CN106650942B - 基于电子装备测试性模型的故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于电子装备测试性模型的故障诊断方法，适用于所有电子装备现场故障诊断，属于测控技术领域。该方法的技术要点在于，基于电子装备测试性模型，建立装备故障模式、信号和测试之间的对应关系，由计算机根据对应关系，分析出测试性模型中蕴含的测试逻辑，根据发生的故障现象，自动推理并在诊断节点上进行相应测试，根据当前测试结果，在下一步测试诊断之前，优化测试流程，实现故障诊断逻辑动态化。本发明的技术效果在于，从根本上克服了人工手动排故难度大、成本高，二叉树排故灵活性、通用性和扩展性差等问题，可实现电子装备自动化、智能化现场故障诊断。

Description

基于电子装备测试性模型的故障诊断方法

技术领域

本发明涉及一种基于电子装备测试性模型的故障诊断方法，适用于所有电子装备现场故障诊断，属于测控技术领域。

背景技术

随着电子装备技术水平的不断提高，在满足功能和性能指标要求的前提下，测试性也受到了高度重视，电子装备功能性能的完好性直接影响到平台的任务完成，因此针对电子装备故障的快速诊断隔离显得尤为重要。

目前电子装备主要采用基于规则的现场故障诊断模式，通常采取以下两种方式：

1、根据装备所表现出的故障现象(征兆)，对照装备厂家提供的《维修排故手册》，按手册规定的检查步骤和要求，手动进行相关测试，最终定位故障位置；

2、根据装备厂家提供的《维修排故手册》，参考手册规定的检查步骤和要求，将手册描述方法抽象成故障诊断二叉树，供计算机翻译执行，同时，在故障诊断二叉树的节点上，结合装备机内测试(BIT)、人工测试(目视、听、闻)或外部测试(信号测试)等信息，对节点信息进行总结分析，判定节点测试结果，计算机根据节点测试结果自动选择下一二叉树节点，并对该节点进行相关测试，计算机遍历二叉树，完成各节点的测试诊断，直到故障被定位为止，实现了故障诊断隔离的自动化。

总结现阶段电子装备采用的现场故障诊断存在以下缺陷：①人工手动排故操作复杂、成本高，不适合维修保障需要；②《维修排故手册》中仅罗列了装备研发过程中已知常见的故障，对未知故障并没有针对性的、有效的诊断方法和步骤；③二叉树形式的故障诊断推理方法灵活性差，二叉树一旦编辑完成后，故障诊断逻辑随之固定，诊断排故流程不能随故障变化而动态变化；④通用性和扩展性差，随装备的定型，二叉树故障诊断逻辑随之固定，装备升级后，原有的二叉树就需要重新编译，工作量大；⑤二叉树形式的故障诊断推理方法不太适合复杂交联故障。

发明内容

为了克服现有电子装备采用现场故障诊断方法存在的缺陷，本发明提出了一种基于电子装备测试性模型适用于所有电子装备现场故障诊断的方法。

基于电子装备测试性模型的故障诊断方法，包括以下步骤：

步骤一，根据电子装备的实际情况，按照模块层次划分和故障模式、信号和测试之间的交联关系，建立测试性模型；

(1)建立电子装备测试性模型：

1)收集电子装备的测试性信息和相关所有技术资料，

2)明确装备实际的层次划分和组成结构，定义测试性模型的层次结构，

3)根据装备的系统框图和信号流向，建立装备各约定层次的结构模型，包括装备组成单元、信号端口、端口之间的连接，

4)添加故障模式，即为装备各组成单元和模块建立可能产生的故障模式，

5)定义信号，信号分配给一个或多个故障模式，表示该故障模式失效时会对这个信号产生影响；

6)定义测试，每个测试至少测试一个信号，一个测试点有多个测试；

7)建立故障模式、测试及信号之间的关联关系，

8)验证并更新测试模型，通过查阅测试策略和测试报告决定是否需要修改，对模块进行必要的更新，使之满足测试指标，即故障检测率和故障隔离率的要求；

(2)基于装备测试性模型，建立装备故障模式、信号和测试之间的对应关系，并将对应关系抽象成相关矩阵；

(3)推导最优诊断策略，将相关矩阵作为故障诊断、分析推理的基础，结合测试诊断的人力、时间、费用成本，同时考虑模块或设备的可靠性、维修性、可测试性因素，利用最优解算法，求得指定故障现象所对应的一条最优的故障诊断策略；

