基于多信号流图模型的测试性建模仿真技术在直升机研制中的应用研究

曾俊华

摘 要：介绍了基于多信号流图模型的测试性建模仿真技术，分析了测试性仿真技术的应用要素，建立了该技术在直升机研制中应用的工程化操作流程及方法，通过某型号型号的运用，验证了方法的可行和效果。

关键词：信号流图模型;测试性建模仿真技术;直升机研制

中图分类号：N945 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）14-0013-02

0 引言

近几年，国内外学者加强了对测试性模型的研究力度，并且发表了很多研究文献。从这些研究文献的内容来看，大部分都侧重于多信号流图的应用，包括其在系统故障诊断中的应用、在测试性设计中的应用等等。除此之外，西方发达国家的一些机构的研发人员也开始着重开展相关测试性工作，即利用测试性模型来完成设计的优化、评价等。

通常来讲，测试性模型主要作用在于提高系统的测试性水平。通过利用测试性模型，相关人员能够有效了解系统故障和测试之间的逻辑关系，同时也能掌握其对测试资源的占用情况，进而促进他们测试性设计与分析工作的顺利进行。

目前，基于多信号流图模型的测试性建模仿真分析已广泛应用在直升机机载产品的测试性设计中，但绝大多数是设备级，在直升机研制中未形成工程化应用流程，不能发挥测试性建模仿真技术在直升机研制的重要，本文分析了基于多信号流图测试性建模仿真技术的，建立了该技术的工程化流程，为在直升机研制中应用该技术提高指导。

1 多信号流图模型测试性建模仿真技术

1.1 多信号流图模型的定义

多信号流图模型定义了4类节点：

（1）模块节点（module node）：表示一个具有特定功能集（依据信号划分）的硬件，模块允许分层建模。（2）测试点节点（test point node）：表示物理的或逻辑的测量位置，一个测试点中可以定义多个测试项目。（3）表决节点（and node）：表示冗余连接关系的节点，应用于容错系统建模中。（4）开关节点（switch node）：表示内部连接的变动关系，用于系统不同工作状态的建模.各模块、信号以及测试之间的相关性关系可以用一个四维函数表示：G={c，5，，}.其中，C={C，c：，…，c}为系统有限模块集;S=，s，…，s}为系统信号集（各模块功能）;T={t，t，…，t}为系统中定义的所有测试项目集合;T={TT，…，}为系统中设计的测试点集合。

每个模块Ci都包含一组信号集{s};

每个测试点都包含一组测试项目集T;

每个测试项目ti都对应一组信号}以及该组信号所隶属的模块{cEc}。

1.2 多信号流图模型的建模思想

（1）面向多维故障空间。一般来说，多信号流图模型主要定义两种故障类型，一种是功能故障，另一种是一般故障。后者主要指的是那些影响模块正常运行信息流的故障，而前者主要是指阻碍某个模块实现预期目标的故障。从客观的角度来讲，功能故障具有多维属性，而这就使得多信号流图模型所面向的故障空间也是多维的。（2）基于信号的系统表征方式。多信号流图模型的表征方式是以信号为基础的。我们可以将其视为定量的参数值，也可以将其理解为是对定性的特征描述。由于多信号流程图模型的系统表征方式是基于信号的，所以工作人员在进行建模的时候通常是从信号的多维属性入手，而并非首先考虑具体的故障模式。这样一来，工作人员的建模难度就会大大降低。（3）信号与测试之间的相关性。从客观的角度来说，故障和测试之间的相关性主要是靠定义信号的定义来实现的。因此，基于多信号流图模型建立的测试性模型不仅使模型更接近系统的物理结构，而且模型集成、验证也相对简单。

2 直升机研制中应用流程

通过上述分析，测试性建模仿真输入是FMECA、测试性设计方案等，测试性建模的主要工作包括：FMEA及测试性设计方案审查、首轮测试性建模、测试性仿真评价、首轮测试性建模与仿真评价审查、测试性设计改进与建模回归、第二轮测试性仿真评价、第二轮测试性建模与仿真评价审查等，流程如图1。

2.1 测试性问题报告与跟踪制度

在直升机研制中，为掌握测试性设计与建模仿真工作进展情况，建立测试性问题报告与跟踪系统，用于收集和跟踪成品研制过程中测试性存在的问题，促进设计改进和纠正。

进入测试性问题报告与跟踪系统的至少但不限于以下内容：

（1）FMEA及測试性设计方案评审意见;（2）测试性仿真试验发现问题;（3）专项审查提出的问题等。

2.2 FMEA及测试性设计方案审查

开展FMEA及测试性设计方案审查工作。审查会提出的问题进入测试性问题报告与跟踪系统，测试性建模之前需完成问题归零。审查时研制单位需要提交以下材料：（1）FMEA报告;（2）测试性设计方案。

