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《国防科学技术大学》 2011年
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装备系统测试性需求分析技术研究

苏永定  
【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。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:E920

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【参考文献】
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