【文章內(nèi)容簡介】 ....69 第七章 總結(jié)與展望 .....................................................................................................70 致 謝 .............................................................................................................................72 參考文獻 .........................................................................................................................73 攻碩期間取得的研究成果 .............................................................................................75 第一章 緒論 1 第一章 緒論 可測性 技術(shù) 概述 隨著半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，軍用電子系統(tǒng)日趨復(fù)雜，且向集成化和小型化兩個方向發(fā)展 ,急劇地限制了測試點的設(shè)置 ，而 隨著檢測點的縮減，降低了故障的可觀測性。在這種情況下，人們提出了可測性設(shè)計概念，在設(shè)計階段就考慮 產(chǎn)品的后期 測試 維護 問題，把降低測試 維護代價 的要求納入設(shè)計規(guī)范，并通過可測性 指標 來檢驗和改進設(shè)計。 在可測 試 性大綱 [1,2,3]中，可測性 （ Testability，也稱可測 試 性 ） 被定義為：產(chǎn)品能及時準確地確定其狀態(tài)（可工作、不可工作、性能下降），隔離其內(nèi)部故障的設(shè)計特性。以提高可測性為目的進行的設(shè)計被稱為可測性設(shè)計 (DFT: Design For Testability)。 可測性設(shè)計要解決的問題是如何通過改善設(shè)計 [4]，將難測或不可測故障轉(zhuǎn)變?yōu)橐诇y或可測的故障。具體是指在系統(tǒng)、分系統(tǒng)、設(shè)備、組件和部件的設(shè)計過程中，通過綜合考慮并實現(xiàn)測試的可控性與可觀測性、初始化與可達性以及和外部測試設(shè)備兼容性等，達到可測性要求的設(shè)計過程。 可測性設(shè)計的目的是提高系統(tǒng)的故 障診斷和隔離能力，因此需要同故障診斷技術(shù)相結(jié)合來優(yōu)化系統(tǒng)可測性設(shè)計?？傊?，可測性設(shè)計是與產(chǎn)品功能設(shè)計并行的復(fù)雜工作，不能僅從設(shè)計階段的投入衡量，還要從它在產(chǎn)品整個壽命周期獲得的利益考慮。 國內(nèi)外 可測性 軟件概況 20 世紀 80 年代 ，美國軍方相繼實施了綜合診斷研究計劃。為與綜合診斷的協(xié)調(diào)，美國國防部于 1993 年 2 月頒發(fā) MIL STD2165A《系統(tǒng)和設(shè)備的可測性大綱》，大綱將可測試性作為與可靠性及維修性等同的設(shè)計要求，并規(guī)定了可測試性分析、設(shè)計及驗證的要求及實施方法。該標準的頒布標志著可測試性作為一門獨立學(xué)科的確立 [58]。 考慮可測性的綜合診斷技術(shù)已應(yīng)用在正在研制的新一代武器系統(tǒng)中，如軍用運輸機 C1戰(zhàn)斗機 F2轟炸機 B2。 電子科技大學(xué) 碩士 學(xué)位論文 2 自從 MILSTD2165 發(fā)布后，陸續(xù)出現(xiàn)了很多 可測性 分析工具用于美國軍方裝備的 可測性 設(shè)計和分析。這些工具包括： ASTEP、 CAFIT、 DTA、 INATE、LOGMOD、 SCOAP、 STAMP、 ACE、 WATA 等。作為 指標 分析工具 ，上述這些軟件基本上都具有系統(tǒng)邏輯建模的功能 ，但都沒有得到大范圍應(yīng)用推廣 。 隨著 計算機軟件工程的發(fā)展 、 武器系統(tǒng)測試 和 診斷要求提高，目前的 可測性輔助 設(shè)計和評價軟件工具不僅可以用于系統(tǒng)的測試和診斷設(shè)計， 而且 可以生成相應(yīng)的測試 序列 和故障診斷引擎， 以提高系統(tǒng)的 維護性、可靠性。