学位论文开题报告表.doc

成 都 电 子 科 技 大 学硕士学位论文开题报告表班 学 号： 姓 名： abc 论文题目： 电子系统可测性建模和分析软件设计 指导教师： 一级学科： 仪器科学与技术 二级学科： 测试计量技术与仪器 所在学院： 电子科技大学研究生院2008年12月15日 填 表 说 明1.研究生须认真填写本表相关内容。2.凡所列栏目填写不下的，可以另加附页。3.本表采取双面复制（复印），且保持原格式不变，纸张限用 A4（页边距为上、下：2.5cm, 左为2 .6cm,右为2 .1cm；字体为宋体小四，行间距为18磅。），装订要整齐。4.开题报告完成，此表经相关人员签字后，须交学院研究生教务秘书保存。 一、学位论文研究内容班学号：姓名：入学时间：2008.9学位论文题目电子系统可测性建模与分析软件设计学位论文的课题来源： 1.纵向 2.横向 3.自拟学位论文类型： 1.基础研究 2.应用基础研究 3.应用研究学位论文研究内容1需求分析(1) 系统可测性软件研究意义(2) 国内外研究概况(3) 引出本论文研究内容2 可测性软件的总体设计(1) 软件需求分析(2) 各模块功能3 图形化可测性建模模块(1) 由图形化输入得到依赖矩阵D(2) 依赖矩阵D发生变化，则对应模型图相应改变(3) 考虑从其他EDA软件(如OrCAD/Pspice等)导入电路网表，且可以故障仿真，得到D。4 电子系统可测性指标分析模块(1) 常规指标: FDR FIR(2) 高级指标：FAR 模糊组 冗余测试5 电子系统可测性优化设计模块(1) 最优诊断树生成(2) 给定指标，进行优化迭代设计6 可测性软件在XX雷达系统设计中的应用1二、学位论文研究依据学位论文的选题依据和研究意义，以及国内外研究现状和发展态势（应有20003000字），主要参考文献1研究意义随着半导体集成电路技术的迅猛发展，现代军用飞机、雷达系统、通讯系统、导弹系统等武器装备中军用电子系统日趋复杂，且向集成化和小型化两个方向发展。电子系统集成化和小型化急剧地限制了测试点的设置。因此，随着检测点的缩减就降低了故障的可观测性，故障可能的原因就增加了，这也就增加了诊断这些系统的困难1-2。在复杂电子系统维护过程中，维护工程师试图对于给定的产品采取解决故障问题的有效方法。但是，由于电子系统的复杂度不断提高，经典的测试方法已不能适应要求，甚至出现测试成本与研制成本倒挂的局面，有资料报道复杂电子系统糟糕的故障可观测性设计使产品整个寿命周期维护成本是制造成本的2-10倍1-2。由于国内现役的军用电子系统大部分是70年代末以前研制的，未开展测试性设计及验证，系统的测试性差，所需的故障测试时间太长。某些采用晶体管及一般集成电路的电子设备的测试时间少则几分钟，多则长达几小时。某些采用超高速集成电路(VHSIC)设备，若采用一般的测试技术，其测试时间为数十至数百小时，提高了3个数量级。为了在地面测试一台复杂的航空电子设备的测试程序组合的费用超过200万美元3-7。由于系统测试性差，电子设备的维修需要采用三级维修(外场级维修、野战级维修及后方级维修)，对维修人员的技术等级要求高，需要培训的时间长，维修人员增加。正是在这种情况下，人们提出了可测性设计概念，即在设计阶段就考虑测试问题，把降低测试难度的要求纳入设计规范，并通过可测性分析来检验和改进设计。可测性分析是指对一个初步设计好的电子系统不进行故障模拟就能定量地估计出其测试难易程度的一类方法。2国内外研究现状及分析可测性设计概念大约是1970年在CherryHill测试会议上提出的，然而可测性设计的必要性直至70年代中期随着集成电路设计的发展才逐渐被人们认识。70年代以后关于可测性设计方面的论文及研究成果越来越多，目前在一些重要的国际会议上，如国际测试会议(OTC)、国际设计自动化会议(DAC)等都有专门的分组会。此外在某些可测性设计领域已经形成了集成电路设计的有关工业标准。可测性设计已经成为集成电路测试领域中的一个重要的组成部分。但是目前国内外关于可测性设计与分析方面的文献主要是关于电路与芯片方面的，而在复杂电子系统系统级可测性设计与分析方面的文献较少，下面对国内外复杂电子系统系统级可测性建模与分析方法进行简要阐述：（1）美国在系统级可测性研究方面的进展1976年，美国海军电子实验室在机内测试(BIT)设计指南、美国空军在模块化自动测试设备计划等都涉及到测试性的研究。