面向复杂系统的三维Bayes网络测试性验证模型

针对当前武器装备复杂的系统结构,现有基于装备整机系统测试性先验信息的测试性验证方法难以适用,基于分系统测试性先验信息的测试性验证方法不能系统有效地处理先验信息,导致测试性验证结果可信度不高的问题,提出一种面向复杂系统的三维Bayes网络测试性验证模型。该模型能充分运用装备各层级结构中所蕴含的条件独立性,有效降低构建Bayes网络模型的复杂度,同时能融合装备各层级单元的先验信息。通过给出的三维Bayes网络的条件概率学习方法及G/M-H算法,由底层单元数据通过模型逐步向上融合,得到顶层测试性指标的后验分布,进一步利用顶层后验分布求取故障样本量。结果表明:该模型能充分考虑复杂系统的系统结构及各层级单元先验信息,并能通过模型推理得到的指标后验分布达到有效减少测试性验证故障样本量的目的。      

基于FMECA信息的测试性验证试验样本分配方法

针对目前国内外测试性验证试验中普遍采用的基于故障率的分层抽样方法考虑因素单一,可能导致样本分配不尽合理,而现有考虑多因素的样本分配方法代表性不足,难以实现工程上的应用的问题,对影响样本分配的因素与故障模式影响及危害性分析(FMECA)信息的关系进行了详细分析,提出了基于FMECA信息的样本分配方法。首先定义了单元影响系数和影响因子向量,提出了向量各元素赋值规则,解决了影响因素选取的问题;其次通过基于逼近理想解排序法(TOPSIS)优化的层次分析法确定了权值矩阵,实现了样本分配。最后通过实例验证表明该方法考虑因素全面,运用灵活,更具代表性和工程应用价值。     

基于验前信息的测试性验证试验方案确定方法

针对目前测试性验证试验方案样本量过大、工程上实现困难的问题,提出了基于验前信息的复杂设备的Bayes测试性验证试验方案.首先,利用Beta分布对测试性验前信息的不确定性进行描述,运用不同来源的验前信息确定验前分布超参数;然后,定义了验前分布不确定性测度和支持度作为验前信息加权因子,设计了相应的融合算法;接着,利用融合后的验前信息建立成败型装备测试性验证试验方案的Bayes决策模型;最后,通过实例分析表明,与经典验证试验方案相比,新方案减少试验样本量40%左右,又克服了传统Bayes验证试验方案的冒进.      

测试性分配方法研究

研究了系统测试性指标与系统组成单元指标之间的关系,分析了确定测试性指标的各主要影响因素,进而导出了测试性分配的基本要求、数学模型和工作程序.在此基础上,文章给出了4种用于不同情况下的测试性分配方法:前2种是基于系统单元的复杂度(故障率)或重要度(故障影响)的分配方法;第3种是综合考虑各影响因素的加权分配方法;第4种是系统中有老成品时的分配方法.这些分配方法都可以实际应用于工程设计.      

基于信息模型的测试性试验样本集充分性研究

建立了产品的故障模式信息模型,包括产品的故障模式、结构单元、功能和测试数据以及这些数据之间的映射关系.根据该信息模型,定义了三种故障模式等价集合,即故障模式单元等价集合、故障模式功能等价集合、故障模式测试等价集合.在这些等价集合的基础上,建立了测试性试验中样本集的三种典型充分性度量和准则,即单元覆盖充分性度量和准则、功能覆盖充分性度量和准则、测试覆盖充分性度量和准则.分析了典型充分性度量和准则的适用范围,并建立了综合充分性度量和准则.使用综合充分性度量可以评价样本集的充分程度,使用综合充分性准则可以确定样本集的构成要求.建立了综合充分性度量和准则的应用方法和流程.通过实例验证了该方法的可行性.     

利用相似产品信息的成败型产品Bayes可靠性评估

在成败型产品的可靠性评估中,为提高估计精度,经常利用历史数据来确定先验分布.但在工程实际中,历史样本和样本本质上属于不同的总体,这对可靠性评估结果有着显著影响.为此,采用相似系统分析确定历史样本和样本的相似程度,将其归纳为继承因子;然后,根据历史样本信息确定产品可靠性的历史后验,基于无信息先验得到产品可靠性的更新后验;最后通过继承因子,综合历史后验和更新后验,得到产品可靠性的融合后验,并在此基础上进行可靠性推断.该方法不仅充分利用了相似产品信息,而且突出了产品的独有特性.     