具有代表性的 可測性 分析 和 輔助設(shè)計 工具 有 美國 QSI 公司 [9]的 TEAMS 和 DSI 公司 [10]的 eXpress。 TEAMS 主要用于復(fù)雜系統(tǒng)的測試時序生成和 可測性 設(shè)計、分析。 TEAMS 最初為 美國 航天工業(yè)和 NASA 研制，后逐漸擴展應(yīng)用到汽車、化工、醫(yī)療等行業(yè)。TEAMS 是基于模型的分析工具，這些模型涵蓋了系統(tǒng)的 組成 結(jié)構(gòu)、互聯(lián)、測試布局、故障 模式 等信息。這個模型將各種故障與系統(tǒng) 組成單元 、維護步驟 和修理過程關(guān)聯(lián)起來。產(chǎn)品的 可測性 經(jīng)過 TEAMS 分析后， 生 成文本和圖形的 可測性 報告。 eXpress 也是建立在模型基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)觀點獲取設(shè)計數(shù)據(jù)，通過綜合利用不同的數(shù)據(jù)源，將系統(tǒng)工程、可靠性、可測性、可維護性和診斷可測性等學(xué)科關(guān)聯(lián)在一起。 eXpress 強調(diào)診斷性設(shè)計， 其 中的診斷信息可產(chǎn)生多個診斷報告，這些報告包括檢測覆蓋率報告，詳細故障組統(tǒng)計，功能概率，故障模式概率等。 但這兩款商用軟件價格都 很 昂貴， TEAMS 的單個 建模模塊 就需要 48 萬美元，若 購買 整套軟件則 需要 高達幾十萬至百萬美元。 除此， TEAMS 在可測性 輔助設(shè)計方面功能不夠完善，而 eXpress 的 學(xué)科關(guān)聯(lián) 也 太多，缺乏 對 系統(tǒng)可測性 指標分析和輔助 設(shè)計的針對性。 國內(nèi)裝備的可測性設(shè)計從 20 世紀 80 年代開始逐漸得到重視。 1990 年 4 月發(fā)布的航標 HB643790《電子系統(tǒng)和設(shè)備的可測試性大綱》 ， 1995 年 10 月發(fā)布國軍標 GJB254795《裝備測試性大綱》 。 時至今日，裝備可測試性問題仍然沒有得到很好地解決，甚至成為裝備保障過程中最為突出的問題。 從 技術(shù)層面上 看，主要是 缺乏系統(tǒng)的可測性設(shè)計指南 、 理論指導(dǎo)， 和 缺乏有效的關(guān)于 可測性 設(shè)計的計算機輔助設(shè)計與仿真軟件工具 [1120]。 在 國內(nèi) ，雷達整機以及機載、艦載電子系統(tǒng)等復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計研制單位，都對電子系統(tǒng)和設(shè)備可測性設(shè)計技術(shù)需求迫切。因為可測性設(shè)計是軍用電子設(shè)備研制必要指標之一， 而且 未考慮可測性設(shè)計的電子設(shè)備大大增加了研制單位的維護費用， 所以這些單位 迫切希望能對現(xiàn)有電子系統(tǒng)和設(shè)備進行深入的可測性分析，為 設(shè)備的后期測試、維護提高 故障診斷依據(jù)。 第一章 緒論 3 因此，有必要 自主開發(fā)一款可測性分析與輔助設(shè)計軟件 [15]， 對現(xiàn)有電子 裝備系統(tǒng)進行的可測性分析，為故障診斷提供 最優(yōu)測試 依據(jù) ， 提高可測性設(shè)計 效率 的相關(guān) 工程應(yīng)用 具有重大意義。 本文研究內(nèi)容 及結(jié)構(gòu)安排 本 論文的主要研究工作 是 可測 性 分析與輔助設(shè)計 軟件 的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn)， 和 可測性指標分析模塊 、 最優(yōu)故障診斷樹模塊 、 可測性指標分配模塊 的 設(shè)計與實 現(xiàn)。 本論文的主要研究內(nèi)容如 圖 11 所示。 