許宏泉 李 飛 方 穎

(1.武漢江夏區(qū)藏龍北路1號 武漢 430205)(2.中國船舶工業(yè)綜合技術(shù)經(jīng)濟研究院 北京 100081)

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系統(tǒng)綜合測試診斷能力提升方法研究*

許宏泉1李 飛2方 穎2

(1.武漢江夏區(qū)藏龍北路1號 武漢 430205)(2.中國船舶工業(yè)綜合技術(shù)經(jīng)濟研究院 北京 100081)

論文分析了系統(tǒng)綜合測試診斷能力的表征與能力提升重點的對應(yīng)關(guān)系,以避免改動固有測試性設(shè)計方案為前提,針對測試方式、維修輔助手段、技術(shù)信息、人員技能等組成要素,提出了系統(tǒng)綜合測試診斷能力提升方法。

測試; 診斷; 綜合

Class Number TP206

1 引言

綜合測試診斷是以故障診斷及預(yù)測為任務(wù)的各種測試診斷相關(guān)要素綜合、優(yōu)化運用的系統(tǒng)工程,用于支撐綜合測試診斷的要素包括裝備的固有測試性、配備的測試方式、維修輔助手段、技術(shù)信息、人員技能等。對綜合測試診斷能力的提升應(yīng)以提升固有測試性水平為基礎(chǔ),一方面優(yōu)化固有測試性設(shè)計,提升相應(yīng)的測試方式、維修輔助手段、技術(shù)手冊及人員技術(shù)能力,從綜合測試診斷各要素的角度分別予以提升,另一方面優(yōu)化綜合運用各要素實施診斷的整體能力,從而實現(xiàn)系統(tǒng)綜合測試診斷能力的全面提升。

針對系統(tǒng)設(shè)計方案可改動范圍小、研制進度緊的約束條件,提升固有測試性水平以提升綜合測試診斷能力的方式難以實現(xiàn),為此,應(yīng)著重改善其他影響綜合測試診斷能力的要素,包括提升測試方式的合理性、有效性,提高維修輔助手段的效率,提高技術(shù)手冊對綜合測試診斷的支撐能力,降低對操作人員的技能要求、強化對操作人員的培訓(xùn)效果。同時,根據(jù)各要素之間的內(nèi)在聯(lián)系、在實施綜合測試診斷過程中的作用地位等,制定有效的綜合測試診斷策略,從整體上優(yōu)化綜合測試診斷能力。

2 綜合測試診斷能力表征與能力提升重點的對應(yīng)關(guān)系

圍繞故障診斷這一核心功能,某系統(tǒng)綜合測試診斷能力表征主要包含以下基本內(nèi)容:

1) 測試診斷深度

表征測試診斷能力可及的測試、維修級別。

2) 測試診斷廣度

表征測試診斷能力可覆蓋的功能監(jiān)測需求、故障模式集合。

3) 測試診斷準(zhǔn)確性

表征測試診斷的準(zhǔn)確性,包括故障檢測率、故障隔離率、故障隔離模糊度、虛警率等。

4) 測試診斷經(jīng)濟性

表征測試診斷的資源消耗情況,包括各種測試設(shè)備、人力、測試導(dǎo)致的設(shè)備停用時間、故障檢測隔離所需時間等。

根據(jù)上述能力表征,提升重點與能力表征的對應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

圖1 綜合測試診斷能力表征與提升重點的對應(yīng)關(guān)系

3 診斷能力提升方法

3.1 優(yōu)化測試方式的配置方案

測試方式是獲取裝備狀態(tài)、提取故障數(shù)據(jù)的首要環(huán)節(jié),直接影響著測試信息是否充分、能否滿足綜合診斷需求。同時,維修輔助手段、診斷策略等綜合測試診斷的其他要素也必須圍繞測試方式進行設(shè)計并優(yōu)化。在固有測試性設(shè)計難以改動的情況下,測試方式作為實施綜合診斷的數(shù)據(jù)采集手段,能夠為能力提升提供重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。測試方式的能力提升應(yīng)主要考慮方式的選擇、方式的設(shè)計兩個角度。

1) 測試方式的優(yōu)化選擇

針對嵌入式機內(nèi)測試、在線或離線狀態(tài)監(jiān)測、機外自動測試、機外人工測試等測試方式的優(yōu)缺點、適用范圍等,從以下幾個方面對測試方式進行優(yōu)化選擇:

(1)能夠覆蓋的故障模式;

(2)成本;

(3)數(shù)據(jù)接口;

(4)人員要求;

(5)空間需求;

(6)時序要求滿足能力;

(7)信息傳遞與共享能力。

2) 測試方式的設(shè)計

在測試方式的選擇、組合得到優(yōu)化的基礎(chǔ)上,測試方式本身的準(zhǔn)確性、有效性是影響測試方式能力提升的另一重要因素。因此,在測試方式方面,若難以提升嵌入式機內(nèi)測試能力,則應(yīng)主要考慮以下內(nèi)容:

