一种基于扩展Petri网的产品可靠性与测试性评估方法及系统与流程

一种基于扩展petri网的产品可靠性与测试性评估方法及系统
技术领域
1.本发明涉及产品可靠性与测试性评估的技术领域，特别是指一种基于扩展petri网的产品可靠性与测试性评估方法及系统。


背景技术：

2.可靠性是衡量产品使用过程中是否容易发生故障的重要特性，常用的衡量参数是平均故障间隔时间。测试性是衡量产品使用过程中故障发生后是否能够检测的重要特性，常用的衡量参数是故障检测率。
3.目前，很多重要产品在研制中提出了明确的可靠性和测试性要求，由于产品功能和使用模式的复杂化，通过传统的解析式预计方法，难以进行准确的可靠性与测试性量值预计。因此，在工程领域，对可靠性测试性抽样仿真方法具有重要需求。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种基于扩展petri网的产品可靠性与测试性评估方法，为了解决现有技术中的解析式预计方法难以准确评估产品的可靠性与测试性的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明的采用如下技术方案：
6.一种基于扩展petri网的产品可靠性与测试性评估方法，具体包括如下步骤：
7.步骤s1：可靠性与测试性集成模型建模数据准备；准备的数据包括产品名称、产品任务时长、产品内参与工作的各单元名称、单元任务时长、产品内参与工作的各单元故障名称、单元任务时间、单元故障率、归一化故障率、测试名称、测试描述以及故障传播与测试交联关系；
8.步骤s2：建立基于扩展petri网的产品可靠性与测试性模型；所述基于扩展petri网的产品可靠性与测试性模型为：
9.ne＝(pn，pf，td，c，p
t
，t
p
)
10.式中，pn表示产品正常状态库所，根据产品名称、产品任务时长、产品内参与工作的各单元名称、单元任务时长建立；pf表示产品故障模式库所，根据产品内参与工作的各单元故障名称、单元任务时间、单元故障率建立；td表示正常状态库所到各故障模式库所之间的延时变迁，根据归一化故障率设置各延时变迁参数；p
t
表示测试库所，根据测试名称数据建立；c表示有向弧，无权值；t
p
表示传播变迁，根据故障传播与测试交联关系；
11.步骤s3：产品任务执行中进行故障随机抽样仿真；通过基于扩展petri网的产品可靠性与测试性模型进行产品任务执行与故障随机抽样仿真；
12.步骤s4：基于仿真数据的产品可靠性与测试性评估；通过仿真数据计算平均故障间隔时间和故障检测率，通过平均故障间隔时间评估可靠性，通过故障检测率评估测试性。
13.优选地，步骤s1中，所述归一化故障率的计算方法为：
[0014][0015]
式中，λi为单元归一化故障率，ti为单元任务时间，ts为产品任务时长，λ
′i为单元故障率。
[0016]
优选地，所述故障传播与测试交联关系，为第一元素按照传播方向向第二元素的传播变迁；所述第一元素包括单元故障名称和测试名称中的一个；所述第二元素包括单元故障名称和测试名称中的一个或多个，当第一元素为测试名称时，第二元素为无。
[0017]
优选地，步骤s2中，所述基于扩展petri网的产品可靠性与测试性模型中，产品正常状态库所采用“正常”表示，将产品正常状态库所通过有向弧与产品故障库所连接，所述产品故障模式库所以“fm_故障名称”命名；并在有向弧上设置延时变迁参数；所述测试库所以“tp_测试名称”命名，按照传播变迁与产品故障模式库所通过有向弧连接。
[0018]
优选地，步骤s3中，所述产品任务执行中进行故障随机抽样仿真的具体步骤如下：
[0019]
步骤3.1：产品故障率、频数比区间初始化；
[0020]
计算产品故障率，计算公式为：
[0021][0022]
式中，λs为产品故障率，λi为单元归一化故障率，n是单元数量；
[0023]
计算频数比区间；首先计算频数比，计算公式为：
[0024][0025]
式中，fi为故障模式的频数比，λi为单元归一化故障率，λs为产品故障率；
[0026]
根据频数比累加原则，确定各故障模式的频数比区间；
[0027]
步骤3.2：仿真参数初始化；设置仿真时长、仿真总次数n、仿真步长，初始化当前仿真次数为n＝1、仿真时刻t＝0和仿真数据记录表；并在基于扩展petri网的产品可靠性与测试性模型中，对产品正常状态库所中初始化一个令牌；