(4)自动执行诊断策略，并在各诊断节点上进行相应测试，根据当前测试结果，在下一步测试诊断之前，优化诊断策略，实现故障诊断策略的动态优化；

步骤二，当电子装备发生故障后，根据故障情况，选择对应的故障征兆；

步骤三，结合测试性模型，利用故障推理系统，选择适合当前的故障诊断流程；

步骤四，故障推理系统根据故障诊断流程中需要被诊断的节点顺序，在节点上调用执行相应的测试程序，并对节点故障与否做出判别，当完成当前节点的故障诊断后，故障仍然没有排除，则继续执行故障推理系统，推理出新的适合当前的故障诊断流程；

步骤五，故障推理系统重复上述过程，加载调用相应测试程序，进行当前节点的测试诊断，直至故障被定位和隔离；

步骤六，排故完成后，故障推理系统给出装备故障的维修更换建议。

所述的基于电子装备测试性模型的故障诊断方法，步骤5)中的信号，包括功能信号，具体是指增益，频谱、电压、液压信号，机械运动，或者故障效应，具体是指传感器输出超范围、故障灯被点亮。

所述的基于电子装备测试性模型的故障诊断方法，步骤6)中的测试是广义的测试，包括自动测试和人工测试，具体有周期BIT测试，上电BIT测试，交互BIT测试，ATE测试以及目视，听，闻。

本发明避免了传统的基于规则的故障诊断推理方法所暴露出来的缺点，采用基于装备测试性模型进行故障诊断推理，能有效提升诊断效率，减少诊断步骤，降低装备维护保障费用，该方法通用性和扩展性好，诊断策略可动态变化，具有自学习功能，更利于装备复杂交联故障的诊断，同时该方法灵活方便，可覆盖所有电子装备故障诊断推理，还可扩展应用于其他系统，适用电子装备现场排故使用。

附图说明

图1为本发明处理方法的流程图。

图2为分系统测试性模型。

图3为分系统对应的几种故障诊断策略。

图4为分系统的最优故障诊断策略。

具体实施方式

本发明提出的故障诊断方法，基于电子装备测试性模型，建立装备故障模式、信号和测试之间的对应关系，计算机根据对应关系，分析出测试性模型中蕴含的测试逻辑，根据发生的故障现象，自动推理并在诊断节点上进行相应测试，根据当前测试结果，在下一步测试诊断之前，优化测试流程，实现故障诊断逻辑动态化，该方法从根本上克服了人工手动排故难度大、成本高，二叉树排故灵活性、通用性和扩展性差等问题，可实现电子装备自动化、智能化现场故障诊断。

具体而言，首先根据舰载电子装备的实际情况，建立相应的测试性模型，当装备发生故障后，根据故障情况，选择对应的故障征兆(现象)，结合装备测试性模型，利用故障推理系统，推理出适合当前的故障诊断流程，系统根据流程中需要被诊断的节点顺序，在节点上调用执行相应的测试程序，对节点故障与否做出判别，当完成当前节点的故障诊断后，故障仍然没有排除，系统会继续利用故障推理系统，推理出新的适合当前的故障诊断流程，系统重复上述过程，加载调用相应测试程序，进行当前节点的测试诊断，直至故障被定位和隔离。整个诊断推理的过程中，故障诊断流程是根据实际情况动态变化的。排故完成后，系统给出装备故障的维修更换建议。

