一种指数型测试性分配与可行性分析方法

摘要

本发明提供了一种指数型测试性分配与可行性分析方法，包括如下步骤：包括S1、构建测试性分配问题的数学模型；S2、根据测试性指标随故障率变化的特点，构造指数型测试性分配函数；S3、根据所述S2中构造的指数型测试性分配函数，设计测试性分配算法；S4、通过新的成本函数，根据所述S3中所设计的分配算法对所述S2中构造的指数型测试性分配函数进行可行性分析与验证。本发明所述的指数型测试性分配与可行性分析方法，解决了主流测试性分配方法所存在的分配值体现不出指标随故障率变化的特点以及缺乏对分配方法进行可行性分析的问题。

说明书

技术领域

本发明属于测试性设计领域，尤其是涉及一种指数型测试性分配与可行性分析方法。

背景技术

测试性是产品能及时、准确地确定其状态(可工作、不可工作或性能下降程度)，并隔离其内部故障的一种设计特性，与可靠性、维修性、保障性和安全性等特性相似，测试性是装备的通用质量特性之一。测试性指标分配(简称测试性分配)是开展装备测试性设计工作的重要工作项目(GJB2547A-2012《装备测试性工作通用要求》工作项目302)，可根据诊断方法、可靠性、任务关键性和技术风险等要求，将产品的测试性定量要求逐层分配到规定的产品层次，以明确各层次产品的测试性定量要求。

目前，优化分配法、层次分析法及其改进方法考虑了测试性分配时的多种影响因素，相比经典方法中的故障率分配法更加科学合理。但在工程实践中，尤其是在装备研发的早期阶段，往往只有组成单元的故障率数据，没有或者很难获得其他支撑指标分配的数据，即使通过专家评分等方法获得影响因子等数据，也存在一定的主观性，造成指标分配值过高或过低，往往还要对分配值进行修正，这使得以上方法存在一定的限制。此外，主流测试性分配方法存在所得分配值体现不出指标随故障率变化的特点以及缺乏对分配方法进行可行性分析的问题，在这样的背景下，需要研发一种指数型测试性分配与可行性分析方法，以提高测试性设计的可靠性与客观性，也为后续故障诊断及系统的测试性设计、维护提供理论支撑。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种指数型测试性分配与可行性分析方法，以解决主流测试性分配方法存在的分配值体现不出指标随故障率变化的特点以及缺乏对分配方法进行可行性分析的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种指数型测试性分配与可行性分析方法，包括如下步骤：

S1、构建测试性分配问题的数学模型；

S2、根据测试性指标随故障率变化的特点，构造指数型测试性分配函数，所构造的指数型测试性分配函数为：

f(λ)＝1-α

其中，f(λ)为测试性指标；λ为待分配单元发生故障的概率；α为分配系数；

S3、根据所述S2中构造的指数型测试性分配函数，设计测试性分配算法；

S4、通过新的成本函数，根据所述S3中所设计的分配算法对所述S2中构造的指数型测试性分配函数进行可行性分析与验证。

进一步的，所述S1中构建的数学模型包括以下函数：

γ

γ

0≤γ

γ

其中：式(1)为测试性分配函数，式(2)为指标验算函数，式(3)、式(4)为分配指标的约束条件；γ

进一步的，所述步骤S2中构造测试性分配函数的具体方法为：

定义分配函数为：γ＝f(λ) (5)

式中，γ为单元的测试性指标；λ为单元的故障率，则分配函数f(λ)应满足以下规律：

规律1：f(λ)在区间[0,+∞)上单调递增，且满足f(0)＝0，

规律2：

为满足规律1，构造如下分配函数形式：

f(λ)＝A+B*C

式中，参数A、B、D均为非零常数，C＞0且C≠1。根据规律1可得：

A+B＝0 (7)

由式(8)知，当λ→∞时，函数f(λ)的极限值取1，表明函数f(λ)的渐近线即为1，又由指数函数的性质可得，参数C的取值区间为(0,1)，因此有：

结合式(7)、式(8)可得A＝1，B＝-1，则：

f(λ)＝1-C

对式(10)求一阶导数可得：

据式(11)分析可知，当参数D＞0时，有

α是一个未知量。

进一步的，所述步骤S3中测试性分配算法的设计方法为：

根据步骤S2所推分配函数如式(12)，可写出FDR的分配函数：

式中，α

式(14)取等号时，通过数值计算可得α

同理，可写出故FIR的分配函数：

式中，α

同样，当式(16)取等号时,通过数值计算可得α

进一步的，所述步骤4中新的成本函数为

其中，C表示总成本；c

进一步的，所述的平均可行度参数

相对于现有技术，本发明所述的指数型测试性分配与可行性分析方法具有以下优势：

(1)本发明所述的指数型测试性分配与可行性分析方法，解决了主流测试性分配方法所存在的分配值体现不出指标随故障率变化的特点以及缺乏对分配方法进行可行性分析的问题。

(2)本发明所述的指数型测试性分配与可行性分析方法，可以较好体现测试性指标随故障率变化的特点，所提出的可行性分析方法可供装备研制方合理选取分配方法提供借鉴，为后续故障诊断及系统的测试性设计、维护提供理论支撑。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的指数型测试性分配与可行性分析方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

