CN102147824A - 一种针对通断式多态系统的扩展测试性建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对通断式多态系统的扩展测试性建模方法，属于测试性技术领域，包括以下几个步骤：步骤一：确定状态集合；步骤二：建立扩展故障；步骤三：建立扩展测试；步骤四：建立有向边集合；步骤五：建立特殊传递关系集合；步骤六：建立扩展测试性模型；步骤七：生成扩展D矩阵；步骤八：生成扩展诊断树；本发明突破了现有测试性建模方法在故障判据、故障传递关系、测试的逻辑值判据一致性上的约束，能够反映通断式多态系统在各个状态下的测试性信息，可用于通断式多态系统的测试性设计分析工作。

Description

一种针对通断式多态系统的扩展测试性建模方法

技术领域

本发明涉及一种针对通断式多态系统的扩展测试性建模方法，属于测试性技术领域。

背景技术

测试性模型是在系统内单元故障、故障传递关系以及测试分析基础上，建立的故障与测试相关性图形模型，根据该模型可以得到相关性矩阵(D矩阵)和优化诊断树，并能初步预计故障检测率、故障隔离率等测试性参数。测试性建模方法研究在近年来得到了越来越大的重视，并成为与机内测试(BIT)设计、外部诊断测试设计同等重要的设计分析工作之一。

通断式多态系统是由多个非线性通断子系统组成的特殊系统，具有明显的状态差异性。对这种系统采用传统的测试性建模方法进行建模分析时，存在以下难以解决的问题：(1)不同状态下，系统内单元故障的含义不同；(2)不同状态下，系统内单元故障的传递关系不同；(3)不同状态下，系统内各测试的逻辑值判据不同。

现有测试性建模方法有一定的约束条件，包括故障判据的一致性、故障传递关系的一致性、测试的逻辑值判据一致性。目前，对于通断式多态系统还没有一种有效全面的测试性建模分析方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种针对通断式多态系统的扩展测试性建模方法，针对通断式多态系统状态差异性的特点，在引入状态集合的基础上，建立扩展故障、扩展测试、有向边集合、特殊传递关系集合，从而建立扩展测试性模型，并生成扩展D矩阵与扩展诊断树，对通断式多态系统进行了综合且全面有效的测试性建模分析，为其测试性设计分析工作提供参考。

本发明的一种针对通断式多态系统的扩展测试性建模方法，包括以下几个步骤：

步骤一：确定状态集合；

根据产品的设计方案和工作原理，确定产品的各工作状态，从而确定状态集合，状态集合如下：

S＝{s_k|k＝1，2，…，K}                            (1)

式中：S表示状态集合；s_k为状态集合中第k个状态的名称；K为状态的数量；

步骤二：建立扩展故障；

扩展故障的元组模型如下：

EF＝(F，FC)                                       (2)

式中：EF表示扩展故障；

F表示故障集合，F＝{f_i|i＝1，2，…，I}，f_i是故障集合中第i个单元的故障，I为单元的数量；

FC表示故障判据集合，FC＝{fc_ik|i＝1，2，…，I；k＝1，2，…，K}，fc_ik是第i个单元的故障在第k个状态下的故障判据；

步骤三：建立扩展测试；

扩展测试的元组模型如下：

ET＝(T，TC)                                (3)

式中：ET表示扩展测试；

T表示测试集合，T＝{t_j|j＝1，2，…，J}，t_j是测试集合中第j个测试的名称，J为测试的数量；

TC表示测试的逻辑值判据集合，TC＝{tc_jk|j＝1，2，…，J；k＝1，2，…，K}，tc_jk是第j个测试在第k个状态下的逻辑值判据；逻辑值判据根据测试是否通过分为通过(GO)和不通过(NOGO)；

步骤四：建立有向边集合；

根据产品的设计方案，分析约定层次单元之间、以及与各类测试之间的信号流向关系，确定有向边集合，有向边集合如下：

L＝{L_m|m＝1，2，…，M}                            (4)

式中：L表示有向边集合；

L_m为有向边集合中第m个有向边，M为有向边的数量；

步骤五：建立特殊传递关系集合；

特殊传递关系集合如下：

ST＝{st_k|k＝1，2，…，K}                            (5)