軟 件 總 體 設(shè) 計 與 集 成指 標 分 析 模 塊設(shè) 計 與 實 現(xiàn)故 障 診 斷 樹 模 塊設(shè) 計 與 實 現(xiàn)指 標 分 配 模 塊設(shè) 計 與 實 現(xiàn)系 統(tǒng) 級 可 視 化建 模 模 塊 圖 11 本文研究內(nèi)容 根據(jù)本文研究內(nèi)容及可測性軟件的關(guān)聯(lián)性， 本文的結(jié)構(gòu)安排如下： 第一章 ， 緒論 介紹可測性 技術(shù)的 定義及課題 背景 和 國內(nèi)外可測性軟件概況。 第二 章 ， 軟件結(jié)構(gòu)總體設(shè)計 本章從軟件整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度出發(fā)，介紹軟件的編程開發(fā)平臺和編程過程中引用的第三方開源組件。還介紹了軟件具備的功能，并將其劃分為系統(tǒng)級可視化建模、可測性指標分析、最優(yōu)故障診斷樹生成、可測性指標分配四個大功能模塊。再闡述 軟件 總體結(jié)構(gòu)和 集成方案設(shè)計 ，及 模型樹、依賴矩陣等負責模塊間數(shù)據(jù)傳遞的關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計 。 第三 章 ， 可測性指標分析模塊設(shè)計與實現(xiàn) 本章介紹了常見可測性指標（故障檢測率、故障隔離率、未檢測故障集、故障模糊集、隱藏故障、掩蓋故障、 冗余測試） 、 動態(tài)性能指標（加權(quán)故障檢測率、加權(quán)故障隔離率、平均模糊度） 的定義及計算方法 ， 并 編程實現(xiàn)了這些指標的計算方法 和 顯示可測性指標 結(jié)果 的 報告 輸出 。 此外， 本章提出了一種“基于依賴矩陣多測試 信息的 虛警率評估方法 ”。該方法在依賴矩陣基礎(chǔ)上，只需采用現(xiàn)有測試方法就能評估驗證虛警率， 希望能 為虛警率評估提供一種新的思路，并編程實現(xiàn)電子科技大學(xué) 碩士 學(xué)位論文 4 了該方法。 第四 章 ， 最優(yōu)故障診斷樹模塊設(shè)計與實現(xiàn) 本章對故障診斷樹和 AO*最優(yōu)故障診斷樹搜索算法作了簡要介紹。重點闡述了最優(yōu)故障診斷樹生成模塊的軟件設(shè)計和編程實現(xiàn)，包括模塊的組成結(jié)構(gòu)設(shè)計，霍夫曼樹的構(gòu)造、霍夫曼平均碼長的求取實現(xiàn)， AO*算法的編程實現(xiàn)，診斷樹結(jié)果的圖形化交互顯示界面的設(shè)計和實現(xiàn)。 第五 章 ， 可測性指標分配模塊設(shè)計與實現(xiàn) 本章針對 TEAMS 軟件不能進行可測性指標分配的不足，提出了在可測性軟件中集成可測性指標分配功能模塊。對可測性指標分配做了簡要介紹，還介紹了經(jīng)驗法、線性插值法兩種分配方法。編程實現(xiàn)了經(jīng)驗分配法和線性插值分配法，并根據(jù)指標分配的數(shù)據(jù)特征設(shè)計和實現(xiàn)了特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和窗口化交互顯示方式。 第六章 ， 軟件測試與驗證 本章以 “ 反坦克導(dǎo)彈發(fā)動機 系統(tǒng) ”測試驗證實例， 建立本軟件的可 測性模型，對本軟件的各功能模塊和整體性能進行一一測試。同時，使用可測性分析軟件TEAMS 建立其對應(yīng)的可測性模型，分析可測性指標和最優(yōu)故障診斷樹。 第二章 軟件結(jié)構(gòu)總體設(shè)計 5 第二章 軟件結(jié)構(gòu)總體設(shè)計 本章從軟件整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度出發(fā)， 先 介紹 本 軟件的編程開發(fā)平臺和編程過程中 引 用的第三方開源組件 ，及本 軟件具備的功能 。 再闡述本軟件的總體結(jié)構(gòu)、集成方案設(shè)計，和“模型樹”、“故障 測試依賴矩陣”兩個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計 ， 這兩個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對軟件模塊間數(shù)據(jù)傳遞起到了關(guān)鍵作用。 軟件 平臺 介紹 本軟件是 在 VC++ 編程平臺下開發(fā)，并 且以 Windows 操作系統(tǒng) 為運 行平臺 。 編程 開發(fā)平臺 介紹 C++是 一種使用非常廣泛的計算機編程語言 ， 它也是 靜態(tài)數(shù)據(jù)類型檢查的，支持多重編程范式的通用程序設(shè)計語言。