名词解释：

FDR：Fault Detection Rate，故障检测率：表示用规定的方法正确检测到的故障数与故障总数之比。

FIR：Fault Isolation Rate，故障隔离率：表示用规定的方法将检测到的故障正确隔离到不大于规定模糊度的故障数与检测到的故障数之比。

一种指数型测试性分配与可行性分析方法，如图1所示，包括如下步骤：S1、构建测试性分配问题的基本数学模型：

测试性分配工作项目要求将产品的测试性定量要求逐层分配到规定的产品层次，以明确各层次产品的测试性定量要求，可构建数学模型如下：

γ

γ

0≤γ

γ

其中：式(1)为测试性分配函数，式(2)为指标验算函数，式(3)、式(4)为分配指标的约束条件。γ

测试性分配问题的关键是确定分配函数式(1)，且必须同时满足式(3)和式(4)的约束条件。

S2、根据测试性指标提升的规律，本方案所要构造的测试性分配函数应符合以下特点：

(1)分配函数为单调递增函数，即组成单元的故障率越高，分配指标越大；

(2)分配函数的一阶导数为单调递减函数，此一阶导数代表单元测试性指标水平提升的困难程度，其值越大表明指标水平较易提高，导数值越小表明指标水平越难提高。

定义分配函数为：γ＝f(λ) (5)

式中，γ为单元的测试性指标；λ为单元的故障率，则分配函数f(λ)应满足以下规律：

规律1：f(λ)在区间[0,+∞)上单调递增，且满足f(0)＝0，

规律2：

为满足规律1，可构造如下分配函数形式：

f(λ)＝A+B*C

式中，参数A、B、D均为非零常数，C＞0且C≠1。根据规律1可得：

A+B＝0 (7)

由式(8)可知，当λ→∞时，函数f(λ)的极限值取1，表明函数f(λ)的渐近线即为1，又由指数函数的性质可得，参数C的取值区间为(0,1)，因此有：

结合式(7)、式(8)可得A＝1，B＝-1，则：

f(λ)＝1-C

对式(10)求一阶导数可得：

据式(11)分析可知，当参数D＞0时，有

f(λ)＝1-α

此时已构造测试性分配函数的一般表达式，从函数形式上看，这是一个指数型函数，α是一个未知量，它的取值必须使各单元的分配指标满足式(4)，称α为分配系数，其取值范围为(0,1)。

S3、根据所述步骤S2中构造的指数型测试性分配函数，设计测试性分配算法。

根据步骤S2所推分配函数如式(12)，可写出FDR的分配函数：

式中，α

式(14)取等号时,通过数值计算可得α

同理，可写出故FIR的分配函数：

式中，α

同样，当式(16)取等号时,通过数值计算可得α

S4、通过改进成本函数，提出一种基于成本约束的可行性分析方法。根据所述S3中所设计的分配算法对所述S2中构造的指数型测试性分配函数进行可行性分析与验证。

受装备测试性设计的复杂度与技术限制等因素影响，存在某些子系统或单元的测试性指标比别的子系统或单元提升困难，且指标提升越困难，所需成本也就越高，因此，为了定量表示测试性指标提升的难易程度，在成本函数中引入平均可行度参数

式中，

对成本函数进行改进。依据《装备测试性工作通用要求》实施指南，当允许使用全部测试资源时，一般要求达到100％的测试指标水平，即满足γ

式中，

假定某系统由5个单元组成，其中待分配的单元FDR和FIR指标分别为γ

表1指数型测试性分配方法的分配结果

从表1可知，由各个单元的FDR和FIR分配值综合计算所得到的系统指标γ

为验证指数型测试性分配方法的可行性与合理性，需作进一步的分析。本文以FDR指标分配为例(FIR指标的分配与此法相同)，设装备的总研制成本C为8万元，固有成本C

表2不同分配方法所得FDR分配值

将以上7种分配方法所得分配结果分别代入同一成本函数中，如式(18)所示，利用数值计算方法在MATLAB中求解各种方法对应的平均可行度

表3不同分配方法平均可行度参数计算值

由表2对比结果可知，采用方法1所得各单元的FDR分配值均相同，不能体现测试性指标随故障率改变而改变的规律；采用方法2至方法7所得FDR分配值可跟随单元发生故障概率的大小而改变，但在故障率相同时只有方法2、方法6和方法7与实际更为贴合，更能体现测试性指标提升的规律。

由于平均可行度

本方法注重工程实际，可操作性强，解决了目前主流测试性分配方法无法充分体现分配值随故障率提升的规律以及缺乏对分配方法的可行性分析问题，所提出的方法可供装备研制方合理选取分配方法提供借鉴，为后续故障诊断及系统的测试性设计、维护提供理论支撑。该发明中涉及的公式经过验算，符合测试性分配工作的所有要求，且容易理解。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。