2.3 首轮测试性建模

基于设计原理图、FMEA报告和测试性设计方案，梳理产品的层次结构信息、故障信息、测试信息和信号信息，形成测试性建模数据准备报告，开展首轮测试性建模工作，形成测试性模型。

对于LRU级成品，测试性建模的输入输出包括以下内容。

建模输入：（1）成品技术协议书/测试性设计要。（2）LRUFMEA分析报告。（3）LRU测试性设计方案。（4）组成单元测试性模型（如有）。

建模输出，LRU测试性模型，对于系统/分系统级成品，测试性建模的输入输出包括以下内容：（1）建模输入：成品技术协议书/测试性设计要求;组成LRU测试性模型;系统FMEA分析报告;系统测试性设计方案。（2）建模输出：系统/分系统测试性模型;系统/分系统测试性模型应随C阶段的技术状态更改而进行迭代;为保证测试性建模与仿真分析工作按照要求顺利完成，根据产品特点和研制单位实际情况，通过专项技术培训、专项技术支持以及协助建模等方式开展技术支持工作。

2.4 首轮测试性仿真评价

测试性建模工作完成后，承研单位将建模输入材料和建模输出结果交试验评价单位试验评价单位，由试验评价单位进行测试性建模工作审查和测试性仿真评价。

仿真评价内容包括：（1）测试性模型与设计的符合性;（2）定性分析：基于模型开展定性分析评价工作，发现测试性设计缺陷与问题;（3）定量分析：基于模型评估成品测试性指标水平。

总结测试性仿真评价工作，编写形成测试性仿真评价报告。

2.5 首轮建模与仿真评价审查

在完成首轮测试性建模与仿真分析工作后，组织开展测试性建模仿真试验首轮审查工作。审查时，研制单位汇报产品测试性设计与建模仿真分析，应提交以下材料：（1）FMEA报告;（2）测试性设计方案;（3）测试性模型。

试验评价单位汇报测试性仿真评价工作，并提交测试性仿真评价报告。审查会提出的问题，进入测试性问题报告与跟踪系统。

2.6 测试性设计改进与建模回归

根据首轮测试性建模与仿真评价结果及审查意见，研制单位对测试性设计存在的问题进行设计改进。设计改进完成后，迭代测试性建模输入材料，开展测试性建模回归工作。测试性建模回归工作的输入材料同3.3节;输出结果除3.3节规定输出内容外，还应包括首轮建模仿真评价意见及归零情况说明。

2.7 第二轮测试性仿真评价

测试性设计改进与建模回归工作完成后，承研单位将建模输入材料和建模输出结果交试验评价单位，由试验评价单位进行测试性建模回归工作审查和测试性仿真评价。

仿真评价内容包括：

（1）测试性问题报告与跟踪系统中前期记录问题的归零情况;（2）所建立模型与设计的符合性;（3）定性分析：基于模型开展定性分析评价工作，发现测试性设计缺陷与问题;（4）定量分析：基于模型评估成品测试性指标水平。

总结测试性仿真评价工作，编写形成测试性仿真评价报告。

2.8 第二轮建模与仿真评价审查

针对首轮测试性建模仿真试验存在遗留问题的研制单位，开展第二轮测试建模仿真试验审查。第二轮建模与仿真评价审查时，研制单位汇报产品测试性设计改进与建模回归情况，并提交以下材料：

（1）FMEA报告;（2）测试性设计方案;（3）测试性模型;（4）C阶段首轮建模仿真评价意见及归零情况说明;（5）试验评价单位汇报测试性仿真评价工作，并提交以下材料：（6）测试性仿真评价报告。审查会提出的问题，进入测试性问题报告与跟踪系统。

2.9 应用效果

在某型直升机研制中，引入基于多信号流图模型的测试性建模仿真技术，按照上述流程该技术在型号，通过开展建模并多轮分析，并对发现的问题进行归零跟踪，直升机各机载产品测试性故障检测率较以往型号有显著提高。利用测试性模型，形成诊断策略，为外场使用排故提供参考，提高了外场使用过程中排故效率。

3 结语

在直升機研制中，对建模过程中的输入文件和模型的技术审查及问题归零跟踪，是建模仿真技术在直升机研制中应用的重要环节，是测试性建模仿真技术取得成效，直升机测试性水平得到提高的关键。该工程化应用流程已在型号中应用，经验证效果显著，可为直升机研制中测试性建模仿真技术应用提供参考。

参考文献

[1] 邰思杰，曹勇，李爱民.基于多信号模型的火控系统测试性分析与仿真验证[J].计算机测量与控制，2012（03），1907—1909.

[2] 石君友，张鑫，邹天刚.多信号建模与诊断策略设计技术应用[J].系统工程与电子技术，2011，33（04）：811-816.

[3] 魏清新，王坤明，孙萍.基于多信号流图模型的导弹系统级故障诊断技术研究[J].计算机测量与控制，2017（03）：56-58.

[4] 田仲，石君友.现有测试性验证方法分析与建议[J].质量与可靠性，2006（02）：47-50.