测试性指标分配

11.4.1 测试性分配及考虑

测试性分配是系统和设备测试性设计工作的重要内容。测试性分配是将系统要求的测试性指标按照一定的原则和方法逐级分配给分系统、设备、部件或组件，作为它们各自的测试性指标提供给设计人员，从而给出分系统、设备、部件或组件测试性设计的依据。产品的设计必须满足这些要求。

测试性的分配结果将影响系统众多性能和特性，如可靠性、维修性、任务成功概率、战备完好率、体积、重量等。对基本可靠性的影响主要体现在增加系统复杂性，降低系统的基本可靠性；对任务可靠性的影响主要体现在实现余度管理功能，提高任务可靠性；检测隐蔽故障，通知避免隐蔽故障发生，有助于系统重构和自修复，提高任务可靠性和安全性；减少人为故障和执行任务前的检测、校验时间，减少非任务时间等。

1）测试性分配的时机

测试性分配主要是在方案论证阶段和初步设计阶段进行的。一旦系统级的测试性指标确定后，就应把它们分配到各组成部分。测试性分配是一个逐步深入和不断修正的过程。分配到系统哪一功能层次.取决于设计研制工作的进程。在初步设计阶段，由于能获得的信息有限，只能在系统的较高层次上进行初步的分配。在详细设计阶段，系统的设计特点已逐步确定，可获得更多更详细的信息，此时可对分配的指标作必要的调整和修正，必要时可重新进行一次分配，使之更符合实际情况。以后，当系统有较大设计更改时也应对分配的指标进行复查和调整。

2）测试性分配的主要输入输出

测试性分配工作，主要是选用适当的方法将用于测试性分配和预计的主要参数，主要是系统的FDR和FIR指标，以及虚警的定量要求，分配给需要规定测试性指标的产品层次，纳入其设计规范。因此，测试性分配的输入为测试性分配的主要参数，输出也是测试性分配的主要参数，只不过参数的层次不同。同时，为使测试性分配结果尽可能合理，要求分配时尽量考虑各个有关因素，如，故障发生频率、故障影响、维修级别的划分、MTTR要求、测试设备的规划、以前类似产品测试性经验以及系统的构成及特性、动态规划等。

3）测试性分配的主要流程

系统测试性分配的一般流程如图11- 13所示。图中列出了各研制阶段的测试性分配过程。在维修方案确定后，要在机载和脱机诊断系统之间进行初步的诊断组合分析以及初步的可靠性分析，然后进行分系统的测试性分配。对老的分系统分配的调整应在规范确定之前进行。在分系统的合同签订后，开始进行工程研制阶段的更详细的诊断权衡研究。此后，外部测试设备（ETE），和机载诊断的最终组合在工程研制早期确立。随后系统级机载诊断设计和ETE设计开始进行。在签订了分系统合同并定义了分系统间的接口之后，可以开始分系统LRU/LRM的测试性分配。每个分系统到较低级的分配从验证/确认阶段进行的测试性分配开始。在图中示出的工程研制阶段的早期，应采取措施进行诊断设计迭代。LRU/LRM部件的FDR/FIR分配将依赖于后方级的FDR/FIR要求，如对部件隔离的模糊度的要求。

4）测试性分配总体原则

进行测试性分配时，应该遵循以下几项总体原则：

（1）将系统FDR、FIR指标分配给系统的各组成单元，其量值一般应大于0小于1。

（2）进行指标分配时一般应考虑有关影响因素，如故障率、故障影响等。可以只考虑一种影响因素，也可以综合考虑多种影响因素。

图11-13 系统测试性分配流程

（3）依据分配给各组成单元的测试性指标综合后得到系统的测试性指标，应该大于或至少等于原来的系统测试性指标。

（4）分配的是自动测试设计的FDR与FIR的指标，应用所有测试方法（包括人工测试）时，产品故障检测与故障隔离能力应达到100%。

（5）虚警定量要求可用等约束条件方法确定分配值。

11.4.2 测试性分配基本方法

目前常用的测试性分配方法有等值分配法、经验分配法、按故障率分配、加权分配、综合加权分配法、新老产品组合分配和优化分配等多种方法。

等值分配法直接令各组成单元指标等于系统指标，实际上未做分配；经验分配法依赖设计者的经验，主观性强。考虑最全面的是优化分配法，它以优化技术为基础，综合考虑自上而下分配的要求，维修方案（强调两级维修）以及与装入系统的测试性附件有关的额外负担（重量、体积、功率等）所施加的附加约束等诸方面因素，虽然比较复杂，但便于计算机化，适用于大型复杂系统的测试性分配。表11-10为各种主要测试性分配方法的优缺点比较。

表11-10 测试性分配方法特性比较

1）按故障率分配法

系统的组成部件越多越复杂，越容易出故障。故障率高的组成部分（分系统或LRU）应有较高的自动故障检测与隔离能力，以减少维修时间，提高系统可用性。因此，在设计早期阶段可按故障率高低分配测试性指标。