针对故障诊断过程中的关键过程为故障诊断流程生成，本发明的具体方法如下：

(1)按照模块层次划分和故障模式、信号和测试之间的交联关系，建立电子装备测试性模型；

1)收集电子装备的测试性信息和相关所有技术资料；

2)明确装备实际的层次划分和组成结构，定义测试性模型的层次结构；

3)根据装备的系统框图和信号流向，建立装备各约定层次的结构模型，包括装备组成单元、信号端口、端口之间的连接；

4)添加故障模式，即为装备各组成单元和模块建立可能产生的故障模式；

5)定义信号。测试性模型中的信号泛指可以被测试到的量，既可以是功能信号(如增益，频谱、电压、液压信号，机械运动)，也可以是某种故障效应(传感器输出超范围，故障灯被点亮)。信号可以分配给一个或多个故障模式，表示该故障模式失效时会对这个信号产生影响；

6)定义测试。测试性模型中的测试是广义的测试，例如：周期BIT，上电BIT，交互BIT，ATE测试(一个自动测试项目)，人工测试(目视，听，闻)等都是测试。每个测试可以测试一个信号，一个测试点可以有多个测试。在本发明中，大部分测试是通过解析任务系统内的以太网报文，对数据进行分析，给出信号正常与否的结论；

7)建立故障模式、测试及信号之间的关联关系；

8)验证并更新测试模型。通过查阅测试策略和测试报告来决定是否需要修改，对模块进行必要的更新，使之满足测试指标(故障检测率、故障隔离率等)要求。

(2)基于装备测试性模型，建立装备故障模式、信号和测试之间的对应关系，并将对应关系抽象成相关矩阵；

(3)将相关矩阵作为故障诊断、分析推理的基础，结合测试诊断的人力、时间、费用等成本，同时考虑模块或设备的可靠性、维修性、可测试性等因素，利用最优解算法，求得指定故障现象所对应的一条最优的故障诊断策略；

(4)自动执行诊断策略，并在各诊断节点上进行相应测试，根据当前测试结果，在下一步测试诊断之前，优化诊断策略，实现故障诊断策略的动态优化。

如图2所示，假设一个分系统中包含4个模块，4个模块的可靠性、维修性及可测试性、测试费用成本等参数都相同，分别为M1、M2、M3、M4，每个模块只包含一种故障模式。当出现这种故障时，该模块就会失效，每种故障模式关联一个检测信号，分别为F1、F2、F3、F4，四个模块各预留一个测试点，分别为T1、T2、T3、T4，对应四个模块的外部信号检测接口，用于判断各模块是否出现故障。四个测试点分别检测故障模式关联的信号F1、F2、F3、F4。模块间连线代表信号的传递，S1代表故障征兆(故障现象)，当分系统中M1、M2、M3、M4任何一个模块出现故障时，都会在S1处有所体现。

利用本发明对示例分系统故障诊断实现如下：

1.建立装备测试性模型。按照上述方法，建立分系统测试性模型，模型如图2所示。

2.抽象出测试性相关矩阵。基于分系统测试性模型，建立故障模式、信号和测试之间的相关矩阵，如表1所示。当M1发生故障时，其关联的信号F1会出现异常，在测试点T1去检测信号F1就会出现异常，同时由于连线信号传递的方式，信号F1异常会传至模块M2、M3、M4，导致在与M2、M3、M4相关联的测试点T2、T3、T4也会检测到故障，最终表现出S1代表的故障征兆。同理，其他模块以此类推，每个模块的故障仅影响其之后的模块，不影响前级模块。

表1分系统测试性模型

3.推导最优诊断策略。由于各模块的可靠性、维修性及可测试性、测试费用成本等参数均相同，因此不考虑这些因素的影响，针对上述相关矩阵，会有如图3所示四种故障诊断策略，通过任何一种故障诊断策略均可定位故障，但每一种诊断策略要执行三次测试才会定位故障。但考虑测试诊断效率，利用最优解算法，求得的一条最优的故障诊断策略如图4所示，只需执行两步，就可定位故障。