基于FFS故障行为模型的等效故障注入方法

针对测试性验证试验中部分故障模式不可注入,或注入后易导致装备出现不可修复的损坏等问题,提出了基于“故障模式-功能-状态”（FFS）故障行为模型的等效故障注入方法。首先,对FFS总体建模思路进行了描述,提出将“功能”作为基本建模要素,在分析装备自身多元建模信息的基础上,建立了故障行为模型。其次,对各相关矩阵和行为状态向量进行了定义,研究了故障模式、功能、状态间的不确定信息表征方法,提出了故障模式-状态相关矩阵的求解方法。最后,给出了等效故障模式的定义和基于FFS故障行为模型的等效故障注入流程。将所提方法应用于某装备发射控制系统,结果表明,所提方法能够实现等效故障注入,故障注入率提高约16.7%。      

考虑耦合关系的故障模式消减方案决策

针对目前复杂产品研制过程中故障模式消减方案确定主要凭经验,未考虑故障模式之间的耦合关系问题,建立了考虑耦合关系的故障模式消减方案决策过程.首先,提出了故障模式关联集(FMCS,Failure Modes Correlation Set)的概念,并运用演绎理论给出了FMCS的确定方法.其次,根据故障模式消减后其发生概率变化,构建了不同层次产品可靠性指标受影响的模型,并以此为依据,给定面向可靠性指标实现的故障模式消减方案决策方法.最后,以某型直升机燃油系统故障模式消减为例验证了上述方法及模型的可行性,初步证明了可靠性定量指标与定性设计之间存在明确的量化关系,可通过其控制故障模式消减,达到以最少资源消耗和较短研制周期实现满足设计要求的产品的目标.上述方法及模型具有实用性,可进一步在实际工程中推广应用.     

测试性分配和预计

测试性设计是电子系统和设备设计的重要内容，测试性指标的分配和预计又是测试性设计工作的重要组成部分，但尚未见到实用的分配和预计方法。对测试性定量参数的定义进行了讨论，根据定义和工程需要导出测试性指标的分配和预计的数学模型，给出实用的分配和预计方法并用例作了说明。     

考虑FDR的测试性测定试验及其相关方法

针对装备研制过程中,缺乏试验手段测定产品测试性水平,确定其与规定要求间的差距的情况,界定了测试性试验和测试性测定试验的概念,在仅考虑测定故障检测率(FDR,Fault Detection Rate)的情况下,研究给出了基于功能相关特征矩阵和重要度特征的故障特征建模方法,构建了二元组故障特征模型,用于测定FDR试验的试验样本选取.在该种试验样本选取方法中,为了减少进行故障注入试验时,注入不同故障样本的工作量和复杂度,充分考虑了试验样本间的等效关系,定义了等价集合和等效样本的概念,并在此基础上给出了考虑等效样本存在的试验结果评估方法.该研究在某型导弹飞控系统中取得了很好的应用.      

测试有效性对软件可靠性验证测试量的影响

针对传统软件可靠性验证测试方法均不考虑软件测试性可能会对验证测试用例数量产生影响的现状,提出一种引入测试有效性对软件可靠性验证测试最小量进行改进的方法.分析了软件测试性的定义及其对软件可靠性测试集合的影响,提出软件测试有效性的概念.比较了考虑测试有效性前后软件可靠性验证测试集合在数量上的差异,证明经典统计方法和无先验知识的Bayesian统计推断方法确定的均为假定测试有效性为零情况下的保守估计.提出结合测试有效性的验证测试量的量化表示模型和验证测试方案的改进方法,基于统计故障注入的原理,提出测试有效性的定量评估方法,最后通过示例给出定量评估过程和方法.      

基于WPI的多操纵面飞机积分滑模容错控制

针对含位置和速率限制、故障重构存在误差和时滞下的过驱动飞行器损伤故障的容错控制问题,提出了一种基于动态自适应加权伪逆法(WPI,Weighted Pseudo Inverse)的积分滑模主动容错方法.采用指令限制模块对饱和控制信号及瞬时干扰进行限制,设计了动态自适应控制分配律逐步减小指令饱和,同时通过故障估计值修正控制分配律来直接补偿气动力损失,降低了故障对系统稳定的影响;设计积分滑模律实现了含重构不匹配和时滞的稳定控制.仿真结果表明,所设计的控制器能快速准确地跟踪参考指令,对时滞具有较强的鲁棒性,同时对损伤故障具有较强容错能力.     

余度传感器结构的故障管理

为了使捷联惯性导航系统具有容错的能力,要求对捷联惯性导航系统中的余度传感器结构进行故障管理。本文阐述了两种余度传感器结构的故障管理方案:直接比较测量的故障管理方案和广义似然比检验(GLT)故障管理方案。两种方案都能对余度传感器结构进行故障检测、故障分离和故障重构。文内还对两种方案的优缺点作了比较分析。