硬件测试
-
专业实验
EMC
试验
、环境试验、安规试验等归为可靠性试验是很不科学的,它们和可
靠性试验应该是属于同
一层次。
EMC
试验包括辐射传导和
辐射干扰,具体指标可参见标准。
< br>环境试验和可靠性试验的区别是环境试验是保证系统的能够正常运行的一
种试验;
可靠性试验是保证系统“可靠地”运作的试验机制,
是一种容限
的试验。
环境试验的内容是指系统能够在特定的环境下运行,比如烟雾试验、水淹等。<
/p>
可靠性试验前应先完成环境试验,
保证
系统能够正常运行。
可靠性试验包括
HALT
< br>试验、
POS
试验、
HASS<
/p>
试验等。
HALT
试验和
HASS
试验的区别之一就是样品量。一
般
HALT
试验样品较少,
但应力加的
也大,一般做过
HALT
试验的单板是已经被破坏了的;
HASS
试验样品
较多,其应力是在系统被破
坏的范围内。这个范围就是
POS
试验的内容了。
HALT
试验一般包括温度循环试验、随即振动试
验、恒定高温试验、电应力
试验、低温试验、组合应力试验等。
其中
HALT
试验是比较重要的,
很多公司都比较重视,
这个试验
也是发
现可靠性问题的很有效途径。但并不能说做过
HALT<
/p>
试验的系统就是可靠的。
测试性设计与验证
1
测试与测试性
1.1
测试
测试是一个非常广义的概念,
p>
笼统地说,
凡是对产品进行的各种检查、
测
量、
试验都可以称为测试。因此,在产品研制、生产、使用
(<
/p>
含储存
)
、维修乃至退役
过程都有测试。其目的也是多种多样的
:
调试与校准,
验证与评价,检测与隔离
故障
(
以上三
种在研制、
生产、
使用、
维修中都有<
/p>
)
,
产品验收,
装备质量监控
(
使
用阶段
)
。
就可靠性维修性
p>
(
及测试性
)
范畴
来说,
重点是要通过测试掌握产品的
状态并隔离故障。
这种确定产品状态
(
可工作、
< br>不可工作或性能下降
)
并隔离其内
部故障的活动就是产品的测试。
为了对产品实施测试,需要一个测试系统
(
它对于装备系统来说是一个
分系统
)
。其必不可少的组成单元及关系如下图。
┌────┐
┌─────┐
┌───┐
┌─────┐
│输入激励├←─┤
程序设计器├─→┤比较器├─→┤输出显示器│
└─┬──┘
└──┬──┘
└─┬─┘
└─────┘
│
↓
↑
│
┌─────┐
│
└────→┤
被测装置
├────┘
└─────┘
图
5
<
/p>
根据测试分系统及其各组成单元的性能、
相互关系,
可从不同角度出发
将测试分类:
< br>系统测试与分部测试
(
按测试对象或被测装置
(UUT)
分
)
;
静态测试与动态测试
(
< br>按输入激励分
)
;
联机测试与脱机测试
(
按测试时
UUT
与装备关系分
)
;
p>
定量测试与定性测试
(
按测试输出分
)
;
自动测试与人工测试
(
按控制方式分
)
。
1.2
机内测试
(BIT)
为了提高测试效率,
在装备内部设计
了硬、
软件或利用部分功能部件来进行
测试,这就是机内测试。
即:任务系统或设备本身为故障检测、隔离或诊断提供
的自动测试能力,称为机内测试<
/p>
(Built-in-Test)
。完成
BIT
功能可识别的部分
称为机内测试设备
(BITE)
。
BIT
按运行时机和目的可分为
: <
/p>
任务前
(
飞行前、工作前
)BIT
;
任务中
(
飞行中,工作中
)BIT
< br>;
维修
BIT
。
BIT
按启动和执行方式可分为
:
连续
BIT
;
周期
BIT
;
启动
BIT
。
1.3
测试性
测试性是随着测试问题的日益突出
而提出的。各种武器系统和设备的发展,
功能多样化,
技术与结
构的复杂化,
导致了检测与隔离故障越来越困难。
在电子
系统中检测隔离故障的时间往往要占修复时间的大部分
,
在其他复杂武器系统与
设备中也达到
35%
~
60
%
.