4.诊断策略的自动执行。由于最终的故障诊断策略都是二叉树的形式，所以计算机可以自动加载、执行故障诊断策略，并在各测试点上执行相应测试，实现测试诊断的自动化，同时，实际使用中，根据上一步测试结果，综合考虑可靠性、维修性及可测试性、测试费用成本等因素影响，在下一步诊断流程，动态调整优化后续故障诊断策略，实现故障诊断智能化。

本发明的关键点在于，①能够根据故障现象自动寻找一条诊断的最优路径；②一旦某一测试难以完成时，测试系统会自动重新计算出一条诊断路径；③具有自学习功能，持续提高诊断效率和命中率；④建立各装备测试性模型，并基于该模型进行故障诊断推理，为后续更大任务系统的故障诊断扩展应用打下坚实基础，同时可通过装备的测试性模型与平台任务系统融合，使任务系统故障诊断可以从顶向下，层层深入直至故障定位隔离到装备现场可更换单元。

Claims (3)

1.基于电子装备测试性模型的故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，根据电子装备的实际情况，按照模块层次划分和故障模式、信号和测试之间的交联关系，建立测试性模型；

(1)建立电子装备测试性模型：

1)收集电子装备的测试性信息和相关所有技术资料，

2)明确装备实际的层次划分和组成结构，定义测试性模型的层次结构，

3)根据装备的系统框图和信号流向，建立装备各约定层次的结构模型，包括装备组成单元、信号端口、端口之间的连接，

4)添加故障模式，即为装备各组成单元和模块建立可能产生的故障模式，

5)定义信号，信号分配给一个或多个故障模式，表示该故障模式失效时会对这个信号产生影响；

6)定义测试，每个测试至少测试一个信号，一个测试点有多个测试；

7)建立故障模式、测试及信号之间的关联关系，

8)验证并更新测试模型，通过查阅测试策略和测试报告决定是否需要修改，对模块进行必要的更新，使之满足测试指标，即故障检测率和故障隔离率的要求；

(2)基于装备测试性模型，建立装备故障模式、信号和测试之间的对应关系，并将对应关系抽象成相关矩阵；

(3)推导最优诊断策略，将相关矩阵作为故障诊断、分析推理的基础，结合测试诊断的人力、时间、费用成本，同时考虑模块或设备的可靠性、维修性、可测试性因素，利用最优解算法，求得指定故障现象所对应的一条最优的故障诊断策略；

(4)自动执行诊断策略，并在各诊断节点上进行相应测试，根据当前测试结果，在下一步测试诊断之前，优化诊断策略，实现故障诊断策略的动态优化；

步骤二，当电子装备发生故障后，根据故障情况，选择对应的故障征兆；

步骤三，结合测试性模型，利用故障推理系统，选择适合当前的故障诊断流程；

步骤四，故障推理系统根据故障诊断流程中需要被诊断的节点顺序，在节点上调用执行相应的测试程序，并对节点故障与否做出判别，当完成当前节点的故障诊断后，故障仍然没有排除，则继续执行故障推理系统，推理出新的适合当前的故障诊断流程；

步骤五，故障推理系统重复上述过程，加载调用相应测试程序，进行当前节点的测试诊断，直至故障被定位和隔离；

步骤六，排故完成后，故障推理系统给出装备故障的维修更换建议。

2.根据权利要求1所述的基于电子装备测试性模型的故障诊断方法，其特征在于，步骤5)中的信号，包括功能信号，具体是指增益，频谱、电压、液压信号，机械运动，或者故障效应，具体是指传感器输出超范围、故障灯被点亮。

3.根据权利要求1所述的基于电子装备测试性模型的故障诊断方法，其特征在于，步骤6)中的测试是广义的测试，包括自动测试和人工测试，具体有周期BIT测试，上电BIT测试，交互BIT测试，ATE测试以及目视，听，闻。

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