它支持過程化程序設(shè)計、 數(shù)據(jù)抽象、 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計、泛型程序設(shè)計等多種程序設(shè)計風格 [21]。 VC++ 是 微軟 (Microsoft)公司推出的一個基于 Windows 系統(tǒng)平臺 的 可視化的集成 程序 開發(fā)環(huán)境，它的源程序 要求 按 C++語言 方式 編寫，并加入了 微軟 提供的功能強大的 MFC(Microsoft Foundation Class)類庫 [22]。 MFC 中封裝了大部分Windows API(Application Programming Interface ， 應(yīng)用程序編程接口 )函數(shù)和Windows 控件，它包含的功能涉及到整個 Windows 操作系統(tǒng)。 MFC 不僅給用戶提供了 Windows 圖形環(huán)境下應(yīng)用程序的框架，而且還提供了創(chuàng)建應(yīng)用程序的組件，為 開發(fā)人員節(jié)省了大量的 開發(fā) 時間。 除此 ，它 還 提供了 詳細的程序開發(fā)手冊，介紹其定義類 庫 和函數(shù)的接口， 使應(yīng)用程序開發(fā)變得簡單。 引用的 第三方 組件 介紹 程序中 開發(fā)過程中 ， 除了使用 MFC 自帶的程序開發(fā)函數(shù)庫， 引用 了 第三方開源組件 CMarkup、 CRGTreeT、 CGridCtrl， 分別用來完成數(shù)據(jù)的文件讀寫、數(shù)據(jù)操作、表格數(shù)據(jù)顯示 ，還引用了 Visio ActiveX 圖形化開發(fā)控件 ， 和 Xtreme Toolkit Pro界面美化組件。 電子科技大學(xué) 碩士 學(xué)位論文 6 1． CMarkup XML 文件 讀寫 組件 CMarkup 類 是 由 First Objective Software Inc 用 C++語言開發(fā)的 非常經(jīng)典的XML 文件 讀寫工具 。它 是一個非常獨立的 、簡單易用的 開源項目 。用 它來創(chuàng)建新的 XML 文檔，分析修改現(xiàn)存的 XML 文檔，非常方便易用。 它具有如下特征： ①獨立，不需要任何外部的 XML 組件； ② 小 ， 是很小的一個類，并且對于文檔只維持了一個字符串； ③ 簡單 ， 創(chuàng)建、導(dǎo)航和修改 XML 無比的簡單 ； ④ 快 ， 分析器 能相當快的建立索引數(shù)組 。 本軟件將可測性模型數(shù)據(jù)存儲為 XML（ Extensible Markup Language， 即可擴展標記語言 ） 格式的文件，并通過 CMarkup 類來 實現(xiàn) 工程文件數(shù)據(jù)的讀寫操作。 2． CRGTreeT 樹形數(shù)據(jù) 操作組件 CRGTreeT 類 是 由 程序員 Tibor Blazko 和 Ren233。 Greiner 聯(lián)合開發(fā)的純數(shù)據(jù)樹形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。其功能完整，不僅包含樹 結(jié)點 的添加、插入、刪除，而且還提供查找、排序、堆內(nèi)存外部釋放等功能。除此 ，其數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu) 明晰易懂， 代碼簡潔明了 易 用。 本文 的模型樹、診斷樹等樹形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是繼承至 CRGTreeT 類。 3． CGridCtrl 表格 數(shù)據(jù)顯示 組件 CGridCtrl 類 是 Chris Maunder 開發(fā)的一個數(shù)據(jù)表格顯示 編輯 開源 控件， 該 控件繼承于 MFC 的 CWnd 類，其功能全面，簡單易用。 除此，還 具有如下特點： ① 可以 對任何列或行固定，隱藏行和列，行或者列可以按照大小自動排序 ； ② 單元格可以有不同文本和背景顏色的個性化設(shè)置 ,字體的個性化設(shè)置 ， 標注 只讀 或者其他的狀態(tài)設(shè)置及檢測 ， 單元格太小而不能顯示數(shù)