式中：ST表示特殊传递关系集合；

st_k表示第k个状态下的特殊传递关系，st_k＝(stf_k，stt_k)，stf_k为第k个特殊传递关系涉及的故障子集，stt_k为第k个特殊传递关系涉及的测试子集；

步骤六：建立扩展测试性模型；

扩展测试性模型的元组模型如下：

EM＝(S，F，FC，T，TC，L，ST)                        (6)

式中：EM表示扩展测试性模型；

在此模型中，故障集合F、测试集合T、有向边集合L由直观表达的图形进行描述；状态集合S、故障判据集合FC、测试的逻辑值判据集合TC、特殊传递关系集合ST由隐含的属性进行描述；

步骤七：生成扩展D矩阵；

扩展D矩阵如下：

D_I×J×K＝[d_ijk]_I×J×K                    (7)

该三维矩阵是由I×J×K个d_ijk构成的立方体形数据排列，1≤i≤I，1≤j≤J，1≤k≤K，表明了故障与测试在不同状态下的相关性关系；其中d_ijk为该三维矩阵的元素，其意义如下式所述：

步骤八：生成扩展诊断树；

扩展诊断树为如下三元组构成的二叉树结构：

TR＝(N，NR，NC)                            (8)

式中：TR表示扩展诊断树；

N表示诊断树节点集合，N＝{n_p|p＝1，2，…，P}，n_p为第p个诊断树节点，P为诊断树节点的数量；

NR表示诊断树节点父子关系集合，NR＝{nr_q|q＝1，2，…，Q}，nr_q为第q个诊断树节点父子关系，nr_q＝(n_a，n_b)，其中n_a为父诊断树节点，n_b为子诊断树节点，Q为诊断树节点父子关系的数量；

NC表示分支集合，NC＝{nc_q|q＝1，2，…，Q}，nc_q为第q个诊断树节点父子关系对应的分支；

诊断树节点分为三类：根节点、中间节点、叶节点，根节点用于区分状态，中间节点表示测试，叶节点表示诊断结论；当父诊断树节点为根节点时，父子关系对应的分支为状态，其它情况下的分支为测试的逻辑值判据。

本发明的优点在于：

(1)本发明突破了现有测试性建模方法在故障判据、故障传递关系、测试的逻辑值判据一致性上的约束，能够反映通断式多态系统在各个状态下的测试性信息，可用于通断式多态系统的测试性设计分析工作；

(2)生成的扩展D矩阵与扩展诊断树，为各个状态下的故障诊断提供了综合的诊断策略。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明步骤七生成扩展D矩阵的流程；

图3是本发明步骤八生成扩展诊断树的流程；

图4是本发明实施例某液压操纵系统组成；

图5是本发明实施例某液压操纵系统扩展测试性模型的图形表达；

图6是本发明实施例某液压操纵系统的扩展诊断树。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种针对通断式多态系统的扩展测试性建模方法，流程如图1所示，包括以下几个步骤：

步骤一：确定状态集合；

状态集合如下：

S＝{s_k|k＝1，2，…，K}                            (1)

式中：S表示状态集合；s_k为状态集合中第k个状态的名称；K为状态的数量。

根据产品的设计方案和工作原理，确定产品的各工作状态，从而确定状态集合。

步骤二：建立扩展故障；

扩展故障的元组模型如下：

EF＝(F，FC)                                       (2)

式中：EF表示扩展故障；

F表示故障集合，F＝{f_i|i＝1，2，…，I}，f_i是故障集合中第i个单元的故障，I为单元的数量；

FC表示故障判据集合，FC＝{fc_ik|i＝1，2，…，I；k＝1，2，…，K}，fc_ik是第i个单元的故障在第k个状态下的故障判据。

可采用表1所示的表格对扩展故障进行描述。

表1  扩展故障

建立扩展故障的具体步骤如下：

(1)根据建模需求和产品的可靠性资料，确定建模的约定层次单元组成，单元的故障构成故障集合F。

(2)获取每个单元故障在各个状态下的故障判据，构成故障判据集合FC。

步骤三：建立扩展测试；

扩展测试的元组模型如下：

ET＝(T，TC)                                    (3)

