一种核电站设备测试方法和相关装置与流程

1.本发明涉及核电站设备测试技术领域，尤其是涉及一种核电站设备测试方法和相关装置。


背景技术：

2.在核电站中，通过数字化控制系统(digital control system，dcs)提高核电站可靠性和工作效率。随着设备复杂程度的不断增加，系统的故障概率大幅提高。对于复杂的电子装备，其检测及隔离故障时间占维修时间的大半。而在dcs设计初期，对dcs可靠性考虑较多，dcs的维修问题逐渐成为需要面临的重要问题。
3.目前，核电厂是主要通过检修人员在发现dcs设备故障后，调阅大量相关的支持性文件，针对设备故障进行风险分析，再给出相应的解决方案，不仅依赖人工经验，还使故障定位效率不高、故障检测率和故障隔离率较低。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本技术提供一种核电站设备测试方法和相关装置，用于提高故障定位效率、故障检测率和故障隔离率。
5.本技术第一方面提供一种核电站设备测试方法，所述方法包括：
6.获取被测设备的测试点和功能模式，所述功能模式用于表征所述被测设备功能的基本单元；
7.根据所述测试点和所述功能模式构建所述被测设备的相关性矩阵，所述相关性矩阵的列数与所述测试点的数量相同，所述相关性矩阵的行数与所述功能模式的数量相同，所述相关性矩阵中第ij个元素为在第j个测试点测试第i个功能模式的故障结果；
8.若所述相关性矩阵中具有相同的列，则所述相同的列对应的测试点互为冗余；若所述相关性矩阵中具有相同的行，则所述相同的行对应的功能模式互为模糊。
9.可选的，所述根据所述测试点和所述功能模式构建所述被测设备的相关性矩阵，包括：
10.获取功能信息传递方向，以及在所述测试点测试所述功能模式的故障结果；
11.按照所述功能信息传递方向排列对应的故障结果，获得所述被测设备的相关性矩阵。
12.可选的，所述方法还包括：
13.获取第一级别被测设备的相关性矩阵；
14.若所述第一级别被测设备的相关的相关性矩阵中存在冗余行或冗余列，获取第二级别被测设备的测试点和功能模式，所述第二级别被测设备对应的级别低于所述第一级别被测设备对应的级别；
15.根据所述第二级别被测设备的测试点和功能模式构建所述第二级别被测设备的相关性矩阵。
16.可选的，所述方法还包括：
17.若所述相关性矩阵中目标行对应的故障结果均为未故障，增加目标测试点测试所述目标行对应的功能模式的故障结果。
18.可选的，所述方法还包括：
19.删除所述相关性矩阵中的冗余列和冗余行，获得简化相关性矩阵；
20.若增加隔离用测试点，根据所述隔离用测试点和所述简化相关性矩阵获得隔离用相关性矩阵；
21.若所述隔离用相关性矩阵中具有相同的行，则所述隔离用测试点无效。
22.可选的，所述方法还包括：
23.获得故障检测率和/或故障隔离率；
24.若所述故障检测率低于检测阈值，调整所述被测设备的测试方式，若所述故障隔离率低于隔离阈值，调整所述被测设备的测试方式。
25.可选的，所述调整所述被测设备的测试方式，包括：
26.增加和/或删除测试点，或，
27.更新测试检测与数据获取方式，或，
28.更换故障定位分析方式。
29.本技术第二方面提供一种核电站设备测试装置，所述装置包括：获取单元、构建单元和判断单元；
30.所述获取单元，用于获取被测设备的测试点和功能模式，所述功能模式用于表征所述被测设备功能的基本单元；
31.所述构建单元，用于根据所述测试点和所述功能模式构建所述被测设备的相关性矩阵，所述相关性矩阵的列数与所述测试点的数量相同，所述相关性矩阵的行数与所述功能模式的数量相同，所述相关性矩阵中第ij个元素为在第j个测试点测试第i个功能模式的故障结果；
32.所述判断单元，用于若所述相关性矩阵中具有相同的列，则所述相同的列对应的测试点互为冗余；若所述相关性矩阵中具有相同的行，则所述相同的行对应的功能模式互为模糊。
33.本技术第三方面提供一种计算机设备，所述设备包括处理器以及存储器：
34.所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
35.所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行第一方面任意一项所述的方法。
