专利名称：一种基于结构层次关系的改进相关性矩阵分析方法
技术领域：
本发明属于测试性技术领域，具体涉及一种基于结构层次关系的改进相关性矩阵分析方法。
背景技术：
测试性建模是航空航天等工程领域开展测试性工作的重要内容。通过测试性建模和分析，可以得到反映故障与测试之间关联关系的相关性矩阵。目前，已经有商业化软件 TEAMS支持开展测试性建模并生成相关性矩阵。利用相关性矩阵，一方面可以将其作为诊断知识用于实际诊断过程中，另一方面可以进行诊断能力的评价。在工程实际中，现有相关性矩阵分析方法具有以下缺点。第一，在实际系统中大部分测试与故障分别属于不同的结构单元，对某个故障的诊断并不需要监测其他结构单元下的测试。然而，现有商业化软件TEAMS生成的相关性矩阵是以最低层次的故障与测试来进行建模，这样建立起来的相关性矩阵具有庞大的测试集合和故障集合，对每一个故障都需要监测所有的测试点进行判别，这样不利于诊断策略的快速制定且会浪费大量计算资源。 第二，现有相关性矩阵在设计中，故障和测试不能反映系统结构层次，因此不能根据相关性矩阵直接计算各单元的故障检测率和故障隔离率。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于结构层次关系的改进相关性矩阵分析方法。主要是在构建系统层次结构信息的基础上，对故障、测试进行扩展定义和命名，并建立包含结构层次信息的相关性矩阵，由现有的{0，1} 二值矩阵扩展为{0，1，X}三值矩阵以减少对指定故障进行诊断时需要监控的测试数量，并实现计算任意系统层次单元的故障检测率及故障隔离率，本发明提出了一种基于结构层次关系的改进相关性矩阵分析方法，具体包括以下几个步骤步骤一、构建系统的结构层次信息待诊断的工程系统优选为电子系统，电子系统的结构具有层次关系，结构层次的划分方法有多种形式。常规的划分层次为系统、分系统、外场可更换单元(LRU)、车间可更换单元(SRU)、元部件，或者组件、分组件、板件、元部件、元器件等。应根据系统结构设计资料，按照自顶向下原则，确定系统的实际结构层次划分，构建系统结构层次信息。系统结构层次信息UM表示为UM = Level l_unit_Name/Level 2_unit_Name/. . . /Level N_unit_Name式中，符号“/”用于区分两个不同的层次，上一层次(即高层次)写在符号“/”左侧，下一层次(即低层次)写在符号“/”右侧；N为该系统划分的层次总数；从上层到低层依次记为 Level l_unit、Level 2_unit. . . LevelN_unit ；Level l_unit_Name 表不第一层次结构单元的名称，Level 2_unit_Name是第二层次结构单元的名称，以此类推，Leve 1N_unit_Name表示第N层次结构单元的名称。系统结构层次信息UM的构建原则为(1)自顶向下原则，即从上层结构到下层结构依序构建；(2)连续性原则，即不允许中间层次缺省；(3)长度不限原则，即层次长度按实际情况而定，不需要全部相同；(4)信息唯一性原则，即各单元名称唯一，结构层次信息唯一。步骤二、梳理故障扩展故障(F)定义为包括结构层次信息的故障扩展描述形式，扩展故障F的元组模型为F=(UMFM)式中，F为扩展故障，UM是该扩展故障所属的结构层次信息；FM是该扩展故障的故障模式信息，即对故障使得结构层次信息UM中最低层单元不能完成规定任务的描述。扩展故障F的表达形式如下F = UM//FM_name式中，符号“//”用于区分故障结构层次信息UM和故障模式信息FM，name是故障模式名称。在扩展故障定义的基础上，梳理出系统各结构层次上的故障并将其转换为扩展故障形式。步骤三、梳理测试扩展测试(T)定义为包括结构信息的测试扩展描述形式，扩展测试T的元组模型如下T = (UM TM)式中，T为扩展测试，UM是测试所属结构层次信息；TM是测试功能信息，即对扩展测试所完成的功能进行描述。扩展测试T的表达形式如下T = UM//TM_name ‘式中，符号“//”用于区分测试结构层次信息UM和测试功能信息TM，name'是测试功能名称。在扩展测试定义的基础上，梳理出系统各结构层次上的功能测试并将其转换为扩展测试形式。步骤四、建立初始相关性矩阵根据扩展故障(F)和扩展测试(T)，采用现有建模方法，并且要求同一结构层次下的所有扩展故障和同一层次下的所有扩展测试依次顺序书写，得到初始相关性矩阵Dmxn， 表达式如下
权利要求
1. 一种基于结构层次关系的改进相关性矩阵分析方法，其特征在于具体包括以下几个步骤步骤一、构建系统的结构层次信息将待诊断的工程系统按照自顶向下、连续性、长度不限和信息唯一性原则，确定系统的实际结构层次划分，构建系统结构层次信息UM ；步骤二、梳理故障扩展故障定义为包括结构层次信息的故障扩展描述形式，扩展故障的元组模型为
