CN112035996A - 一种装备测试性一体化设计与评估系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种装备测试性一体化设计与评估系统,适用于装备测试领域。包括层次化建模功能模块，所述层次化建模功能模块进行FST建模，一体化设计与分析模块结合FST模型的相关信息对装备进行测试性分析和测试性指标分配，所述测试性分析的结果用于测试诊断策略生成模块的诊断策略生成，诊断策略生成的诊断策略结果用于仿真与物理试验模块的仿真与试验。本发明能够完成装备机内测试与外部测试设备的一体化设计、一体化信息集成、一体化验证评估。层次化建模模块可以将外部的电路模型导入进来进行解析，之后对解析后的模型进行编辑生成FST模型，使FST建模更方便。
Description
技术领域
本发明涉及装备测试领域，具体地说涉及一种装备测试性一体化设计与评估系统。
背景技术
测试性(Testability)是指产品能及时准确地确定其状态(可工作、不可工作、性能下降)和隔离其内部故障的设计特性。目前，复杂产品主要存在以下几个方面的测试性难题：系统高度集成化和微型化大幅度地限制了有效测试节点的数目，一些外部测试设备不能在系统中添加足够的有效测试节点，无法获取故障诊断所需的所有必要测试信息；系统的结构和功能的复杂度较高，完成测试所需的时间变长、费用增高，测试效率降低，而且测试存在不确定因素，故障诊断结果并非完全可靠。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能够完成装备机内测试与外部测试设备的一体化设计、一体化信息集成、一体化验证评估的装备测试性一体化设计与评估系统。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种装备测试性一体化设计与评估系统，包括层次化建模功能模块，所述层次化建模功能模块进行FST建模，一体化设计与分析模块结合FST模型的相关信息对装备进行测试性分析和测试性指标分配，所述测试性分析的结果用于测试诊断策略生成模块的诊断策略生成，诊断策略生成的诊断策略结果用于仿真与物理试验模块的仿真与试验。
进一步的，所述层次化建模功能模块根据产品结构信息、产品功能信息和装备层次结构进行装备层次化建模，根据装备的故障特征参量、故障表现形式、故障关联性、故障层次结构和故障描述进行FMEA分析，结合装备层次化建模的树形结构树和FMEA分析结果进行故障层次化建模；结合装备层次化模型和故障层次化模型，添加信号与测点，建立FST模型。
进一步的，所述一体化设计与分析模块结合FST模型的相关信息对装备进行测试性分析，生成故障与测试的相关性矩阵、静态特性分析结果和指标计算；结合FST模型的相关信息和用户要求的待分配指标、测试资源及FMEA分析结果中的故障信息，对测试性指标进行分配；保存所述测试性分析和测试性指标分配的结果为测试分析结果和测试指标分配结果。
进一步的，所述测试分析结果和产品结构信息结合外部测试资源用于测试诊断策略生成模块生成诊断策略结果，用于驱动测试资源进行诊断工作。
进一步的，所述测试性仿真试验与物理试验功能模块包括TPS仿真平台、嵌入式诊断仿真平台和测试性试验仿真环境，用于接收加载诊断策略结果，模拟测试诊断工作，验证测试性设计的合理性。
进一步的，所述TPS仿真平台包括TPS生成平台和TPS执行引擎，所述诊断策略结果通过TPS生成平台转化为TPS描述文件，所述TPS执行引擎对TPS描述文件加载和运行，实现模拟测试资源对结果进行仿真。
进一步的，所述嵌入式诊断仿真平台采用在线BIT检测，在装备的工作期内进行故障状态的采集和处理；在线BIT检测加载和运行诊断策略结果，确定所需要的收集测点的测试信息，通过通用BIT口和并行的I/O接口进行实时的数据采集，并与正常标准进行比较，实时关注装备是否出现故障。
