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装备系统测试性需求分析技术研究

作　者: 苏永定
导　师: 邱静
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 机械工程
关键词: 测试性需求需求建模指标体系指标确定统一建模语言广义随机Petri网确定与随机Petri网
分类号: E920
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

装备测试性设计是提高装备测试与诊断能力、降低全寿命周期费用的关键,是提高装备的可用性、战备完好性和任务成功性的重要途径。测试性需求分析(Testability Requirement Analysis)是指根据装备系统的使用要求和约束条件,明确装备的测试性设计要求内容和确定测试性指标的过程,是开展测试性工程的基础和首要环节。由于缺乏科学、合理的测试性需求分析理论、模型和方法,目前复杂装备系统测试性工作存在着测试性需求不明确、指标要求不合理、需求分析和指标确定凭经验等问题,影响着测试性工程的应用与发展。本文从系统的角度,重点对测试性需求影响因素分析、建模、指标体系和指标确定等理论与技术进行深入研究。其主要研究内容与结论如下:1.装备系统测试性需求影响因素分析在分析测试性需求内涵的基础上,从系统工程的角度分析给出了全系统全寿命周期的测试性需求影响因素;重点分析了装备系统任务要求、功能结构要求、可靠性要求、维修保障要求、性能要求和可利用/可达技术等对测试性需求的影响;面向任务需求,定量分析了可用度和任务成功率等性能指标对测试性需求和指标确定的影响,为开展测试性需求分析和确定测试性指标奠定基础。2.装备测试性指标体系构建技术研究首先进行测试性参数分析和优化选择,给出关键的测试性指标集合;然后提出面向系统结构、任务阶段和工程阶段的三维综合测试性指标体系,分析指标体系中指标的传播过程、指标体系选择方法和指标确定流程,明确测试性需求分析输出的测试性指标体系,理清论证部门、设计部门和使用部门相应的测试性指标体系及指标要求之间的关联关系。3.基于UML-GSPN的测试性需求信息建模技术研究提出基于统一建模语言(Unified Modeling Language,UML)和广义随机Petri网(Generalized Stochastic Petri Nets,GSPN)相结合的测试性需求信息建模方法(UML-GSPN)。首先提出面向测试性需求的UML-GSPN集成建模过程,构建基于UML的测试性需求信息描述模型,有效地将自然语言描述的测试性需求影响因素统一到一个信息模型框架下;在此基础上提出测试性需求信息的UML模型到GSPN的转换方法,实现测试性需求信息非形式化描述到形式化描述的转变,从而为分析求解测试性需求和确定测试性指标要求奠定基础。4.装备测试性需求分析建模与指标确定方法研究(1)首先提出基于广义随机Petri网(Generalized Stochastic Petri Nets,GSPN)的一般系统测试性需求分析模型和指标确定方法,解决了装备系统测试性指标科学合理确定的问题;然后针对具有下一层级的测试需求、维修保障等更多的需求信息及系统上下层需求之间存在关联关系的情况,提出基于GSPN的多层级测试性需求分析模型,采用分层模型将整个GSPN自顶向下逐步分解为多个压缩子网,利用等效变迁法则,以定性分析与定量计算相结合的方法,逐步分析求解各层级测试性指标要求。该方法获得的系统及各层级测试性指标更加科学合理,为复杂装备的测试性需求分析和指标确定提供一种新的更加科学和有效的方法。(2)针对复杂装备系统具有多阶段任务性、多状态变迁的特点,提出基于确定与随机Petri网(Deterministic and Stochastic Petri Net,DSPN)的多阶段任务系统(Phased-Mission System,PMS)测试性需求分析模型,采用阶段网(PhN)和系统网(SN)有效描述多阶段任务的系统状态测试性需求信息,并提出阶段任务间状态转换模型,将系统性能要求和阶段任务需求有机结合,通过对DSPN模型进行分析求解,在满足系统性能要求和相关约束下,确定装备系统测试性指标;最后通过案例验证该方法的有效性。5.方法验证与工程应用以导弹为研究对象,通过获取和输入测试性需求影响因素,建立基于UML-GSPN的测试性需求模型,采用本文提出的测试性指标确定方法分别确定多阶段任务指标体系、系统层指标体系、分系统层指标体系,最后构成导弹系统的综合测试性指标体系。结果表明本文所提测试性需求和指标确定思路和方法的可行性、合理性和有效性。总之,论文通过理清测试性需求分析影响因素和指标参数体系,建立了基于UML-GSPN的测试性需求描述模型,在此基础上建立了一套测试性需求参数指标确定方法,科学地解决了目前测试性需求分析无从下手的工程技术难题,具有重要的学术和工程实际应用价值。