2.根据权利要求1所述的一种基于结构层次关系的改进相关性矩阵分析方法，其特征在于还包含一个步骤七计算特定结构层次对象的故障检测率，具体为 步骤7. 1指定需计算故障检测率的对象U ；步骤7. 2建立用于存储所有扩展故障的空集合Ff，建立用于存储可检测到的扩展故障的空集合Fp;步骤7. 3确定特定结构层次对象的所有扩展故障，存入集合Ff中； 步骤7. 3. 1从改进相关性矩阵Dmxn中选择第一行扩展故障作为当前扩展故障； 步骤7. 3. 2提取当前扩展故障的结构层次信息UMh，比较UMh和U，如果UMh中包含U，则把当前扩展故障加入集合Ff中；步骤7. 3. 3若改进相关性矩阵Dmxn中还有未遍历的扩展故障行，则选择下一行扩展故障作为当前扩展故障，并返回步骤7. 3. 2 ；步骤7. 4确定特定结构层次对象U的所有可检测到的扩展故障，存入集合Fp中；步骤7. 4. 1从集合Ff中，选择第一行扩展故障作为当前扩展故障；步骤7. 4.2提取当前扩展故障的相关性值屯按列作或运算得到d' d'
3.根据权利要求1或2所述的一种基于结构层次关系的改进相关性矩阵分析方法，其特征在于还包含一个最后的步骤计算特定结构层次对象的故障隔离率，具体为 步骤8. 1指定需计算故障隔离率的对象U'及隔离层次； 步骤8. 2确定需计算故障隔离率的对象U'下所有可检测到的扩展故障； 步骤8. 2. 1建立用于存储所有可测试到的扩展故障的空集合F/ ； 步骤8. 2. 2确定需计算故障隔离率的对象U'下所有可检测到的扩展故障，存入集合 Fp'中；步骤a.从改进相关性矩阵Dmxn中选择第一行扩展故障作为当前扩展故障， 步骤b.提取当前扩展故障的结构层次信息UMe ；步骤c.比较当前扩展故障的结构层次信息UMe和需计算故障隔离率的对象U'，如果当前扩展故障的结构层次信息UMe中包含需计算故障隔离率的对象U'，则执行步骤d ；否则，执行步骤e;步骤d.提取当前扩展故障的相关性值屯按列作或运算得到d' d' (dnl Idi2 ... ι IdJ ；步骤e.如果d' i = 1，则把当前扩展故障存入集合Fp'；否则，进行步骤f; 步骤f.若改进相关性矩阵Dmxn中还有未遍历的扩展故障行，则选择下一行扩展故障作为当前扩展故障，返回步骤b;步骤8. 3分析需计算故障隔离率的对象U'下隔离层次中所有的结构单元U1, U2, . . . Ui. . . Uv,结构单元集合Ut = (U1, U2, ...，Ui, ...，Uv)，建立用于存储这些结构单元下可检测到的扩展故障的空集合Fpt = (Fpl, Fp2, ... , Fpi，... , Fpv)，其中Fpi存储单元Ui中可检测到的扩展故障；步骤8. 4建立用于存储需计算故障隔离率的对象U'下所有可以唯一性隔离的扩展故障的空集合Fk;步骤8. 5选择第一个结构单元对象Ui e Ut，确定Ui下所有可以唯一性隔离的扩展故障；步骤8. 5. 1确定结构单元对象U1下所有可检测到的扩展故障； 步骤I.从集合Fp'中选择第一行扩展故障作为当前扩展故障， 步骤II.提取当前扩展故障的结构层次信息UMe ；步骤III.比较结构层次信息UMe和结构单元对象Ui,如果结构层次信息UMe中包含结构单元对象Ui,则把当前扩展故障存入集合Fpi ；否则，进行步骤IV ；步骤IV.若集合F/中还有未遍历的扩展故障行，则选择下一行扩展故障作为当前扩展故障，返回步骤II ；步骤8. 5. 2确定结构单元对象Ui下所有可以唯一性隔离扩展故障；步骤A定义扩展故障补集Fd = F/ -Fpi ；步骤B选择第一行扩展故障。e Fpi，对应扩展故障。的相关性值为Clj ； 步骤C如果存在扩展故障Fm e Fd,对应扩展故障Fm的相关性值为dm使得…=dm，则进行步骤D ；否则，将扩展故障。存入集合Fk ；步骤D选择Fpi中下一行扩展故障作为扩展故障。返回步骤B，直至遍历完Fpi中的所有的扩展故障；步骤8. 6令Ui = UwS回步骤8. 5，直至遍历完集合队中所有的Ui,得到存有所有可以唯一性隔离的扩展故障的集合Fk ；步骤8. 7根据公式(2)计算故障隔离率FIR
全文摘要
本发明提出一种基于结构层次关系的改进相关性矩阵分析方法，包括构建系统的结构层次信息、梳理故障、梳理测试、建立初始相关性矩阵、判断各结构层次中扩展故障与扩展测试的关联性、建立改进相关性矩阵等几个步骤，还可以选择性的包括计算特定结构层次对象的故障检测率的步骤和计算特定结构层次对象的故障隔离率的步骤。本发明将现有二值相关性矩阵改进为三值相关性矩阵，可以剔除很多在结构上与故障不相关的测试，在故障诊断阶段减少需要检测的测试数，节省了大量的计算资源并有助于故障的快速诊断，通过改进相关性矩阵，可以实现计算任意系统层次单元的故障检测率和故障隔离率。
文档编号G06F17/50GK102243674SQ20111018020
公开日2011年11月16日 申请日期2011年6月29日 优先权日2011年6月29日
发明者侯文魁, 王璐, 王风武, 石君友 申请人:北京航空航天大学