何况许多装备即使不修理、不工作,仍然要检测。因
此,测试成为影响武器
系统效能(战备完好、任务成功)及使用维修费用的重要
因素。为了解决严重的测试问题
,必须将有关测试的要求纳入研制、生产、使用
的全过程并加以解决。从而提出了测试性
问题。在
80
年代,测试性基本上是作
为维修性一部分来研究解决的,
1985
年美国颁布了
MIL
—
STD
—
p>
2165
《电子系统
与设备测试性大纲》,
对电子系统与设备单独提出测试性工作;进入
90
年代,
测试性作为相对独立的特性,已扩展到其他装备。
1.3.1
定义
测试性定义为:产品(系统,分系
统,设备或组件)能够及时而准确地确定
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。
显然,
它包括对主装备
(任务系统)
自身的要求,
又包含对测试设备的
性能要求。
1.3.2
测试性要求
定性要求:
合理划分产品单元。即将系统划分为便于在各维修级别测试更换的单元
(
现
(
外
)
< br>场可更换单元
LRU
,车间可更换单元
< br>SRU
,等
)
。
合理设置测试点。
合理选择测试方式、方法。
兼容性。
定量要求:最重要的是“三率”
<
/p>
故障检测率
FDR:
产品在规定期间内,
在规定的条件下用规定的方法能够正
确检测出的故障数与所发生的故障总数之比。
故障隔离率
FIR:
在规定期间内,在规定的条件下用规定的方法,能将被检测出
的故障正确隔离到少于
或等于
L
个可更换单元的百分数。
其中
L
是规定的可更换
单元组的大小。
p>
L
=
1
,隔离到单
个
RU
,确定性隔离;
L
>
1
不确定
(
模糊
)
隔离。
虚警率
FAR:
虚警是指被测装置或设备无故障
而显示有故障的现象。虚警率是在
规定期间内,测试装置、设备发生的虚警数显示的故障
总数之比。
目前,三率达到的水平一般是:
系统、
设备工作中及外场维修用
p>
BIT
时,
FDR
=
98
%
;rFI
=
90
%~
99
< br>%
(L=1)
;
FAR
=
1
%~
5
%。
LRU
在中继级维修时用
BIT
和
ATE
测试时
,FIR
=
70
%~
90
%
(L
=
1);80
%~
90
%
(
L
=
2)
,
9
0
%~
100
%
(L
=
3)
。
除“三率”外,测试性指标还有故障检测时间、隔离时间等。
1.3.3
测试性工作
我国
GJ
B2547
《装备测试性大纲》规定的测试性工作包括:
p>
测试性工作计划
(
工作项目
101)
;
测试性评审<
/p>
(
工作项目
102)
;
测试性数据收集与分析计划
(
工作项目
103)
;
测试性要求
(
工作项目<
/p>
201)
;
测试性初步分析与设计
(
工作项目
20
2)
;
测试性详细分析与设计
p>
(
工作项目
203)
;
测试性验证
(
工作项目
301)
。
工作项目
100
系列,是管理性的测试性监督与控制,与可靠性、
p>
维修性对
应的工作相似,而且要结合进行,不再累述。
201
中要求的内容已如上述,其确
定的过程、
p>
原则等与维修性要求相似,同样要结合进行,并进行综合权衡。以
下仅介绍设计、分析与验证中的几个问题。
2
测试方案的确定
测试方案是装备测试总的设想,它
规定装备中那些项目要测试
(
检测、隔离
故障
)
,何时
(
连续或定期
)
、何地
(
那个维修级别,现场、车间,联机或脱机
)
测
p>
试,
以及主要技术要求与手段。
实际上其主
要内容就是确定被测项目,
并对其测
试及技术手段按前述加以区
分
(
选择
)
,