(1)縮減人工測試工作量;

(2)優(yōu)化人工測試流程;

(3)設(shè)計更為易操作的人工測試設(shè)備;

(4)提高機外自動測試覆蓋率;

(5)提高自動測試設(shè)備準(zhǔn)確性。

測試方式配置方案的制定屬于多屬性決策問題,可采用AHP進行處理,基本環(huán)節(jié)包括:

1) 分析測試設(shè)備選擇過程中的影響因素之間的關(guān)系,建立遞階層次結(jié)構(gòu)(目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層和方案層);

2) 通過對每個層次的影響因素關(guān)于上一層次的某因素的重要性進行兩兩比較,構(gòu)造判斷矩陣;

3) 由判斷矩陣計算被比較元素對該準(zhǔn)則的相對權(quán)重,得到層次單排序向量并對該判斷矩陣進行一致性檢驗;

4) 計算各層次元素對目標(biāo)層的組合權(quán)重,得到層次總排序向量。

3.2 完善維修輔助手段

維修輔助手段不僅是獲取維修任務(wù)后實施維修作業(yè)的輔助工具,也是采用人工測試方式的測試作業(yè)過程中不可或缺的紐帶,必須具備能夠?qū)y試與維修準(zhǔn)確對應(yīng)、引導(dǎo)維修流程的功能。對于采用離線數(shù)據(jù)采集等方式進行的測試,維修輔助手段的有效性關(guān)乎綜合測試診斷的準(zhǔn)確性,同時,其自動化程度、人機友好程度都將影響綜合測試診斷的效率。維修輔助手段的提升主要考慮其支撐作用、開放性兩個方面。

1) 維修輔助設(shè)備的支撐作用

從輔助維修這一使命出發(fā),維修輔助設(shè)備應(yīng)從以下內(nèi)容考慮能力的提升:

(1)人機友好;

(2)對過程的指導(dǎo)作用。

2) 維修輔助設(shè)備的開放性

從該要素對于整個綜合測試診斷能力提升的影響角度,維修輔助設(shè)備應(yīng)從以下內(nèi)容考慮能力的提升:

(1)信息的可更新;

(2)固件的可更新;

(3)輔助采集數(shù)據(jù)能力;

(4)與其他診斷要素的交互能力。

對維修輔助手段進行的提升,主要為維修輔助設(shè)備的開發(fā),包括便攜式維修輔助設(shè)備、基于虛擬儀器的便攜式艦載武器裝備維修系統(tǒng)等。其中,前者具有小型化、輕量化、信息豐富、指導(dǎo)性強、人員技能需求少等優(yōu)勢,但數(shù)據(jù)采集能力、通用能力較弱;后者能夠在測試儀器虛擬化的基礎(chǔ)上,根據(jù)維修輔助任務(wù)進行功能模塊的調(diào)用和組合,從而提供面向需求的數(shù)據(jù)采集與分析平臺,滿足測試、維修的多種輔助需求。

3.3 豐富技術(shù)信息

技術(shù)信息是實施綜合診斷的依據(jù),是故障診斷的數(shù)據(jù)支撐。在固有測試性無法改變的約束條件下,可通過豐富技術(shù)信息的途徑,充實技術(shù)信息對故障診斷推理的支撐作用。從以下內(nèi)容考慮技術(shù)信息能力的提升:

1) 信息的廣度

技術(shù)信息的廣度是指信息對診斷所需各方面信息數(shù)據(jù)的覆蓋程度,對于診斷二叉樹而言,廣度體現(xiàn)了診斷二叉樹的數(shù)量多寡,表征技術(shù)信息對故障模式的覆蓋程度;對于故障字典而言,廣度體現(xiàn)了字典包含的故障模式條目數(shù)量。提升信息的廣度有助于實現(xiàn)對更多故障模式的診斷。

2) 信息的深度

技術(shù)信息的深度是指每個故障相關(guān)診斷信息的詳細(xì)程度,對于診斷二叉樹而言,深度體現(xiàn)了診斷二叉樹層次的多寡,對于故障字典而言,深度體現(xiàn)了字典各個條目的豐富程度。提升信息深度有助于提升各個維修級別的診斷效率。

對技術(shù)信息的提升,主要從研制階段、維修級別、測試方式三個方面進行,通過收集、整理上述信息源,形成綜合測試診斷數(shù)據(jù)庫,從而為診斷提供信息支撐。

3.4 增強人員技能

對于需要采用人工測試方式的綜合測試診斷活動,人員技能對于數(shù)據(jù)獲取的效率、準(zhǔn)確性都存在重要的影響。此外,執(zhí)行診斷策略,給出診斷結(jié)果的過程中,同樣要求人員具備足夠的知識技能。從以下內(nèi)容考慮人員技能的提升:

1) 人員執(zhí)行測試的能力

提升人員運用測試設(shè)備,執(zhí)行測試任務(wù),采集測試數(shù)據(jù)的能力;

2) 人員處理信息的能力

提升人員在實施綜合診斷、制定診斷決策過程中的信息處理能力;