36.本技术第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序用于执行第一方面任意一项所述的方法。
37.相对于现有技术，本技术上述技术方案的优点在于：
38.获取被测设备的测试点和功能模式，功能模式用于表征被测设备功能的基本单元，根据测试点和功能模式构建被测设备的相关性矩阵，其中，相关性矩阵的列数与测试点的数量相同，相关性矩阵的行数与功能模式的数量相同，相关性矩阵中第ij个元素为第j个测试点测试第i个功能模式的故障结果，即相关性矩阵中的每一行表示针对一个功能模式，每一个测试点测试功能模式的故障结果，每一列表示针对一个测试点，测试每一个功能模式的故障结果。由此，通过相关性矩阵可以分析出被测试设备当前的测试方式是否合理。具
体地，若相关性矩阵中具有相同的列，则相同的列对应的测试点互为冗余；若相关性矩阵中具有相同的行，则相同的行对应的功能模式互为模糊，从而有针对性的增加或删除测试点，以调整被测试设备的测试结构，从而通过改进后的测试结构快速定位故障，提高故障定位效率、故障检测率和故障隔离率。
附图说明
39.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
40.图1为本技术实施例提供的一种核电站设备测试方法的流程图；
41.图2为本技术实施例提供的一种相关性图示模型的示意图；
42.图3为本技术实施例提供的一组分层构建相关性矩阵的示意图；
43.图4为本技术实施例提供的一种核电站设备测试装置的示意图；
44.图5为本技术实施例提供的一种计算机设备的结构图。
具体实施方式
45.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
46.参见图1，图1为本技术实施例提供的一种核电站设备测试方法的流程图，该方法可以包括以下步骤101-103。
47.s101：获取被测设备的测试点和功能模式。
48.测试性(testability)又称可测试性，是指产品能被及时并准确地确定其状态(可工作、不可工作或性能下降)，并隔离其内部故障的一种设计特性。测试性的最终目标是提高产品的质量和可靠性，降低产品的全寿命周期费用，追求产品的高质量。
49.在dcs设计初期，对dcs可靠性考虑较多，很少考虑dcs中的测试性，dcs的维修问题逐渐成为需要面临的重要问题，例如，dcs中有的产品无法及时诊断出故障原因、定位出故障位置等。dcs当前运维过程中有五大难点问题，即dcs故障发生后定位难、资源浪费、定位慢、定位要求高、定位影响大，且定位也主要由技术专家来完成，定位效率不高，故障检测率和故障隔离率较低。
50.基于此，本技术实施例提供一种核电站设备测试方法，引入测试性理论，可以将核电站设备物理模型转化为数学模型，通过数学模型可以分析出核电站被测试设备当前的测试方式是否合理。
51.为了构建dcs对应的数学模型，可以获取被测设备的测试点和功能模式。其中，功能模式用于表征被测设备功能的基本单元。例如，在核电站中，具有四个级别设备，分别为核电站系统级别、控制站级别、模块组级别和外场可更换单元级别。若被测试设备为系统，一个系统的多个功能模式为不同控制站对应的功能，例如，一个系统a包括控制站a和控制
站b，该系统a的两个功能模式分别为该控制站a的功能和控制站b的功能。又如，若被测设备为外场可更换单元(line replaceable module，lru)，一个lru的多个功能模式为该lru中不同部件对应的功能。例如，一个lru1包括部件1和部件2，该lru1的两个功能模式为部件1的功能和部件2的功能。
52.为了获得被测设备的测试点和功能模式，可以通过功能模式、影响和危害性分析(failure mode,effects and criticality analysis，fmeca)的分析报告、产品诊断设计文件、系统自诊断设计说明书等获得。例如，首先，根据产品/系统的组成和fmeca结果，确定被测设备的功能模式。在确定功能模式之后，获得对应的测试点。
53.作为一种可能的实现方式，在获得测试点的基础上，可以获得对应的测试方法，例如，测试方法可以包括机内测试(built-in test，bit)、外部自动测试(automatic test equipment，ate)和人工测试等。