全文目录

摘要  13-15
Abstract  15-18
第一章绪论  18-34
  1.1 研究背景及意义  18-19
  1.2 文献综述  19-30
    1.2.1 装备测试性需求研究现状简述  19-23
    1.2.2 装备测试性需求影响因素分析研究现状  23-24
    1.2.3 装备测试性参数与指标体系研究现状  24-26
    1.2.4 装备测试性需求建模技术研究现状  26-29
    1.2.5 装备测试性指标确定方法研究现状  29-30
  1.3 论文的主要内容和组织结构  30-34
    1.3.1 存在的主要问题分析  30-31
    1.3.2 论文研究思路  31-32
    1.3.3 论文研究内容和组织结构  32-34
第二章装备测试性需求影响因素分析  34-57
  2.1 装备系统测试性需求内涵  34-37
    2.1.1 系统需求工程的重要组成  34-35
    2.1.2 测试性指标确定的技术流程  35-36
    2.1.3 测试性需求的基本要素  36-37
  2.2 全系统全寿命周期的测试性需求影响分析  37-40
    2.2.1 全系统测试性需求影响分析  37-38
    2.2.2 全寿命周期测试性需求影响分析  38-40
  2.3 测试性需求影响因素定性分析  40-47
    2.3.1 任务要求分析  41
    2.3.2 可靠性要求分析  41-43
    2.3.3 维修保障要求分析  43
    2.3.4 性能要求分析  43-45
    2.3.5 功能结构要求分析  45-46
    2.3.6 可利用/可达技术分析  46-47
  2.4 测试性需求信息与测试性要求分析  47-49
    2.4.1 系统需求信息与测试性需求的关联  47
    2.4.2 测试性要求分析  47-49
  2.5 面向任务的测试性需求影响因素分析  49-56
    2.5.1 可用度对测试性指标的要求分析  50-51
    2.5.2 任务成功率对测试性指标的要求分析  51-53
    2.5.3 案例分析  53-56
  2.6 本章小结  56-57
第三章装备测试性指标体系研究  57-77
  3.1 装备测试性参数分析  57-62
    3.1.1 测试性参数定义原则  57-58
    3.1.2 测试性参数分类  58-59
    3.1.3 测试性参数选择  59-62
  3.2 装备测试性指标体系构建  62-71
    3.2.1 单维测试性指标体系分析  62-65
    3.2.2 三维综合测试性指标体系分析  65-67
    3.2.3 测试性指标体系优化选择与确定方法  67-71
  3.3 基于综合权衡的测试性指标转换  71-76
    3.3.1 指标转换模型  72
    3.3.2 新研装备可达测试性指标T_c 预计  72-74
    3.3.3 综合权衡分析  74
    3.3.4 算例  74-76
  3.4 本章小结  76-77
第四章基于UML-GSPN 的测试性需求信息建模  77-100
  4.1 UML-GSPN 的建模方法  77-80
    4.1.1 UML 概述  77-78
    4.1.2 GSPN 概述  78-79
    4.1.3 UML-GSPN 建模概述  79-80
  4.2 基于UML 的测试性需求信息描述  80-89
    4.2.1 UML 模型扩展  80-83
    4.2.2 测试性需求信息的UML 建模  83-87
    4.2.3 案例建模  87-89
  4.3 基于UML 模型的系统GSPN 模型生成  89-99
    4.3.1 UML 状态图转换为对象状态GSPN  89-93
    4.3.2 UML 活动图转换为对象状态GSPN  93-95
    4.3.3 基于UML 顺序图的系统层GSPN 生成模型  95-97
    4.3.4 案例应用  97-99
  4.4 本章小结  99-100
第五章基于GSPN 的多层级测试性需求建模与指标确定  100-120
  5.1 基于GSPN 的装备系统层测试性需求建模与分析  100-107
    5.1.1 问题建模  101-103
    5.1.2 求解算法  103-104
    5.1.3 测试性参数与性能分析  104-106
    5.1.4 应用实例  106-107
  5.2 基于GSPN 的装备多层级测试性需求建模与分析  107-119
    5.2.1 问题建模  108-109
    5.2.2 模型分解与简化  109-111
    5.2.3 等效时延计算  111
    5.2.4 多层级性能分析与测试性指标确定  111-113
    5.2.5 案例分析与验证  113-119
  5.3 本章小结  119-120
第六章基于DSPN 的多任务系统测试性需求建模与指标确定  120-140
  6.1 复杂装备的PMS 分析  120-121
  6.2 面向PMS 的DSPN 模型  121-124
    6.2.1 PMS 模型定义  121-122
    6.2.2 DSPN 定义  122-123
    6.2.3 面向PMS 的DSPN 表示方法  123-124
  6.3 基于DSPN 的PMS 测试性需求分析模型  124-129
    6.3.1 PMS 测试性需求建模  124-125
    6.3.2 DSPN-PMS 测试性需求模型分析  125-129
  6.4 DSPN-PMS 性能量化分析与测试性指标确定  129-133
    6.4.1 PMS 性能指标计算  129-130
    6.4.2 测试性参数相关寿命周期费用  130-131
    6.4.3 测试性需求优化模型与指标确定  131-133
  6.5 案例分析与验证  133-139
  6.6 本章小结  139-140
第七章技术应用与验证  140-165
  7.1 导弹及其测试现状简述  140-142
    7.1.1 导弹功能结构  140-141
    7.1.2 导弹的任务剖面及性能指标  141
    7.1.3 导弹的维修保障方案  141-142
    7.1.4 导弹测试系统通用要求  142
  7.2 导弹测试性需求分析与建模  142-148
    7.2.1 导弹测试性定性需求  142-143
    7.2.2 导弹测试方案分析  143-144
    7.2.3 导弹测试性需求的UML 描述  144-146
    7.2.4 导弹测试性需求的GSPN 模型  146-148
  7.3 导弹测试性指标分析与确定  148-164
    7.3.1 各个阶段任务的导弹测试性指标要求分析  148-154
    7.3.2 确定导弹系统层测试性指标  154-159
    7.3.3 确定导弹分系统层测试性指标  159-163
    7.3.4 导弹测试性指标体系汇总  163-164
  7.4 本章小结  164-165
第八章结论与展望  165-169
  8.1 研究结论  165-167
  8.2 研究展望  167-169
致谢  169-171
参考文献  171-183
作者在学期间取得的学术成果  183

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