在完成系统功能、结构划分后，再画出功能层次图，并取得有关各部分的故障率数据（可从可靠性分析资料获得）之后.按以下三步进行分配工作：

（1）计算各组成部分的分配值Pia。式中：Psr为系统的测试性指标（要求值）；Pia为第i个LRU的分配指标；λi为第i个LRU的故障率。

（2）根据需要与可能修正（调整）计算的Pia。对计算值中大于1的，取其最大可能实现值；同时应加大那些故障影响大的或容易实现BIT的LRU的分配值。

（3）用下式验算是否满足要求。

式中：Pa为计算的系统测试性指标。

如果Pa≥Psr（要求值），则分配工作完成。否则，应重复第二步的工作。

2）加权分配法

加权分配法要求首先分析系统各组成部分的特性，根据工程分析结果和专家的经验确定各部分的加权系数，然后按照有关数学公式计算出各部分的分配值。其主要步骤如下：

第一步，画出系统测试性框图（包括功能层次图和功能框图）。系统划分的详细程度取决于指标分配到哪一级。

第二步：通过FMEEFMETA或从可靠性分析结果中获取故障模式、影响和故障率数据资料。

第三步：按照系统的构成情况和维修要求等，通过工程分析并借助专家经验，确定下列有关的加权系数：

Ki1——故障率系数。故障率高的部分应取较大的Ki1值。考虑的方法之一是，按照此部分（如LRU）的故障率占系统总故障率的比例大小来确定Ki1值。

Ki2——故障影响系数。原则上，受故障影响大的部分，其Ki2就应取较大的值。确定Ki2值的一种方法是按照FMEEFMETA结果计算Ⅰ～Ⅳ类故障模式占系统总故障模式的比例大小来确定。

Ki3——MTTR（平均维修间隔时间）影响系数。一般来说，要求MTTR小的部分，其Ki3取较大的值；此外，需要人工检测和隔离故障时间较长的部分，应分配较大Ki3值，尽量采用BIT。

Ki4——实现故障检测与隔离的难易系数。容易实现的，Ki4应取较大值。

Ki5——故障检测与隔离成本系数。成本低的，Ki5应取较大值。

以上Ki1～Ki5的取值范围为1～5。不能考虑某项因素（如成本或难易程度）时，对应的K值取零。

第四步：确定第i部分的加权系数Ki：

Ki=Ki1+Ki2+Ki3+Ki4+Ki5（11-68）

第五步：确定总的加权系数K：

式中：ni为第i部分的数目；λi为第i个部分的故障率。

第六步，计算第i部分的FDR或FIR的分配值Pia。

式中：Psr为要求的系统指标（FDR或FIR）。

第七步：将以上各步所得数据及时填写到测试性分配表格中（见表11-11）。

表11-11 测试性分配工作表示例

第八步：调整和修正计算所得Pia值，一般取两位小数即可。对于过大的Pia（如大于1.0）可取其最大可能实现值；对过小的Pia给予适当提高。同时，对其他分配值进行相应的调整，以满足系统总的指标要求。调整时可参考按故障率分配确定的方法。

第九步：验算，参考按故障率分配确定的验算公式进行验算，如Ps≥Psr则分配值可列入新产品技术要求。否则应重复第八、九两步。

3）新老产品组合分配法

在一个既含有老产品又有新产品的系统中，老产品的故障率和FDR及FIR为已知数据：新产品的故障率数据可从可靠性分析中得到，其测试性指标由系统指标分配获得。在这种情况下可采用如下分配步骤。

第一步，求新产品指标Psn：

式中：λs为系统的总故障率；n为系统中新产品和老产品LRU总数目；k为系统中新产品LRUi的数目；λi为新产品LRUi的故障率；λj为老产品LRUi的故障率；Pj为老产品LRUj的指标。

第二步，求各新产品的分配指标：

也可用下式计算各新产品的分配指标：

式中：Ki为新产品LRUi的加权系数；ni为新产品LRUi的数目。

第三步，调整和修正：

所得结果不合理时，进行调整和修正，修正后数字一般取两位小数即可。

第四步，验算：

参考按故障率分配确定的验算公式进行验算，如Pi≥Pia则分配值可列入新产品技术要求。否则应重复第三、四两步。

4）优化分配法

测试性分配问题可归纳为以下两种方式：

（1）“费用有效”地把测试性指标（FDR、FIR、FAR、MFDT、MFIT等）分配到约定层次，以满足系统要求。

（2）确定测试性资源（BIT/BITE，ETE等）的最优分配方式，由此决定最优的零部件指标。

或者可以简单描述为：

①在给定的系统费用及“费用函数”的情况下，使测试性最高；或者等效。

②在给定系统测试性及设计要求的情况下，使全部费用最小。

下面将给出优化问题的一般数学表达式。

令Xkl为分配到一武器系统的某个单元的测试性指标值（TFOM）。其中，下标k代表约定层次（如k=0为装备层次，k=1为装备，k=2为系统，k=3为分系统等）；l代表在某个具体层次上的不同单元（如LRU1、LRU2、LRU3）。

令fkl为待优化的目标函数（费用及“费用函数”），它服从于一组关于TFOM值的约束函数grkl（r代表约束数）。则优化问题的数学表达式为

约束为

式中：r=1，2，…，m（0≤1）；fkl和grkl为可加的及可分的目标和约束函数（不含有TFOM叉积）；xkl为受约束的待分配的测试性指标值；q为约定层次数；m为最大约束数；nk为每个层次的单元数（分系统、LRU等）；Cr为与测试性有关的第r个资源或“费用”的最大允许值。