1、论文题目 系统可测性分析与辅助设计软件总体设计及关键模块实现学 科 专 业 测试计量技术及仪器指 导 教 师 龙 兵 副教授作 者 姓 名 杨兴霁学 号 200820701030分类号 密级 UDC 1注学 位 论 文系统可测性分析与辅助设计软件总体设计及关键模块实现（题名和副题名）杨兴霁（作者姓名）指导教师姓名 龙 兵 副教授 电子科技大学 成 都 （职务、职称、学位、单位名称及地址）申请专业学位级别 硕士 专业名称 测试计量技术及仪器 论文提交日期 2011.4 论文答辩日期 2011.5 学位授予单位和日期 电子科技大学 答辩委员会主席 评阅人 2011 年 月 日注 1：注明国际十进分
2、类法 UDC的类号。独 创 性 声 明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名： 日期： 年 月 日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据
3、库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 摘 要I摘 要可测性（Testability，也译为可测试性）是产品能及时准确地确定其状态（可工作、不可工作、性能下降） ，隔离其内部故障的设计特性。可测试性设计已成为装备整体设计中一个重要的组成部分，在提高武器装备保障能力、降低测试维护成本方面起到决定性的作用。虽然我国 1995 年就颁布了装备测试性大纲 ，但由于缺乏有效的系统可测性设计与评估的计算机辅助工具，我国电子装备可测性设计现状远远滞后于新一代装备可测性设计需求。因此，本论文在国家相关项目的
4、支持下，参考美国 QSI 公司的 TEAMS 软件，对系统可测性分析及辅助设计软件的总体设计及关键模块实现做了深入研究，开发的可测性软件已在相关单位作了应用验证。论文的主要研究工作有：1设计了软件总体方案。将本软件划分为系统级可视化建模、可测性指标分析、最优故障诊断树生成、可测性指标分配四个大功能模块。以 VC+ 6.0 为编程开发平台，设计了软件总体结构和集成方案，以及多类型结点的模型树、依赖矩阵等用于模块间数据传递的关键数据结构。2提出了一种“基于依赖矩阵多测试信息的虚警率评估方法” 。该方法在依赖矩阵基础上，只需采用现有测试方法就能评估虚警率，希望能为虚警率评估提供一种新的思路。另外，还
5、完成了对常见可测性指标（故障检测率、故障隔离率、未检测故障集、故障模糊集、隐藏故障、掩盖故障、冗余测试）与动态性能指标（加权故障检测率、加权故障隔离率、平均模糊度）计算方法的实现与优化。3实现了基于 AO*与或图启发式搜索算法的最优故障诊断树生成方法。AO*启发式搜索算法是可测性分析与设计优化的基础，但其算法描述复杂且计算复杂度较高。为了减少程序运行时的资源开销，本论文将所有的待解故障集、可用测试都通过依赖矩阵传入时的先后 ID 号来标识，该方法避免了程序执行期间无意义的冗余信息操作处理，一定程度上减少了不必要的内存和 CPU 开销。此外，本论文还设计和实现了诊断树结果的图形化交互显示界面。4
6、针对 TEAMS 软件不能进行可测性指标分配的不足， 提出了在可测性软件中集成可测性指标分配功能模块。本论文对可测性指标分配进行了简要介绍，编程实现了经验分配法和线性插值分配法，并根据指标分配的数据特征设计和实现了特定的数据结构和窗口化交互显示方式。摘 要II5对研制的可测性软件进行了测试验证。以“反坦克导弹发动机系统”为测试验证实例，通过和 TEAMS 6.0 对比验证，发现 两款软件的各项可测性指标分析结果基本一致，另外本软件还具有直接查看系统依赖矩阵、虚警率分析与可测性指标分配等特殊功能。此外，本软件 2010 年通过了总装专家组的验收测试，而且本软件也在航天科工集团与中电集团相关单位进
7、行了应用验证，得到了相关专家的肯定与表扬。关键词：可测性，指标分析，故障诊断树，指标分配，虚警率ABSTRACTIIIABSTRACTTestability is a key factror for a product design through which the products status (work, unwork, performance degradation) can be determined timely and accurately, and the internal fault can be isolated. Design for testability (DFT)
8、 has become an important part in the design of weapons and equipments because DFT plays a decisive role in imroving supportability and reducing test costs for weapons and equipments. Although China promulgated the “Outline of test equipment“ in 1995, the DFT status applied in current electronic equi
9、pment lags far behind testability requirements for the new generation equipments due to a lack of an effective computer-aided tool for DFT design and evaluation, Therefore, in support by some projects of the State, based on the TEAMSa commercial software for testability, we do a thorough research in
10、 software architecture design and key modules design for DFT software. Our DFT software has been verified in some related units. Main contents in this thesis are as follows: 1. The architecture of the software is designed. The software is divided into four functional modules i.e. system-level visual
11、 modeling, testability index analysis, optimal fault diagnosis tree generation, testability indicator distribution. Using VC+ 6.0 as the development platform, we designed the architecture of the software. In addition, we designed a multi-node model tree and some dependence-matrix data structures tha
12、t play a key role when data transmission between modules. 2. A false alarm rate evaluation approach based on multi-test information from a dependence-matrix is proposed. Based on dependence-matrix, this method can verify the false alarm rate only use existing test methods. Thus this method provides