式中：ET表示扩展测试；

T表示测试集合，T＝{t_j|j＝1，2，…，J}，t_j是测试集合中第j个测试的名称，J为测试的数量；

TC表示测试的逻辑值判据集合，TC＝{tc_jk|j＝1，2，…，J；k＝1，2，…，K}，tc_jk是第j个测试在第k个状态下的逻辑值判据。逻辑值判据根据测试是否通过分为通过(GO)和不通过(NOGO)。

可采用表2所示的表格对扩展测试进行描述。

表2  扩展测试

建立扩展测试的具体步骤如下：

(1)根据产品的测试性设计方案，确定系统的测试点、机内测试、机外测试等，构成测试集合T。

(2)分析每个测试在每个状态下的GO(通过)、NOGO(不通过)判据，构成测试的逻辑值判据集合TC。

步骤四：建立有向边集合；

有向边集合如下：

L＝{L_m|m＝1，2，…，M}                            (4)

式中：L表示有向边集合；

L_m为有向边集合中第m个有向边，M为有向边的数量。

根据产品的设计方案，分析约定层次单元之间、以及与各类测试之间的信号流向关系，确定有向边集合。

步骤五：建立特殊传递关系集合；

特殊传递关系集合如下：

ST＝{st_k|k＝1，2，…，K}                         (5)

式中：ST表示特殊传递关系集合；

st_k表示第k个状态下的特殊传递关系，st_k＝(stf_k，stt_k)，stf_k为第k个特殊传递关系涉及的故障子集，stt_k为第k个特殊传递关系涉及的测试子集。

可采用表3所示的表格对特殊传递关系进行描述(stf为涉及的故障子集、stt为涉及的测试子集)。

表3  特殊传递关系

状态	stf	stt

在有向边集合L分析基础上，分析各个状态下的特殊传递关系st_k，建立特殊传递关系集合ST，具体如下：

(1)确定stf_k

在状态s_k下，根据故障判据FC确定故障集合F中各故障的具体含义，分析各单元产生故障时，对后续单元的传递关系，并判断与有向边表示的信号向后传递关系是否一致，由不一致的故障组成stf_k。

(2)确定stt_k

在状态s_k下，根据测试的逻辑值判据TC确定测试集合T中各测试的GO/NOGO基准。分析每个测试对各个单元故障的检测情况(检测情况分为两种：检测到故障和检测不到故障)，并判断与有向边表示的检测情况是否一致，由不一致的测试组成stt_k。

步骤六：建立扩展测试性模型；

扩展测试性模型的元组模型如下：

EM＝(S，F，FC，T，TC，L，ST)                            (6)

式中：EM表示扩展测试性模型。

在此模型中，故障集合F、测试集合T、有向边集合L由直观表达的图形进行描述；状态集合S、故障判据集合FC、测试的逻辑值判据集合TC、特殊传递关系集合ST由隐含的属性进行描述。

建立扩展测试性模型的具体步骤如下：

(1)根据故障集合F、测试集合T、有向边集合L，建立故障与测试相关关系的图形描述，即得到扩展测试性模型的图形表达；

(2)依据故障集合F和测试集合T，将状态集合S、故障判据集合FC、测试的逻辑值判据集合TC、特殊传递关系集合ST等采用属性表格(如表1、表2、表3)方式进行综合描述，即得到扩展测试性模型的隐含属性表达。(可以采用表格方式，比较直观)

步骤七：生成扩展D矩阵；

扩展D矩阵如下：

D_I×J×K＝[d_ijk]_I×J×K                    (7)

该三维矩阵是由I×J×K个d_ijk(1≤i≤I，1≤j≤J，1≤k≤K)构成的立方体形数据排列，表明了故障与测试在不同状态下的相关性关系。其中d_ijk为该三维矩阵的元素，其意义如下式所述：