进一步的，所述测试性试验仿真环境包括装备层次化模型和故障层次化模型，仿真生成装备规定条件和规定统计时间内的故障样本集，得到包含各故障发生数的待注入故障样本，建立各故障模式的故障注入模型，注入到面向测试性层次化模型中，实现故障注入的仿真；故障注入后，进行故障仿真运行，测试模型模拟捕捉故障的行为，实现测试诊断过程的仿真，获得测试性虚拟验证试验数据，经过故障特征的提取得到三维相关矩阵，以三维相关矩阵为基础计算出相应的测试指标。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明能够完成装备机内测试与外部测试设备的一体化设计、一体化信息集成、一体化验证评估。本发明的层次化建模模块可以将外部的电路模型导入进来进行解析，之后对解析后的模型进行编辑生成FST模型，使FST建模更方便。本发明的仿真与物理试验模块可以与已有的测试性试验系统和故障注入系统相连，制定试验策划、试验设计、试验准备、试验实施、结果评价的测试性验证试验等流程。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的原理框图；
图2是本发明的工作流程图；
图3是本发明的层次化建模模块框图；
图4是本发明的层次化建模模块功能组成；
图5是本发明的一体化设计与分析模块框图；
图6是本发明的一体化设计与分析模块功能组成；
图7是本发明的诊断策略生成逻辑架构图；
图8是本发明的TSP仿真引擎内容结构图；
图9是本发明的嵌入式仿真引擎及运行框图；
图10是本发明的测试性验证过程图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，本发明包括层次化建模功能模块、一体化设计与分析功能模块、测试策略生成模块与仿真试验与物理试验功能模块，其中：
(1)层次化建模功能模块。层次化建模功能模块将结合装备的结构信息、功能信息、装备的层次结构对装备进行分析或导入PSPICE等第三方电路仿真软件对装备建立好的电路模型，对装备进行层次化建模；然后根据装备的故障特征参量、故障表现形式、故障关联性、故障层次结构和故障描述对装备进行FMEA分析，生成FMEA分析表格，再结合装备模型的树形结构树构建故障的层次化模型，然后将故障层次化模型与装备层次化模型相关联；之后结合建立好的装备层次化模型和故障层次化模型，建立装备故障、信号和测点的关联信息模型—FST模型，提取模型相关信息为下一步一体化设计与分析提供信息支持。
(2)一体化设计与分析功能模块。一体化设计与分析模块将结合FST模型的相关信息对装备进行测试性分析，生成故障与测试的相关性矩阵、静态特性的分析结果及相应测试性指标的计算；之后针对装备的层次结构，结合FST模型、测试资源和测试性分析结构对故障检测率和故障隔离率根据相应的算法进行测试性指标的分配；然后将相应的测试结果和分配结果保存起来，为后续的结果查看、管理和下一步的策略生成提供支持。
(3)测试诊断策略生成模块。测试诊断策略生成模块根据结构树模型及测试性分析的结果，结合外部的测试资源和测试费用，生成相应的诊断策略，并以XML格式进行描述，最后将其导入到TPS运行平台、嵌入式诊断平台和测试性仿真试验环境中。
(4)测试性仿真试验与物理试验功能模块。测试性仿真试验与物理试验功能模块包括TPS仿真平台、嵌入式诊断仿真平台和测试性仿真环境，接收加载测试诊断策略，模拟测试诊断工作以验证测试性设计的合理性；另外该模块还可以与已有的测试性试验系统和故障注入系统相连，制定试验策划、试验设计、试验准备、试验实施、结果评价的测试性验证试验等流程。
如图2所示，本发明工作的基本流程如下：
(1)选择被测装备后，根据装备的结构功能信息建立装备的层次化模型；
(2)根据被测装备的故障信息对其进行FMEA分析获得FMEA分析表格，然后建立装备故障的层次化模型；
(3)将装备层次化模型与故障层次化模型相关联，提取其中建立FST模型的相关元素，然后添加相关信号和测试点完成FST模型的建立；
(4)对FST模型进行测试性分析，生成相关性矩阵，对其进行静态分析，检测其中的未检测故障、模糊组及未使用测点等信息以完成测试性设计的优化；然后对其进行动态分析计算出故障检测率、故障隔离率等测试性设计指标；
(5)根据FST模型和测试性分析结果，采用故障率分配、加权分配和综合加权分配等方法完成测试指标的分配；
