测试性设计（精选十篇）
测试性设计 篇1
在现代的重要系统和设备中, 由于复杂电子装置的不断加入, 测试性设计的重要度也随之不断增强, 这就要求必须进行测试性验证和评估工作, 以确保产品测试性设计及其实现的正确性。传统测试性验证、评估采用的方法是利用测试性验证试验获得的数据进行统计分析, 用一定的数学模型和判决准则等统计推断出相应的测试性指标参数。
上述方法, 需要以繁多的测试性验证、评估试验和大量试验数据为基础, 所需时间长、费用高、代价大很难达到监督检验装备测试性的目标而采用仿真分析技术, 则不需要进行实际测试性验证试验, 可从根本上改变这一现状。在装备中实地设置硬件故障难度较大、可操作性不高的情况下, 采用Pspice软件仿真的方式可以降低测试费用, 减少对设备的损害, 提高测试的可信性。通过Pspice的仿真建模, 自动生成多样的故障模式, 继而利用CVI软件框架调用故障模式并通过PXI机箱以及相应的硬件模块对系统的自动故障注入并回收处理验证信息实现对系统的使用测试性进行验证与评估。此方法降低了测试费用, 减少了对设备的损害, 提高了测试的可信性。该自动测试系统兼备软件与硬件的可扩展性, 因此可以高效、快速地实现对电子装备使用测试性的检测, 具有较高的经济效益和推广价值。
1 测试性的概念
《装备测试性大纲》将测试性定义为:装备能及时并准确有效地确定其内部状态 (可工作、不可工作或性能下降) , 并对发生的故障进行隔离的一种重要设计特性。测试性分为固有测试性和使用测试性。固有测试性定义为:仅依赖于硬件设计而不依赖于测试激励和响应数据的测试性度量。固有测试性是装备本身所固有的一种设计特性, 产品一旦设计生产出来, 其固有测试性就具备了。装备的使用测试性是指在装备的使用过程中所表现出来的测试性, 是固有测试性在装备实际应用中的体现, 它还受到与其连接的ATE等设备的设计、人员的技术水平以及专家系统知识局限性等因素的影响。
2 测试性验证与评估系统总体框架设计
测试雷达装备使用测试性的验证与评估系统完全采用计算机仿真的方法, 根据装备的FBS模型建立电路仿真模型 (即将电原理图准确转化成仿真软件能够识别的仿真模型, 也叫标称仿真模型) , 搭建测试性验证和评估仿真平台, 对雷达装备的测试性进行验证和评估。由于ATE软件模型建立困难并且为了提高测试结论的置信度, 采用实际的ATE设备收集信息进行故障检测、诊断、隔离会更加有效, 所以对依赖ATE的测试性性能分析我们采用了硬件与软件相结合的方式进行, 其框架如图1所示。
在此系统中, 硬件仅仅是为了解决信号的输入输出, 软件才是整个仪器的关键, 提高软件编程、使用和维护的效率至关重要。软件部分包括Pspice下的系统仿真模型的建立和系统软件接口。在基于Pspice的装备仿真模型建立后, 实现测试、激励与故障信息的产生、注入与控制和测点信息的获得, 即将装备仿真模型与信号转接接口 (模拟雷达信号的信号产生模块) 和ATE诊断信息相连接。硬件包括PXI信号转接模块和ATE诊断设备, 负责产生激励和数据的采集、处理。
本系统采用模块化设计思想, 系统软件采用labwindows/CVI的虚拟仪器开发平台, 编写系统的接口软件程序实现对Pspice生成的网单文件进行读、写并保存, 即实现对Pspice仿真的控制和仿真结果信息读取, 有三大模块, 分别为:故障设置、故障注入、分析报告。
2.1 故障设置模块
故障设置模块是实现对Pspice生成的网单文件进行读取进入故障设置模块后软件能分行分列地显示各个元器件参数及开路和短路情况, 可以任意地更改元器件参数及其电路的连接关系实现故障的设置。事实上, 一个完整的Pspice输入网表文件就是一张完整的电路图和仿真参数的组合。根据Pspice语法可知, Pspice输入网表文件中元器件名称必须以规定的字母开头, 其后可以是任意数字或字母, 整个名称长度可达8个字符, 例如电容的名字必须以“C”开头, 电阻的名字以“R”开头, 并且其相应元器件的格式也有其特有的规律, 所以在进行系统程序设计时可对相应的元器件的信息按树型结构进行分类提取并实现故障设置。
2.2 故障注入模块
在故障设置后生成新的网单文件 (也是.NET文件) 并保存, 由故障注入模块显示新的网单文件里各个元器件参数及电路连接关系。Pspice会根据保存的新的网单文件的故障模式进行仿真, 得到Pspice仿真软件的两个仿真分析结果输出文件:.OUT文件和.DAT文件。输出文件.OUT是一个ASCII文本文件, 其内容包含有电路的网络连接描述、Pspice指令与选项、仿真结果、仿真过程中所产生的各式各样错误信息。.DAT文件是一个二进制数据文件, 内容为仿真完后的输出结果。.OUT文件和.DAT文件组成了完整的测点信息。读取故障模式相应测点的信息后, 通过软件或硬件的不同方式输入到ATE中。
2.3 分析报告模块
分析报告模块就是经过仿真分析后, 将所有出现故障的元器件名称及故障类型都显示出来, 以便能及时更换维修。
除了以上的三个模块, 还可以加菜单栏编写命令以方便操作, 实现软件界面友好、操作简单的目的。
3 Pspice在测试性验证与评估系统中的应用
在测试性验证与评估系统中, 采用的是将电路仿真与故障注入结合起来, 通过对系统注入故障来进行仿真分析和验证。对于电路故障仿真来说采用的是基于Pspice仿真软件的故障注入。Pspice环境下的电路故障仿真方法是在正常电路仿真的基础上, 模拟系统内部故障并考察其完成规定功能的系统验证方法。
3.1 用Pspice建立故障仿真模型
Pspice环境下建立电路故障仿真模型的实质就是在电路的正常状态模型中加入对故障影响因素的模拟和描述。按照电路中指定元器件的失效信息, 通过对Pspice仿真环境下电路正常状态仿真模型的修改或者替换, 形成元件的故障模型 (元件模型重组) , 从而生成电路的故障状态仿真模型。它一方面运用Pspice自带的元件库或由用户自定义的元件来建立电路的功能模型, 即正常电路仿真模型, 同时对电路中元器件的主要失效模式及影响因素进行建模, 并将这些仿真模型注入到电路正常情况下的Pspice仿真模型中, 形成电路的故障仿真模型;然后对上述两种情况下的电路模型分别进行仿真, 获取相应的响应结果;再根据系统给定的输出特性要求, 对仿真结果进行比较和判定, 确定注入的故障对系统性能的影响并进行各种测试性分析。其原理图如图2所示。
3.2 建立故障模型的目的
建立故障模型的目的是实现故障自动注入, 对待仿真电路的潜在故障进行仿真。故障注入起源于上个世纪70年代, 目前国外复杂电子系统的设计及测试已经广泛地使用故障注入。该技术主要分为三类直接针对硬件系统的物理故障注入软件故障注入和基于仿真的故障注入。
本课题采用的是仿真故障注入, 其与物理故障注入相比有以下几个优点。
(1) 基本上不受目标可访问性的限制, 仿真软件一般可将故障注入到仿真模型内的任何位置, 避免了故障注入的局限性。
(2) 没有附加硬件设备和目标系统接口电路的限制, 同时可以避免因注入故障导致的器件或系统损坏。
(3) 易改动、费用低, 可以通过反复更换元器件、修改参数来对所有故障进行充分的考察和评估。
仿真故障注入是将故障模式集中的故障注入到标称仿真模型的过程。由于仿真模型实质上是由程序控制的, 因此通过修改程序就可以改变系统的状态。一般来说, 只要能够进行系统仿真, 所有的故障模式都可以通过修改相应的参数来实现, 基本不存在无法注入的问题。
4 结束语
研究的基于Pspice仿真的测试行仿真验证系统, 其系统软件采用了模块化设计思想, 方便今后维护扩展和升级, 而且用户开发的软件界面友好, 操作简单。此测试平台采用Pspice软件进行故障仿真, 不仅避免了装备的损坏, 而且易改动, 费用低, 大大提高了工作效率, 减少了人为误差, 保证了测试结果的准确性。
摘要：针对基于Pspice仿真开发的测试性验证与评估系统的使用测试性进行研究。该系统以PXI总线信号转接模块作为系统的硬件平台, 采用硬件与软件相结合的方式进行, 使用配置文件实现软、硬模块之间的信息交换和资源的动态调用。此方法可使测试性验证和评估摆脱对硬件系统和装备实体的依赖, 使得装备在研制阶段、定型或验收阶段, 不需要样本就可以进行测试性的验证与评估, 为雷达装备测试性验证和评估提供了一条新的有效的途径。该系统经验证能够实现软、硬模块之间的信息交换和资源的动态调用。
关键词：测试性,Pspice,电路仿真,故障注入,PXI,ATE
参考文献
[1]王立兵.雷达装备固有测试性验证方法研究[D].石家庄:军械工程学院, 2008.