[0028]
步骤3.3：判断是否执行仿真，如果仿真次数n＞n，则全部仿真次数完成，结束仿真，直接跳转至步骤s4；如果仿真次数n≤n，采用excel中的rand函数生成两个[0，1]之间的均匀分布随机数ξ1、ξ2：
[0029]
步骤3.4：按仿真步长递增方式完成一次仿真；确定当前仿真时刻，计算公式为：
[0030]
t＝t+τ
[0031]
式中，t为仿真时刻，τ为仿真步长；
[0032]
判别当前仿真时刻t是否大于仿真时长t，如果t＞t，则本次仿真终止，更新仿真次数n＝n+1，并跳转至步骤3.3；如果t≤t，则进入步骤3.5；
[0033]
步骤3.5：按照指数分布计算t时刻的故障概率f为：
[0034][0035]
式中，f为故障概率，λs为产品故障率，t为仿真时刻；
[0036]
将故障概率f与随机数ξ1进行比对，如果ξ1＞f，则未发生故障，跳转到步骤3.4；如果ξ1≤f，则发生故障，记录此时的仿真时刻t；
[0037]
将频数比区间与随机数ξ2进行比对，确定随机数ξ2落入哪类故障模式的频数比区
间内，则该故障模式为抽中的故障，记录该故障名称，同时在基于扩展petri网的产品可靠性与测试性模型中，将产品正常状态库所与产品故障模式库所之间的延时变迁激活，将令牌传递到抽中的产品故障模式库所中；
[0038]
在基于扩展petri网的产品可靠性与测试性模型中，将所有传播变迁设置为激活状态，让令牌向后所有分支传递，直到各分支末端库所，判断是否存在具有令牌的测试库所；若存在，则该故障为可检测故障，若不存在，则该故障为不可检测故障；
[0039]
令仿真次数n＝n+1，并跳转至步骤3.3。
[0040]
优选地，所述仿真数据记录表中记载仿真次数、是否发生故障、仿真停止时间、故障模式和故障是否可检测；所述仿真次数为n的值；所述是否发生故障中，当发生故障记为1，未发生故障记为0；所述仿真停止时间中，当发生故障时，仿真停止时间中记录当前仿真时刻t；所述故障模式中，记录发生故障的故障名称；所述故障是否可检测中，当故障为可检测故障时，记为1，当故障为不可检测故障时，记为0。
[0041]
优选地，步骤s4中，首先通过仿真数据统计累计运行时间ta、累计故障次数na和累计可检测故障数n
ta
；所述累计运行时间ta根据仿真数据记录表中的“仿真停止时间”求和计算；所述累计故障次数na根据仿真数据记录表中的“是否发生故障”求和计算；所述累计可检测故障数n
ta
根据仿真数据记录表中的“故障是否可检测”求和计算。
[0042]
优选地，所述平均故障间隔时间和故障检测率的计算公式分别为：
[0043][0044][0045]
式中，t
bf
为平均故障间隔时间点估计值；γ
fd
为故障检测率点估计值。
[0046]
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种基于扩展petri网的产品可靠性与测试性评估系统，用于实现所述的基于扩展petri网的产品可靠性与测试性评估方法，具体包括：
[0047]
数据存储模块，用于存储的数据包括产品名称、产品任务时长、产品内参与工作的各单元名称、单元任务时长、产品内参与工作的各单元故障名称、单元任务时间、单元故障率、归一化故障率、测试名称、测试描述以及故障传播与测试交联关系；
[0048]
可靠性与测试性模型仿真模块，能够采用基于扩展petri网的产品可靠性与测试性模型进行产品任务执行与故障随机抽样仿真；
[0049]
所述基于扩展petri网的产品可靠性与测试性模型具体为：
[0050]
ne＝(pn，pf，td，c，p
t
，t
p
)
[0051]
式中，pn表示产品正常状态库所，根据产品名称、产品任务时长、产品内参与工作的各单元名称、单元任务时长建立；pf表示产品故障模式库所，根据产品内参与工作的各单元故障名称、单元任务时间、单元故障率建立；td表示正常状态库所到各故障模式库所之间的延时变迁，根据归一化故障率设置各延时变迁参数；p
t
表示测试库所，根据测试名称数据建立；c表示有向弧，无权值；t
p
表示传播变迁，根据故障传播与测试交联关系；
[0052]
可靠性与测试性评估模块，用于根据可靠性与测试性模型仿真模块的数据计算平均故障间隔时间和故障检测率，通过平均故障间隔时间评估可靠性，通过故障检测率评估
测试性。
[0053]
