基于IEEE1232协议的电路故障诊断软件开发解读

1、电子科技大学UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA硕士学位论文MASTER THESIS论文题目 基于 IEEE1232 协议的电路故障诊断软件开发学 科 专 业 测试计量技术及仪器 学 号201021070108作 者 姓 名 王雪锦指 导 教 师黄建国 教授分类号密级UDC注1学位论文基于 IEEE1232 协议的电路故障诊断软件开发（题名和副题名）王雪锦指导教师（作者姓名）黄建国教授电子科技大学成都申请学位级别（姓名、职称、单位名称）硕士 学科专业 测试计量技术及仪器提交论文日期2013.5.15 论文答辩日期20

2、13.5.27学位授予单位和日期 电子科技大学2013 年 6 月答辩委员会主席评阅人注 1：注明国际十进分类法 UDC 的类号。DEVELOPMENT OF CIRCUIT FAULTDIAGNOSIS SOFTWAREBASED ONIEEE1232 PROTOCOLA Master Thesis Submitted toUniversity of Electronic Science and Technology of ChinaMajor:Measuring and Testing TechnologiesAuthor: Wang XuejinAdvisor : Prof. Huang

3、 JianguoSchool:School of Automation Engieering独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示谢意。作者签名： 日期： 年 月 日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论 文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅

4、和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名： 导师签名：日期： 年 月 日摘要摘要电子设备已广泛应用于现代社会的科研、生产和生活领域。随着电子设备复 杂程度的提高，结合了有效故障诊断技术的测试系统已成为电子设备可靠运行的 重要保障。为规范测试诊断过程和方便诊断数据的交换， IEEE制定了测试和诊断 领域的通用标准 IEEE1232标准。通过研究 IEEE1232标准和现有故障诊断技术， 本文开发了具有标准接口的故障树方法的电路故障诊断系统，实现了诊断与

5、 TPS 的分离以及诊断知识的共享，克服了传统测试系统中诊断模块移植性差、诊断数 据难以交换等缺点，这对于数据交换和电路故障诊断都有重要意义。本文开发的 电路故障诊断系统由三部分组成：故障树图绘制模块、故障树模型转换模块和诊 断推理模块。对电路进行故障树分析，首先要得到待测电路的故障树图。开发的故障树图 绘制模块嵌入了图形化的 Visio控件，并参考 GJB/Z768A-1998标准设计了绘图模具。 允许用户像在 Microsoft Visio 中绘制流程图一样编辑故障树图，把模具形状拖入绘 图页面即可。故障树图包含的信息只有转换为交换文件才能在标准接口的诊断推理机之间 共享。通过研究 IEE

6、E1232标准有关故障树模型的定义，分析故障树图与故障树诊 断信息模型 FTM 之间的关系，开发了 FTM转换模块，完成了故障树图到 FTM交换 文件的转换。 FTM 交换文件包含了被测电路的诊断知识，由推理机解析，对诊断 推理起指导作用。为支持完整的诊断过程，按照 IEEE1232标准设计了推理机的内部组件及通信 接口，并开发了推理机的客户程序，以对诊断过程进行控制并提供测试支持。最后，将开发的故障诊断软件集成到一个自动测试系统中，并使用模拟电路 板对其进行了功能验证。验证结果表明：转换的交换文件包含了与故障树图一致 的信息；推理机亦能根据被测电路的交换文件定位故障。电路故障诊断软件的各 项

7、基本功能都达到了预期目标。关键词： 电路故障诊断，故障树， IEEE1232，诊断推理机ABSTRACTABSTRACTElectronic devices have been widely used in areas of scientific research, production and life in modern society. With the increaing complexity of electronic devices, automatic test system combined with effective fault diagnosis method has b

8、ecome the important guarantee for reliable operation of electronic devices. To regulate diagnostic process and faciltate diagnostic data exchange, IEEE formulated a general criteria for test and diagnosis areas, namely IEEE1232 protocol. Through studying IEEE1232 protocol and existing fault diagnosi

9、s methods, a circuit fault diagnosis system with standardized interfaces based on fault tree method is developed, which realizes the isolation of TPS and diagnosis module and diagnostic knowledge sharing, and overcomes the disadvantages of traditional ATS such as poor portability. It is composed of

10、three parts: fault tree drawing module, model transformation module and diagnostic reasoning module.Do fault tree analysis on circuit, first is to get its fault tree diagram. Fault tree drawing tool embeds the Visio drawing control, and provides drawing stencil shapes, allowing users to draw as they