[2]李刚, 马彦恒, 张清龙.新型电子装备固有测试性验证研究[J].军械工程学院学报, 2007, 19 (4) :17-20.
[3]黄考利.装备测试性设计分析[M].北京:兵器工业出版社, 2005.
[4]吴跃, 孙宇锋.基于PSPICE 9的数字电路元器件故障模型研究[J].微电子学与计算机, 2004, 21 (6) :164-168.
测试性设计 篇2
航空航天器配电变换器测试性设计及其仿真研究
文章首先介绍了航空航天器配电系统的组成和作用,进而指出了对配电系统进行测试性设计的实际工程意义.结合航空静止变流器为例详细论述了此类配电变换器装置的`性能、组成结构和控制方法,提出了一种基于测试可控性设计以较低成本实现航空静止变流器的板级电路故障诊断方案,给出了系统故障诊断逻辑判断流程.最后搭建了航空静止变流器的仿真模型,通过详细分析变流器系统仿真结果,验证了该方案的可行性.
作 者：刘维罡 沈颂华 LIU Wei-gang SHEN Song-hua 作者单位：北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院,北京,100083刊 名：宇航学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF ASTRONAUTICS年，卷(期)：28(6)分类号：V241.06关键词：测试性 航空静止变流器 测试可控性 故障诊断
开心小测试：测试你的性取向 篇3
穿黑色皮衣的人，你认为这两个人是男是女呢？
1、两个都是男性。
2、前座是男性，后座是女性。
3、前座是女性，后座是男性。
4、两个都是女性。
女人的结论：
1、你是个百分百的正常女人，你喜欢的异性亦属男人中的男人，甚具男子气概，值得你完全信赖的男性是你理想中的另一半。
2、你虽然没有同性恋倾向，但你对同性间的友情极为重视，相反，你对异性交往并没有憧憬，只希望在适婚年龄随便找个人结婚。
3、现在虽没同性恋倾向，但对目前的恋情极为不满，你不认为男性必须保护女性，相反，一个看来不太可靠的男性反而是你的理想对象。
4、你虽看似是满足于与异性的交往模式，但在你内心，对女同性恋者总有着一点爱情的憧憬。
男人的结论：
1、你有些潜在的同性恋倾向，你觉得与异性交往是一件十分麻烦的事，相反地，你非常珍惜与同性之间的友情。
2、你可算是一个思想传统的男人，所以你不单不能接爱同性恋的想法，在生理上亦无法认同。
3、你虽没有同性恋倾向，但却有点恋母情意结，你喜欢一些体格强健的异性，认为即使这世界由女权主导也没半点问题。
锥齿轮传动形性测试仪的设计 篇4
目前,锥齿轮已广泛地应用于工业、交通和能源等重要领域,而随着更多的机械设备向重载、高速、高效方向的发展,人们对机械的运转性能提出了更高的要求。因此,如何得到传动更平稳、振动噪声更低并且使用寿命更长的锥齿轮是齿轮行业的一个重要研究课题。
传统的锥齿轮检测方式主要是通过有经验的工人采用感官对噪声和斑点等进行主观判断,这种方法容易受到外界干扰,并且不可溯源。通常,锥齿轮检测方法可分为3 类[1]: 坐标式几何解析测量法、啮合式综合精度测量法和整体误差测量法。几何解析测量法,测量齿面单项精度高,但效率低; 综合测量法主要通过单、双啮的方式测量,效率高,测量信息较为全面; 整体误差测量法兼顾了前面两种方法的优点,但其理论还有待完善,在实际中的应用也较少。
国际上通用的锥齿轮测量技术和设备有滚动检查机、单啮仪、双啮仪、齿轮坐标测量中心和锥齿轮单面啮合滚动检查机等[2],其中克林贝格的T60 系列[3,4]和格里森的500HCT[5]、600HTT[6]代表了当代锥齿轮检查机的最高水平,这些机床综合并改进了滚动检查机和单啮仪的齿轮检测功能,检测效率高,但价格昂贵,国内的锥齿轮制造商大多不具备购买能力,而国产的检验机又不能满足检测需求。
针对这一难题,本研究设计一台高精度的锥齿轮传动形性测试仪,通过对被测齿轮副传动误差、振动、噪声,以及磨削烧伤的综合检查,实现对齿轮客观全面的评定,指导生产加工,填补国内空白。
1测量原理
锥齿轮传动误差的测量是本仪器的一个重要测量项目。传动误差被定义为[7]被测齿轮副输出端实际位移和理论位移的差值。螺旋锥齿轮的制造和装配误差,以及加载变形等都会产生传动误差,即当小轮转过一定的角度 θ1时,理论上,大轮应转动 θ2t= iθ1( i—传动比) 的角度,而实际测量发现大轮转动了的角度 θ2r,传动误差TE的表达式如下:
单面啮合测量法是测量齿轮副传动误差的典型方式[8]。大多数研究认为,传动误差是齿轮副振动和噪声形成的主要因素[9],由于传动误差的存在,导致了齿轮副啮合冲击的出现,冲击力的变化就导致了齿轮副振动和噪声的产生。螺旋锥齿轮副的传动误差和振动噪声不仅可以独立地对齿轮副作出评价,同时,也可以综合起来搜索锥齿轮最佳安装距。
传动误差采用安装在电机最前端,紧靠齿轮侧的圆光栅测量。振动和噪声的检查,需要主轴工作在高速下,且床身有足够的稳定性,其中,振动信号采用三向加速度传感器测量,该传感器安装在电机前端面法兰附近,紧靠主轴轴承; 拾音器测量噪声信号,安装在靠近齿轮啮合点附近,通过可调关节调整其位置。磨削烧伤检测为一独立模块,该模块采用齿轮夹具夹持,利用插补算法,控制传感器沿齿面进行检测。
仪器测量原理图如图1 所示。
结合国内市场需求,笔者确定本研究齿轮传动形性测试仪设计指标如表1 所示。
2仪器总体设计
本研究所设计齿轮传动形性测试仪主要由机械系统、电气控制系统以及测量软件系统3 部分组成。高精密的机械结构是仪器测量的基础,可靠的电控系统保证了仪器的正常运行和数据采集,多功能测量系统能高效地提取齿轮副有效信息,并做出客观全面的评定。
2. 1 机械系统结构
该仪器由5 个轴的运动组成,采用卧式结构,主运动是两个主轴的旋转运动( A/C轴) ,辅助运动是3 个直线轴运动( X /Y/Z轴,又称H/V/G轴) 。A/C轴的旋转运动均采用电机直驱技术,改善了主轴电机和负载齿轮的惯量比特性。X /Y/Z直线运动轴采用“控制器+ 伺服电机+ 滚珠丝杠+ 直线导轨+ 光栅尺”的闭环反馈控制模式,定位精度高,响应速度快。
两主轴均采用挂壁式安装,其中小轮端在H向滑台上实现沿X轴的运动,滑台H再通过竖直方向的丝杠和导轨实现沿Y轴的运动,大轮端机箱与丝杠和导轨直连,实现沿Z轴的运动。
2. 2 电气控制系统
本研究所设计仪器要求运动精度高,可靠性高,并且检查工艺较为复杂,传统PLC和伺服控制器配合使用的方式无法胜任,因此,本研究选择采用西门子Simotion运动控制系统对仪器的电气部分进行控制。
Simotion运动控制系统主要包括运动控制、逻辑控制及工艺控制功能,操作灵活、精度高、响应快[10]。Simotion运动控制部分主要用于伺服电机的控制,以及与人机界面和上位机之间的通讯,而PLC逻辑控制单元则主要包括机床自润滑系统、气动液压系统、冷却系统等,辅助机床运行。
仪器电气控制原理图如图2 所示。
2. 3 测量系统
测量系统主要包括传感器和测量软件系统,传感器系统主要包括被测齿轮副轴系圆光栅、三向加速度传感、拾音器和巴克豪森传感器; 仪器的测量软件系统包括测量现场控制、被测齿轮副参数设置、传动误差各单项偏差分析及等级评定、振动噪声分析、最佳安装距搜索、磨削烧伤分析及评定、SPC过程统计分析、数据库管理和测量结果的报表打印。
2. 4 辅助部件
辅助部件是保证仪器正常运行的关键部件,主要包括气动、液压、润滑和冷却等系统。本研究设计的仪器机械精度高,主轴转速高,因此整体采用防护罩与外界隔离,并且,为提高仪器的自动化程度,本研究设计了气动液压系统,以方便控制导轨锁、机床门和齿轮夹具等单元。
仪器的丝杠和导轨采用集中供油的方式进行润滑,油泵在Simotion的控制下定期定量地供给稀油脂。为满足高速和重载的测量需求,本研究还设计了齿轮副冷却油循环系统,以及主轴电机的水冷循环系统。
3关键技术
3. 1 立柱式斜床身
国内典型的锥齿轮检查机结构形式是内江机床厂生产的卧式滚动检查机,中南大学自主研发的锥齿轮检查机也采用了类似结构[11,12]。该床身结构简单,且容易加工,但中间传动部件多,容易产生误差积累,整体稳定性较差,并且在高速下振动明显。