54.作为一种可能的实现方式，可以将测试点、功能模式等信息整理成表格，参见表1。
55.表1
[0056][0057][0058]
其中，故障率为测试功能模式的故障结果为故障的次数与测试功能模式总次数的比值。最小诊断粒度为被测设备被测试功能模式的最小单元，例如，若被测设备为lru，最小诊断粒度为部件对应的功能模式。
[0059]
s102：根据测试点和功能模式构建被测设备的相关性矩阵。
[0060]
其中，相关性矩阵的列数与测试点的数量相同，相关性矩阵的行数与功能模式的数量相同，相关性矩阵中第ij个元素为在第j个测试点测试第i个功能模式的故障结果。
[0061]
相关性矩阵参见公式(1):
[0062]
[0063]
在相关性矩阵中，测试点的数量为n个，功能模式的数量为m个，每一行表示该行对应的故障模式在每一个测试点测试的故障结果，每一列表示该列对应的测试点测试每一个故障模式的故障结果。以d
2n
为例，表示在第n个测试点测试第2个功能模式的故障结果。
[0064]
作为一种可能的实现方式，可以通过0或1表示故障结果，例如，使用0表示未故障，使用1表示故障。例如，若在测试点1可以测试到功能模式1的故障信息，则d
11
＝1，若在测试点1不能测试到功能模式1的故障信息，则d
11
＝0。
[0065]
作为一种可能的实现方式，在构建相关性矩阵时，可以按照功能信息传递方向进行排序。具体地，在获取功能信息传递方向后，按照功能信息传递方向排列对应的故障结果，获得被测设备的相关性矩阵。其中，功能信息传递方向为被测设备中功能模式之间传递信息的信息流方向。为了方便说明，下面结合图2进行介绍。
[0066]
在被测设备的功能和结构合理划分之后，获得被测设备的测试点和功能模式，根据测试点和功能模式建立相关性图示模型，清楚表明功能信息传递方向和各功能模式相互连接关系，并标注清楚测试点的位置和编号，以此表明各功能模式与各测试点的相关性关系，如图2所示。在图2中，方框代表各个功能模式，圆圈代表测试点，箭头表明功能信息传递的方向。然后根据相关性图示模型建立相关性矩阵，例如参见公式(2)：
[0067][0068]
s103：若相关性矩阵中具有相同的列，则相同的列对应的测试点互为冗余；若相关性矩阵中具有相同的行，则相同的行对应的功能模式互为模糊。
[0069]
若存在两个测试点，在两个测试点测试所有的功能模式的故障结果相同，即两个测试点对应的列相同，则这两个测试相互冗余。例如，在公式(2)中，第1列和第3列相同，则第1个测试点和第3个测试点冗余。由此，可以删除多余的测试点，以节省成本。例如，若相比于第1个测试点，第3个测试点更容易实现和/或测试费用较少，可以删除第1个测试点，仅采用第3个测试点。
[0070]
若存在两个功能模式，在所有的测试点测试得到的故障结果均相同，即两个功能模式对应的行相同，则这两个功能模式是不可区分的，互相模糊，为一组模糊故障。在公式(2)中，第1行和第3行相同，则第1个功能模式和第3个功能模式模糊。由此，可以为互为模糊的功能模式增加隔离用测试点，以便快速定位故障位置。例如，为第1个功能模式和第3个功能模式增加隔离用测试点，以便通过隔离用测试点可以测试出第1个功能模式和第3个功能模式哪一个功能模式发生故障。
[0071]
需要说明的是，一组模糊故障包括的相同行对应的数量为该组模糊故障对应的模糊数。例如，有两行相同的一组模糊故障对应的模糊数为2，有三行相同的一组模糊故障对应的模糊数为3。由此，可以获得最大模糊数，最大模糊数对应的数值越大，该被测设备无法被准确定位的故障越多，则该被测设备的当前的测试方式越不合理。
[0072]
本技术实施例提供核电站设备测试方法，获取被测设备的测试点和功能模式，功能模式用于表征被测设备功能的基本单元，根据测试点和功能模式构建被测设备的相关性矩阵，其中，相关性矩阵的列数与测试点的数量相同，相关性矩阵的行数与功能模式的数量