优选地，所述数据存储模块中，当产品名称为机载天线系统时，产品内参与工作的各单元名称包括电源模块、天线组件、收放落位装置、驱动控制单元、屏蔽箱和显控台；测试名称包括电源测试、信号测试、控制测试和自检。
[0054]
本发明的有益效果为：本发明提供了一种基于扩展petri网的产品可靠性与测试性评估方法及系统，该方法包括：可靠性与测试性集成模型建模数据准备；建立基于扩展petri网的产品可靠性与测试性模型；产品任务执行中进行故障随机抽样仿真；基于仿真数据的产品可靠性与测试性评估。本发明能够利用扩展petri网建立可靠性测试性集成模型，使模型能够准确反映产品正常与故障的概率关系、故障传播与故障测试交联关系；同时利用随机仿真获得产品故障前时间、故障模式数据、测试性诊断结果数据，进而可以评估产品的可靠性、测试性参数。
附图说明
[0055]
图1是本发明提供的一种基于扩展petri网的产品可靠性与测试性评估方法流程图；
[0056]
图2是本发明提供的无权petri网模型示意图；
[0057]
图3是本发明提供的扩展petri网模型示意图；
[0058]
图4是将产品正常状态库所与产品故障模式库所之间的延时变迁激活的示意图；
[0059]
图5是将所有传播变迁设置为激活状态的示意图。
具体实施方式
[0060]
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0061]
本发明提供了一种基于扩展petri网的产品可靠性与测试性评估方法及系统，该方法主要过程为：首先利用设计资料，进行可靠性测试性集成建模仿真数据准备，然后建立基于扩展petri网的可靠性与测试性集成模型，接着根据集成模型，进行任务过程与故障随机抽样仿真，最后根据仿真数据完成产品可靠性和测试性的指标评估。
[0062]
参照附图1，本发明实施例提供了一种基于扩展petri网的产品可靠性与测试性评估方法，具体包括：
[0063]
步骤s1：可靠性与测试性集成模型建模数据准备
[0064]
步骤1.1根据产品设计资料，获取产品名称、产品任务时长、以及产品各单元名称和任务时长，并记录到下表中。
[0065]
表1单元组成与任务时长表
[0066][0067]
步骤1.2根据可靠性设计资料，获取产品各单元故障模式和故障率数据，并对数据进行归一化处理，记录到下表中。
[0068]
表2故障模式与故障率表
[0069][0070]
本发明实施例中，不同单元在同一任务阶段执行任务时间长短不一样，采用归一化处理方式，统一将各单元任务执行时间拓展为任务阶段时长，根据该时长，重新调整故障率，以确保任务阶段的等效故障频次不发生改变。归一化处理方式如下所示：
[0071][0072]
式中，λi为单元归一化故障率，ti为单元任务时间，ts为产品任务时长，λ
′i为单元故障模式故障率。
[0073]
步骤1.3根据产品测试性设计资料，确定故障传播与测试交联关系，并采用如下表格记录。
[0074]
表3测试表
[0075]
序号测试名称测试描述1
ꢀꢀ2ꢀꢀ3ꢀꢀ
[0076]
表4故障传播与测试交联关系表
[0077]
序号元素1传播方向元素21
ꢀꢀꢀ2ꢀꢀꢀ3ꢀꢀꢀ
[0078]
步骤s2：建立基于扩展petri网的产品可靠性与测试性模型
[0079]
步骤2.1建立反映产品正常状态向故障状态变迁触发的无权petri网模型。
[0080]
petri网触发模型定义为如下的元组模型：
[0081]nt
＝(pn，pf，td，c)
[0082]
式中，n
t
为产品正常状态向故障状态变迁触发的无权petri网模型；
[0083]
pn表示产品正常状态的库所，正常状态库所命名为“正常”；
[0084]
pf表示产品故障模式的库所，故障模式库所的命名规则为“fm_故障模式名称”；td表示具有故障模式故障率的延时变迁；
[0085]
c表示无权有向弧连接，与标准petri网相比，这里的有向弧无权值，无令牌消耗限制。
[0086]
petri网触发模型的构建步骤如下：
[0087]
1)建立正常状态库所；
[0088]
2)根据步骤s1中的表2单元故障模式数据，建立各故障模式对应的库所，并按照命名规则完成命名；
[0089]
3)增补正常状态库所到各故障模式库所之间的延时变迁，并增补有向弧连接；
[0090]
4)根据步骤s1中的表2的归一化故障率数据列，设置各延时变迁的参数为对应故障模式的归一化故障率。
[0091]