1978年，美国国防部联合后勤司令部建立了自动测试专业委员会来协调并指导自动测试计划的实施，该委员会下设测试性技术协调组，负责国防部系统测试性研究计划的组织、协调及实施。同年12月，美国国防部颁发的MILSTD471A通告2设备或系统的BIT、外部测试、故障隔离和测试性特性要求的验证及评价，规定了测试性的验证及评价的方法及程序。1983年，美国国防部颁发的MILSTD470A系统及设备维修性管理大纲强调测试性是维修性大纲的一个重要组成部分，承认BIT及外部测试不仅对维修性设计特性产生重大的影响，而且影响到武器系统的采购及寿命周期费用。1985年，美国国防部颁发了MILSTD2165电子系统及设备的测试性大纲，该大纲把测试性作为与可靠性及维修性等同的设计要求，并规定了电子系统及设备各研制阶段中应实施的测试性分析、设计及验证的要求及实施方法。MILSTD2165的颁发标志着测试性已成为一门与可靠性、维修性并列的独立学科。80年代中，美国军方相继实施了综合诊断研究计划，如空军的通用综合维修和诊断系统(GIMADS)计划，海军的综合诊断保障系统(IDSS)计划等。综合诊断技术已在美国正在研制的新一代武器系统中(如空军的先进战斗机F22、军用运输机C17、轰炸机B2，三军用的倾转旋翼机V22)得到应用。1991年美国国防部正式颁发MILSTD1814综合诊断标准，作为提高新一代武器系统的战备完好性和降低使用保障费用的主要技术途径，标志着测试性的发展进入一个新的阶段。为与综合诊断的协调，并考虑非电子产品的测试性，美国国防部于1993年2月颁发MILSTD2165A系统和设备的测试性大纲取代MILSTD2165。至2003年除个别的需求外，美国的ATS已实现三军统一体系结构，仪器模块已全部纳入标准系列，ATS可实现互连、互换、互操作。近年来推出的综合诊断保障系统用信息系统综合了各诊断组元，可实现设计、诊断平台、历史维护数据共享。美国通过重视武器装备中军用电子系统的可测性设计工作，使武器系统全寿命周期费用大大降低6-7。如F-18飞机从研制一开始就重视了可靠性、测试性和维修性设计。与它要替换的F-4J飞机相比，每飞行小时所需的平均维修工时，由48h（小时）降低到18h，节约了30h。一个中队12架飞机所需的维护人员数量，由278人减少到229人，减少了49人。为了便于比较，使用1979年海军资源模型得出的F-4J飞机使用数据，制定出相当于F-18飞机服役20年的飞行计划，共计262万飞行小时，总的作战支援保障费用与F-4J飞机相比，可节约20多亿美元（1981年美元值）。（2）国内研究现状我国可测性设计与分析技术起步较晚,不管是认识上或技术上与国外水平相比均有明显的差距。以前对武器装备测试性几乎无要求,在设备研制时很少考虑测试性问题。到了80年代中期,我国也开始对军用电子系统提出了可测性设计要求。1990年4月发布了航标HB6437-90电子系统和设备的可测试性大纲,1995年10月发布国军标GJB2547-95装备测试性大纲。目前，复杂电子系统可测性设计与分析逐渐被高等院校、研究所、电子系统研制基地等单位重视，如国防科大曾芷德教授、北航可靠性工程研究所田仲研究员、电子科大陈光禹教授、中国航空无线电电子研究所韩国泰研究员、信息产业部电子第十研究所张玲工程师等专家、学者、工程师等根据各自的领域都提出了电子系统可测性设计与分析的重要性3-7。电子科技大学在为某基地进行“XX”型号电子装备自动化测试系统研制时，基地的专家迫切希望我们能为他们提供复杂电子系统可测性设计与仿真平台。他们指出，倘若测试性设计不完善,机载设备维修的困难会大大增加,维修时间与费用会大大上升,三级维修体制的基础就会动摇，武器系统的效能就不能有效地发挥。 但是，现在国内测试性技术知识尚不够普及，国内关于可测性方面的论文与著作，主要是关于集成电路方面的可测性设计，讨论复杂电子系统系统级可测性分析与设计的文献较少，更没有成熟的计算机辅助建模与仿真分析软件工具。 