为了得到精度更高、稳定性更好的锥齿轮检查机,本研究创新地采用了专利的立柱式斜床身结构。斜床身常用于精密复杂的加工中,斜面倾角( 0° ~ 90°) 可以降低机床重心,平衡部分滑台和电机的重力。水平和竖直导轨直接安装在床身上,减少了中间过渡部件,使其结构更加紧凑,减少累积误差,并且稳定性大为提高。床身采用一体铸造,质量占了整个机床的绝大部分,在最大工作载荷下,床身形变如图3 所示。
分析可知,床身上导轨的安装面变形较小,床身的一阶模态频率为169 Hz,满足主轴4 500 r/min的最高转速检测工况。
本研究所设计床身采用ANSYS仿真软件进行了优化,主要受力面采用肋板和加强筋支撑,床身内部镂空以调整机床重心,底座加工有多个支撑面,采用垫铁减震支撑,并且床身上还设计有多处减重孔和质量调整腔,在机床加工完成后,设计人员可通过调整支撑点位置和质量调整腔中重物质量,再次进行优化,以实现高速和高精度的测量要求。床身铸造采用砂型模具,翻砂铸造,成本相对较低,并采用人工失效,快速消除铸造过程中产生的应力,导轨安装面采用精加工,保证安装面的平面度和直线度。
3. 2 主轴直驱技术
锥齿轮副传动误差的测量需要高精度的轴系驱动,传统锥齿轮检查仪的主轴多采用皮带驱动,因此,存在柔性连接或间隙、误差大,且选型时受到负载/电机惯量比的约束[13]。为了获得良好的加/减速特性,主轴必须尽可能地减小旋转部分转动惯量,并且本研究检查的齿轮尺寸范围大,主轴负载转动惯量变化大,传统主轴结构无法胜任。因此,结合表1 的设计要求,本研究设计采用电主轴的结构形式,即将空心转子与机床主轴直接过盈配合,成为一种集成式电机主轴。采用主轴电机直驱技术[14]的电机转子和负载的惯量成为一个整体,刚性连接,没有中间传动环节,理论上不考虑惯量比。
本研究的A/C轴主轴电机均采用西门子1FE1 同步内装式电机定转子。根据1FE1 电机尺寸,本研究设计了如图4 的主轴结构。
该主轴为空心精密主轴,内部可装拉杆机构,主轴前端采用莫氏锥孔结构,通过与齿轮夹具锥面的过盈配合减小偏心误差,使主轴精度小于2 μm。主轴直驱技术有效地克服了传统锥齿轮检查仪精度低、振动和噪声大的缺点,并且结构更紧凑、重量轻、稳定性和动态综合性能都更好,满足本研究高速和重载的测量要求。主轴电机后端安装有海德汉ERM磁栅编码器作为主轴电机闭环反馈控制用的角度编码器,测量传动误差的圆光栅安装在主轴电机最前端,靠近被测齿轮副,结合测量和安装要求,本研究采用了雷尼绍REXM超高精度圆光栅,可在低速下( 通常小于500 r/min) 测量传动误差。
两主轴电机采用相同的设计,方便加工,可互为主/被动端,保证了同样的动态特性。两主轴中,主动轴为转速控制,带动从动轮正、反转,从动轴为力矩控制,采用力矩限幅的方式,始终输出与主动轮旋向相反的扭矩,起到加载的目的。开始检测时,主动轴驱动齿轮副先加速至设定转速,从动轴再加载至设定扭矩; 停止检测时则是先停从动轴,去掉载荷,再停主动轴。
3. 3 自动装夹技术
锥齿轮检查仪常用手动装夹方式夹紧工件,不仅操作复杂,效率低,而且精度低,重复性较差。针对这一问题,本研究设计了一套气液增压自动装夹系统,基本原理为碟簧拉紧,液压松刀。
装夹系统拉杆结构改装自精密加工机床用拉刀机构,空心主轴内拉杆一端通过螺纹与齿轮机械式夹具连接,夹具依靠锥孔与主轴定位。在拉杆拉紧状态下,拉力由碟形簧片组的压缩变形提供,在拉力作用下,小轮依靠锥孔夹紧,而大轮依靠扩张盘夹紧。更换工件时,气液增压缸提供的高压油进入拉刀机构后端的高压油腔,由液压缸克服弹簧力,从而松开夹具。仪器操作面板上分别设置有大小轮装夹按钮和指示灯,夹具未夹紧前主轴不能转动。
齿轮夹紧时,夹紧力全部由弹簧形变力提供,理论上不消耗功率; 夹具松开时,高压油在拉杆后端油腔流动一次,动作时间短。自动装夹系统重量轻、定位精度高,并且操作简便,漏油少,减少了维护成本。
3. 4 直线运动轴设计
仪器直线轴的主要受到各轴向重力和载荷的影响。螺旋锥齿轮副啮合时,齿轮轴向和径向力受齿轮工艺参数的影响,与切向力之间存在一定的对应关系,但最大不超过切向力1. 5 倍[15,16]。考虑到本研究被测齿轮种类多,为简化设计,本研究取倍数 μ = 1. 5,计算检查工况下齿轮副三轴向最大外力为:
式中: T—齿轮副最大检测载荷,Nm; D—被测齿轮最小外径,mm; Ft—锥齿轮最大切向力,k N; Fs—水平轴最大轴向力,k N; Fr—水平轴最大径向力,k N。
本研究直线轴伺服电机通过联轴器直接与滚珠丝杠相连,中间无调速单元,动态响应好,传动链采用过盈配合,无反向间隙,确保了精度。直线轴的设计还要考虑惯量匹配和转矩、加速度、速度等特性。因此,根据表1 的设计指标,本研究对传动链进行验算后得到,该仪器直线轴负载惯量小于转子惯量,并且电机以最大扭矩加速至最大转速不超过0. 1 s,因此,该仪器直线运动轴刚度大,动态特性好。
本研究所设计仪器竖直轴承受载荷较大,为平衡重力,保证仪器在竖直方向的动态响应能力,本研究在竖直方向设计有配重单元。同时,竖直轴伺服电机带抱闸,防止突然掉电时因重力造成的破坏。
本研究直线运动轴设计有气动重载型钳制锁、长光栅,以及多组限位等关键部件。通过采用长光栅的闭环反馈控制提高了直线轴定位精度,定位完成后,导轨钳制锁夹紧导轨,增加轴向刚度,防止加载检测工况下,轴向窜动影响定位精度。
3. 5 精度分析
传动误差是齿轮副的重要评价指标,精度越高的齿轮副传动误差越小。齿轮精度运动学认为齿轮是不存在变形的刚体,齿轮副误差沿着啮合线方向影响传动特性。因此,本研究以刚体运动学理论为基础,结合表1 的设计指标,以最大外径分别为260 mm和500mm的小轮和大轮为例,列出影响仪器精度的各误差项如表2 所示。
(单位:μm)
假设表2 中所有误差项相互独立,相关系数为零,则计算的切向综合总偏差为:
锥齿轮切向综合误差满足[17]:
式中: Fp—齿距累计偏差,μm; fc—齿形相对误差,μm。
外径为260 mm的4 级精度锥齿轮切向综合误差F'i= 29. 6 μm > 3δ,即仪器满足4 级精度锥齿轮的要求。
本研究所设计仪器的最终效果如图5 所示。
4结束语
本研究对比分析现有锥齿轮检查机床,并基于传动误差、振动噪声和磨削烧伤的测量原理,设计了一台高精度且功能丰富的锥齿轮传动形性测试系统。该仪器机械结构设计紧凑,各功能模块集成度高。床身分析结果表明,该结构形变小,高速测量稳定性高,直驱主轴和齿轮快速装夹系统保证了测量的重复性,减小了偏心误差,直线轴动态性能和刚度高,并且采用光栅反馈提高了定位精度。仪器控制系统响应快且精度高,可实现齿轮安装位置及主轴动态参数的快速调整,以配合测量系统实现被测锥齿轮副形貌和性能的快速检测。
有关实验室信赖性测试的报告 篇5
有关实验室信赖性测试的报告
信赖性验证测是对产品的相关功能按照客户的要求,制定可行而有效的测试方法与标准,对产品进行一系列的测试验证,以满足客户对产品的可信度要求.产品信赖性验证的准确性关系到产品品质的可信度及稳定性,特别是新机种的验证(包括配件半成品及成品)更是关系到产品是否可以量产的重要参考依据,需要多个部门的认真对待及配合.而我们品管部实验室是信赖性验证测试工作的具体实施部门,操作实施步骤是按照相关部门提供的委托的信赖性测试书的要求而进行,若是发现相关部门所提供的相关测试项目有所遗漏或不正确的应及时提出,确认OK后再进行测试.已经量产的成品就需要按客户的要求认真详细的逐步进行.或客户没有详细要求的就按照我司的常规要求进行.不同客户所要求的标准可能会有所不同,建议
1、根据不同的客户要求制定相应的信赖性测试指导书.另测试过程及终止时间要在相关设备旁设置测试书上面标示清楚.(如:高低温恒温恒湿等),使之明了清楚.2、测试过程中若发现有异常问题应及时上报并同相关部门沟通.3、测试结果若无异常必须有主要负责的工程师签字,不能通过必须通知研发工程品质相关负责人员到场察看分析,改善措施要通知实验室工程师,改善后再重新测试验证.4、测试所用仪器设备要每天检查是否良好,确保在正常工作状态下的测试是有效的.
