如下 a )G J B 2 0 7 2中给 出 的 验 证 方 案 可 以 评 估 F D R、F I R的置信下限估计
4、近似值 ，样本量参 照维 修性试验的故障样本量 实际上只给出了最小样本 量f 如不小于 3 O个 ) 。并没有说明样本量应该如何 选择 也未考虑产品组成的特点 ：并且不适合用于 规定 了双方风险 ( 研制方风险 O L 和订购方风险 ) 的情况 b )考虑双方风险的验证方案适用于规定 了鉴 别比和 O l 、 的情况 ，合格判据明确 ，但未给出参 数估计值 不适合用于有置信度要求的情况。 3 l0 C )估计参数值 的验证方案考虑 了产品组成的 特点和检验的充分性 合格判据较明确 给出了确 定的样本量 也可给出参数估计值 但不适合用于 规 定 了 0 f 、 的情 况 ；并 且该 方 案 样
5、本量 太 大 ，容 易造成工作量繁重、进度较长的问题 。 d )最低可接收值验证方案操作简单方便 根 据规定 的置信度和相关测试性指标( F D R或 F I R) 的最低可接受值来确定样本量和合格判定数 ，但样 本量其实只考虑 了检测率或隔离率 中的一个参数 无法兼顾另一个参数 ：并且该方案也不适合用于规 定 了 、口的情 况 。 上述 4个方案中在确定了样本量后 ，样本量 分 配到相 应 层次 的方 法是按 比例简单 地 随机抽 样 或 者按 比例分层抽样 按比例简单随机抽样方法存在 的问题是 随机性 可 能会 导致 所分 配 的样本偏 离 了 故障率的比例：按比例分层抽样 由于样本量取整
6、数 的原 因 也 可能会 导 致所 分配 的样本 偏 离 了故 障率 的比例 这在一定 的程度上会导致试验结果与实际 情况 的偏 差 鉴 于 目前没 有公 认 的 、完 全适 用 的试验 方案 制 定方法 国内学者也提 出了很 多试验方 案设计方 法 ，例 如 ：基于 通用充分性 准则 的试 验方案l7 1 、 基于研制信息的试验方案 81等 各型号总师单位 在开展测试性研制 验证试验时会根据型号 自身的 特点和关注点等 因素来制定不 同的试验规范 其 中 的试验方案制定 主要会参考 G J B 2 5 4 7 A的 4种方 法 并做 出相 应 的调 整 2考虑样 本覆盖充分性和最小样本量 的
7、测试性试验 方案设计 测试性验证试验是通过验证检测和隔离故障的 方法 评定所研制的产品是否达到了规定的测试性 要求的过程 需要注入 模拟足够数量的故障样本 。 因此 试验方案的制定是核心 ，如何选取样本量 ， 以及样本量在各功能故障模式下的分配是决定一个 试验方案是否合理 的关键。 样本量关乎试验执行的工作量 随着新一代武 器装备的功能越来越强大 ，越来越多的大规模复杂 电子系统被使用 基于功能故障模式的样本量变得 越来越大例如 ：某型有源相控阵雷达在功能电路 级的功能故障模式超过 4 0 0 0个 这使得试验的工 作量变得非常大 试验周期很长 难 以满足型号对 测试性试验进度的要求 ol A
8、Nz| CHANPIN KEK AoxlNG Y U HUAN JI NG SHI Y AN 第 4期 吴栋等 ：考虑样本 充分性和最小样本量的测试性试验方案设计 样本量在各种功能故 障模式的分布应 以各功能 故障模式的故障率为基础 若在样本量分配时取整 数 则各种功能故障模式分配的样本量之 比会偏离 其故 障率 的比例 从 而造 成试验结果不 准确。因 此 开 展测 试 性试 验 的前 提 是 F ME C A工作 要 做 得 细致 、扎实 ，应通过产品设计 、系统主管、军方代 表和五性技术等多方面专家 的评审 确保故障模式 分析全面 故 障原 因和故 障影 响的传递关系准确 。 故障率计算
9、正确 在 F ME C A分析准确的前提下 理想情况下每 个功能故障模式对上一级的影响是确定的故障检 测 方 式 也应 是 确定 的 基 于这 一点 考虑 本 文 提 出 以下方法进行测试性试验 为了保证样本覆盖的充 分性 应将所有 的功能故障模式纳入考核范围同 时为了尽可能地减少工作量 在各种功能故 障模式 中只随机抽取一个样本进行故障注入试验 记录检 测和隔离是否成功 以功能故障模式故障率作为结 果的权重来计算测试性指标 即 ：某产 品在功能电 路级 的故障模式 、故障率 ，以及按照约定的检测方 式 ( 例如 ：B I T 、或者 B I T + b 场测试设备 )而得到 的检测结果 、隔