13、a new way for evaluating false alarm rate. In addition, the calculation methods for common testability index (fault detection rate, fault isolation rate, undetected fault sets, fault ambiguity sets, hidden fault sets, masking fault sets, redundant test sets) and for dynamic testability index (weight
14、ed fault detection rate, the weighted fault isolation rate, the mean ambiguity degree) are implemented and optimized. 3. Based on AO* heuristic search algorithm, the optimal method for fault diagnosis tree generation is implemented. AO* heuristic search algorithm is the basis of testability ABSTRACT
15、IVanalysis and design optimization, but its algorithm description is complexity and it has complexity computation. In order to reduce resource overhead when the program runs, the program identify all the fault sets and usable the tests by the sequence of ID numbers on the time dependence-matrix. Thi
16、s method avoids redundant information in processing meaningless during the operation. Moreover, the method reduces the unnecessary requirement for memory and CPU overhead to some extent. In addition, we also design and implement an interactive graphical display interface for the results of the diagn
17、ostic tree.4. Because of a shortage of index distribution in TEAMS software, the paper proposes to integrate a testability index distribution module into our testability software. First, an index distribution is briefly reviewed. Then, two distribution methodsan experience method and a linear interp
18、olation method, are implemented. Finally, based on the characteristics of a distribution index, a specific data structure and an interactive display window are designed, 5. Our DFT software has been tested and verified. An instance of the “anti-tank missile engine system“ is tested using our softwar
19、e and TEAMS 6.0. The test results show that the two testability softwares have nearly consistent performance. In addition, our software also has other special features, such as dependence-matrix direct view, false alarm rate analysis and distribution of testability indicators. Morover, our software
20、passed the acceptance test from expert assembly in 2010, and the software has been verified by CASIC (China Aerospace Science & Industry Corp.) and the CETC (China Electronic Technology Group).Keywords: Testability, Index analysis, Fault diagnosis tree, Indicator distribution, False alarm rate (FAR)
21、目 录V目 录第一章 绪论 .11.1 可测性技术概述 .11.2 国内外可测性软件概况 .11.3 本文研究内容及结构安排 .3第二章 软件结构总体设计 .52.1 软件平台介绍 .52.1.1 编程开发平台介绍 .52.1.2 引用的第三方组件介绍 .52.2 软件应具备的功能 .72.3 软件总体设计与实现 .92.3.1 软件集成方案设计与实现 .92.3.2 关键数据结构设计 .132.4 本章小结 .19第三章 可测性指标分析模块设计与实现 .203.1 可测性性能指标介绍 .203.1.1 静态可测性指标 .203.1.2 动态可测性指标 .213.2 虚警率评估方法研究 .23
22、3.2.1 虚警率基本概述 .233.2.2 基于依赖矩阵多测试信息的虚警率评估方法研究 .243.3 软件设计与实现 .263.3.1 依赖矩阵预处理子模块设计与实现 .263.3.2 可测性性能指标分析实现 .293.3.3 指标结果图形化显示设计与实现 .313.3.4 虚警率评估实现 .333.4 本章小结 .35第四章 最优故障诊断树模块设计与实现 .364.1 最优故障诊断搜索算法介绍 .36目 录VI4.1.1 AO*搜索算法简介 .364.1.2 AO*搜索算法的实例分析 .374.2 软件设计与实现 .384.2.1 模块总体结构设计 .384.2.2 霍夫曼平均码长求解实现
23、 .404.2.3 AO*算法实现 .434.2.4 诊断树的图形化交互显示设计与实现 .464.3 本章小结 .50第五章 可测性指标分配模块设计与实现 .515.1 可测性指标分配简介 .515.1.1 可测性指标分配概述 .515.1.2 可测性指标分配方法介绍 .525.2 软件设计与实现 .545.2.1 模块总体结构设计 .545.2.2 窗口化交互显示设计与实现 .565.3 本章小结 .60第六章 软件测试与验证 .616.1 测试验证实例简介 .616.2 指标分析模块测试验证 .626.2.1 可测性性能指标 .636.2.2 虚警率 .656.3 最优故障诊断树模块测试验证 .656.4 指标分配模块测试验证 .666.5 软件整体测试验证 .676.6 本章小结 .69第七章 总结与展望 .70致 谢 .72参考文献 .73攻硕期间取得的研究成果 .75