基于框架的软件测试性分析 篇6
【关键词】软件产品线测试；面向对象的软件测试：自动化工具支持
【中图分类号】TP311
【文献标识码】A
【文章编号】1672-5158（2013）04-0003-02
软件产品线是一套软件密集型系统，它拥有一组能满足特定需求的公共的、可管理的特性，并且是按预定义的方式由一组公共的核心资产开发而来。软件产品线可以提供重用软件资产，生产和开发一组类似系统的方法，使用这种方法可以有效地降低成本、缩短产品面世时间、提高软件质量。它是软件产业向大规模定制模式发展的一个重要途径和方法。
面向对象的应用框架是一种软件半成品，是软件产品线的主干（backbone）。框架具有很强的领域特性，是对问题领域共性的抽取（领域分析），它用一种抽象可扩展的方式描述产品线中所有产品的共性特征。基于框架的开发方法把软件复用提高到了设计层次，提高了软件生产率。
在软件开发过程中，测试是一项持续性活动，同时也是一项劳动密集型活动。传统的面向对象的测试方法是产品线测试的基础，因为软件产品线，尤其是框架通常是用面向对象技术来进行设计和实施的。为了确保框架的可靠性，在应用它之前必须进行仔细的检测。实践中，通常是通过测试应用程序来测试框架，因而难以区分框架和应用程序的编码错误。同时，当前测试框架和产品线的方法还非常不成熟，因此对成熟测试方法的需求十分迫切，测试过程也应获得测试工具更多的支持。
1 面向对象的软件系统测试
1.1 面向对象系统的测试方法与过程
为了保证软件的质量和可靠性，应力求在分析、设计等各个开发阶段，对软件进行严格技术评审。近年来，测试的作用在很多组织中得以扩展，进而为软件可靠性的评估提供技术支持。
面向对象技术产生更好的系统结构，更规范的编程风格，极大地优化了数据使用的安全性，提高了程序代码的使用率，然而正是因为面向对象技术开发的软件代码重用率高，这就需要更严格的测试，避免错误的繁衍。
1.2 测试自动化和工具支持
近几年来，许多研究工作者通过使用自动化的测试工具对软件的质量进行保障研究。到现在为止自动化测试工具已经足够完善了，完全可以应用自动化测试工具来大幅度地提高软件测试的效率和质量。在使用自动化的测试工具的时候应尽早地开始测试工作，这样可以使修改错误更加地容易和廉价，并且可以减少更正错误对软件开发周期的影响。
自动化支持的一个关键因素是是否有用于所有测试交付物和工作产品的中心项目数据库。这可以指的是测试管理系统，包括用于对测试进行保存、描述、文档化和跟踪，并且对测试目标和结果进行记录、跟踪、评审的辅助设施。好的工具可以使得这些信息很容易被项目组获得，并且提供稳定的工作流支持来简化和跟踪软件开发过程。
2 软件产品线测试方法
在软件产品线测试时虽然可以使用传统面向对象的测试方法，但仍强烈需要一个明确定义的产品线测试过程和方法，包括工具支持。这是因为当一个产品线或多个产品线被测试时，一些具体问题就会暴露出来。例如规模问题，因为产品线中的所有应用都需要测试，这就使得产品线的测试要比单独的产品测试要复杂得多。产品线测试的关键在于重用测试用例和测试件（Testwarc，指测试工作形成的产品），而不是将产品线中的每个软件作为一个单独的产品来进行测试。
2.1 软件产品线测试
产品线测试关系到多个方面，包括回归测试、非完整性项目测试和有效使用可重用的测试资产等等。回归测试是用来确认前期可正常工作的组件在面临某些修改时，是否还能正确运行。产品线中的成员在共享许多共性特征的基础上又各自变化，因此回归测试适合于产品线或重用情况。与单个系统开发项目不同，测试也是可以重用于大多数产品中的活动，它本身产生可重用的核心资产。建立可重用的测试资产能使产品线测试拥有较高的成本效益比。
产品线测试也需要详细规划并给出一个明确定义的过程，把测试集成到过程的每个阶段，以生产出高质量的产品。在产品线中组件被大量重用，有效的故障修复显得尤其重要。领域工程中的缺陷使风险演变为问题，因为可重用资产中的缺陷蔓延到重用它的每个产品中。然而在软件产品线方法中，测试不能很好地区分领域工程和应用工程任务。虽然根据V模型进行测试，但ISAPS、CAF和SEI提出的框架还是不能完全将V模型测试的各个阶段集成到软件开发中去。在实践中，将测试过程集成到整个产品线过程中被证明是最棘手的问题。
产品线测试的主要问题可以从两个方面来进行论述。在领域工程中测试核心资产时，测试者试图减少应用测试，但却很难保证软件在不明确的用例情景下都正常运作；产品线中的成员在共享许多共性特征的基础上又各自变化，测试者发现根据V模型进行集成和系统测试并不可行。而在应用工程中，在核心资产和其它应用测试的基础上，测试者想使充分测试特定产品的费用最小化，但很难确定哪些已有测试结果是可以利用的，哪些产品测试是必须进行的。
2.2 当前产品线测试状况
目前产品线测试的工作重心主要放在验收和系统测试上。
但由于产品线中大量重用组件，因此它们的低级别测试（例如，单元级）也应该得到保证。换而言之，当前的研究和实践主要集中在高级别的产品线测试上。假设传统的面向对象的测试方法可以不做任何修改就用于产品线测试过程，那么这一假设存在许多疑点。例如，目前尚不清楚将使用哪一种面向对象的测试方法以及如何将之用于产品线测试，更加不清楚是否还需要新的、具体的产品线测试方法。
在基于框架的软件产品线测试方法中，应用框架是产品线的核心，在所有应用从它产生之前就应该得到很好的测试。但是以框架为基础的产品线的实际测试中，往往没有使用产品线的任何信息。例如，诺基亚的移动浏览器产品线是按照如下要求进行产品线测试的：“产品线测试的复杂性要远大于单个软件产品的测试。必须测试在不同情景下的产品线。为了控制测试的复杂性，应缩减单个产品的测试，取而代之的是对整个产品线的测试。这样才能保证测试的简化以及产品质量”。
2.3 软件产品线自动化测试及相关工具支持
在软件产品线测试方法中，工具支持比在传统面向对象测试中更加重要。这是因为包含数个相同体系结构的产品线测试规模要大于单个产品测试。当一个组织有几个产品线时，规模的问题就更加突出。产品线的工具支持因使用可重用的测试资产可以减少费用，并且使复杂的测试过程更易于管理。
现今有许多成熟的测试工具，但是产品线和框架测试缺乏有效的工具支持。通常这些工具也能够应用于产品线的测试，但它们只适用于像单元测试这样低级别的测试。在产品线方面，需要详细而精确的测试工具。测试工具应有效地管理可重用的测试资产。工具支持应从测试执行和测试结果的分析扩展到集成产品线测试的整个过程。
目前赫尔辛基大学已经开发出RITA工具。RITA是一个能覆盖所有领域的测试支持工具。但是所有设计功能并没有在RITA的第一版中完全实现。同时，RITA工具的焦点在于支持基于框架结构的低水平的白盒测试。
3 评测过程
3.1 评测类型
对电子商务易用性质量的衡量，它侧重于提供同类产品之间可比的易用性质量数据，是黑箱方式的定量测试。
3.2 评测相关人员
可以由几方面的易用性专业人员共同完成。软件开发方可进行评测，为下一次开发提供历史数据或者向采购方提供报告；采购方也可以通过评测的方式来验证某个测试报告；还可由独立的第三方易用性专业机构进行评测。报告主要供三类人员使用：
①软件供应方的技术人员可以根据评测结果为下一版本的设计提供参考意见；
②采购方的管理和决策人员，他们根据评测结果做出产品采购决定；
③易用性专业人员，他们对评测的技术价值和产品的易用性质量进行评价，或者重复进行评测以验证报告结果。
本次评测是由第三方测试机构进行评测的，报告目前是作为相关领域的易用性评测的研究之用，在条件成熟之后会考虑向其他几方面的人员开放。
3.3 评测计划
评测尽可能地接近实际的用户、任务和环境，事先进行了使用环境分析，并据此制定了详细的评测计划，详细地说明了电子商务的特征描述、环境、过程和指标体系。
3.4 评测环境
产品的易用性不仅取决于产品本身，还受使用环境的影响。使用环境包括以下几方面：
（1）用户特征。它包括知识背景、技能、经验、学历、年龄、体力等，有时还可按经验、职务或能力来分组。
（2）使用产品的目标。产品的主要用途以及工作时间长短、强度等。
（3）社会物理环境。例如计算环境、温湿度环境、法律环境、社会文化习惯环境等。
（4）在详细分析使用环境的基础上，设计出评测环境并在评测计划中明确定义，并使评测环境具有使用环境的典型特征，包括：
①评测对象特征，如知识背景、技能、学历、年龄等；
②评测任务，如符合电子商务网站的主要用途并覆盖其主要功能，详细规定任务要求和执行顺序；
③评测的社会物理环境，如所使用的物理设备、软件以及相关的物理和社会环境特征。
3.5 评测过程与数据收集