可采用表4所示的表格对D矩阵进行描述。

表4  扩展D矩阵

生成扩展D矩阵的流程如图2所示，具体步骤如下：

(1)确定三维矩阵的维数，初始化扩展D矩阵；

根据故障集合、测试集合、状态集合中元素的数量确定三维矩阵的维数I、J、K的值，初始化三维矩阵D_I×J×K。

(2)扩展D矩阵赋值；

①从状态集合S中选定第一个状态s_k(k＝1)，作为待分析状态；

②根据扩展测试性模型的图形表达，进行高阶相关性分析，得到该状态下的D矩阵；

③根据特殊传递关系st_k，确定包含在stf_k中的单元故障以及包含在stt_k中的测试，在D矩阵中将这些单元故障和测试之间的相关性关系置为0；

④选择下一个状态返回步骤②，直到所有状态分析完毕。

步骤八：生成扩展诊断树；

扩展诊断树为如下三元组构成的二叉树结构：

TR＝(N，NR，NC)                                (8)

式中：TR表示扩展诊断树；

N表示诊断树节点集合，N＝{n_p|p＝1，2，…，P}，n_p为第p个诊断树节点，P为诊断树节点的数量；

NR表示诊断树节点父子关系集合，NR＝{nr_q|q＝1，2，…，Q}，nr_q为第q个诊断树节点父子关系，nr_q＝(n_a，n_b)，其中n_a为父诊断树节点，n_b为子诊断树节点，Q为诊断树节点父子关系的数量；

NC表示分支集合，NC＝{nc_q|q＝1，2，…，Q}，nc_q为第q个诊断树节点父子关系对应的分支。

诊断树节点分为三类：根节点、中间节点、叶节点，根节点用于区分状态，中间节点表示测试，叶节点表示诊断结论；当父诊断树节点为根节点时，父子关系对应的分支为状态，其它情况下的分支为测试的逻辑值判据。

生成扩展诊断树的流程如图3所示，具体步骤如下：

(1)生成各子诊断树

①从状态集合S中选定第一个状态s_k(k＝1)，作为待分析状态；

②根据扩展D矩阵，确定该状态对应的D矩阵，进行测试点优选分析得到子诊断树；

③根据扩展测试，将子诊断树的YES/NO分支替换为相应测试的逻辑值判据tc_jk；根据扩展故障，将诊断树的叶节点替换为相应的故障判据fc_ik或正常；

④选择下一个状态返回步骤②，直到所有状态分析完毕。

(2)合成扩展诊断树

①将“状态”作为根节点；

②将状态集合中的各状态转换为根节点引出的分支；

③将各状态对应的子诊断树连接到相应的上述分支上。

实施例：

下面以某液压操纵系统为例，对该方法进行说明。

该液压操纵系统包括一个输入回路与三个控制回路，如图4所示，每个控制回路控制一个作用阀，控制传动齿轮的咬合，进而实现变速。系统中电磁阀为通断控制单元，系统通过控制它的通/断，控制液压油源的流通，实现不同档位的切换。

系统的故障单元为：液压油源、定压阀、电磁阀1、缓冲阀1、电磁阀2、缓冲阀2、电磁阀3、缓冲阀3。系统的状态以及各状态下的电磁阀的通断情况如表5所示。

表5  某液压操纵系统的状态信息

状态	电磁阀1	电磁阀2	电磁阀3
				空档	通	断	断
一档	断	通	通
				二档	断	断	通

步骤一：确定状态集合

分析产品的工作原理，确定系统的状态集合为{空档，一档，二档}。

步骤二：建立扩展故障

建立扩展故障如表6所示。

表6  某液压操纵系统的扩展故障

步骤三：建立扩展测试

建立扩展测试如表7所示。

表7  某液压操纵系统的扩展测试

步骤四：建立有向边集合

根据该液压操纵系统的设计方案，分析故障之间、以及与测试之间的信号流向关系，确定有向边集合，其最终表现在扩展测试性模型的图形表达中。如图5所示。

步骤五：建立特殊传递关系

建立特殊传递关系如表8所示。

表8  某液压操纵系统的特殊传递关系

步骤六：建立扩展测试性模型

扩展测试性模型的图形表达如图5所示；隐含属性包括：状态集合、扩展故障(表6)、扩展测试(表7)、特殊传递关系(表8)，其中状态集合为{空档，一档，二档}。

步骤七：生成扩展D矩阵

生成的扩展D矩阵如表9所示。可作为系统在各个状态下进行故障诊断的故障字典。

表9  某液压操纵系统的扩展D矩阵

步骤八：生成扩展诊断树

生成的扩展诊断树如图6所示，为系统各个状态下的故障诊断提供了综合的诊断策略。可以根据扩展诊断树或者扩展D矩阵进行故障诊断，能够在系统工作时及时准确的发现故障。

Claims (10)