相同，相关性矩阵中第i j个元素为第j个测试点测试第i个功能模式的故障结果，即相关性矩阵中的每一行表示针对一个功能模式，每一个测试点测试功能模式的故障结果，每一列表示针对一个测试点，测试每一个功能模式的故障结果。由此，通过相关性矩阵可以分析出被测试设备当前的测试方式是否合理。具体地，若相关性矩阵中具有相同的列，则相同的列对应的测试点互为冗余；若相关性矩阵中具有相同的行，则相同的行对应的功能模式互为模糊，从而有针对性的增加或删除测试点，以调整被测试设备的测试结构，从而通过改进后的测试结构快速定位故障，提高故障定位效率、故障检测率和故障隔离率。
[0073]
作为一种可能的实现方式，由于核电站中具有多级别的测试设备，可以根据级别由高至低依次构建相关性矩阵，以便根据相关性矩阵有针对性的分析dcs中测试方式是否合理。具体地，构建第一级别被测设备的相关性矩阵，若第一级别被测设备的相关性矩阵中存在冗余行或冗余列，说明该被测设备存在冗余测试点或模糊故障组，可以继续构建下一级别的相关性矩阵进行分析，即获取第二级别被测设备的测试点和功能模式，构建第二级别被测设备的相关性矩阵。
[0074]
参见图3，该图为本技术实施例提供的一组分层构建相关性矩阵的示意图。首先构建系统级别的相关性矩阵，该相关性矩阵每一行对应每一个控制站在测试点测试的故障结果，若发现控制站1对应的行和/或列存在冗余，则可以对控制站1构建控制站级别的相关性矩阵，同理，还可以构建模块组级别的相关性矩阵、lru级别的相关性矩阵。
[0075]
通过逐级有针对性的构建相关性矩阵，不仅可以减少人工逐个排查带来的资源浪费，还可以快速定位故障，从而能够快速的维修，提高核电站设备的安全性。
[0076]
需要说明的是，不仅可以根据相关性矩阵分析出冗余测试点或模糊故障组，还可以分析被测设备的故障检测能力和隔离能力等，下面进行说明。
[0077]
若在相关性矩阵中目标行对应的故障结果均为未故障，则说明该目标行对应的功能模式没有对应的测试点测试其故障结果，可以增加目标测试点测试目标行对应的功能模式的故障结果。由此，可以避免由于功能模式没有对应的测试点导致的定位难、定位效率不高等问题。
[0078]
为了可以方便获得其他相关结果，可以删除相关性矩阵中的冗余列和冗余行，获得简化相关性矩阵，若增加隔离用测试点，将隔离用测试点增加在对应的位置，获得隔离用相关性矩阵，若该隔离用相关性矩阵中存在相同的行，则该隔离用测试点无法起到隔离效果，是无效的测试点。同理，若该隔离用相关性矩阵中不存在相同的行，则该隔离用测试点可以起到隔离效果，是有效的测试点。由此，通过隔离用相关性矩阵可以使得新增的隔离用测试点均有效。
[0079]
需要说明的是，可以根据需要删除相关性矩阵中的冗余列和冗余行，例如，对于冗余测试点，只选用其中容易实现的和测试费用少的一个即可，并在相关性矩阵中去掉未选测试点对应的列，或者根据需要所有的冗余测试点均保留，不对冗余列进行删除。
[0080]
作为一种可能的实现方式，可以通过对半分割法确定隔离用测试点，例如，在公式(2)中，可以先在功能模式f2和功能模式f3中增加隔离用测试点，然后根据测试结果，在功能模式f1和功能模式f2-f4中和/或功能模式f1-f3和功能模式f4中增加隔离用测试点。
[0081]
作为一种可能的实现方式，通过前述的分析可以构建预测性预计表，下面以lru为例，参见表2：
[0082]
表2
[0083][0084][0085]
其中，项目栏为填写所分析被测设备和该被测设备所属的下级被测设备的名称。
[0086]
部件栏为填写被测设备内部被分析的基本单元的故障率λ
sr
。
[0087]
故障率栏为填写组成部件的故障模式fm、发生频数比α及其故障率λ
fm
。λ
fm
＝α*λ
sr
。
[0088]
检测λd栏为bit/ate/人工可检测故障模式的故障率。也可以分3列，分别统计bit可检测故障模式的故障率、ate可检测故障模式的故障率、人工可检测故障模式的故障率。
[0089]
隔离λ
il
栏：填写隔离到1个功能模式、2个功能模式、3个功能模式、4个功能模式等对应的故障率。
[0090]
故障率总计为填写对应的表内各种故障率汇总结果。
[0091]
由此，可以获得故障检测率和故障和故障隔离率，下面分别进行介绍。
[0092]
(一)故障检测率可以参见公式(3)：
[0093]
γ
fd
＝λd/λ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0094]
其中：γ