步骤2.2在无权petri网基础上，增补建立故障传递与测试交联关系，形成扩展petri网模型。
[0092]
扩展petri网模型定义为如下的元组模型：
[0093]
ne＝(n
t
，p
t
，t
p
)
[0094]
式中，ne为扩展petri网模型；
[0095]nt
为无权petri网模型；
[0096]
p
t
表示测试库所，测试库所的命名规则为“tp_测试名称”；
[0097]
t
p
表示传播变迁，为新定义的扩展petri网模型元素，表达信息或状态的传播关系；在一个扩展petri网模型中，所有的传播变迁可以同时激活。
[0098]
增补建立扩展petri网模型的步骤如下：
[0099]
建立测试库所：根据步骤s1中的表3，建立所有测试的测试库所，按照命名规则完成命名；
[0100]
建立故障传播与测试交联关系：根据步骤s1中的表4，按传播方向建立两两故障库所之间的传播变迁，故障库所和测试库所之间的传播变迁，并增补有向弧连接。
[0101]
步骤s3：产品任务执行中进行故障随机抽样仿真；通过基于扩展petri网的产品可靠性与测试性模型进行产品任务执行与故障随机抽样仿真；具体步骤如下：
[0102]
步骤3.1：产品故障率、频数比区间初始化；
[0103]
计算产品故障率，计算公式为：
[0104][0105]
式中，λs为产品故障率，λi为单元归一化故障率，n是单元数量；
[0106]
计算频数比区间；首先计算频数比，计算公式为：
[0107][0108]
式中，fi为故障模式的频数比，λi为单元归一化故障率，λs为产品故障率；
[0109]
根据频数比累加原则，确定各故障模式的频数比区间；并按如下表格记录。
[0110]
表5频数比区间表
[0111]
序号故障模式频数比区间
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[0112]
步骤3.2：仿真参数初始化；设置仿真时长、仿真总次数n、仿真步长，并采用下表记录。初始化当前仿真次数为n＝1、仿真时刻t＝0和仿真数据记录表；并在基于扩展petri网的产品可靠性与测试性模型中，对产品正常状态库所中初始化一个令牌。
[0113]
表6仿真参数表
[0114]
仿真参数值仿真步长(τ) 任务时长(t) 仿真次数(n) [0115]
仿真数据记录表如下：
[0116]
表7仿真结果记录表
[0117]
仿真轮次是否发生故障仿真停止时间故障模式故障是否可检
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[0118]
步骤3.3：判断是否执行仿真，如果仿真次数n＞n，则全部仿真次数完成，结束仿真，直接跳转至步骤s4；如果仿真次数n≤n，采用excel中的rand函数生成两个[0，1]之间的均匀分布随机数ξ1、ξ2：计算公式为：
[0119]
ξ1＝rand()
[0120]
ξ2＝rand()
[0121]
步骤3.4：按仿真步长递增方式完成一次仿真；确定当前仿真时刻，计算公式为：
[0122]
t＝t+τ
[0123]
式中，t为仿真时刻，τ为仿真步长；
[0124]
判别当前仿真时刻t是否大于仿真时长t，如果t＞t，则本次仿真终止，更新仿真次数n＝n+1，并跳转至步骤3.3；如果t≤t，则进入步骤3.5；
[0125]
步骤3.5：按照指数分布计算t时刻的故障概率f为：
[0126][0127]
式中，f为故障概率，λs为产品故障率，t为仿真时刻；
[0128]
将故障概率f与随机数ξ1进行比对，如果ξ1＞f，则未发生故障，跳转到步骤3.4；如果ξ1≤f，则发生故障，记录此时的仿真时刻t：
[0129]
将频数比区间与随机数ξ2进行比对，确定随机数ξ2落入哪类故障模式的频数比区间内，则该故障模式为抽中的故障，记录该故障名称，同时在基于扩展petri网的产品可靠性与测试性模型中，将产品正常状态库所与产品故障模式库所之间的延时变迁激活，将令牌传递到抽中的产品故障模式库所中；
[0130]
在基于扩展petri网的产品可靠性与测试性模型中，将所有传播变迁设置为激活状态，让令牌向后所有分支传递，直到各分支末端库所，判断是否存在具有令牌的测试库
所；若存在，则该故障为可检测故障，若不存在，则该故障为不可检测故障；
[0131]
令仿真次数n＝n+1，并跳转至步骤3.3。