(6)根据测试性分析结果，结合外部的测试资源，采用相应的算法生成相应的测试诊断策略；
(7)将测试诊断策略导入到仿真试验平台中，驱动测试资源进行诊断运行工作，完成试验的验证。
如图3所示，本发明的层次化建模功能模块将结合装备的结构信息、功能信息、装备的层次结构对装备进行分析或导入PSPICE等第三方电路仿真软件对装备建立好的电路模型，对装备进行层次化建模；然后根据装备的故障特征参量、故障表现形式、故障关联性、故障层次结构和故障描述对装备进行FMEA分析，生成FMEA分析表格，如下表为本发明的一个实施例中生成的FMEA分析表格：
再结合装备模型的树形结构树构建故障的层次化模型，然后将故障层次化模型与装备层次化模型相关联；之后结合建立好的装备层次化模型和故障层次化模型，建立装备故障、信号和测点的关联信息模型—FST模型，提取模型相关信息为下一步一体化设计与分析提供信息支持。
如图4所示，层次化建模模块包括装备层次化建模功能、故障层次化建模功能、FST模型建立功能、电路仿真模型导入功能、树形模型节点编辑功能和导入电路模型编辑功能。层次化建模模块主要根据装备的信息分析建立装备与故障的层次化模型，然后根据装备与故障的层次化模型添加信号与测试点完成FST模型的建立；另外层次化建模模块还可以将外部的电路模型导入进来进行解析，之后对解析后的模型进行编辑生成FST模型。
如图5所示，本发明的一体化设计与分析模块将结合FST模型的相关信息对装备进行测试性分析，生成故障与测试相关性矩阵、静态特性的分析结果及相应测试性指标的计算；在本发明的一个实施例中，生成的故障与测试的相关性矩阵如下表所示：
之后针对装备的层次结构，结合FST模型提供的结构体系和分配层次，以及用户要求的待分配指标、测试资源及FMEA分析结果中的故障信息，确定合适的分配原则和选择相应的分配算法对测试性指标进行分配；然后将相应的测试结果和分配结果保存起来，为后续的结果查看、管理和下一步的策略生成提供支持。
如图6所示，一体化设计与分析模块包括装备测试性设计与验证一体化架构、测试性分析功能、测试性指标分配功能和机内、外测试性资源集成管理功能。测试性分析功能主要分为静态分析和动态分析功能；静态分析主要分析装备模型的未检测故障、故障模糊组和冗余测试等信息；动态特性主要计算测试的故障检测率、故障隔离率以及虚警率等信息。测试性指标分配功能结合FST模型提供的结构体系和分配层次，以及用户要求的待分配指标及FMEA分析结果中的故障信息，通过分配原则和加权分配算法、故障率分配算法和综合加权分配算法实现对测试指标的分配。
本发明的测试诊断策略生成模块根据结构树模型及测试性分析的结果，结合外部的测试资源和测试费用，生成相应的诊断策略，并以XML格式进行描述，最后将其导入到TPS运行平台、嵌入式诊断平台和测试性仿真试验环境中，来驱动测试资源进行诊断工作，其逻辑架构如图7所示。在本发明的一个实施例中，通过对装备进行测试性建模，可实现测试性评估和测试性分析。其中测试性分析主要通过测试诊断策略生成算法生成诊断树、故障测试相关矩阵、模糊组等测试诊断策略。
如图8所示，测试性建模中的模型数据和测试性分析数据(诊断策略结果)通过TPS生成平台可直接转化为符合ATML规范的TPS描述文件，实现TPS生成，然后通过TPS执行引擎对TPS进行加载和运行，模拟测试资源对结果进行仿真。
系统在执行过程中需要程控测试仪器发出激励信号，同时还需要程控测试仪器响应信号，之后再由测试程序对响应信号的测量结果与标准值进行对比分析得出电路板是否正常。
测试执行工具的功能是把用户配置的测试流程(TPS)解释成一系列的执行动作，根据测试流程规定的配置参数完成信号的输入和输出，根据测试流程规定的执行逻辑自动控制流程的走向，按照用户的配置要求动态改变结果数据的显示方式，也可以将结果数据保存后供历史查询，可以将结果数据以报表的形式打印输出。
测试执行程序在流程的执行控制方面提供了多种方式，有连续执行、单步执行、区间执行、暂停执行、停止执行、设置断点和取消断点等。另外，通过变量监测功能可以很方便地查看流程执行过程中的变量状态。这些都为用户在调试测试流程时提供了极大的方便。