11、 do in Microsoft Visio, simply die the shape onto the drawing page.Only fault tree diagrams converted to exchange files can they share between diagnostic reasoners with standard interfaces. By research on fault tree information model of IEEE1232 standard, the model transformation module is designed

12、to transform fault tree diagrams to exchange files. Exchange files contain diagnostic knowledge of the circuit under test, and are loaded by reasoners to guide resoning flow.According to IEEE1232 standard, reasoner s internal components and communication interfaces are designed and realized, as well

13、 as its client program to control diagnostic process and support test.Finally, the diagnosis software is integrated into a test system and verificated by an analog circuit. Verification results show that exchange files contain the same information as the fault tree diagram and the reasonesr able to

14、locate fault componentsABSTRACTaccording to FTM exchange files. The design of circuit fault diagnostic software meets expectations, achieving transplantation of both diagnostic knowledge and diagnostic module.Keywords: circuit fault diagnosis, fault tree, IEEE1232, reasoner目录目录 TOC o 1-5 h z HYPERLI

15、NK l bookmark16 o Current Document 第一章 绪论 1. HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 课题背景 1. HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 电路故障诊断技术的现状 1. HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 人工智能故障诊断方法分析 2. HYPERLINK l bookmark24 o Current Document IEEE1232 标准的提出 2. HYPERLINK l bookmark26 o Curre

16、nt Document 研究目的及意义 3. HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 研究目标及内容 4. HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 研究目标 4. HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 研究内容 4. HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 第二章 软件设计需求与总体设计 6. HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 故障诊断软件的基本功能 6. HYPERL

17、INK l bookmark38 o Current Document 故障诊断软件的技术需求分析 7. HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 故障树分析的模型化 8. HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 诊断记录的模型化 1.1 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 诊断模块接口的标准化 1.2 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 故障诊断软件的系统架构 1.3 HYPERLINK l bookmark48

18、 o Current Document 故障树图绘制模块 1.4. HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 故障树模型转换模块 1.4 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 诊断推理模块 1.4. HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 2.4 软件设计技术与性能目标 1.5 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 第三章 故障树图的绘制 1.7.Visio 模式绘图环境的设计 1.7 HYPERLINK l book

19、mark58 o Current Document ActiveX 控件介绍 1.7 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document Visio 控件的开发 1.8 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 绘图模具的开发 2.2. HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 模具形状的设计 2.2. HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 模具形状的底层绑定 2.3 HYPERLINK l bookmark68 o Current

20、Document 故障树图结构的获取 2.4 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document Visio 连接对象分析 2.4目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 图元的连接检查 2.6. HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 树型结构的获取 2.8. HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 第四章 FTM 交换文件的生成 3.1 HYPERLINK l bookmark78 o Curre

21、nt Document 交换文件的格式 3.1. HYPERLINK l bookmark80 o Current Document ISO 10303-21格式 3.1 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document ISO 10303-28格式 3.2 HYPERLINK l bookmark84 o Current Document 交换文件的主体结构 3.3 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 交换文件结构的分析 3.3 HYPERLINK l bookmark88 o Current Document

22、 交换文件结构的创建 3.5 HYPERLINK l bookmark90 o Current Document 交换文件的数据 3.7. HYPERLINK l bookmark92 o Current Document 主要数据类型映射研究 3.7 HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 交换数据的实例化 4.0. HYPERLINK l bookmark96 o Current Document 第五章 诊断推理机的开发 4.5. HYPERLINK l bookmark98 o Current Document IEEE1232 诊断推理机研

23、究 4.5 HYPERLINK l bookmark100 o Current Document 推理机的状态及服务 4.5 HYPERLINK l bookmark102 o Current Document 推理机相关数据类型研究 4.8 HYPERLINK l bookmark104 o Current Document 设计思路 5.0. HYPERLINK l bookmark106 o Current Document 诊断推理机组件的开发 5.1 HYPERLINK l bookmark108 o Current Document 诊断推理机的功能组件 5.1 HYPERLINK

24、 l bookmark110 o Current Document 推理机接口的实现 5.9. HYPERLINK l bookmark112 o Current Document 推理机客户程序的设计 6.0 HYPERLINK l bookmark114 o Current Document 设计的基本要求 6.0. HYPERLINK l bookmark116 o Current Document 客户程序的基本功能 6.1 HYPERLINK l bookmark118 o Current Document 第六章 电路故障诊断实例验证 6.4 HYPERLINK l bookmar

