基於電子裝備測試性模型的故障診斷方法與流程
2023-05-09 03:06:11 1
本發明涉及一種基於電子裝備測試性模型的故障診斷方法，適用於所有電子裝備現場故障診斷，屬於測控技術領域。
背景技術：
隨著電子裝備技術水平的不斷提高，在滿足功能和性能指標要求的前提下，測試性也受到了高度重視，電子裝備功能性能的完好性直接影響到平臺的任務完成，因此針對電子裝備故障的快速診斷隔離顯得尤為重要。
目前電子裝備主要採用基於規則的現場故障診斷模式，通常採取以下兩種方式：
1、根據裝備所表現出的故障現象(徵兆)，對照裝備廠家提供的《維修排故手冊》，按手冊規定的檢查步驟和要求，手動進行相關測試，最終定位故障位置；
2、根據裝備廠家提供的《維修排故手冊》，參考手冊規定的檢查步驟和要求，將手冊描述方法抽象成故障診斷二叉樹，供計算機翻譯執行，同時，在故障診斷二叉樹的節點上，結合裝備機內測試(BIT)、人工測試(目視、聽、聞)或外部測試(信號測試)等信息，對節點信息進行總結分析，判定節點測試結果，計算機根據節點測試結果自動選擇下一二叉樹節點，並對該節點進行相關測試，計算機遍歷二叉樹，完成各節點的測試診斷，直到故障被定位為止，實現了故障診斷隔離的自動化。
總結現階段電子裝備採用的現場故障診斷存在以下缺陷：①人工手動排故操作複雜、成本高，不適合維修保障需要；②《維修排故手冊》中僅羅列了裝備研發過程中已知常見的故障，對未知故障並沒有針對性的、有效的診斷方法和步驟；③二叉樹形式的故障診斷推理方法靈活性差，二叉樹一旦編輯完成後，故障診斷邏輯隨之固定，診斷排故流程不能隨故障變化而動態變化；④通用性和擴展性差，隨裝備的定型，二叉樹故障診斷邏輯隨之固定，裝備升級後，原有的二叉樹就需要重新編譯，工作量大；⑤二叉樹形式的故障診斷推理方法不太適合複雜交聯故障。
技術實現要素：
為了克服現有電子裝備採用現場故障診斷方法存在的缺陷，本發明提出了一種基於電子裝備測試性模型適用於所有電子裝備現場故障診斷的方法。
基於電子裝備測試性模型的故障診斷方法，包括以下步驟：
步驟一，根據電子裝備的實際情況，按照模塊層次劃分和故障模式、信號和測試之間的交聯關係，建立測試性模型；
(1)建立電子裝備測試性模型：
1)收集電子裝備的測試性信息和相關所有技術資料，
2)明確裝備實際的層次劃分和組成結構，定義測試性模型的層次結構，
3)根據裝備的系統框圖和信號流向，建立裝備各約定層次的結構模型，包括裝備組成單元、信號埠、埠之間的連接，
4)添加故障模式，即為裝備各組成單元和模塊建立可能產生的故障模式，
5)定義信號，信號分配給一個或多個故障模式，表示該故障模式失效時會對這個信號產生影響；
6)定義測試，每個測試至少測試一個信號，一個測試點有多個測試；
7)建立故障模式、測試及信號之間的關聯關係，
8)驗證並更新測試模型，通過查閱測試策略和測試報告決定是否需要修改，對模塊進行必要的更新，使之滿足測試指標，即故障檢測率和故障隔離率的要求；
(2)基於裝備測試性模型，建立裝備故障模式、信號和測試之間的對應關係，並將對應關係抽象成相關矩陣；
(3)推導最優診斷策略，將相關矩陣作為故障診斷、分析推理的基礎，結合測試診斷的人力、時間、費用成本，同時考慮模塊或設備的可靠性、維修性、可測試性因素，利用最優解算法，求得指定故障現象所對應的一條最優的故障診斷策略；
(4)自動執行診斷策略，並在各診斷節點上進行相應測試，根據當前測試結果，在下一步測試診斷之前，優化診斷策略，實現故障診斷策略的動態優化；
步驟二，當電子裝備發生故障後，根據故障情況，選擇對應的故障徵兆；
步驟三，結合測試性模型，利用故障推理系統，選擇適合當前的故障診斷流程；