[0132]
本发明实施例中，仿真数据记录表中，仿真次数为n的值；是否发生故障中，当发生故障记为1，未发生故障记为0；仿真停止时间中，当发生故障时，仿真停止时间中记录当前仿真时刻t；故障模式中，记录发生故障的故障名称；故障是否可检测中，当故障为可检测故障时，记为1，当故障为不可检测故障时，记为0。
[0133]
步骤s4：基于仿真数据的产品可靠性与测试性评估；通过仿真数据计算平均故障间隔时间和故障检测率，通过平均故障间隔时间评估可靠性，通过故障检测率评估测试性。
[0134]
本发明实施例中，首先通过仿真数据统计累计运行时间ta、累计故障次数na和累计可检测故障数n
ta
；所述累计运行时间ta根据仿真数据记录表中的“仿真停止时间”求和计算；所述累计故障次数na根据仿真数据记录表中的“是否发生故障”求和计算；所述累计可检测故障数n
ta
根据仿真数据记录表中的“故障是否可检测”求和计算。
[0135]
平均故障间隔时间和故障检测率的计算公式分别为：
[0136][0137][0138]
式中，t
bf
为平均故障间隔时间点估计值；γ
fd
为故障检测率点估计值。
[0139]
下面以某一机载天线系统为例，对该方法进行说明。
[0140]
步骤一：产品可靠性测试性集成建模仿真数据准备。
[0141]
步骤1.1根据产品设计资料，获取产品名称、产品任务时长、以及产品各单元名称和任务时长，并记录到下表中。
[0142]
表8单元组成与任务时长表
[0143][0144]
步骤1.2根据可靠性设计资料，获取产品各单元故障模式和故障率数据，并对数据进行归一化处理，采用如下表格的形式记录。
[0145]
表9故障模式与故障率表
[0146]
系统任务时间：8h
[0147][0148]
步骤1.3根据产品测试性设计资料，确定故障传播与测试交联关系，并采用如下表格记录。
[0149]
表10测试表
[0150]
序号测试名称测试描述1电源测试周期bit2信号测试周期bit3控制测试周期bit4自检加电bit
[0151]
表11故障传播与测试交联关系表
[0152][0153][0154]
步骤二：建立基于扩展petri网的可靠性与测试性集成模型
[0155]
步骤2.1建立反映产品正常状态向故障状态变迁触发的无权petri网模型。参见图2。
[0156]
步骤2.2在无权petri网基础上，增补建立故障传递与测试交联关系，形成扩展petri网模型。参见图3。
[0157]
步骤三：任务执行与故障随机抽样仿真
[0158]
步骤3.1产品故障率、频数比区间初始化。
[0159]
计算产品故障率
[0160][0161]
计算频数比区间
[0162]
表12频数比区间表
[0163]
序号故障模式频数比区间1电源模块故障[0，0.1954)2天线组件故障[0.1954，0.2930)3收放落位装置故障[0.2930，0.4151)4驱动控制单元故障[0.4151，0.7375)5屏蔽箱故障[0.7375，0.9512)6显控台故障[0.9512，1.0000]
[0164]
步骤3.2仿真参数初始化
[0165]
(1)确定仿真时长、仿真次数、仿真步长，并采用如下表格记录。
[0166]
表13仿真参数表
[0167][0168][0169]
(2)初始化当前仿真轮次n＝1。
[0170]
(3)仿真记录数据表格初始化。
[0171]
表14仿真结果记录表
[0172]
仿真轮次是否发生故障仿真停止时间(min)故障模式故障是否可检
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[0173]
步骤3.3单次仿真随机数和仿真时刻初始化
[0174]
判断是否执行1次仿真：仿真轮次n＝1≤100＝n，将n值记录到表7第n行的“仿真轮次”列，并继续步骤(2)；
[0175]
仿真轮次是否发生故障仿真停止时间(min)故障模式故障是否可检1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[0176]
(2)采用rand函数生成[0，1]之间的均匀分布随机数ξ1、ξ2：
[0177]
ξ1＝rand()＝0.065250392
[0178]
ξ2＝rand()＝0.273111833
[0179]
初始化仿真时刻t＝0。
[0180]
在扩展petri模型中，对正常状态库所中初始化一个令牌。