在评测开始前向测试对象介绍产品及测试内容和目的，然后让测试对象熟悉测试环境。在测试过程中，为使测试环境符合使用环境，除了用户在正常使用环境中所能得到的帮助外，不向他们提供任何额外帮助，同时使测试对象尽可能地放松。
在正式开始测试时，要向测试对象介绍测试任务和完成时间。在测试过程中，记录人员针对任务完成情况和用户满意度，观察并记录各项测试数据，记录测试对象遇到的具体问题。在测试结束时，征询测试对象对产品的其他意见和建议。
3.6 数据的分析和解释
对测试数据进行计算整理和分析，得出综合评价。
4 结束语
软件产品线受到越来越多的关注和研究，特别是在工业应用领域。但是产品线的测试所受到的关注还是很少。产品线需要一个详细规划的测试过程，它要能够比较容易地被不同的产品线应用领域所采纳和运用。然而，测试产品线是一项非常具有挑战性的工作。因此迫切需要一些成熟的测试方法和工具。
参考文献：
[1]王建辉.论软件产品线技术[J].福建电脑，2007，（02）
[1]邵兵家电子商务[M].北京：高等教育再版社，2012
[2]王峰译：Glenford J Myers.软件测试的艺术[M].北京：机械工业出版社，2011
测试性设计 篇7
测试性是指为产品(系统、子系统、设备或组件)能够及时而准确地确定其状态(可工作、不可工作或性能降低),并隔离其内部故障的一种设计特性[1]。这个定义强调了测试性是产品的一种可以设计的特性,产品越复杂、自动化程度越高,产品的故障或不可用性的危害性越大,对产品的测试性设计的要求就越迫切。它既包括了对测试设备的性能要求,又包含对被测装设备自身的要求。后者即产品的固有测试性,是指从硬件设计上考虑便于用内部或外部测试设备检测和隔离其故障的特性,它仅依赖于硬件设计而不依赖于测试激励和响应。
迄今,测试性研究领域对固有测试性设计的定性要求已经确定,主要内容有二:一是硬件设计的测试性,主要包括:(1)合理地划分产品的功能、结构与电路,最好是将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可更换单元,并尽量减少可更换单元之间的连线和信息交换;(2)可预置初始状态(初始化),以便进行故障隔离和重复测试;(3)内部状态的可观测性设计,即测试点、数据通路(测试线)的可观测性设计;(4)内部状态的可控制性,设计专用测试输入信号、数据通路与电路,使BIT、ETE或ATE能控制内部功能部件和元器件工作;(5)元器件、零部件选择,优先选用测试性好(故障模式已有充分了解)的标准件;(6)模块或组件接口尽量选用现有连接器材等。二是被测装置与BIT、ETE或ATE的兼容性设计,保证它们在电气和结构上的兼容性以减少专用接口装置,合理设置测试点、引出测试线以保证满足测试要求且连接迅速方便[2]。
固有测试性设计中的关键是测试点的选择。测试点是指测量系统或设备状态信息或特征量的位置。测试点按用途可以分为故障检测用、故障隔离用以及二者兼用的测试点,按使用场合可以分为外场(现场)维修测试点(用于将故障检测隔离到LRU——现场可更换单元)和生产车间维修测试点(用于将故障隔离到SRU——最小可更换单元甚至元器件)。测试点选择配置应遵循以下原则:各种测试点要统筹安排,布局要便于测试,尽可能集中或分区集中,并有良好可达性;在满足故障检测隔离要求前提下尽量减少测试点;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,以符合安全要求[2]。测试点选择配置的一般过程是:首先分析被测对象的性能和用途,然后选择各级测试对象的测量参数,最后确定测试点位置并进行优化。
2 状态观测器设计方法简介
近年来,随着对测试性设计研究的重视,各种测试性设计方法纷纷被提出,但都难以实现对固有测试性要求的量化设计。为此,我们提出观测器方法。
简单而言,观测器是基于模型和测量信息的闭环信息重构器。状态观测器是指构造一个动态的新系统,利用原系统中可直接测量的外部变量(主要是输入变量和输出变量)的实测值作为新系统的输入信号,得出状态变量估计值,并使其输出信号在一定的条件下收敛于原系统的状态,这个用以实现状态重构的新系统称为原系统的观测器,也称为状态重构器[3]。
出于对控制系统实现状态反馈或其他需要,D.G.吕恩伯格、R.W.巴斯和J.E.贝特朗等人在上世纪60年代初期提出状态观测器的概念和构造方法,通过重构的途径解决了状态不能直接量测的问题。观测器理论经过几十年的发展,形成了许多设计观测器的方法和理论,开发了多种多样的观测器,如Luenberger观测器、未知输入观测器、滑窗观测器、模糊观测器等等。概括起来,按基本结构分,观测器大致分为Kalman滤波器型和Luenberger型观测器两类[4]。
滤波一般是指把外部干扰的噪声尽可能地排除掉,从中分离出所需要的信号。具有这样功能的系统就称为滤波器。Kalman于1960年引进了最优线性滤波器的概念,其目标是使均方差估计误差最小化,现在通常称之为Kalman滤波器。此后针对非线性系统又提出了一种扩展的Kalman滤波器方法,得到了广泛的应用,其中最主要的一个应用就是将其引用到非线性系统观测器设计。Kalman滤波器型观测器所考虑的系统对象一般是不确定性系统[5]。
Luenberger型观测器是由Luenberger[6]于1964年针对线性时不变系统提出的,其基本思想是采用反馈原理用偏差来消除偏差。自提出以来,有关线性系统观测器的设计方法及其理论日趋完美并得到了广泛的应用。在过去的几十年间,很多学者将上述线性系统的观测器设计思想应用到非线性系统的观测器设计中,形成了Luenberger型观测器设计的基本思想,即依赖于线性时不变部分来设计Luenberger型观测器增益矩阵,通过选择充分大的常数增益来补偿非线性部分或控制系统非线性部分,进而确保观测器误差动态方程的稳定性。Luenberger观测器适用于已知解析模型的确定系统实现测试和故障诊断,而绝大多数的产品都属于确定性系统,因此本文选用Luenberger观测器来设计产品的固有测试性。
3 线性系统固有测试性设计方法流程
3.1 导弹各分系统建模
系统建模目的在于深入和定量地揭示系统行为的规律性或因果关系性,系统模型是对现实系统或其部分属性的一个简化描述。建立数学模型的途径有二:机理建模,即利用相应的“物理学定律”或“广义物理学定律”(如机械系统用牛顿定律,电气系统用基尔霍夫定律)对系统的各个变量和参量间建立起对应的数学方程;系统辨识,即基于一定条件下对系统引入经典激励信号获得的输入输出数据,利用最小二乘法或扩展最小二乘法等数学方法,建立反映系统变量关系的数学方程[7]。
3.2 规范分解
不可控系统状态变量可分解成可控xc、不可控cx两类,与之相应系统和状态空间可分成可控和不可控子系统、子空间。同样,不可观测系统状态变量可分解成可观xo、不可观ox两类,系统和状态空间也分成可观和不可观子系统、子空间。这个分解过程称为系统的规范分解。具体过程方法见参考文献[3],直至将状态变量可分解成可控可观测xco、可控不可观测ocx、不可控可观测不可控不可观测xco四类,对应的状态子空间和子系统也分成四类。
3.3 确定基础解系
研究系统中各状态变量(即测试参量)的可控性、可达性、可观测性[8],确定最合适的一组基础解系。
3.4 最小阶观测器的设计
设状态x(k)是n维向量,输出y(k)是m维向量,y(k)=Cx(k)。可知y(k)是向量x(k)的线性组合,当观测状态值受噪声干扰较少,有m个可精确测量的状态变量x(k)不需估计而可直接利用,此时只要估计剩余的(n-m)个状态变量x(k)。这种状态观测器是(n-m)维,称作最小阶状态观测器(Luenberger观测器)[6],参见图1。
设系统的状态和输出方程分别为:
若有m个状态变量x(k)可精确测量,则状态方程和输出方程可改写为:
其中xa—可测量状态m×1,xb—待估计状态(nm)×1,Gaa—m×m矩阵,Gbb—(n-m)×(n-m)矩阵,Gab—m×(n-m)矩阵,Gba—(n-m)×m矩阵,Ha—m×r矩阵,Hb—(n-m)×r矩阵。
其中xa(k+1)=Gaaxa(k)+Gabxbk()+Ha)k(u
整理得Gabx b(k)=xa(k+1)-Gaaxak()-Ha)k(u,其中左边为待估计部分,右边为可量测部分。
同样,xb(k+1)=Gbbxb(k)+Gbaxa(k)+Hbu(k)
利用状态和输出方程构造一个渐近预报观测器,观测状态为x~b(k):
观测器的特征方程为z I-Gbb+FGab=0。
其中F为观测器的反馈增益矩阵,可由期望的特征方程确定,方法与前面的观测器相同。