25、k120 o Current Document 建立故障树 6.4. HYPERLINK l bookmark122 o Current Document 生成 FTM 交换文件 6.8. HYPERLINK l bookmark124 o Current Document 验证推理机组件 6.8. HYPERLINK l bookmark126 o Current Document 第七章 结束语 7.4.致 谢 7.5.参考文献 7.6.附 录 7.8.第一章 绪论第一章 绪论1.1 课题背景电子设备和系统在现代社会的科研、生产和生活领域都得到了广泛应用。随 着电子设备和系统复杂程度的日益

26、提高，传统的手动测试检修已无法满足电路板 快速定位故障的需求。自动测试系统和故障诊断技术正逐步成为电子设备与系统 可靠运行的重要保障 1。因此，结合了有效故障诊断方法的自动测试系统的研发势 在必行。电路故障诊断技术的现状虽然近年来电路故障诊断方面提出的许多理论和方法，已在工程应用中得到 了有效验证，但与理想的故障诊断检测还有较大的差距，特别是在非线性电路的 故障诊断领域还有很多亟待解决的问题。现将它们主要的几大共性问题总结如下。故障分辨率有待提高。 当前多数电路故障诊断软件都能通过测试推理， 对 故障源进行故障定位。但由于电子设备的复杂度和集成度越来越高以及高频下元 件的非线性等各种因素，使得

27、测试点的选择受到限制。这些在一定程度上影响了 故障诊断系统对故障源的准确定位。信息量获取不足。当前多数电路故障诊断系统，只关注当前电路的信息， 由电路的当前状态得出诊断，而很少关注被测电路的历史诊断情况。除此之外， 当前电路故障诊断系统采集的测试信息多是电压、电流等电信号，忽略了温度、 电磁场等其他性质的参数。这些参数在集成电路，特别是高频电路的故障诊断中 也是很重要的参量。可移植性差。 当前测试系统的测试和诊断多数是集成在一个模块中， 没有 统一的标准接口，使得诊断模块在不同测试系统间的移植较为困难。且只能对诊 断知识中已出现的故障模式进行定位，不能处理新出现的故障模式。学习和联想 能力差。

28、电子科技大学硕士学位论文人工智能故障诊断方法分析随着电子技术的发展，传统的基于信号处理和解析模型的方法，由于信号模 型获取困难或无法建立模型，已难以满足电路故障诊断的需要。近年来发展起来 的基于知识的人工智能算法和计算机技术为电路故障诊断提供了新的思路 2。下面 对几种常见的人工智能方法作简要介绍。专家系统故障诊断方法， 是将事先存放在知识库中的知识经验， 经规则推理， 并与客户交互后，定位出最有可能的故障源。其诊断精度取决于获取的知识经验。 该方法除了公认的知识获取困难，还存在自适应能力和学习能力差的问题。模糊故障诊断方法是把不精确的描述经过“模糊”处理，映射为相对精确的 隶属空间；将较为模

29、糊的故障征兆经模糊规则映射后，定位出故障源及其置信值。 这种方法符合人的思维习惯，但对于如何选取用于“模糊”处理的隶属度函数， 目前还没有明确的准则。神经网络故障诊断方法是将故障数据送入到事先训练好的神经网络中，利用 神经网络的联想记忆和非线性映射能力，定位出故障源。神经网络诊断方法虽然 解决了很多方法无法回避的问题，但也有一些不足，如需要获取大量的训练样本、 过训练、欠训练等。故障树分析目前已广泛应用于航天、核能及化工等许多领域，是分析系统安 全性、可靠性的重要方法。它通常以研究对象最不希望发生的事件作为分析目标 （顶事件），按照研究对象的功能关系逐层展开导致顶事件发生的各个直接原因 3 （

30、中间事件），直至不可分的直接原因（底事件） 。既能定性找出故障元件，又能 定量计算各故障元件对系统的影响程度，分析系统的薄弱环节，从而优化系统设 计。且诊断技术与领域无关，只要给出故障树图，就可以实现诊断。诊断精度严 重依赖于故障树图。而故障树图的建立需要对被测系统有较深入的了解。IEEE1232 标准的提出为了规范测试诊断过程和实现诊断知识的共享， IEEE制订了人工智能应用于 系统测试与诊断领域的通用标准 IEEE1232标准，也称作 AI-ESTATE 标（Artificial Intelligence Exchange and Service Tie to All Test Envir