传统的电子系统可测性分析建模方法采用直接程序设计，这样进行仿真建模的效率低、周期长、对建模人员、最终用户的编程知识水平要求高、模型调试复杂等，这是导致可测性设计及分析技术在复杂电子系统应用进展缓慢非常重要的原因，可视化图形建模技术可在一定程度上较好的解决上述问题。3本项目的研究意义开发具有自主知识版权的复杂电子系统可测性建模与分析软件系统通过对可测性建模与最优测试方法关键技术的研究，可以开发出具有自主知识版权的复杂电子系统可测性建模与分析软件平台。既为国家节约了大量的外汇（国外单个TEAMS模块也得需要4-8万美元），同时国家的军事机密以及重大商业秘密不被国外机构所掌握（系统性可测性主要应用在航空航天、国防军事、计算机网络、核工业、汽车业等），有利于国家安全。对其它复杂工程系统可测性设计与分析也具有良好的示范作用虽然本项目主要以复杂电子系统为研究对象，但是其中的可测性建模与分析方法经适当调整也适用于其他复杂工程系统（如航空航天、电力系统、汽车等）的可测性分析。4主要参考文献1 V. Raghavan, M. Shakeri, K. R. Pattipati. Optimal and near optimal test sequencing algorithms with realistic test models. IEEE Trans. on SMC. 1999, 29(1): 11272 M. Shakeri, V. Raghavan, K. R. Pattipati. Sequential Testing Algorithms for Multiple Fault Diagnosis. IEEE Trans. on SMC. 2000, 30(1): 1-143 曲东才. 系统的可测试性及对航空武器系统的影响. 国外电子测量技术. 1996, (4): 30-364 王立梅, 王晓峰, 于晓洋. 航空电子系统的测试性及仿真研究. 电子产品可靠性与环境. 2003, (4): 12-185 韩国泰. 改进目前测试性设计的若干建议. 测控技术. 2003, 22(11): 7-126 田仲,石君友. 系统测试性设计分析与验证. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2003.7 曾天翔.电子设备测试性及诊断技术.北京:航空工业出版社,19962三、学位论文研究计划及预期目标1.拟解决的关键问题和最终目标，以及拟采取的主要理论、技术路线和实施方案 拟解决的最终目标是设计电子系统可测性建模与分析软件。首先要解决的是怎样获得模型？得到模型后，建立可视化建模环境。另外，根据对测试方法进行评价的指标体系，建立指标分析模块。并建立可测性优化设计模块，使测试性能进一步完备。其中拟解决的关键问题是可视化图形建模环境。因为传统的建模方法采用直接程序设计，这样进行仿真建模的效率低、周期长、对建模人员、最终用户的编程知识水平要求高、模型调试复杂等，这是导致可测性设计及分析技术在武备系统应用进展缓慢非常重要的原因，而可视化图形建模技术可在一定程度上较好的解决上述问题。拟采取的主要理论：多信号建模及最优化算法。多信号模型其实是一种图形化建模技术，在结构模型上添加相应的信号即可，结合了结构模型与依赖模型的优点，建模简单且容易检验，诊断推理速度快。拟采取的技术路线如下：复杂电子系统多信号模型的获取方式：对于简单系统（元件少、故障模式少），根据电子系统故障模式及故障传播机理、系统设计说明与测试报告，手动建立，这也是其他方法的基础。对于复杂系统，主要有三种方法，第一种方法通过可视化图形建模环境输入，如国外TEAMS软件，我们也希望开发出类似的可视化可测性建模环境；第二种方法主要采用数据挖掘的办法，从数据中学习元件与测试间的关系；第三种方法与其他系统设计软件建立接口，采用故障模拟的方法自动提取多信号模型。为了自动化得到复杂电子系统的多信号模型，也即寻找故障模式间以及与测点的依赖关系，可以采用在设计系统的软件（如Spice, MATRIXx 和VHDL-behavioral等）上进行故障模拟，得到故障依赖关系。 