用最小阶状态观测器的观测状态和测量状态构成全状态反馈控制系统,框图如图2。
经过上述步骤,便得到了测试参量性能覆盖度完备的最简测试点集合,且集合中的各参数均可控制、检测、估值和重构。
4 非线性系统固有测试性设计思路简介
为了实现参数的精确控制,产品通常主要由线性系统组成,可用状态空间描述,非线性环节很少,且大多数是典型的继电器、饱和、死区、量化非线性,数学模型均已建立便于处理。对于高维的非线性系统,则可以根据实际情况采用以下两种方法进行设计。
4.1 降阶
在高维的非线性系统中,可能观测分析其中的某些主要状态变量,并对其进行可控可观性研究、设计观测器和实施基于观测器的状态反馈控制,就能使整个系统处于良好的状态。这样,合理降维后的系统模型即能够对系统功能进行很好的描述。因此为了分析和处理的简便性或可行性,可以对高维模型进行集结法、奇异摄动法、帕德-劳思混合法、帕德-模态混合法、矩阵连分式法等降阶处理[9]。
要注意的是,在非线性部分的模型降阶和状态观测器设计的每个步骤都应验证降阶模型和观测器的稳定性及收敛性。
4.2 扩展Luenberger观测器
Zeitz等针对双输入单输出(BISO)非线性系统提出了一种基于观测器标准形的设计方法——扩展Luenberger观测器设计方法。首先利用微分几何方法寻找非线性坐标变换化为广义观测器标准形,然后针对非线性误差动态系统,利用扩展线性化方法沿重构状态轨迹进行线性化,从而求得状态观测器中的非线性增益函数。其优点是不需要求解一组偏微分方程,缺点是有时不能保证观测器的收敛性。Birk等把上述方法推广至多输入多输出(MIMO)非线性系统,亦取得了较方便的状态观测器设计方法。对于扩展的Luenberger观测器方法,通常要求经过一定的坐标变换来实现,因此也可称为坐标变换法[4]。
同上,在状态观测器设计时要验证观测器的稳定性及收敛性。
5 结束语
Luenberger观测器是现代控制论的一个分支,它通过状态空间变量的设置和引入一系列数学分析方法,实现了对多入多出的时变非线性系统的降维内部描述,克服了经典控制论只能限于单入单出的时不变系统、只能进行外部描述和试探设计的缺点,且所有的数值计算都通过编制Matlab程序由计算机承担,从而提供了严密精确的理论依据,使得可以实现对产品固有测试性既满足测试与控制的完备性又测试点最少的设计[3]。因此,本文提出的用Luenberger观测器法来设计产品固有测试性的思路具有良好的可操作性,可以广泛推广。
参考文献
[1]GJB2547-95装备测试性大纲[S].1995.
[2]田仲.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]胡寿松.自动控制原理(第四版)[M].北京:科学出版社,2001.
[4]朱芳来.非线性控制系统观测器研究[D].上海交通大学博士学位论文,2001.7
[5]贾秀芹.非线性观测器设计方法与性能分析[D].山东大学硕士学位论文,2008.4
[6]LUENBERGER D G.Observing the state of alinear system[J].IEEE Transactions on Military Electronics,1964,8(2):74-80.
[7]郑大钟.线性系统理论(第2版)[M].北京:清华大学出版社,2002.
[8]DORF R C,BISHOP R H.现代控制系统(第八版)[M].谢红卫,邹逢兴,等译.北京:高等教育出版社,2001.
测试性设计 篇8
关键词：测试性设计,故障诊断,CBM
1 引言
在信息化技术的全面推动下, 电子系统结构越来越复杂, 性能不断提高, 电子设备不断的向综合化、智能化的方向发展。电子器件的成本已经占到大型系统总成本的30%以上, 而电子系统的故障已经占到了系统总故障的40%以上, 使用与保障的费用已经占到了70%以上。当前的事后维修和定期维修的方法消耗资源且效率低下, 不能满足复杂系统不断增长的维修保障要求, 随着新的高集成度的成品出现, 其维修难度进一步增加。
PHM技术在这样的背景之下应运而生, PHM技术不是要消除故障而是预测故障何时发生, 它采用不同的预测方法提前预置故障发生的时机, 在故障发生之前做出反应, 以此来减少维修次数, 延长维修周期, 通过维修来保持系统可用性;减低检测成本、缩短停用时间, 减少备件库存, 降低设备的生命周期成本。
2 测试性设计
2.1 用途与作用
通常的测试性设计只要求使用者和维修者可以通过测试得知设备是否发生故障以及何处发生故障。而基于PHM的设计则希望系统或设备的测试性设计不仅可以达到上述要求, 而且可以实时的监控其健康状态、并可以通过故障诊断测试得到系统设备的生命周期特性。测试性的设计与可靠性、维修性、保障性具有同等重要的地位, 通过良好的测试性设计, 可以提高装备的战备完好性、任务成功性和安全性, 减少维修人员以及其它的保障物资, 降低整个寿命周期的费用。此外, 通过增加预测和健康管理设计, 还可以实现有计划、有针对性的自主保障, 从而大大的提高装备的战备完好性
2.2 分类与实现
测试性设计主要使用基于相关性模型的测试设计, 基于相关性模型的分为相关性的图示模型和相关性的数学模型。相关性的图示模型直观的展现了被测单元与测试之间的关系;相关性的数学模型使用了矩阵的形式来展示单元与测试之间的相关性。基于相关性的设计与分析是建立在相关性数学模型之上的, 首先进行简化和测试点优选, 最后得到诊断策略。当预计不满足测试性要求的时候, 需要通过调整或者增补测试点、对系统的功能和结构进行重新划分等方式进行设计优化。
测试性设计可以分为机内的测试性设计和外部的测试性设计。机内的测试性设计即BIT (Built-In Test) , 通过实现途径可以将BIT分为BITE、BITS。BITE指的是完成BIT功能的装置, 其中包括专用的和与系统共用的软硬件。BITS则指由多个BITE构成的测试系统。BIT的设计要求分为定性的要求和定量的要求两个方面: (1) 定量的要求参数有故障检测率、故障隔离率、虚警率或平均虚警间隔时间。对于不同的产品, 其指标范围有明显的差异, 一般在产品的研制过程中有明确的性能指标要求。 (2) 定性的要求, 内容包括如何处理BIT的信息, 是否要对信息进行记录、指示报警和数据导出。BIT的工作模式和组成要求, 诊断测试功能组成和要求, 运行时间的要求, 可靠性的要求。对于BIT的平均故障间隔时间一般要求是UUT的平均故障间隔时间的10倍以上。外部测试指的是在系统外部使用各种测试的仪器或者工具对设备进行故障监测和故障隔离的测试, 分为外部的自动测试、人工测试和远程测试。
2.3 测试点的选择
对于UUT, 如果要知道它是否正常工作, 只需要检测其输出特性和功能是否正常, 而当要隔离或者定位故障时, 需要检测各个单元的输出特性及功能。因此在选择测试点时, 应该选择能体现UUT的功能和输出特性的点作为故障检测用的测量参数和测试点, 各个单元的输出特性和功能作为隔离用的测量参数和测试点。
3 故障诊断方案
诊断方案是对产品诊断的整体构想, 诊断方案的确立是和测试性要求密切相关的, 测试性要求的确立和诊断方案的确定应当协同进行, 从方案开始的初步要求到方案结束整个过程都应当确定可列入设计的详细具体的测试性设计要求。而性能监控、故障检测以及隔离则是通过BIT、ATE、人工测试、辅助维修手段实现的, 所以在确定各级的诊断维修能力的同时, 还要考虑应该使用哪些诊断要素来达到要求的诊断能力, 并以此提出切实可行的初步诊断方案来优选最佳方案。
3.1 故障的分类
对系统、设备或UUT (Unit Under Test) 进行故障诊断, 一般是采用嵌入式的诊断和外部的诊断来提供故障检测和隔离能力对于特定的系统要通过分析比较, 按照任务需求选择其中的一部分。在满足故障检测和隔离要求的条件下, 诊断方案应做到尽量的简单。
我们要研究的故障称为渐变故障, 也叫完美退化型故障, 该故障的退化特点为产品随着使用时间 (循环, 次数) 增加而逐渐衰退。渐变故障分析的重点在于根据已经掌握的故障发展规律, 进行测试点的合理布局, 获取故障的先兆信息, 进而选择合理的测试技术和方法, 对故障发生时间和位置进行准确的分析和预测。正常态的特征处理和实测特征的特征处理通过一系列的算法来实现。
3.2 故障诊断方法
故障特征的提取:首先从待测的电子系统输出响应中提取原始信号, 原始信号一般具有高冗余性的特点。在应用以前必须处理, 通过压缩变换的手段来提取最优特征, 这样可以大大的提高监控效率, 减少不准确的健康状况估计, 利于更加精确实现电子系统的状态检测。然后通过实际测试获得UUT当前的各项输出特性数据, 通过算法的判决, 可以很快的得到设备当前的状态, 从而进行设备健康状态的评估。