步驟四，故障推理系統根據故障診斷流程中需要被診斷的節點順序，在節點上調用執行相應的測試程序，並對節點故障與否做出判別，當完成當前節點的故障診斷後，故障仍然沒有排除，則繼續執行故障推理系統，推理出新的適合當前的故障診斷流程；
步驟五，故障推理系統重複上述過程，加載調用相應測試程序，進行當前節點的測試診斷，直至故障被定位和隔離；
步驟六，排故完成後，故障推理系統給出裝備故障的維修更換建議。
所述的基於電子裝備測試性模型的故障診斷方法，步驟5)中的信號，包括功能信號，具體是指增益，頻譜、電壓、液壓信號，機械運動，或者故障效應，具體是指傳感器輸出超 範圍、故障燈被點亮。
所述的基於電子裝備測試性模型的故障診斷方法，步驟6)中的測試是廣義的測試，包括自動測試和人工測試，具體有周期BIT測試，上電BIT測試，交互BIT測試，ATE測試以及目視，聽，聞。
本發明避免了傳統的基於規則的故障診斷推理方法所暴露出來的缺點，採用基於裝備測試性模型進行故障診斷推理，能有效提升診斷效率，減少診斷步驟，降低裝備維護保障費用，該方法通用性和擴展性好，診斷策略可動態變化，具有自學習功能，更利於裝備複雜交聯故障的診斷，同時該方法靈活方便，可覆蓋所有電子裝備故障診斷推理，還可擴展應用於其他系統，適用電子裝備現場排故使用。
附圖說明
圖1為本發明處理方法的流程圖。
圖2為分系統測試性模型。
圖3為分系統對應的幾種故障診斷策略。
圖4為分系統的最優故障診斷策略。
具體實施方式
本發明提出的故障診斷方法，基於電子裝備測試性模型，建立裝備故障模式、信號和測試之間的對應關係，計算機根據對應關係，分析出測試性模型中蘊含的測試邏輯，根據發生的故障現象，自動推理並在診斷節點上進行相應測試，根據當前測試結果，在下一步測試診斷之前，優化測試流程，實現故障診斷邏輯動態化，該方法從根本上克服了人工手動排故難度大、成本高，二叉樹排故靈活性、通用性和擴展性差等問題，可實現電子裝備自動化、智能化現場故障診斷。
具體而言，首先根據艦載電子裝備的實際情況，建立相應的測試性模型，當裝備發生故障後，根據故障情況，選擇對應的故障徵兆(現象)，結合裝備測試性模型，利用故障推理系統，推理出適合當前的故障診斷流程，系統根據流程中需要被診斷的節點順序，在節點上調用執行相應的測試程序，對節點故障與否做出判別，當完成當前節點的故障診斷後，故障仍然沒有排除，系統會繼續利用故障推理系統，推理出新的適合當前的故障診斷流程，系統重複上述過程，加載調用相應測試程序，進行當前節點的測試診斷，直至故障被定位和隔離。整個診斷推理的過程中，故障診斷流程是根據實際情況動態變化的。排故完成後，系統給出裝備故障的維修更換建議。
針對故障診斷過程中的關鍵過程為故障診斷流程生成，本發明的具體方法如下：
(1)按照模塊層次劃分和故障模式、信號和測試之間的交聯關係，建立電子裝備測試性模型；
1)收集電子裝備的測試性信息和相關所有技術資料；
2)明確裝備實際的層次劃分和組成結構，定義測試性模型的層次結構；
3)根據裝備的系統框圖和信號流向，建立裝備各約定層次的結構模型，包括裝備組成單元、信號埠、埠之間的連接；
4)添加故障模式，即為裝備各組成單元和模塊建立可能產生的故障模式；
5)定義信號。測試性模型中的信號泛指可以被測試到的量，既可以是功能信號(如增益，頻譜、電壓、液壓信號，機械運動)，也可以是某種故障效應(傳感器輸出超範圍，故障燈被點亮)。信號可以分配給一個或多個故障模式，表示該故障模式失效時會對這個信號產生影響；