最终构成装备故障诊断测试子系统
(FTS)
< br>。
FTS
是以下任意项的组合或全部:测试点;
传感器;指示、显示器;警告、告
警装置;<
/p>
计算机;
诊
断程序;接口装置
(
及程序
)
;
外部测试设备
(
ETE)
,包括专用、通用和自动化测试设备
(ATE)
;
有关测试
(<
/p>
及维修
)
的规定、程序、方法和技术的文
件、手册,等。
3
测试性分配与预计
测试性分配与预计同维修性分配与预计有许多相似之处,
p>
只是分配预计的是
测试性指标。
分配、
p>
预计的具体指标是合同规定的指标,
主要是“三率”──故
障检测率、隔离率、虚警率。故障检测、隔离时间也可分配预计,但因为它是维
< br>修时间的一部分多数是作为维修性工作。
测试性分配、
预计,即“三率”的分配、预计与维修性指标的分配、预计方
法、模型也相似。譬如,测
试性指标的分配,通常采用按故障率分配法、加权分
配法等;
测
试性预计,
则采用与维修性预计中的累加法类似的方法,
由各可
更换
单元分析预计开始,逐层估计,最后预计系统的“三率”。预计中,同样要尽可
p>
能利用已有的类似产品的经验数据。
4
固有测试性设计
为了提高系统的测试性,要从装备硬件设计上考虑便于用
p>
BITE
和外部测试
设备检测和隔离故障。
这种仅依赖于硬件设计而不依赖于测试激励和响应数的测
试性就
是固有测试性。
4.1
固有测试性设计的内容
装备硬件设计
的测试性,主要是:①合理地划分产品的功能、结构与电路,即最
好是每个功能划分为一
个单元,并参考功能划分情况在结构上划为各更换单元,
并尽量减少可更换单元之间的连
线和信息交
*
;②可预置初始状态(初始化),
以便开始故障隔离和重复测试;③可观测性,即备有数据通路、测试点等;④可
控制性,
提供专用测试转入信号、
数据通路与电路,
使
BIT
或
ATE
能控制内部功
能部件和元器件工作;
⑤元器、
零部件选择,
优先选用可测试性好和故障模式有
充分了解的产品;⑥模块或组件接口应尽量选用现有连接器材等。
被测装置与
ETE
、
A
TE
的兼容性:它们在电气上和结构上都能兼容,减少专用接
口
装置;合理选择与设置测试点,能满足测试要求且连接迅速方便。
4.2
固有测试性设计程序
固有测试性设计主要在装备初步设
计中进行,
延续到详细设计过程,
并参加
关键设计评审。其主要程序包括:
制订具体产品的测试性设计准则;
贯彻测试性设计准则,将上述固有测试性设计两项内容综合到设计中;
建立固有测试性核对表;
进行固有测试性评价,并加入到设计评审中。
在《维修性设计与验证》中,对程序和方法做了详尽叙述。
5
测试点的选择与诊断程序的确定
测试点是测量系统或设备状态信息或特征量的位置。
5.1
测试点区分
按用途分:故障检测用,故障隔离用以及二者兼用的测试点。
按使用场合分:外场(现场)维修,车间维修使用的测试点。
前者检测隔离到
LRU
,后者隔离到<
/p>
SRU
及更低层次产品。按使用的测试装置分:机内测试用,外<
/p>
部测试设备用测试点。
5.2
测试点选择配置的原则
各种测试点要统筹安排;
在满足故障检测隔离要求的前提下尽量减少测试点;
测试点布局要便于测试,尽可能集中或分区集中,并有良好可达性;
测试点中要有作为测量信号参照基准的公共点;
高电压大电流的测试点应与低电平信号隔开,符合安全要求。
5.3
测试点选配的一般过程
分析被测对象的性能和用途;
选择各级测试对象的测量参数;
确定测试点位置并进行优化。
测试点优化,
是在选择的测试点基础
上,
可通过分析各单元故障对测试点的
影响,
< br>建立故障信息表,
逐步简化、