基于故障模拟的可测性建模分析如下图所示，故障模拟器的输入包括：系统无故障的模型；相关的故障列表（也可以通过仿真器缺省的故障模式导出）；以及任何与系统相关的特定信息（如可靠性数据）。它能产生可测性分析和故障诊断的分层推理模型。产生推理模型的方法主要有两部分组成，对无故障（正常的）系统进行仿真，然后与有故障系统仿真结果进行比较。故障系统是通过在无故障系统描述中插入预定义的故障得到的。故障列表是由系统特性决定的，即系统是模拟、数字或功能。可靠性数据有：元件的平均故障时间（MTTFs），测试成本，测试时间，修复成本，修复时间，替换成本和替换时间。其中，元件的平均故障时间（MTTFs）可以从标准可靠性模型，如AT&T可靠性手册以及MIL-STD-217F获得。通过仿真得到模型由测试定义和故障模式组成。测试定义又包括输入激励、期望的观测值以及测试范围。因为进行了详尽的故障模式分析，模型精确地转换为故障信息流，因此可以用来进行DFT和TPS开发。该模型可以采用可测性分析工具进行分析，得到精确的TFOMs和诊断测试策略。诊断测试策略可以下载到测试装置（ATE）上，这样就使测试过程自动化了。该模型信息也可以被便携式智能维护装置（PIMA）用来进行训练现场诊断故障。ATE和PIMA收集的诊断数据可以用来自适应现场诊断和改进将来的系统设计。图 基于故障模拟的可测性建模根据已有的测点信息与系统测试多信号模型，就可以对复杂电子系统进行系统级的可测性分析与设计。为了评价一个系统的可测性好环，需要制订一些可测性指标，目前国内可测性研究者主要关心故障检测率(FDR)、故障隔离率(FIR) 和虚警率(FAR)等，其实可测性指标远不止这些，国外进行系统级可测性指标与分析流程中，可测性指标还有：Undetected Faults：未检测到的故障，Ambiguity Sets：故障可疑集，Redundant Tests：冗余测试，Hidden Faults：隐含故障，Masking Sets：掩盖故障，Feedback Loop：反馈循环，Test Sequencing: 测试序列， Diagnostic Tree: 诊断树等。我们需要根据适合复杂电子系统可测性评估的可测性指标体系及相应算法，对电子系统进行建模测试。为了减轻建模者的工作量，希望开发出可视化图形化复杂电子系统可测性建模环境。该建模系统具有如下主要功能：（1） 单个子系统建模并把它们装配成系统模型（2） 分析和量化系统和子系统的可测试性，可视化的查明系统的诊断缺陷，为设计完全易测试性系统提出建议（3） 分析系统的故障检测率、隔离率（4） 分析系统的冗余测试与未检测可能故障元件（5） 分析系统的最优测试方案目前可视化图形建模环境的开发手段主要有两种，一种是20世纪80年代提出的面向对象(OO)建模思路，这种自上而下的建模方法具有代码重用率以及便于维护的优点，但这种方法大多采用从底层开发（例如Windows API，微软基本类库MFC等）的方式，一旦涉及相对复杂的图形技术，代码将急速膨胀，软件的开发周期较长。目前提出了一种新的图形建模及开发方法，即面向图形对象（GOO-graphic-oriented）的建模方法。它与传统的OO建模方法相比，主要区别在于它关注的不再是怎样从计算机底层代码去实现图形，而是怎样利用可视化图形对象来快速建立复杂的模型。图形对象由相应的图形类生成。图形类除了拥有一般类的特征外，还拥有可识的图形，能够直接编辑，同时也可以通过程序代码来操纵。GOO建模的特点决定了它需要比以往更高等级的开发平台。该平台需要拥有完全可视的图形开发人机接口，而且能够内部管理各种图形交互事件并提供基本的图形对象和建模工具。因此，GOO建模起点比OO建模更高，但对开发者而言难度则大大降低，效率也大幅度提高。目前国内外已开发出多种GOO建模系统，如国外的ArcObject, VectorDraw, JFDraw, 国内的Visual Graph, Form+, VisioComponent等。针对雷达系统、通讯系统、导弹系统等典型复杂电子系统，建立常用功能模块的可测性的自动计算方法和仿真模型，开发可视化建模环境与演示系统，对可测性评估与仿真模型与软件功能进行验证。 拟采取的实施方案如下： 可视化图形建模技术采用图形方式建立复杂电子系统可