1.一种针对通断式多态系统的扩展测试性建模方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤一：确定状态集合；

根据产品的设计方案和工作原理，确定产品的各工作状态，从而确定状态集合，状态集合如下：

S＝{s_k|k＝1，2，…，K}                    (1)

式中：S表示状态集合；s_k为状态集合中第k个状态的名称；K为状态的数量；

步骤二：建立扩展故障；

扩展故障的元组模型如下：

EF＝(F，FC)                               (2)

式中：EF表示扩展故障；

F表示故障集合，F＝{f_i|i＝1，2，…，I}，f_i是故障集合中第i个单元的故障，I为单元的数量；

FC表示故障判据集合，FC＝{fc_ik|i＝1，2，…，I；k＝1，2，…，K}，fc_ik是第i个单元的故障在第k个状态下的故障判据；

步骤三：建立扩展测试；

扩展测试的元组模型如下：

ET＝(T，TC)                               (3)

式中：ET表示扩展测试；

T表示测试集合，T＝{t_j|j＝1，2，…，J}，t_j是测试集合中第j个测试的名称，J为测试的数量；

TC表示测试的逻辑值判据集合，TC＝{tc_jk|j＝1，2，…，J；k＝1，2，…，K}，tc_jk是第j个测试在第k个状态下的逻辑值判据；逻辑值判据根据测试是否通过分为通过(GO)和不通过(NOGO)；

步骤四：建立有向边集合；

根据产品的设计方案，分析约定层次单元之间、以及与各类测试之间的信号流向关系，确定有向边集合，有向边集合如下：

L＝{L_m|m＝1，2，…，M}                    (4)

式中：L表示有向边集合；

L_m为有向边集合中第m个有向边，M为有向边的数量；

步骤五：建立特殊传递关系集合；

特殊传递关系集合如下：

ST＝{st_k|k＝1，2，…，K}                  (5)

式中：ST表示特殊传递关系集合；

st_k表示第k个状态下的特殊传递关系，st_k＝(stf_k，stt_k)，stf_k为第k个特殊传递关系涉及的故障子集，stt_k为第k个特殊传递关系涉及的测试子集；

步骤六：建立扩展测试性模型；

扩展测试性模型的元组模型如下：

EM＝(S，F，FC，T，TC，L，ST)                    (6)

式中：EM表示扩展测试性模型；

在此模型中，故障集合F、测试集合T、有向边集合L由直观表达的图形进行描述；状态集合S、故障判据集合FC、测试的逻辑值判据集合TC、特殊传递关系集合ST由隐含的属性进行描述；

步骤七：生成扩展D矩阵；

扩展D矩阵如下：

D_I×J×K＝[d_ijk]_I×J×K                         (7)

该三维矩阵是由I×J×K个d_ijk构成的立方体形数据排列，1≤i≤I，1≤j≤J，1≤k≤K，表明了故障与测试在不同状态下的相关性关系；其中d_ijk为该三维矩阵的元素，其意义如下式所述：

步骤八：生成扩展诊断树；

扩展诊断树为如下三元组构成的二叉树结构：

TR＝(N，NR，NC)                                (8)

式中：TR表示扩展诊断树；

N表示诊断树节点集合，N＝{n_p|p＝1，2，…，P}，n_p为第p个诊断树节点，P为诊断树节点的数量；

NR表示诊断树节点父子关系集合，NR＝{nr_q|q＝1，2，…，Q}，nr_q为第q个诊断树节点父子关系，nr_q＝(n_a，n_b)，其中n_a为父诊断树节点，n_b为子诊断树节点，Q为诊断树节点父子关系的数量；

NC表示分支集合，NC＝{nc_q|q＝1，2，…，Q}，nc_q为第q个诊断树节点父子关系对应的分支；

诊断树节点分为三类：根节点、中间节点、叶节点，根节点用于区分状态，中间节点表示测试，叶节点表示诊断结论；当父诊断树节点为根节点时，父子关系对应的分支为状态，其它情况下的分支为测试的逻辑值判据。

