实验三基于双方风险值的测试性验证方案设计实验
一、实验目的
1.掌握基于双方风险值的测试性验证原理；
2.掌握测试性验证方案设计流程；
3.掌握数测试性验证方案设计软件的使用方法。

二、实验任务
1.熟练使用测试性验证方案设计软件；
2.使用测试性验证方案设计软件分析故障模式、机理及影响分析（FMMEA）数据
库；
3.使用测试性验证方案设计软件确定验证方案；
4.使用测试性验证方案设计软件分配故障样本量，选择故障模式。

三、实验设备
1．测试性验证方案设计软件一套；
2．故障模式、机理及影响分析（FMMECA）数据库一个。

四、实验原理
测试性验证是为确定产品是否达到规定的测试性要求而进行的试验与评价工作。

通过对装备实物样机注入一定数量的故障，用测试性设计规定的方法进行故障检测与隔离，依据试验结果用统计分析的方法判断测试性指标（故障检测率/故障隔离率（FDR/FIR））是否达到规定要求。

测试性验证包括（1）确定验证方案，即故障样本量与允许的故障检测/隔离失败次数；（2）故障样本分配；（3）故障模式选取。

测试性评估包括定性或定量判断装备测试性指标是否达到要求。

4.1 基于双方风险值的测试性验证方案，
基于双方风险值的测试性验证方案是在考虑承制方风险和使用方风险条件下，基于二项分布计算模型的确定故障样本量的方案。

要定量估计和验证的测试性参数主要是FDR 和FIR。

在试验过程中注入一次故障，实施检测和隔离程序并给出故障指示（报警），其结果可能是：检测到故障（成功）或没有检测到故障（失败）；把故障隔离到规定的可更换单元（隔离成功），或没有完成
隔离任务（隔离失败）。

一个系统的各次故障检测、隔离，或者同批多个系统各自的故障检测、隔离，可近似认为彼此是独立的。

测试性是系统设计中的固有特性。

因此，一个系统或同一批的系统，在各次试验中故障检测/隔离的成功率可认为是不变的，系统的测试性验证试验可以认为是成败型试验，以二项分布为基础进行检验。

典型的成败型定数抽样检验方案的思路如下：随机抽取n 个样本进行试验，其中有 F 个失败。

规定一个正整数C ，如果F ≤C 则认为合格，判定接收；如果F ＞C 则认为不合格，判定拒收。

确定抽样方案就是同时确定 n 和 C 的值。

在成败型定数抽样试验中，设成功的概率记为q ，则在n 次试验中出现F 次失败的概率为：
(;,)(1)F F n F n P q n F C q q -=- （1）
式中，F n C 是二项式系数，!()!!
F n n C n F F =-。

接收的概率即n 个样本中失败数不超C 的概率，亦即失败数为0,1,2,...,C 的概率总和。

由于抽样试验的随机性，成功概率q 为任意值都可能被接收。

不同q 值被接收的概率称为抽样特性（Operation Characteristic ，OC ），记为 L (q )。

L ( q )与q 的函数关系称为抽样特性函数。

0()(;,)C
F L q P q n F ==∑ （2）
使用方根据需要选定一个极限质量水平1q ，对应于一个确定的低的接收概率，质量
比极限质量水平还差的不予接收。

但由于抽样方案不可避免的缺点，还会以较小的概率错判为接收的情况。

质量水平为极限质量时的接收概率叫“使用方风险”，记为 β，β值一般可取 0.1、0.2 或其它值。

选定极限质量1q ，对应1()L q β=，则当1q q <（即质量比极限质量水平还差）时，接收概率不会高于β。

承制方不能按极限质量开展测试性设计，否则被拒收的概率太大，要使设计的装备达到满意的设计质量水平0q （01q q >），以便达到0q 时以大概率接收装备。

但达到0q 时还会以较小的概率判为拒收。

达到满意质量水平时被拒收的概率，叫“承制方风险”，记为α。

承制方选定0q 时，对应的0()1L q α=-，即以大概率接收。

根据假设检验的思想，在给定双方风险值的前提下，根据公式1和公式2求解故障样本量n 和允许故障检测/隔离失败次数C 。

()000
11C F
F n F n F C q q α-=--≤∑ （3）
()1101C F
F n F n F C q q β-=-≤∑ （4）
上述方程属于离散分布（二项分布）求解问题，基于二项分布函数关于参数n 和C 的单调特性，设计搜索求解算法。

算法流程如图1。

图1 确定样本量算法流程
4.2 样本量分配
测试性验证试验时，除了需要确定故障样本数、合理判据之外，还应将样本合理的分配给产品各组成部分，尽可能地模拟实际使用时发生故障的分布情况。

故障样本的分配以试验产品的的复杂性与可靠性为基础。

采用固定样本试验时，可
用按比例分层抽样方法进行样本分配。

先分析试验产品构成的层次和故障率，按故障相对发生频率C p ，把确定的样本量n 分给产品的组成单元。

然后按同样的方法再把组成单元的样本量n i 分配给其组成部件。

i pi n nC = (5)
1i i i
pi m i i i
i Q T C Q T
λλ==∑ (6) 式中，m 为组成单元的个数，Q i 为第i 个单元的数量，i λ为第i 个单元的故障率，i T 为第i 个单元的工作时间系数，等于该单元工作时间和全程工作时间之比。

样本分配的关键是实时读取数据库中可更换单元故障率、工作时间系数以及可更换单元数量等信息，并将样本量分配结果写入数据库，用于故障模式选取。

该方案程序设计流程如图2所示。

图2 经典样本分配的程序设计流程
4.3 故障模式选取
产品备选样本量应是规定试验样本量的3倍~4倍，各组成单元或部件的备选样本量也应如此，即4i i N n =。

进行验证试验时，按其各备选故障模式的相对发生概率乘以100所确定累积范围进行随机抽样选出要注入的故障模式。

故障模式选取编程的主要内容包括访问数据库获取样本分配数据，生成随机数完成随机抽样，标记被选中故障模式等。

其程序设计流程图如
3所示。

图3 故障模式选取程序设计流程
五、实验内容
（1）打开测试性验证方案设计软件，并登陆软件主界面，如图4与5所示。

图4 软件登陆界面
图5 软件主界面
（2）利用软件的数据管理模块，导入FMMECA数据库，如图6所示。

图6 数据管理模块主界面
（3）打开试验方案管理菜单，选择考虑双方风险值的下拉选项，进入相应的方案设计界面，输入使用方风险与承制方风险值，依次完成样本量的确定、样本分配与故障模式选取，如图7所示。

试验方案选择菜单
样本量分配
样本量确定
图7 试验方案模块界面
六、预习要求
a)熟悉使用测试性验证方案设计软件基本操作；
b)预习基于双方风险值的测试性验证原理；
c)了解实验步骤和过程。

七、实验报告要求
1、使用测试性验证方案设计软件，分析一个FMMECA数据库；
2、使用测试性验证方案设计软件确定验证试验方案，并实现样本量分配与故障模式选取。