合并,
确定故障检测点,
再确定故障隔离点。
5.4
故障诊断程序的确定
对系统进行测试时,
总是先检测与判定有无故障,
若有故障再隔离故障。
为
此,
通常应先用权值大的测试点进行测量,
< br>对检测用测试点全部测一遍以判定有
无故障。
若有故障,
则依照隔离用测试点选定顺序测量。
根据测试点选定过程可
p>
以确定出诊断程序,
并用诊断树表达,
作为
编制诊断软件或诊断维修手册的依据。
6
测试性验证
6.1
目的与时机
测试性验证通常与维修性验证结合进行,
其目的也相似,
即评价测试性设计
是否达到规定要求,发现
薄弱环节。重点考核“三率”(测试时间通常列在维修
时间中检验
)
,还要同时考评测试有关的保障资源
(
软件,手册等
)
。
测试性验证应尽可能与性能、
p>
可靠性,
特别是与维修性试验相结合,
利<
/p>
用这些试验中提供的故障检测、
隔离数据。
当不能由这些试验获得足够的故障样
本数时,也可进行专门的试验。
< br>
6.2
程序
确定验证要求;
确定验证方案;
技术准备,
关键的是确定受试品、
样本量并分配样本
(<
/p>
模拟故障时
)
,
模拟故障方
法等;
实施试验,记录
测试结果取得所需的数据
(
由
BITE
、
ETE
检测出的故障数,隔离
出的故障数等
)
;
分析计算各参数值
(
三率
)
;
做出系统是否符合规定要求的判决;
编写试验报告。
GJB2072
详细地规定了测试性
试验验证的方法。
7
测试性设计与验证的若干关键问题
测试性设计与验证同整个系统的设计与验证协调;
各级维修、各类测试必须统筹安排;
FMEA/FMECA
是测试性设计的基础;
测试性必须有一个“熟化”(maturation)过程。
常用测试方法和分类
1
、黑盒测试和白盒测试
黑盒测试和白盒测试是测试方法的分类。
黑盒测试指把所测试的模块当成一个黑盒子,对这个黑盒子输入一个激励,
关注黑盒
子的输出,
而不关注里面的实现方式。
黑盒测试方法注重功能性
和可靠
性的实现,需要注意用例设计的覆盖性。
白盒测试要关注模块内部的实现方式,
最常见的时序测试、
< br>信号质量测试等
是典型的白盒测试方法。
其实黑盒测试和白盒测试都是有效的测试方法,
没有孰轻孰重之分。
对硬件
测试来说,大部分使用的是黑盒测试和白盒测试相结合的方式。<
/p>
2
、单元测试、集成测试和系统测试
(
1
)单元测试——针对独立功能单元
的测试
(
2
)集成测试——针对具有一定集成度的功能子系统的测试
(
3
)系统测试——针对完整
的系统整体的测试
单元测试和系统测试是测试内容的不同。
单元测试着重单板测试,
或者说板内模块的测试。
应该单板
调试阶段、
单板
设计功能验证阶段等。
但单板测试不同于单元测试,
单板测试时要放置与系统中,
单板
采用意义。
系统测试是对整个系统功能、
可靠性等的测试。
是多块单板的组合,
也是系
统功能的验证。系统测试需要更多模块间的耦合性,各模块的协调工作能力。
评审
评审的内容很多,包括测试用例的评审,还包括测试报告的评审。以及
前期的检视问题的
评审、测试问题的评审等。
评
审参与人员应该是有经验的工程师,可以提出建设性建议,并能对有
争议的问题进行决策
。
不能把评审搞成讨论会,无休无止,注意效率和质量。
FIT
测试、可靠性测试和一致性测试
FIT
测试(故障插入测试),是模拟单板上器件或整
块单板或某些模块
的故障模式,
观察这些故障对系统的影响。<
/p>
有些故障,
不能对系统运行造成影响;
有
些故障,不能影响运作安全(基本要求不能有安全问题);有些故障,系统应
该能报警。
等等,根据具体问题可具体分析。