3) 人員對擴展綜合測試診斷能力的貢獻

發(fā)揮人員主觀能動性,在實施綜合測試診斷的過程中,發(fā)現(xiàn)綜合測試診斷能力缺陷,探索能力提升的更多方法。

對人員技能的提升以培訓(xùn)為主,輔以建立人才梯隊,完善人才培養(yǎng)機制等,同時注重對人員主觀能動性的激發(fā),在促進人員技能水平得到提高的同時,為后續(xù)進一步完善綜合測試診斷提供基礎(chǔ)。

3.5 優(yōu)化診斷策略

診斷策略的核心內(nèi)容是故障檢測、隔離的順序,體現(xiàn)了對綜合測試診斷各個組成要素的綜合運用。對診斷策略的提升主要為權(quán)衡綜合測試診斷要素,優(yōu)化綜合測試診斷策略,包括測試信息優(yōu)化、測試序列優(yōu)化、診斷算法優(yōu)化等,充分利用現(xiàn)有測試診斷資源,發(fā)揮各診斷要素作用,實施信息融合處理以滿足綜合診斷需求。

對診斷策略的優(yōu)化包括多種成熟方法,如基于信息啟發(fā)式算法、基于相關(guān)性模型、基于多值測試、基于模糊邏輯以及基于仿真的診斷策略制定方法等,制定診斷策略的過程中,需根據(jù)信息基礎(chǔ),結(jié)合診斷時間要求、經(jīng)濟性要求等約束條件,選擇適用的方法,制定合理的診斷策略。

4 結(jié)語

綜合測試診斷是一項系統(tǒng)工程,其實質(zhì)是充分運用各階段、各層次、各信息實現(xiàn)經(jīng)濟、高效、準(zhǔn)確的故障診斷。因此,對其能力的提升不僅包括各個綜合測試診斷要素,同時也更著重于各維修級別、各測試設(shè)備、各階段測試信息的綜合運用。與裝備的測試性類似,綜合測試診斷以裝備的固有測試性設(shè)計為基礎(chǔ)。通過提升各個組成要素支撐故障診斷的能力從而實現(xiàn)綜合測試診斷能力的提升,盡管效果受限,但在經(jīng)費、進度等條件限制固有測試性設(shè)計做出改變的情況下,仍具有實際意義。同時,綜合測試診斷能力的提升也將為維修、保障等相關(guān)工作提供有力的支撐。

[1] 田仲,石君友.系統(tǒng)測試性設(shè)計分析與驗證[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003.

[2] Mathur A, Haste D, Domagala C. Application of a dependency-model- based health inference and troubleshooting strategy to a HUMS- enabled advanced maintenance concept[C]//American Helicopter Society 59th Annual Forum. Phoenix, Arizona,2003.

[3] Simpson W R, Sheppard J W. A mathematical model for integrated diagnostics[J]. IEEE Design & Test of Computer,1991,8(6):25-38.

[4] Simpson W R, Sheppard J W. System testability analysis for integrated diagnostics[J]. IEEE Design & Test of Computer,1992,9(2):40-52.

[5] Simpson W R, Sheppard J W. Applying testability analysis for integrated diagnostics[J]. IEEE Design & Test of Computer,1992,9(3):65-78.

[6] Deb S, Krishna R, Raghavan V. Multi-signal flow graphs: a novel approach for system testability analysis and fault diagnosis[J]. IEEE AES Systems Magazine,1995(5):14-25.

[7] Pattipati K R, Raghavan V, Shakeri M, et al. TEAMS: testability engineering and maintenance system[C]//American Control Conference,1994:1989-1995.

[8] K R Pattipati, M G Alexandridis. A Heuristic Search and Information Theory Approach to Sequential Fault Diagnosis[J]. IEEE Trans. On SMC(S0018-9472),1990,20(4):872-887.

[9] PIETERSMA J, VAN GEMUND A J C, BOS A. A model based approach to sequential fault diagnosis[C]//Proceedings of IEEE AUTOTEST CON 05. Piscataway, N. J., USA: IEEE Press,2005:621-627.

Research on the Method to Enhance the Ability for System Integrated Diagnosis

XU Hongquan1LI Fei2FANG Ying2

(1. No. 1 Canglong North Road, Jiangxia Zone, Wuhan 430205) (2. China Institute of Marine Technology & Economy, Beijing 100081)

The paper analyzed the relationship of the characterization and emphasis for system integrated diagnosis ability. It put forward the method to enhance the ability for system integrated diagnosis focus on test mode, repair auxiliary means, technical information, staff skills with the restrain of inherent testability design.

test, diagnosis, integrate

2014年12月7日,

2015年1月24日

許宏泉,男,碩士,高級工程師,研究方向:綜合保障。李飛,男,碩士,高級工程師,研究方向:綜合診斷。方穎,女,碩士,高級工程師,研究方向:綜合保障。

TP206

10.3969/j.issn1672-9730.2015.06.034