31、onments）4 。通过标准化诊断 推理部件（推理机）的接口，以实现 TPS与诊断的分离；通过标准化诊断知识的描 述，以达到诊断知识的共享。第一章 绪论标准为故障树分析在内的几种故障诊断方法 建立了相应的诊断信息模型 ，并 指定了两种格式来描述这些信息模型，使之成为可交换文件 。标准还 定义了符合 IEEE1232标准的诊断推理机 。交换文件由推理机解析，对诊断起指导作用。IEEE1232推理机通过服务接口与测试系统交互。推理机只负责诊断推理，测 试则由测试系统完成。 与传统的诊断和测试融合在一起不同， 诊断模块( IEEE1232 推理机)在不同测试系统间也是可互换的。若在故障树分析时，能

32、依照 IEEE1232标准生成可交换的诊断信息文件，诊断 知识将在不同测试系统间共享。如果能严格按标准实施推理机的通信接口，就可 以实现诊断模块的移植，达到测试与诊断的分离。1.2 研究目的及意义目前多数测试系统的诊断模块都是嵌入在 TPS 中，如果测试或诊断需求一旦 发生变化，就要重新开发整套 TPS，加大了无谓的工作量。且测试和诊断部分没 有统一的通信接口，一个 TPS 只能与某个或某些诊断模块配套使用，使得诊断模 块在不同测试系统间的移植较难。且被测系统诊断知识的表示格式严重依赖于本 地诊断推理模块的支持能力。诊断推理模块一般只能解析特定格式的诊断数据， 使得同一被测系统的诊断知识也难以

33、在测试系统之间共享。如果能把测试与诊断的通信接口统一下来，测试和诊断就能得到有效分离， 使得诊断模块在测试系统的移植成为可能。如果能对诊断数据的表示格式进行规 范，并使这种格式能被诊断模块支持，那么诊断知识就可实现共享。为解决上述问题， IEEE 于 2010 年重新修订了系统测试与诊断领域的通用标 准IEEE1232 标准。该协议通过统一诊断部件与测试系统的的通信接口， 实现了 TPS 与诊断的分离；通过标准化诊断知识的描述，即定义交换文件的格式，达到 诊断知识的共享。标准中定义了一些诊断信息模型，用以规范故障树方法在内的 几种常见的故障诊断方法。此外，标准明确规定了推理机的服务接口。测试系

34、统 只能通过这些接口与推理机通信，调用诊断推理机的服务完成诊断任务。国外有些研究机构和公司已按照 IEEE1232 标准开发出商业产品，如美国 QSI 公司的 RDS(remote diagnosis server产) 品的推理机， 并取得了良好的效果。 但国内 关于这方面的研究却不多，开发出的产品更是屈指可数。故障树方法由于兼顾了 基于规则和定量模型诊断的优点 5 ，为搜寻和定位系统故障提供了有效途径 2，电子科技大学硕士学位论文且 IEEE1232 标准也对故障树方法进行了相应的规范。 如果在 IEEE1232 推理机中 提供对故障树方法的支持，将有宽阔的应用前景和工程价值。虽然 IEEE

35、1232 标准把故障树方法抽象为故障树信息模型，并定义了诊断推 理模块，但要把故障树方法应用到实际的电路故障诊断中，还需要把它转换为机 器可以执行的代码。这个过程就是 IEEE1232 故障树诊断工具的开发。本文将重 点研究如何实现 IEEE1232故障树诊断工具。 只有认真研究 IEEE1232标准，并在 开发时严格按照标准实施，才能真正做到诊断知识的可交换和测试诊断的分离。 这对于自动测试系统间数据交换和电路故障诊断都有重要意义。1.3 研究目标及内容研究目标本文主要研究如何设计与实现符合 IEEE1232 标准的基于故障树分析的电路 故障诊断软件，实现诊断模块与诊断知识的移植。主要有以下

36、几方面的工作：分析软件的设计需求， 把 IEEE1232 标准应用到故障树方法的电路故障诊 断中，提出软件的总体设计。对各个功能模块加以具体设计并实现。将该诊断软件集成到测试系统中，使用模拟电路板对其进行功能验证。研究内容本文通过研究 IEEE1232 标准，提出了具有标准接口的故障诊断软件的设计 思路，实现了故障诊断与 TPS 的分离、诊断知识的共享。对现有电路故障诊断方 法进行分析之后，最终选定故障树方法作为电路的故障诊断方法，开发了基于故 障树的 IEEE1232 故障诊断软件。本文的研究内容主要有：第一章绪论，简单介绍了课题的研究背景，故障诊断技术对电子设备的 重要意义和故障树分析的相

37、关理论。接着概述了 IEEE1232 标准关于诊断知识和 诊断过程的相关规范。最后提出了本文的研究目标。第二章主要介绍电路故障诊断软件设计需求以及总体设计的相关内容。 首先对故障诊断软件的功能需求作了简要分析。然后，把 IEEE1232 标准运用到第一章 绪论软件设计中，解决了技术需求中的几个关键问题。最后，构建了 IEEE1232 故障 诊断软件的系统架构，并总结了开发过程中使用的关键技术。第三章主要介绍故障树图绘制模块的开发。 介绍了如何使用 Visio 控件开 发 Visio 模式的绘图环境，以及绘图模具的设计。然后重点研究了怎么处理并获 取故障树图结构的信息。第四章详细论述了 FTM

38、模型转换模块的设计， 完成从故障树图到可交换 模型文件的转换。首先介绍了交换文件的格式和所依据的标准，然后分步完成了 交换文件的生成。其中，重点分析了交换文件的主体结构及创建，主要数据类型 的映射与实例化，以及交换数据的生成。第五章主要对诊断推理模块(推理机)的开发作了详细论述。通过分析 IEEE1232 标准对诊断推理机的相关定义， 提出了诊断推理模块的设计思路， 由推 理机和客户程序组成。接着重点阐述了推理机的开发，对推理机的内部功能组件 及外部接口的实现都作了详细介绍。最后设计了推理机客户程序，主要用于控制 诊断过程、提供人机交互和测试信息。第六章对所开发的电路故障诊断软件进行功能验证。

39、首先对待测模拟电 路板进行原理分析，在故障树图绘制模块完成故障树图的绘制，并使用模型转换 模块将其转换为 FTM 交换文件。然后，人工设置故障，对推理机的主要功能和 交换文件的有效性进行验证。第七章对本文的主要内容以及一些尚未解决的问题作了简单总结，为下 一步的工作指明了方向。电子科技大学硕士学位论文第二章 软件设计需求与总体设计本章首先对 所开发的故障诊断软件的功能需求 作了 简要分 析。通 过把 IEEE1232 标准运用到软件设计中，解决了技术需求中的几个关键问题。接着构建 了符合 IEEE1232 标准的故障诊断软件的系统架构。 最后总结了拟使用的软件技术 和设计目标。故障诊断软件的基

40、本功能故障树的绘制故障树的绘制是故障诊断软件的重要支撑部分。 本文通过对 Visio 控件二次开 发并设计绘图使用的模具形状，为用户提供 Microsoft Visio 的绘图模式。故障树图信息的获取 故障树图包含的信息只有转换为交换文件才能在诊断模块之间共享。因此， 对故障树图信息的获取必不可少。 故障树图信息的获取主要是获取故障树图的结 构和事件图元的信息 ，为生成交换文件做准备。故障树图到交换文件的转换故障树图到交换文件的转换，主要是 按照标准使用故障树图的信息实例化故 障树诊断模型的实体 。交换文件包含了故障树图的信息，由推理机加载，对故障 诊断起指导作用。本文开发的 FTM 模型转换

41、模块暂时只支持 ISO 10303-28格式的 故障树诊断信息模型文件。必要的诊断服务 诊断模块是故障诊断软件的核心，提供诊断服务，对被测电路进行故障定位。 诊断服务必须实现的功能有：交换文件的加载解析、诊断结论的给出、诊断会话 的记录等。与测试环境的交互 本文开发的故障诊断软件中诊断模块与 TPS 是分离的，两者通过标准的接口 通信。诊断模块为测试系统提供诊断服务，而测试系统则完成推理所需的测试。 因此，两者的交互在诊断过程中是必不可少的。第二章 软件设计需求与总体设计故障诊断软件的技术需求分析为实现诊断模块与 TPS 的分离，需要标准化诊断模块与测试部分的通信接口。 IEEE1232 标准

42、统一了诊断与测试之间的通信接口，以实现诊断模块在测试系统间 的可移植。实际上， IEEE1232 标准中各个功能部件的通信都可以抽象为信息传输 服务，如图 2-1 所示。推理机与测试系统之间的交互也是通过信息传输服务完成的。为实现诊断知识在诊断模块之间共享，必须为诊断知识建立相应的信息模型、 统一诊断知识的表示格式，并且保证诊断模块有能力解析这种格式。为此， IEEE1232 标准为故障树方法在内的几种常见故障诊断方法建立了相应的诊断信息 模型。它们的层次结构如图 2-2 所示。故障树方法对应的信息模型为故障树诊断信息模型 FTM 。为了使诊断记录也 能在诊断推理模块之间共享， IEEE123

43、2 标准定义了动态上下文模型 DCM 。通用 元素模型 CEM 把测试和诊断过程的常用元素抽象为各种数据类型。 其他信息模型 都需要引用通用元素模型 CEM 的元素。各个信息模型定义的数据类型都是对实际测试诊断过程中元素的高度抽象。 所以正确理解模型中各个实体及其属性的含义和实体间的继承、引用关系是至关 重要的。若要把信息模型应用在实际故障诊断中，需要结合实际并加以具体化。本文重点研究和实现的模型为： 故障树诊断信息模型 FTM 和动态上下文模型 DCM。电子科技大学硕士学位论文CEM通用元素模型）DCM 动态上下文 模型）FTM故障树模型）BNM贝叶斯网络模型）DIMD-矩阵推理模型）DL（

44、M诊断逻辑模型）图 2-2 IEEE1232 模型结构层次IEEE1232 标准使用 EXPRESS 语言描述。在研究各种信息模型之前，必须对 EXPRESS语言有一定了解。ISO 10303-11:1994标准对 EXPRESS语言的数据类型、 语法等作了详细介绍。 EXPRESS 语言的数据类型大致可以分作五类：基本数据类 型、实体数据类型、聚合数据类型、枚举数据类型和定义数据类型。基本数据类 型有二进制 BINARY 、实数 REAL 、布尔 BOOLEAN 、字符串 STRING 、整数 INTEGER。聚合数据类型类似于 C+中的数组，有数组 ARRAY 、列表 LIST 、数 袋

45、BAG、集 SET 四种，并允许嵌套。实体类型 ENTITY 类似于面向对象语言中的 类，允许继承。实体的属性相当于类的数据成员。故障树分析的模型化为规范故障树分析方法， IEEE1232 标准建立了专门的故障树诊断信息模型 FTM 。它可以看做 一棵带有固定故障隔离策略的决策树 。 FTM 的内部结点对应于 故障诊断过程中的测试。而结点的每个分支对应于此处测试的一个可能结果。每 个可能结果都有一个下一步的决策结点。实际测试结果与哪个可能测试结果相符， 决策就指向哪个测试结果的下一个决策结点。故障树模型 FTM 将决策结点、测试结果等概念抽象为相应的实体类型。 图 2-3 是它们的 EXPRE

46、SS-G 图，描述了这些实体的引用关系。FaultTreeModel 实体：是故障树模型最高层次的抽象，代表的是整棵故障树。 它继承自 DiagnosticModel 实体，它的实例包含了被测设备的所有诊断信息。属性第二章 软件设计需求与总体设计entryPoints，是 StartingPoint 实体类型，标识了整个故障树信息模型的入口点。图 2-3 FTM 的 EXPRESS-G 图StartingPoint 实体：继承自 Action 实体。其属性 firstStep，为 FaultTreeStep类 型，代表了故障树的根节点，指向第一个决策结点。FaultTreeStep实体：表示故

47、障树中的一个决策结点。 包含了当前步骤应执行的 测试和每个可能测试结果对应的下一步决策结点的信息。其testStep属性，为 Test实体类型，用于记录当前步骤应执行的测试。 Result 属性，是一个集合，至少包含 两个 TestResult实体实例。TestResult实体：如果下一步决策结点存在，即当前决策结点不是叶结点的情 况下，该实体包含了测试结果和下一步的决策结点的组合。属性testOut，是TestOutcome实体类型，记录了当前步骤的一个可能的测试结果。属性nextStep，为可选属性，是 FaultTreeStep类型，用来标识与 testOut 相配对的下一个决策结点。

48、属性 currentDiagnosisOutcome，保存了当前步骤的诊断结论或故障信息。电子科技大学硕士学位论文FTM 模型文件是故障树图的抽象， 代表了故障树图的全部信息， 包括故障树图的结构和图元信息。图 2-4 为由这些实体组成的故障树简化示意图。根节点FaultTre属性entryPoints属性firstStep定义入口点定义测试步骤实体实体StartingFaultTreePointStep属性testSte 定义具体测Mode定l 义 根节点p试CE模M型实体Test属性result定义 可能的测试结果实体TestResult实体TestResult属性nextSte定p 义下

49、一个结点属性nextSte定p 义 下一个结点CE模M型实体Test属性testStep 定义具体测试实体FaultTreeStep内部节点属性result定义 可能的测试结果实体TestResult实体TestResul属性nextSte属性nextSte叶节点 实体FaultTreeStep属性resultnextSte为p空实体TestResul t属性testStep CE模M型 实体Test叶节点CE模M型 属性testStep 实体 实体TestFaultTreeStep叶节点实体FaultTreeStep属性testStepCE模M型实体Test属性result属性nextSte

50、p为空属性result属性空 实体TestResult实体TestResult图 2-4 FTM 实体与故障树图对应关系10第二章 软件设计需求与总体设计故障树图事件之间的逻辑关系主要体现在 FTM 的下一步决策结点 TestResult 实体的 nextStep属性中。故障树图的每个事件信息在 FTM 中以多个关联的实体存 在。顶事件可以看做根结点，由 FaultTreeModel 实体标识，作为故障树的入口点。 底事件类型的图元可以看做叶结点， 它的 TestResult实体的 nextStep属性为空， 即 下一步的决策结点为空。中间事件图元则作为中间节点。推理机加载 FTM 交换文件后

51、，首先找到入口点 FaultTreeModel 实体。然后一 层层引用获 取到 StartingPoint 实 体 的 firstStep 属性，到达 第一 个决策结点 FaultTreeStep。FaultTreeStep实体包含了当前步骤需要执行的测试信息，由其属性 testStep定义的 Test 实体标识。推理机向外部程序要求执行该测试并返回测试结果。 推理机将外部程序返回的实际测试结果与 TestResult实体中测试结果比较， 寻找与 之相符的测试结果。如果某个 TestResult实体中的测试结果与实际测试结果相同， 则此 TestResult实体匹配的 FaultTreeSte

52、p将成为下一个决策结点。 这样，推理机就 经过推理找到下一个决策结点。诊断过程更新到下一个诊断步骤。重复这些过程，直到下一步的决策结点为空。故障树模型文件遍历结束，一 次诊断结束。每一个步骤，推理机可能会有一些诊断结论、故障信息或维修建议 返回给外部程序。诊断记录的模型化通过被测设备的历史诊断记录，测试人员可以进一步了解被测系统，对当前 的故障诊断也有一定的指导意义。为了使诊断记录能在诊断模块之间共享， IEEE1232 定义了动态上下文模型 DCM 。动态上下文模型主要用于记录诊断会话过程，也是一种可交换的信息模型。 通过对诊断过程的抽象， DCM 模型可用于记录所有诊断过程。动态上下文模型

53、的 数据在诊断过程中会不断更新。诊断会话的过程就是对被测对象进行测试诊断直至 故障隔离 的过程。诊断会 话由多个步骤组成。每个诊断步骤，可能需要执行一个或多个测试。根据测试结 果进行诊断推理，更新到下一个诊断步骤。 DCM 将记录所有诊断步骤、每个步骤 下执行的测试以及对应的测试结果。故障树信息模型的诊断会话中， FTM 的一个决策结点与 DCM 的一个诊断步 骤对应。从 FTM 交换文件的一个决策结点更新到下一个决策结点时， DCM 内将 添加一个新的诊断步骤并使之成为当前的诊断步骤。11电子科技大学硕士学位论文为支持诊断会话的记录， DCM 定义了一些实体类型，如 ActualSystem

54、Item 和 Session。以下是对它们的简单介绍。ActualSystemItem：标识当前的被测系统。ServiceState：记录推理机服务的完成状态。ActiveAction ：记录外部程序已经执行的一个行为（包括测试） 。ActualOutcome：记录诊断会话中已执行行为的结果，包括测试结果。Session：是诊断会话的抽象。属性 modelForDiagnosis 标识诊断过程使用的诊 断模型，如 FaultTreeModel的实例。属性 trace是 STEP实体类型的列表，顺序记 录诊断会话的步骤。属性 diagnosedItem，是 ActualSystemItem 类型

55、，代表诊断会 话中的被测系统单元。Step：是诊断会话中步骤的抽象。属性 actionsPerformed是 ActiveAction 的列 表，记录该步骤执行的所有测试和行为。 属性 outcomesObserved 是 ActualOutcome 的集合，标识了当前步骤的所有测试结果。 serviceLog 和 availableResources属性都 是可选属性，前者用来记录当前步骤调用的服务的状态信息，后者记录了当前步 骤的可用资源。诊断模块接口的标准化符合 IEEE1232标准的故障诊断系统应至少包括两部分： 诊断推理机 和客户程 序（测试系统）。测试系统和推理机是客户 /服务器模

56、式。推理机为服务器程序，测 试系统为客户程序。推理机通过标准的接口为测试系统提供诊断服务。客户程序 或测试系统通过这些接口为推理机提供测试和其他信息的支持。两者只能通过 IEEE1232 标准规定的的服务接口通信，如图 2-5 所示。IEEE客户程序1232诊断（测试系接口推理机统）（服务）图 2-5 IEEE1232 推理机与客户程序IEEE1232 标准对推理机提供的诊断服务进行了封装，服务的底层实现细节不 为客户程序所见。它明确定义了服务的名称、输入、输出参数和功能，这些都是12第二章 软件设计需求与总体设计符合 IEEE1232 标准的推理机必须严格遵从的。 正是这些统一的通信接口保证

57、了诊 断推理机的可移植，实现了诊断与 TPS 的分离。故障诊断软件的系统架构符合 IEEE1232 标准的故障诊断系统至少应有两部分组成： 测试系统和诊断推 理模块。推理机只提供诊断服务，负责诊断推理。诊断推理需要的测试数据和得 出的诊断结论由通信服务接口负责在推理机和测试系统间传输。本文设计的故障树电路诊断工具的总体架构如图 2-6 所示，主要有三大模块构 成：故障树图绘制模块、故障树模型转换模块和诊断推理模块。故障树图 绘制模块测试环境图 2-6 故障树电路诊断工具总体架构 首先，对被测电路进行原理分析，在故障树图绘制模块提供的绘图环境下完 成被测电路的故障树图和故障树图相关信息的配置存储

58、。 之后调用 FTM 模型转换 模块将故障树图转换成可交换的 FTM 文件。即将获取的故障树图的信息加以综合， 实例化 FTM 中的实体。最后，由应用程序调用推理机的诊断服务，加载故障树模 型文件、请求测试结果、进行诊断推理、返回诊断结论等。这期间需要与测试环 境交互，以获取测试的支持。推理机的诊断服务提供对诊断会话的记录，把诊断 过程的记录写入 DCM 文件。如果已经获取到被测设备的 FTM 交换文件，可以跳 过前两步，直接使用诊断推理模块进行故障定位。13电子科技大学硕士学位论文故障树图绘制模块故障树图绘制模块主要完成故障树图的打开、绘制、修改和相关信息的配置 存储。故障树图是由代表逻辑门

59、和事件的形状符号经连接线连接而成的图形。为 方便绘图，本文开发的故障树图绘制模块把 Microsoft Visio 控件嵌入应用程序中， 并对其进行了二次开发。由根据 GJB/Z 768A-1998 标准对逻辑图元和事件图元的 定义，设计了故障树图的模具形状，并对各个形状进行底层绑定，使它们不只是 一个符号，赋予它们事件或逻辑意义。从而，用户可以像在 Visio 中绘制流程图一 样，拖曳模具形状到绘图页即完成故障树图的绘制。故障树图包含的信息只有转换为交换文件，才能在诊断模块之间共享。故障 图完成后，就应当获取它的信息，为生成交换文件做准备。故障树图信息的获取 主要是获取故障树图的结构和事件图

60、元的信息，将在故障树图绘制环境下完成。故障树模型转换模块故障树模型转换模块将故障树图文件 (.vsd)转换为 FTM 交换文件 (.xml) 。FTM 交换文件具有移植性，可以被所有支持故障树模型的 IEEE1232 推理机解析。IEEE1232标准使用 EXPRESS语言描述。 EXPRESS语言适合建模， 但不是常 用的数据交换语言。为此， IEEE1232 标准定义了交换文件的两种格式： 使用 ISO 10303-21:1994标准对 EXPRESS语言进行编码， 或者按照 ISO 10303-28:2007标准 使用 XML 语言描述。 本文开发的模型转换模块暂时只支持后者。不管哪种交