如图9所示，嵌入式仿真模块采用在线BIT检测，在装备的工作期内进行故障状态的采集和处理。在线BIT在测试相关信息时，通过加载和运行相应的诊断策略，确定所需要收集测试点的测试信息，通过通用的BIT口和并行的I/O接口进行实时的数据采集，并与正常标准进行比较，实时关注装备是否出现故障。
如图10所示，根据装备设计资料，如产品工作原理、FMEA资料、测试性设计资料、可靠性资料等，对系统的功能、结构、正常行为、故障机理及行为、测试过程及行为进行分析，建立面向测试性的层次化模型。然后，结合故障模型，仿真生成装备规定条件和规定统计时间内的故障样本集，得到包含各故障发生数的待注入故障样本，建立各故障模式的故障注入模型，注入到面向测试性层次化模型中，实现故障注入的仿真。故障注入后，进行故障仿真运行，测试模型模拟捕捉故障的行为，实现测试诊断过程的仿真，获得测试性虚拟验证试验数据，经过故障特征的提取得到三维相关矩阵，以三维相关矩阵为基础计算出相应的测试指标。
Claims (8)
1.一种装备测试性一体化设计与评估系统，其特征在于：包括层次化建模功能模块，所述层次化建模功能模块进行FST建模，一体化设计与分析模块结合FST模型的相关信息对装备进行测试性分析和测试性指标分配，所述测试性分析的结果用于测试诊断策略生成模块的诊断策略生成，诊断策略生成的诊断策略结果用于仿真与物理试验模块的仿真与试验。
2.根据权利要求1所述的一种装备测试性一体化设计与评估系统，其特征在于：所述层次化建模功能模块根据产品结构信息、产品功能信息和装备层次结构进行装备层次化建模，根据装备的故障特征参量、故障表现形式、故障关联性、故障层次结构和故障描述进行FMEA分析，结合装备层次化建模的树形结构树和FMEA分析结果进行故障层次化建模；结合装备层次化模型和故障层次化模型，添加信号与测点，建立FST模型。
3.根据权利要求2所述的一种装备测试性一体化设计与评估系统，其特征在于：所述一体化设计与分析模块结合FST模型的相关信息对装备进行测试性分析，生成故障与测试的相关性矩阵、静态特性分析结果和指标计算；结合FST模型的相关信息和用户要求的待分配指标、测试资源及FMEA分析结果中的故障信息，对测试性指标进行分配；保存所述测试性分析和测试性指标分配的结果为测试分析结果和测试指标分配结果。
4.根据权利要求3所述的一种装备测试性一体化设计与评估系统，其特征在于：所述测试分析结果和产品结构信息结合外部测试资源用于测试诊断策略生成模块生成诊断策略结果，用于驱动测试资源进行诊断工作。
5.根据权利要求1所述的一种装备测试性一体化设计与评估系统，其特征在于：所述测试性仿真试验与物理试验功能模块包括TPS仿真平台、嵌入式诊断仿真平台和测试性试验仿真环境，用于接收加载诊断策略结果，模拟测试诊断工作，验证测试性设计的合理性。
6.根据权利要求5所述的一种装备测试性一体化设计与评估系统，其特征在于：所述TPS仿真平台包括TPS生成平台和TPS执行引擎，所述诊断策略结果通过TPS生成平台转化为TPS描述文件，所述TPS执行引擎对TPS描述文件加载和运行，实现模拟测试资源对结果进行仿真。
7.根据权利要求5所述的一种装备测试性一体化设计与评估系统，其特征在于：所述嵌入式诊断仿真平台采用在线BIT检测，在装备的工作期内进行故障状态的采集和处理；在线BIT检测加载和运行诊断策略结果，确定所需要的收集测点的测试信息，通过通用BIT口和并行的I/O接口进行实时的数据采集，并与正常标准进行比较，实时关注装备是否出现故障。
8.根据权利要求5所述的一种装备测试性一体化设计与评估系统，其特征在于：所述测试性试验仿真环境包括装备层次化模型和故障层次化模型，仿真生成装备规定条件和规定统计时间内的故障样本集，得到包含各故障发生数的待注入故障样本，建立各故障模式的故障注入模型，注入到面向测试性层次化模型中，实现故障注入的仿真；故障注入后，进行故障仿真运行，测试模型模拟捕捉故障的行为，实现测试诊断过程的仿真，获得测试性虚拟验证试验数据，经过故障特征的提取得到三维相关矩阵，以三维相关矩阵为基础计算出相应的测试指标。
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