2.根据权利要求1所述的一种针对通断式多态系统的扩展测试性建模方法，其特征在于，所述的步骤二的具体步骤为：

(1)根据建模需求和产品的可靠性资料，确定建模的约定层次单元组成，单元的故障构成故障集合F；

(2)获取每个单元故障在各个状态下的故障判据，构成故障判据集合FC。

3.根据权利要求1所述的一种针对通断式多态系统的扩展测试性建模方法，其特征在于，所述的步骤二中采用“故障、状态、故障判据”对扩展故障进行描述。

4.根据权利要求1所述的一种针对通断式多态系统的扩展测试性建模方法，其特征在于，所述的步骤三的具体步骤为：

(1)根据产品的测试性设计方案，确定系统的测试点、机内测试、机外测试，构成测试集合T；

(2)分析每个测试在每个状态下的通过、不通过判据，构成测试的逻辑值判据集合TC。

5.根据权利要求1所述的一种针对通断式多态系统的扩展测试性建模方法，其特征在于，所述的步骤三采用“测试、状态、通过、不通过”对扩展测试进行描述。

6.根据权利要求1所述的一种针对通断式多态系统的扩展测试性建模方法，其特征在于，所述的步骤五的具体步骤为：

(1)确定stf_k

在状态s_k下，根据故障判据FC确定故障集合F中各故障的具体含义，分析各单元产生故障时，对后续单元的传递关系，并判断与有向边表示的信号向后传递关系是否一致，由不一致的故障组成stf_k；

(2)确定stt_k

在状态s_k下，根据测试的逻辑值判据TC确定测试集合T中各测试的GO/NOGO基准，分析每个测试对各个单元故障的检测情况，并判断与有向边表示的检测情况是否一致，由不一致的测试组成stt_k。

7.根据权利要求1所述的一种针对通断式多态系统的扩展测试性建模方法，其特征在于，所述的步骤五可采用“状态、涉及的故障子集、涉及的测试子集”对特殊传递关系进行描述。

8.根据权利要求1所述的一种针对通断式多态系统的扩展测试性建模方法，其特征在于，所述的步骤六建立扩展测试性模型的具体步骤如下：

(1)根据故障集合F、测试集合T、有向边集合L，建立故障与测试相关关系的图形描述，即得到扩展测试性模型的图形表达；

(2)依据故障集合F和测试集合T，将状态集合S、故障判据集合FC、测试的逻辑值判据集合TC、特殊传递关系集合ST进行描述，即得到扩展测试性模型的隐含属性表达。

9.根据权利要求1所述的一种针对通断式多态系统的扩展测试性建模方法，其特征在于，所述的步骤七生成扩展D矩阵具体步骤如下：

(1)确定三维矩阵的维数，初始化扩展D矩阵；

根据故障集合、测试集合、状态集合中元素的数量确定三维矩阵的维数I、J、K的值，初始化三维矩阵D_I×J×K；

(2)扩展D矩阵赋值；

①从状态集合S中选定第一个状态s_k，k＝1，作为待分析状态；

②根据扩展测试性模型的图形表达，进行高阶相关性分析，得到该状态下的D矩阵；

③根据特殊传递关系st_k，确定包含在stf_k中的单元故障以及包含在stt_k中的测试，在D矩阵中将这些单元故障和测试之间的相关性关系置为0；

④选择下一个状态返回步骤②，直到所有状态分析完毕。

10.根据权利要求1所述的一种针对通断式多态系统的扩展测试性建模方法，其特征在于，所述的步骤八生成扩展诊断树的具体步骤如下：

(1)生成各子诊断树

①从状态集合S中选定第一个状态s_k，k＝1，作为待分析状态；

②根据扩展D矩阵，确定该状态对应的D矩阵，进行测试点优选分析得到子诊断树；

③根据扩展测试，将子诊断树的YES/NO分支替换为相应测试的逻辑值判据tc_jk；根据扩展故障，将诊断树的叶节点替换为相应的故障判据fc_ik或正常；

④选择下一个状态返回步骤②，直到所有状态分析完毕；

(2)合成扩展诊断树

①将“状态”作为根节点；

②将状态集合中的各状态转换为根节点引出的分支；

③将各状态对应的子诊断树连接到相应的上述分支上。

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