10、离结果( 通过试验所获取的结果) ， 如表 1 所示 ，则产品的故障检测率 国和故障隔离 表 1 某产 品测试性 信息表 率 Y 的计算公式分别如式( 1 )和式( 2 )所示 ： y m= 何= A。 。 + A + + A M A 1 + A 2 + + A A A 。 + A ： 2 + + 一 Al l + A2 + + An ； A (2 ) 本方法 的计算结果相 当于将理论上无穷大的样 本量按 比例分到各个功能电路故障模式上开展故障 注入试验时所得到的 F D R、F I R点估计值 ，为了得 到一定置信度下的单侧置信下限估计值 ，可 以将 人 同时扩大 1 0 叫音 ( m取能使
11、 1 O 、1 0 均为 整数的最小值) ， 将1 0 作为样本量， =l i= 1 l 0 ,mi 作为检测成功次数 ， 1 0 作为隔离成 i = 1 功次数 利用公式( 3 )计算单侧置信下限估计值吼 。 R i ( 1 一 R ) ： C ( 3 ) = 0 ( 注 ：表 1 中 ，A 可保留 4位有效数字 ； 当按照 约定 的检 测方式故障模 式 F M B 被正确地检测 到时 ， = 1 ； 当按照 约定 的检 测方式故障模式 F M 不 能被正确地检测到 时， = O ； 当按 照约定的检测方式 故障模式 F M 能被正确地隔离到指定数量 和级 别 的 R U时 ， ： 1 ；
12、当按照 约定 的检测方 式故障模 式 F Mi 不能被正确地隔离 到指 定数 量和 级别 的 R U时 Ni= O 。 ) O NZICHANPIN KE OXING Y U HUA ING SHI Y AN 式( 3 )中： 厂一 故障检测率或故障 隔离率的单侧置信下限估计值 ： n 样本量 ： 一 故障检测或故障隔离成功的 次数 。 置信度 ，可取 0 8 。 直接求解公式 ( 3 )较繁琐 ，可使 用计算机程序来求解 也可使用 G J B 2 0 7 2附录 C中提供的近似解法 见公 式 ( 4 ) 。 R， = ， 1 时 2 n - K+ l + A 当 O 1 时 ( 4 ) l
13、堡 二 ： 当 0 9 时 l n K+ A 式 ( 4 )中： _一 故障检测率或故障 隔离率的单侧置信下限估计值 ： 故障检测率或故障隔离率的 点估计值 ： 电子产品可靠性 与环境试验 2 0 1 6年 n 样 本量 ： 故障检测或故障隔离成功的次数 ： Z 卜对应下侧概率 的标准正态分布分位数 ( a = l C ) ，见 G B 4 0 8 6 1 1 9 8 3 5 1 ； A = ( 2 ) ； 二 A = 1 2 ( n - K)+ 2 】 ； ( J ) 自由度 为 的 分 布 的下 侧 分 位数 ，见 G B 4 0 8 6 2 1 9 8 3同 。 3试验流程 使用本方法进
14、行测试性试验的流程如下所述 ： 1 )根据产品各 L RU、S RU的功能组成 ，合理 地划分功能 电路 在此基础上 开展 F ME C A工作 F ME C A应分析到所有元器件的故障模式 ： 2 )根据 F ME C A结果 梳理 出产 品所有 功能 电路级的故障模式及其故障率 ： 3 )制定备选故障样本库 根据各功能 电路级 故障模式 的故障原 因，挑选故障样本 ，故障样本库 需要的信息如表 2所示 ： 4 )从每个故 障模式的样本 中随机抽取 1个故 障样本进行故障注入试验 并根据故 障检测和故障 隔离判据记录试验结果 ： 5 )将结果汇总 ，填写表 1“ 测试性信息表 ” ， 按照公
15、式( 1 )一 ( 2 )计算 F D R、F I R的点估计值 表 2 备选故障样本库示例 回 和 仃 ； 6 )若需计算单侧置信下限估计值 ，则使用公 式( 3 )或公式 ( 4 )计算。 4 结束语 本方法简单易行 ，适用于试验进度紧张 、试验 经费 有 限的情 况 从方案 设 计 的角 度 回避 了样 本 量的确定和分配的问题 有效地避免了试验执行样 本量 比例偏离故障模式故障率 的情况 在考虑了样 本覆盖最充分的情况下实现了样本量最小 减轻 了 故障注入试验的工作量 可对产品的测试性指标做 出一种基于试验结果的快速评估 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 2 0 1 1 2 】测试与诊 断术语 ：G J B 3 3 8 5 1 9 9 8 S 】 【 3 装备测试性工作通用要求 ：G J B 2 5 4 7 A 一 2 0 1 2 【 S 】 4 维修性 试验 与评定 ：G J B 2 0 7 2 1 9 9 4【 S 】 5 1中华人 民共和 国国家质量监督检验检疫 总局 ，中国国家 标 准 化 管 理 委 员 会 统 计 分 布 数 值 表 正 态 分 布 ：G B 4 0 8 6 1 1 9 8 3 S 1 北京 ：中国标准 出版社 ，1