4 工程中的应用
4.1 产品方案及测试方法
本项目主要是针对当前主流的电子统开展的寿命验证试验, 通过测试点的数据采集来确定各个模块的表征参数以及失效机理。为了进行故障预测, 需要选择合适的故障预测方法和故障预测点, 故障预测方法可以分为三类。对于退化机理为突发性的数字电路等, 通过DSP构建数字电路的检测模型;对于退化机理为简便性的模拟电路, 采用高速的AD进行采样, 由此获得信号的变化趋势进行故障检测, 对于功率较大的器件, 采用测温电路对器件的表面温度进行监测, 获得器件温度的变化趋势, 从而完成大功率器件的故障预测。
4.2 诊断方案
单机系统包括:电源部分、CPU部分、存储器部分、DSP部分、模拟部分、通讯部分、输入输出部分。按照三类预测方法可以分为: (1) 退化机理为突发性的数字部分, 我们将测试点设置在进/出DSP的总线和开关量输入/输出信号4个部分, 通过DSP技术构建数字电路的检测模型, 对数字信号的时序在DSP内进行高速采样, 来实现数字逻辑故障的有效检测和预测 (检测和预测同步进行) ; (2) 退化机理为渐变的模拟电路部分, 我们设置在DA的输出、开关量的输出、电源输入/输出四个部分, 采用高速AD分时采样, 由此获得模拟信号的变化趋势, 并依据设定的阈值或元器件级加速试验得到的参数退化趋势, 进行此类故障的预测; (3) 对于功率较大的器件进行热耗的测试, 获得器件温度的变化趋势, 从而辅助完成大功率器件的故障预测。
4.3 诊断结果
数字部分的故障为二值故障, 这类故障一般为偶然因素引起, 其故障规律具有随机性, 难以通过预测来防止故障, 因此只能准确的选择测试点来及时的获取故障的症状信息。试验结果表明通过高速采样我们可以很直观的获得模块当前的状态。
模拟电路部分的测试属于一个数据积累的过程, 基于当前的状态信息并结合历史的数据, 给出系统正常运行过程中的偏移和退化程度。各个部件具体的检测参数与状态如下表所示, 所有测试得到的数据均由外部存储器存储, 为故障预测提供数据基础。
5 结束语
测试性设计保证可以实时的了解系统的健康状况, 针对系统各个模块的当前情况来确定相对应的维修策略, 这大大的降低了由事后维修和定期维修所带来的资源浪费。
随着当前的电子系统复杂度越来越高, 测试性设计不仅要迅速的反应设备当前的运行状态, 并且要通过将一系列的测试数据进行后期处理来预测系统的发展趋势, 这就要求测试性设计来提供大量的原始数据, 相应的数据处理, 数据融合技术将是测试性设计所要面临的新的技术问题, 还有必要进行深入的研究。
参考文献
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[4]石君友, 测试性设计分析与验证[M].北京.国防工业出版社.2011
测试性设计 篇9
一、英语教学诊断性测试题的设计和编制的几个误区
误区一:完全照搬使用现成的各类教辅资料, 而没有针对所教学生的实际学情进行试题设计和编制。部分学校往往因为师资力量的缺乏, 直接由学校教学管理部门或备课组选定某种习题集, 作为整个学期的各类课堂诊断练习或单元的诊断性测试题。选用现成的测试题, 其弊端是显而易见的。首先, 各测试题的编写者是基于自己的教学经验和教材章节的重难点内容来编写试题的, 他们对试题测试的方向和要求是有一种普适性的, 因而就会失去对某些群体学生学习状况的针对性;其次, 编写人员选用的试题很可能与所教学的教材没有很密切的联系, 会出现“教归教, 考归考”的分化现象;再者, 学生的学情则完全是编写人员所不了解的, 极其容易出现试题难度过大、检测内容泛而不精的问题, 从而失去试题本身所应该拥有的诊断功能。
误区二:为准确诊断学生对某单元或模块知识的掌握情况, 学校往往要求教师按照单元或模块教学进度定期进行诊断测试, 而为了杜绝教师们用“拿来主义”的模式应付测试, 很多学校都禁止教师照搬或直接使用成形的试卷, 而鼓励教师原创命题, 以符合学生的学习实况。某种程度上说, 学校对教师所提的要求是有道理的。的确, 照搬并使用现存的试题, 虽省时省力, 但却存在着许多的盲目性, 缺乏针对性, 各类编写得再精再细的试题, 也会有与学生实际情况相悖的差异性存在。鼓励教师原创、编写试题的想法是很值得称赞的。但是, 整个学期一册书 (大约有12个单元的教学任务) , 如果一周 (按4课时计算) 的课时都要设计和编制一份诊断性测试题外加12个单元的诊断性测试题, 一个学期每个老师要设计和编制60份诊断性测试题。教师在忙于日常教学工作的同时, 很难有时间和精力保障编写出富有针对性、科学性、原创性、高质量的试题。首先, 因为编写任务重, 教师不但要忙于平日的备课、上课、作业批改和辅导, 还要挤出时间作教材分析和学情分析, 为了原创试题而挖空心思。实出无奈的情况下, 老师只有在同类试题的基础上做一些拼凑工作, 也就出现了任意粘贴同类试题的部分题目, 凑足了题数, 而使得整份卷子缺乏考查重点、难点, 缺乏知识点地分布和广度, 甚至会使得整份试题是为了考查学生哪方面的能力, 一时也难以分辨的状况。
误区三:在课堂或单元的诊断性测试题设计和编制过程中, 教师因缺乏对教材和课标分级要求的学习和了解, 试题的设计和编制, 在知识能力的要求上、知识点的分布广度上、难易度上的把握容易出现过高或过低的极端现象。如英语 (G O FO R IT) 八年级 (上) Section B, 3a:A H ealthy lifestyle, The Chinese W ay主题是如何学习运用中医学理论来注意平时的饮食习惯, 文中多次出现了常用句型之一It's im portantfor us to eat a balanced diet.作为句型, 教师所要把握的教学尺度是让学生能够模仿并应用It's adj.for sb.to do sth.这个句型。而在某教辅资料单元诊断性测试题中出现了这样一道检测题:
1.It's very kindto help m em y English.
A.for you, withB.ofyou, out
C.ofyou, withD.for you, out
就该题而言, 试题设计者试图把句型的学习要求上升到对类似的固定句型的掌握, 并将“It理解为形式主语, 不定式动词短语为真正主语”的语法要求列为了本模块的掌握内容。而且, 让学生掌握It's difficultfor sb.to do sth.
It's kind ofsb.to do sth.这两个句型, 难度之大, 可想而知。这样的设题, 不仅不能实现对本模块学习目标的检测, 也反应不了学生对本模块重点知识的掌握情况, 片面地去追求难度, 只不过是打击学生的学习积极性而已。从而失去了诊断性测试题的效度和科学性。
误区四:试题设计过程中, 教师对部分试题题干及选支的设计比较随意, 缺乏测试题应该有的科学性和教学导向性, 缺乏对教学内容的语言应用能力检测。如果设题不够严谨, 就会产生误导学生的负面影响。如下题:
2.-W hy are you so good atEnglish?
-M y teacher speaks English, so I can understand her.
A.good;easyB.well;easy
C.good;easilyD.well;easily
该题的设计存在着两方面的问题。其一, 设题意图是为了考查学生对形容词、副词的分辨和应用能力, 所以分别通过speak和understand两个行为动词来应用副词。但是在选支的设置中, 为了能够将形容词和副词都罗列出来, 并给与学生一定的信息干扰, 所以A BCD选项中前三项都包含一个形容词。假使学生理解行为动词必须和副词连接这条语法项目, 那么可以通过排除法直接选定答案D。由此, 前三个选支也就成了无效选项。再者, good和easy两个词语均是形容词, 按语法规则, 它们是不能和speak或understand两个词相连的。也就是说该题的选支也在不断向学生传达一种错误信息。这样的设题方式是不可取的, 因为学生在答题的过程中, 也是一个学习的过程, 他们理应能够获取知识和能力;其二, 本题所设计的情景对话, 并没有能体现该有的语用交际功能, 第一句话存在与否, 丝毫不影响第二句话的答题状况。直接给出第二句话, 一样能够成立。
M y teacher speaks English, so I can understand her.