6)定義測試。測試性模型中的測試是廣義的測試，例如：周期BIT，上電BIT，交互BIT，ATE測試(一個自動測試項目)，人工測試(目視，聽，聞)等都是測試。每個測試可以測試一個信號，一個測試點可以有多個測試。在本發明中，大部分測試是通過解析任務系統內的乙太網報文，對數據進行分析，給出信號正常與否的結論；
7)建立故障模式、測試及信號之間的關聯關係；
8)驗證並更新測試模型。通過查閱測試策略和測試報告來決定是否需要修改，對模塊進行必要的更新，使之滿足測試指標(故障檢測率、故障隔離率等)要求。
(2)基於裝備測試性模型，建立裝備故障模式、信號和測試之間的對應關係，並將對應關係抽象成相關矩陣；
(3)將相關矩陣作為故障診斷、分析推理的基礎，結合測試診斷的人力、時間、費用等成本，同時考慮模塊或設備的可靠性、維修性、可測試性等因素，利用最優解算法，求得指定故障現象所對應的一條最優的故障診斷策略；
(4)自動執行診斷策略，並在各診斷節點上進行相應測試，根據當前測試結果，在下一步測試診斷之前，優化診斷策略，實現故障診斷策略的動態優化。
如圖2所示，假設一個分系統中包含4個模塊，4個模塊的可靠性、維修性及可測試性、測試費用成本等參數都相同，分別為M1、M2、M3、M4，每個模塊只包含一種故障模式。當出現這種故障時，該模塊就會失效，每種故障模式關聯一個檢測信號，分別為F1、F2、F3、F4，四個模塊各預留一個測試點，分別為T1、T2、T3、T4，對應四個模塊的外部信號檢測 接口，用於判斷各模塊是否出現故障。四個測試點分別檢測故障模式關聯的信號F1、F2、F3、F4。模塊間連線代表信號的傳遞，S1代表故障徵兆(故障現象)，當分系統中M1、M2、M3、M4任何一個模塊出現故障時，都會在S1處有所體現。
利用本發明對示例分系統故障診斷實現如下：
1.建立裝備測試性模型。按照上述方法，建立分系統測試性模型，模型如圖2所示。
2.抽象出測試性相關矩陣。基於分系統測試性模型，建立故障模式、信號和測試之間的相關矩陣，如表1所示。當M1發生故障時，其關聯的信號F1會出現異常，在測試點T1去檢測信號F1就會出現異常，同時由於連線信號傳遞的方式，信號F1異常會傳至模塊M2、M3、M4，導致在與M2、M3、M4相關聯的測試點T2、T3、T4也會檢測到故障，最終表現出S1代表的故障徵兆。同理，其他模塊以此類推，每個模塊的故障僅影響其之後的模塊，不影響前級模塊。
表1分系統測試性模型
3.推導最優診斷策略。由於各模塊的可靠性、維修性及可測試性、測試費用成本等參數均相同，因此不考慮這些因素的影響，針對上述相關矩陣，會有如圖3所示四種故障診斷策略，通過任何一種故障診斷策略均可定位故障，但每一種診斷策略要執行三次測試才會定位故障。但考慮測試診斷效率，利用最優解算法，求得的一條最優的故障診斷策略如圖4所示，只需執行兩步，就可定位故障。
4.診斷策略的自動執行。由於最終的故障診斷策略都是二叉樹的形式，所以計算機可以自動加載、執行故障診斷策略，並在各測試點上執行相應測試，實現測試診斷的自動化，同時，實際使用中，根據上一步測試結果，綜合考慮可靠性、維修性及可測試性、測試費用成本等因素影響，在下一步診斷流程，動態調整優化後續故障診斷策略，實現故障診斷智能化。
本發明的關鍵點在於，①能夠根據故障現象自動尋找一條診斷的最優路徑；②一旦某一測試難以完成時，測試系統會自動重新計算出一條診斷路徑；③具有自學習功能，持續提高診斷效率和命中率；④建立各裝備測試性模型，並基於該模型進行故障診斷推理，為後續更大任務系統的故障診斷擴展應用打下堅實基礎，同時可通過裝備的測試性模型與平臺任務系統融合，使任務系統故障診斷可以從頂向下，層層深入直至故障定位隔離到裝備現場可更換單元。