[0181]
步骤3.4按仿真步长递增方式完成一次仿真。
[0182]
累加仿真步长，确定当前仿真时刻，计算公式为：
[0183]
t＝t+τ＝0+1＝1min
[0184]
判别当前仿真时刻t是否大于仿真时长t：此时t＝1min≤480min＝t，继续步骤(3)
[0185]
故障概率计算：按指数分布计算t时刻的故障概率f：
[0186][0187]
随机数与故障概率比对：ξ1＞f，未发生故障，跳转到步骤(1)
[0188]
循环计算结果如下表所示：
[0189]
仿真时刻t/min故障概率fξ110.000170610.06525039220.0003411920.06525039230.0005117440.065250392.........3940.0650163630.0652503923950.0651758810.0652503923960.0653353710.065250392
[0190]
当t＝396min时，ξ1≤f，发生故障，在表7第n行的“是否发生故障”列中填入1，将仿真时刻t记录到表7第n行的“仿真停止时间”列中，并继续步骤(5)；
[0191]
仿真轮次是否发生故障仿真停止时间(min)故障模式故障是否可检11396
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[0192]
故障抽样：比对ξ2和表6中的频数比区间，ξ2＝0.273111833，落在天线组件故障频数比区间内，该故障为抽中的故障，将抽中故障记录到表7第n行的“故障模式”列中，同时在产品的扩展petri网模型中，将正常状态与故障库所之间的延时变迁激活，参见图4，将令牌传递到抽中的故障模式库所中。
[0193]
仿真轮次是否发生故障仿真停止时间(min)故障模式故障是否可检11396天线组件故障
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
[0194]
检测判别：参见图5，在产品的扩展petri网模型中，将所有传播变迁设置为激活状态，让令牌向后所有分支传递，直到各分支末端库所，判断存在具有令牌的测试库所。若存在，则该故障为可检测故障，在表7第n行的“故障是否可检”列填数值1；若不存在，则该故障为不可检测故障，在表7第n行的“故障是否可检”列填数值0。
[0195]
仿真轮次是否发生故障仿真停止时间(min)故障模式故障是否可检11396天线组件故障1
ꢀꢀꢀꢀꢀ
[0196]
仿真轮次n＝n+1＝1+1＝2，并跳转至步骤3.3
[0197]
按照上述步骤计算，100次仿真结果如下所示：
[0198]
[0199]
[0200]
[0201][0202]
步骤四：基于仿真数据的可靠性测试性参数统计
[0203]
步骤4.1统计累计运行时间ta：将表7中的“仿真停止时间”列数值求和，得到多次仿真的累计运行时间ta。
[0204]
ta＝46597min＝776.6167h
[0205]
步骤4.2统计累计故障次数na：将表7中的“是否发生故障”列数值求和，得到多次仿真的累计故障次数na。
[0206]
na＝8
[0207]
步骤4.3统计累计可检测故障数n
ta
：将表7中的“故障是否可检”列数值求和，得到
多次仿真的累计可检测故障数n
ta
。
[0208]nta
＝8
[0209]
步骤4.4计算平均故障间隔时间和故障检测率。
[0210]
(1)平均故障间隔时间评估
[0211][0212]
(2)故障检测率评估
[0213][0214]
本发明提供的基于扩展petri网的产品可靠性与测试性评估方法及系统能够准确地进行可靠性与测试性评估。
[0215]
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0216]
当然，本发明还可以有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可以根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种基于扩展petri网的产品可靠性与测试性评估方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤s1：可靠性与测试性集成模型建模数据准备；准备的数据包括产品名称、产品任务时长、产品内参与工作的各单元名称、单元任务时长、产品内参与工作的各单元故障名称、单元任务时间、单元故障率、归一化故障率、测试名称、测试描述以及故障传播与测试交联关系；步骤s2：建立基于扩展petri网的产品可靠性与测试性模型；所述基于扩展petri网的产品可靠性与测试性模型为：n
e
＝(p
n
，p
f
，t
d
，c，p
t
，t
p
)式中，p
n
表示产品正常状态库所，根据产品名称、产品任务时长、产品内参与工作的各单元名称、单元任务时长建立；p
f
表示产品故障模式库所，根据产品内参与工作的各单元故障名称、单元任务时间、单元故障率建立；t
d
表示正常状态库所到各故障模式库所之间的延时变迁，根据归一化故障率设置各延时变迁参数；p
t
表示测试库所，根据测试名称数据建立；c表示有向弧，无权值；t
p
表示传播变迁，根据故障传播与测试交联关系；步骤s3：产品任务执行中进行故障随机抽样仿真；通过基于扩展petri网的产品可靠性与测试性模型进行产品任务执行与故障随机抽样仿真；步骤s4：基于仿真数据的产品可靠性与测试性评估；通过仿真数据计算平均故障间隔时间和故障检测率，通过平均故障间隔时间评估可靠性，通过故障检测率评估测试性。2.根据权利要求1所述的基于扩展petri网的产品可靠性与测试性评估方法，其特征在于，步骤s1中，所述归一化故障率的计算方法为：式中，λ
i
为单元归一化故障率，t
i
为单元任务时间，t
s
为产品任务时长，λ
′
i
为单元故障率。3.根据权利要求1所述的基于扩展petri网的产品可靠性与测试性评估方法，其特征在于，所述故障传播与测试交联关系，为第一元素按照传播方向向第二元素的传播变迁；所述第一元素包括单元故障名称和测试名称中的一个；所述第二元素包括单元故障名称和测试名称中的一个或多个，当第一元素为测试名称时，第二元素为无。4.根据权利要求1-3任意一项所述的基于扩展petri网的产品可靠性与测试性评估方法，其特征在于，步骤s2中，所述基于扩展petri网的产品可靠性与测试性模型中，产品正常状态库所采用“正常”表示，将产品正常状态库所通过有向弧与产品故障库所连接，所述产品故障模式库所以“fm_故障名称”命名；并在有向弧上设置延时变迁参数；所述测试库所以“tp_测试名称”命名，按照传播变迁与产品故障模式库所通过有向弧连接。5.根据权利要求4所述的基于扩展petri网的产品可靠性与测试性评估方法，其特征在于，步骤s3中，所述产品任务执行中进行故障随机抽样仿真的具体步骤如下：步骤3.1：产品故障率、频数比区间初始化；计算产品故障率，计算公式为：
式中，λ
s
为产品故障率，λ
i
为单元归一化故障率，n是单元数量；计算频数比区间；首先计算频数比，计算公式为：式中，f
i
为故障模式的频数比，λ
i
为单元归一化故障率，λ
s
为产品故障率；根据频数比累加原则，确定各故障模式的频数比区间；步骤3.2：仿真参数初始化；设置仿真时长、仿真总次数n、仿真步长，初始化当前仿真次数为n＝1、仿真时刻t＝0和仿真数据记录表；并在基于扩展petri网的产品可靠性与测试性模型中，对产品正常状态库所中初始化一个令牌；步骤3.3：判断是否执行仿真，如果仿真次数n＞n，则全部仿真次数完成，结束仿真，直接跳转至步骤s4；如果仿真次数n≤n，采用excel中的rand函数生成两个[0，1]之间的均匀分布随机数ξ1、ξ2：步骤3.4：按仿真步长递增方式完成一次仿真；确定当前仿真时刻，计算公式为：t＝t+τ式中，t为仿真时刻，τ为仿真步长；判别当前仿真时刻t是否大于仿真时长t，如果t＞t，则本次仿真终止，更新仿真次数n＝n+1，并跳转至步骤3.3；如果t≤t，则进入步骤3.5；步骤3.5：按照指数分布计算t时刻的故障概率f为：式中，f为故障概率，λ
s
为产品故障率，t为仿真时刻；将故障概率f与随机数ξ1进行比对，如果ξ1＞f，则未发生故障，跳转到步骤3.4；如果ξ1≤f，则发生故障，记录此时的仿真时刻t；将频数比区间与随机数ξ2进行比对，确定随机数ξ2落入哪类故障模式的频数比区间内，则该故障模式为抽中的故障，记录该故障名称，同时在基于扩展petri网的产品可靠性与测试性模型中，将产品正常状态库所与产品故障模式库所之间的延时变迁激活，将令牌传递到抽中的产品故障模式库所中；在基于扩展petri网的产品可靠性与测试性模型中，将所有传播变迁设置为激活状态，让令牌向后所有分支传递，直到各分支末端库所，判断是否存在具有令牌的测试库所；若存在，则该故障为可检测故障，若不存在，则该故障为不可检测故障；令仿真次数n＝n+1，并跳转至步骤3.3。6.根据权利要求5所述的基于扩展petri网的产品可靠性与测试性评估方法，其特征在于，所述仿真数据记录表中记载仿真次数、是否发生故障、仿真停止时间、故障模式和故障是否可检测；所述仿真次数为n的值；所述是否发生故障中，当发生故障记为1，未发生故障记为0；所述仿真停止时间中，当发生故障时，仿真停止时间中记录当前仿真时刻t；所述故障模式中，记录发生故障的故障名称；所述故障是否可检测中，当故障为可检测故障时，记为1，当故障为不可检测故障时，记为0。7.根据权利要求6所述的基于扩展petri网的产品可靠性与测试性评估方法，其特征在
于，步骤s4中，首先通过仿真数据统计累计运行时间t
a
、累计故障次数n
a
和累计可检测故障数n
ta
；所述累计运行时间t
a
根据仿真数据记录表中的“仿真停止时间”求和计算；所述累计故障次数n
a
根据仿真数据记录表中的“是否发生故障”求和计算；所述累计可检测故障数n
ta
根据仿真数据记录表中的“故障是否可检测”求和计算。8.根据权利要求7所述的基于扩展petri网的产品可靠性与测试性评估方法，其特征在于，所述平均故障间隔时间和故障检测率的计算公式分别为：于，所述平均故障间隔时间和故障检测率的计算公式分别为：式中，t
bf
为平均故障间隔时间点估计值；γ
fd
为故障检测率点估计值。9.一种基于扩展petri网的产品可靠性与测试性评估系统，其特征在于，用于实现权利要求1-8任意一项所述的基于扩展petri网的产品可靠性与测试性评估方法，具体包括：数据存储模块，用于存储的数据包括产品名称、产品任务时长、产品内参与工作的各单元名称、单元任务时长、产品内参与工作的各单元故障名称、单元任务时间、单元故障率、归一化故障率、测试名称、测试描述以及故障传播与测试交联关系；可靠性与测试性模型仿真模块，能够采用基于扩展petri网的产品可靠性与测试性模型进行产品任务执行与故障随机抽样仿真；所述基于扩展petri网的产品可靠性与测试性模型具体为：n
e
＝(p
n
，p
f
，t
d
，c，p
t
，t
p
)式中，p
n
表示产品正常状态库所，根据产品名称、产品任务时长、产品内参与工作的各单元名称、单元任务时长建立；p
f
表示产品故障模式库所，根据产品内参与工作的各单元故障名称、单元任务时间、单元故障率建立；t
d
表示正常状态库所到各故障模式库所之间的延时变迁，根据归一化故障率设置各延时变迁参数；p
t
表示测试库所，根据测试名称数据建立；c表示有向弧，无权值；t
p
表示传播变迁，根据故障传播与测试交联关系；可靠性与测试性评估模块，用于根据可靠性与测试性模型仿真模块的数据计算平均故障间隔时间和故障检测率，通过平均故障间隔时间评估可靠性，通过故障检测率评估测试性。10.根据权利要求9所述的基于扩展petri网的产品可靠性与测试性评估系统，其特征在于，所述数据存储模块中，当产品名称为机载天线系统时，产品内参与工作的各单元名称包括电源模块、天线组件、收放落位装置、驱动控制单元、屏蔽箱和显控台；测试名称包括电源测试、信号测试、控制测试和自检。

技术总结
本发明提供了一种基于扩展Petri网的产品可靠性与测试性评估方法及系统，涉及产品可靠性与测试性评估的技术领域，解决了现有技术中的解析式预计方法难以准确评估产品的可靠性与测试性的技术问题。该方法包括：可靠性与测试性集成模型建模数据准备；建立基于扩展Petri网的产品可靠性与测试性模型；产品任务执行中进行故障随机抽样仿真；基于仿真数据的产品可靠性与测试性评估。本发明能够利用扩展Petri网建立可靠性测试性集成模型，使模型能够准确反映产品正常与故障的概率关系、故障传播与故障测试交联关系；同时利用随机仿真获得产品故障前时间、故障模式数据、测试性诊断结果数据，进而可以评估产品的可靠性、测试性参数。数。数。


技术研发人员：孔德景 刘婧成 李乐晓 赵诺 胡刚 于静 石君友
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七二二研究所
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/10/15