A.good;easy%%%B.well;easy
%C.good;easily%%%D.well;easily
因此, 如果用一句话就能够创设出期望的语言情景, 那就没有必要去增加学生的阅读负担, 为出题而出题了。
二、诊断性测试题设计和编制的相关概念和策略
英语诊断性测试的终极目标是帮助学生及时调整自己的学习策略, 解决学习困难, 提高对英语学习的兴趣, 帮助教师及时发现问题, 调整教学方法和手段, 改进教学。英语诊断性测试题的设计和编制要贴近社会, 贴近学生学习和生活实际, 注重体现人文精神, 突出试题的价值立意和教育功能。
(一) 试题设计和编制的几个教学测量学概念
笔者发现, 有一些教师, 甚至是教学水平比较高、专业基本功比较扎实、教育理念也比较先进的教师, 也经常为设计和编制一份符合要求的诊断性测试卷而发愁。这说明, 对于设计和编制试题来说, 仅有扎实的专业基本功和先进的教育理念还是不够的, 因为设计和编制试题还需要根据测试的性质和目的, 在教育测量学的理论指导下进行。所以, 掌握基本的教育测量学常识是命题的必要辅助。
一般说来, 教师至少应该掌握诸如信度和效度等基本的教育测量学概念, 并在设计和编制试题实践中加以灵活应用。测试题的信度指的是测试题的可信程度。信度高说明用这份测试卷考查出来的考生成绩可信, 能够比较真实地反映考生的实际水平。测试题的效度指的是考试结果与预定要达到的考试目标相符合的程度, 反映了测试题的有效程度, 也就是说通过一次考试能否准确地测量到它所想要测量的东西的程度。提高测试卷的信度和效度需涉及到试题设计和编制的多个方面:比如, 要明确考试的性质、目的, 是课堂诊断性测试还是单元诊断性测试?是要考查学生对基础知识的掌握, 还是要考查学生语言能力的应用, 或者兼而有之?如果是发展性考试的诊断性测试题, 如单元考, 主要目的应是了解学生某一单元的学习情况, 以便于促进教与学。那么, 仅就知识的覆盖面而言, 应该稍广, 能够涵盖学生这一单元学过的知识, 这样, 才能准确评估学生在哪些方面存在问题。如果是检测学生课堂听课效率的诊断性测试题, 仅仅需要设计和编制一些课堂新学的词汇和语言知识。再如, 要明确题型的功能, 像填空题、选择题一般较适宜用来考查学生对知识的掌握, 而主观表述题则较适宜考查学生的分析运用与综合表达能力。
判别试题是否具有合适的信度和效度的简单办法就是把测试的结果与学生平时的学习情况相比较。如果测试的结果与学生平时学习的情况基本一致, 说明这样的测试卷有较高的信度和效度。反之, 则说明对考试的信度和效度把握还不好。设计和编制的教师如果能够经常这么比照, 设计和编制测试题的水平自然会不断提高。
(二) 如何解决诊断性测试题设计和编制中的常见问题
1. 提高教师的设计和编制试题的能力, 教师的基本功是设计和编制一份好的诊断性试题的基础和前提。
在评价一份试卷时, 要看它是否存在科学性、常识性错误, 能否真实、准确地考查学生对学科能力的把握情况等, 这些都与设计和编制的教师的专业基本功有关。
(1) 准确把握本学科课程性质的能力。随着课改的不断深入, 学科交叉的内容越来越多, 综合性越来越强。这时, 教师对本学科的课程性质就更需要有十分清醒的认识和把握:设计和编制试题时必须立足于本学科, 可以借助兄弟学科作试题背景, 可以在兄弟学科的情境或平台上考查本学科的内容, 但测试题只有在合乎本学科教学目的这一限度内才是有效的, 只有在合乎本学科主要特性的这一前提下才是可靠、可信的。
(2) 准确把握学科考试重心的能力。近年来研究命题的文章中经常出现一个短语:能力立意。也就是说, 命题应该指向能力, 考查学生是否具备本学科的基本能力。那么, 哪些内容是本学科必须考的“能力”呢?如中考英语中考查学生听说读写的四项基本能力, 突出考查学生在特定的语境中语言的综合应用能力, 特别是用英语做事情和完成任务的能力;数学学科提出运算能力、逻辑思维能力、空间想象力是它们考查的核心等。
(3) 新课程实施以来, 教育观念的更新速度加快, 这些先进的教育理念不仅对教师的教学具有指导意义, 也同样对考试命题具有指导意义。可以说, 是否具备先进的教育理念决定着命题的方向。如: (1) 加强与社会实际和学生生活的联系。教育部在《关于基础教育课程改革实验区初中毕业考试与普通高中招生制度改革的指导意见》中指出:“……加强试题与社会实际和学生生活的联系, 注重考查学生对知识与技能的掌握情况, 特别是在具体情境中综合运用所学知识分析和解决问题的能力。”这一要求体现了新课程的理念:“教育的真正价值, 不仅在于学生在课堂情境中的表现, 更在于学生在非课堂情境中的表现, 在于学生解决真实生活中真实问题的能力。” (2) 尊重个体差异, 引导开放探究。尊重学生个体差异, 鼓励探究、倡导创新精神、培养创新意识是现代教育面向大众实施国民素质教育之后的重大命题, 是新课程的核心理念。在设计和编制诊断性测试题时, 积极改进多种客观题的方式。如:完形填空、句型转换、动词时态和语态的填空等, 大可不必挖空心思去迷惑学生。要注意保留足够的空间让学生自己去“创造”答案, 而非伸手“勾”来。比如听写, 就是一种行之有效的综合多种技能的测试手段。
2. 加强对学科课程标准教学评价建议的学习, 建立科学的评价体系和方式。
努力通过评价, 使教师获取英语教学的反馈信息, 对自己的教学行为进行反思和适当的调整, 促进教师不断提高教育教学水平。
3. 杜绝“拿来主义”, 不依赖现成的教辅资料, 鼓励有时间和精力保障的高质量原创命题。
引导教师利用各种机会, 加强对试题设计的专题研究。仍然回到前文所提的那道客观题, 我们尝试改编。
-W hy are you so good atEnglish?
-M y teacher speaks English, so I can understand her.
A.good;easyB.well;easy
C.good;easilyD.well;easily
首先解决“单纯语法知识题”的弊端问题, 我们可以在考测点上做一点微调, 不要仅仅将考测点定位在“副词修饰行为动词”这个点上。可以考虑形容词的应用, 试改编如下:
-W hy are you soatEnglish?
-M y teacher speaks English well, so I can understand her.
全方位地检测学生的语言应用能力, 真正将情景中的交际和判断能力检查出来。
A.good;hardlyB.poor;easily
C.good;easilyD.poor;hardly。
题干中, 设计了对固定词组be good/poor at的考查, 同时, 也对上下文中的信息传递设置了分析理解的要求, 学生可通过理解M y teacher speaks English well, so I can understand her easily.来推断句中的人物应该把英语学得非常好了。
三、结语
有恒性测试 篇10
1.当你见到同学或朋友争吵时, 你会:
A.任其自己解决。
B.视情形而定。
C.总是予以劝解。
2.如果人们知道你的个性, 他们经常会为你做事的决心吃惊。
A.是。B.不一定。C.不是。
3.你喜欢从事需要经过长期训练才能获得精湛技术的工作。
A.是。B.不一定。C.不是。
4.你认为与老师关系处理得当, 比持之以恒的平时表现更重要。
A.是。B.不一定。C.不是。
5.每当做一件困难事时, 你总是:
A.预先做好充分准备。
B.不一定。
C.相信车到山前必有路。
6.业余时间, 你总是做好安排, 不使时间浪费。
A.是。B.不一定。C.不是。
7.你明知自己有缺点, 但不容易在别人面前承认或接受批评。
A.偶然如此。B.极少如此。C.从不如此。
8.你总是把善始善终作为处理学习、工作与生活事务的原则。
A.是。B.不一定。C.不是。
9.世界上不可能有尽善尽美的事, 你从不如此要求自己。
A.是。B.不一定。C.不是。
10.无论向谁借东西, 你总是做到保持完好无损、有借有还。
A.是。B.不一定。C.不是。
记分:
解析:
10分以下:
缺乏恒心和毅力, 做事经常半途而废, 惰性十足, 因而被认为是说话办事靠不住、不负责任的人。分数越低, 这些特征越明显。你需要加强意志锻炼, 提高自己的有恒性。
11～15分:
你的有恒性一般, 但遇到困难容易患冷热毛病或打退堂鼓, 不能持之以恒;对自己没有高标准严要求, 不求完美但求无过, 把“多数人都这样”或“差不多就行”作为自己甘当中游的理由, 有时甚至得过且过。只要努力克服不足, 你一定会做得更加优秀。
16～20分: