張釗旭, 王志杰, 李建辰, 王貴奇, 許 軍, 楊進(jìn)候

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基于搜尋者算法的測試性優(yōu)化分配方法

張釗旭1,2, 王志杰1, 李建辰1,2, 王貴奇1, 許 軍1, 楊進(jìn)候1

(1. 中國船舶重工集團(tuán)公司 第705研究所, 陜西 西安, 710077; 2 .水下信息與控制國家重點實驗室,陜西 西安, 710077)

測試性分配是測試性設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有的分配方法存在權(quán)值計算復(fù)雜、權(quán)重確定主觀性強(qiáng)、分配結(jié)果需根據(jù)經(jīng)驗調(diào)整等不足, 不能準(zhǔn)確反映產(chǎn)品的實際情況。為此, 文中利用搜尋者優(yōu)化算法(SOA)全局搜索能力強(qiáng), 收斂速度快、魯棒性好的優(yōu)勢, 將產(chǎn)品的全壽命周期費用作為目標(biāo)函數(shù), 同時考慮多種相關(guān)影響因素, 提出基于SOA算法的測試優(yōu)化分配方法。最后, 通過對魚雷控制系統(tǒng)中41組件的故障檢測率(FDR)指標(biāo)進(jìn)行分配, 驗證了該方法的可行性, 該方法可為測試性優(yōu)化設(shè)計提供參考。

魚雷; 測試性優(yōu)化分配; 全壽命周期費用; 搜尋者優(yōu)化算法(SOA)

0 引言

測試性分配是將系統(tǒng)的測試性指標(biāo)逐級分配到規(guī)定的較低的功能層次——可更換單元或部件, 從而明確系統(tǒng)各功能層次的測試性指標(biāo)要求, 作為各功能層次測試性設(shè)計的要求, 用于指導(dǎo)設(shè)計師對測試資源進(jìn)行優(yōu)化配置, 便于開展測試性設(shè)計[1]。

傳統(tǒng)的測試性分配方法如經(jīng)驗分配法完全依賴分配者的經(jīng)驗, 主觀性強(qiáng); 等值分配法未考慮相關(guān)影響因素, 直接使各組成單元的分配額等于系統(tǒng)的測試性指標(biāo); 故障率分配法僅以系統(tǒng)各組成單元的故障率為分配權(quán)重進(jìn)行比例分配, 所需數(shù)據(jù)較少, 但是當(dāng)各組成單元的故障率差別較大時, 分配結(jié)果不合理, 需要人工進(jìn)行調(diào)整。田仲[2]從工程實用角度出發(fā), 分別提出了按復(fù)雜度、重要度、加權(quán)和有部分老產(chǎn)品時的4種用于不同情況下的測試性分配方法。張延生等[3]則在考慮測試資源約束條件下, 利用遺傳算法(genetic algorithm, GA)對測試性指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化分配, 但對GA算法并未進(jìn)行深入分析。

文中利用搜尋者算法[4](seeker optimization algorithm, SOA)全局搜索能力強(qiáng), 收斂速度快、魯棒性好的優(yōu)勢, 將全壽命周期費用作為目標(biāo)函數(shù), 同時考慮多種影響因素, 提出基于SOA算法的測試優(yōu)化分配方法, 并對魚雷控制系統(tǒng)中的41組件進(jìn)行故障檢測率(fault detection rate, FDR)指標(biāo)分配, 驗證了該方法的可行性。

1 測試性優(yōu)化分配的數(shù)學(xué)描述

1.1 測試性分配數(shù)學(xué)模型

測試性分配是從整體到局部、從上到下的指標(biāo)分解過程, 且需要隨著產(chǎn)品的設(shè)計研制進(jìn)程逐步深入不斷修正, 以使指標(biāo)分配結(jié)果更加合理。測試性分配問題在數(shù)學(xué)上可描述為[5]

1.2 測試性優(yōu)化分配模型

測試性優(yōu)化分配可以描述為在給定系統(tǒng)測試性指標(biāo)及相關(guān)約束條件下, 使得全部費用最小[6]。

2 基于SOA算法的測試性優(yōu)化分配

2.1 SOA算法

SOA算法是進(jìn)化算法研究領(lǐng)域的一種新型群體智能算法, 以搜索隊伍為種群, 搜尋者位置為候選解, 通過模擬人的智能搜索行為(包括“利己行為”、“利他行為”及“預(yù)動行為”)和不確定推理, 確定搜索步長和方向, 完成搜索者位置的更新, 進(jìn)而實現(xiàn)對優(yōu)化問題的求解[7]。

2.2 適應(yīng)度函數(shù)構(gòu)造

根據(jù)式(2)中測試性優(yōu)化分配的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建目標(biāo)函數(shù), 并采用罰函數(shù)方法描述約束條件, 得到適應(yīng)度函數(shù)

2.3 SOA算法實現(xiàn)流程

3 案例驗證

1) 目標(biāo)函數(shù)

表1 各分組件的故障率li、任務(wù)失敗率Ri、風(fēng)險指數(shù)hi和平均故障修復(fù)時間Mi取值

因此, 41組件的全壽命周期費用

通過以上分析, 得到目標(biāo)函數(shù)

表2 全壽命周期各部分費用取值

2) 約束條件

3) 計算分析

將SOA與GA的計算結(jié)果對比, 如表3所示。

表3 SOA與遺傳算法(GA)計算結(jié)果對比

分析可得, 采用SOA算法對魚雷控制系統(tǒng)41組件進(jìn)行FDR指標(biāo)分配, 在滿足約束條件下, 與GA算法的計算結(jié)果相比, 其收斂速度更快, 且全壽命周期費用更小。

4 結(jié)束語

文中對測試性優(yōu)化分配問題進(jìn)行了數(shù)學(xué)描述并給出了優(yōu)化分配的數(shù)學(xué)模型。在介紹SOA算法基礎(chǔ)上, 基于罰函數(shù)方法構(gòu)建了適應(yīng)度函數(shù), 并給出了SOA算法求解優(yōu)化分配問題的流程。最后, 以LCC為目標(biāo)函數(shù), 綜合考慮故障率、任務(wù)失敗率、風(fēng)險指數(shù)、MTTR的影響約束, 對魚雷控制系統(tǒng)的41組件進(jìn)行FDR指標(biāo)分配, 并與GA算法的計算結(jié)果進(jìn)行對比分析, 驗證了該方法的可行性。

文中所建立的LCC函數(shù)和約束條件中相關(guān)參數(shù)的取值以經(jīng)驗值為主。后續(xù)應(yīng)采集更加豐富的數(shù)據(jù)(如費用、故障檢測時間及隔離時間等), 對LCC函數(shù)和約束條件進(jìn)行完善, 使得測試性指標(biāo)的分配結(jié)果更加符合產(chǎn)品的實際情況。

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(責(zé)任編輯: 許 妍)

Optimal Allocation Method of Testability Based on Seeker Optimization Algorithm

ZHANG Zhao-xu1,2, WANG Zhi-jie1, LI Jian-chen1,2, WANG Gui-qi1, XU Jun1, YANG Jin-hou1

(1. The 705 Research Institute, China Shipbuilding Industry Corporation, Xi′an 710077, China; 2. Science and Technology on Underwater Information and Control Laboratory, Xi′an 710077, China)

Testability allocation is an essential part in the design of testability. The existing testability allocation methods have such disadvantages as complicated weight calculation, subjective determination of weight, and allocation results needing adjustment according to experience, which cannot reflect actual status of product accurately. In this paper, the seeker optimization algorithm(SOA), which has the advantages of good global searching capability, fast convergence and strong robustness, is employed to propose an SOA-based optimal allocation method of testability by taking the life cycle cost as an objective function and weighing the related influencing factors. The effectiveness and feasibility of the proposed method is verified by allocating the fault detection rate(FDR) among forty-one components in a torpedo control system. This research may provide a reference for optimization design of testability.

torpedo; optimal allocation of testability; life cycle cost; seeker optimization algorithm(SOA)

TJ630.6; TP301.6

A

2096-3920(2018)01-0053-04

10.11993/j.issn.2096-3920.2018.01.009

張釗旭, 王志杰, 李建辰, 等. 基于搜尋者算法的測試性優(yōu)化分配方法[J]. 水下無人系統(tǒng)學(xué)報, 2018, 26(1): 53-56.

2017-07-17;

2017-08-26.

張釗旭(1993-), 男, 在讀碩士, 主要研究方向為魚雷總體技術(shù).