fd
为故障检测率，λd为被检测出的功能模式的总故障率；λ为所有功能模式的总故障率(λ
sr
之和)。
[0095]
(二)故障隔离率可以参见公式(4)：
[0096]
γ
fi
＝λ
il
/λdꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0097]
其中：γ
fi
为故障隔离率，λ
il
为可隔离到l个可更换单元的故障率之和。
[0098]
若故障检测率低于检测阈值，说明被测试设备当前的测试方式存在不合理之处，需要调整被测设备的测试方式，若故障隔离率低于隔离阈值，说明被测试设备当前的测试方式存在不合理之处，需要调整被测设备的测试方式。
[0099]
作为一种可能的实现方式，调整被测设备的测试方式可以为以下任意一种。
[0100]
增加和/或删除测试点，或，更新测试检测与数据获取方式，或，更换故障定位分析方式。下面结合表3对三种方式的优劣和适用场景进行说明。
[0101]
表3
[0102][0103]
通过本技术实施例提供的方法，通过建立相关性矩阵，进行对应的分析并有针对性的改进被测设备当前的测试方式，例如，若被测设备存在冗余测试点，可以对应删除冗余测试点；若被测设备存在模糊故障组，则对一个增加隔离用测试点；若被测设备的当前测试方法使得故障检测时间和/或故障隔离时间无法降低，则可以更换测试方法等。从而提高了核电站中dcs系统的诊断能力，解决dcs系统在运维过程中的定位难、定位效率低等问题，确保dcs系统内部件在发生故障时及时检测及定位，以便实现快速和经济性维修。且建立相关性模型的方式较为简单，可以清晰的描述dcs系统的测试性，并有效的改进dcs系统的诊断能力和隔离能力。
[0104]
本技术实施例除了提供的一种核电站设备测试方法外，还提供了一种核电站设备测试装置，如图4所示，包括：获取单元410、构建单元420和判断单元430；
[0105]
所述获取单元410，用于获取被测设备的测试点和功能模式，所述功能模式用于表征所述被测设备功能的基本单元；
[0106]
所述构建单元420，用于根据所述测试点和所述功能模式构建所述被测设备的相关性矩阵，所述相关性矩阵的列数与所述测试点的数量相同，所述相关性矩阵的行数与所述功能模式的数量相同，所述相关性矩阵中第ij个元素为在第j个测试点测试第i个功能模式的故障结果；
[0107]
所述判断单元430，用于若所述相关性矩阵中具有相同的列，则所述相同的列对应的测试点互为冗余；若所述相关性矩阵中具有相同的行，则所述相同的行对应的功能模式互为模糊。
[0108]
作为一种可能的实现方式，所述构建单元420，用于：
[0109]
获取功能信息传递方向，以及在所述测试点测试所述功能模式的故障结果；
[0110]
按照所述功能信息传递方向排列对应的故障结果，获得所述被测设备的相关性矩
阵。
[0111]
作为一种可能的实现方式，所述装置还用于：
[0112]
获取第一级别被测设备的相关性矩阵；
[0113]
若所述第一级别被测设备的相关的相关性矩阵中存在冗余行或冗余列，获取第二级别被测设备的测试点和功能模式，所述第二级别被测设备对应的级别低于所述第一级别被测设备对应的级别；
[0114]
根据所述第二级别被测设备的测试点和功能模式构建所述第二级别被测设备的相关性矩阵。
[0115]
作为一种可能的实现方式，所述装置还用于：
[0116]
若所述相关性矩阵中目标行对应的故障结果均为未故障，增加目标测试点测试所述目标行对应的功能模式的故障结果。
[0117]
作为一种可能的实现方式，所述装置还用于：
[0118]
删除所述相关性矩阵中的冗余列和冗余行，获得简化相关性矩阵；
[0119]
若增加隔离用测试点，根据所述隔离用测试点和所述简化相关性矩阵获得隔离用相关性矩阵；
[0120]
若所述隔离用相关性矩阵中具有相同的行，则所述隔离用测试点无效。
[0121]
作为一种可能的实现方式，所述装置还用于：
[0122]
获得故障检测率和/或故障隔离率；
[0123]
若所述故障检测率低于检测阈值，调整所述被测设备的测试方式，若所述故障隔离率低于隔离阈值，调整所述被测设备的测试方式。
[0124]
作为一种可能的实现方式，所述装置还用于：
[0125]
增加和/或删除测试点，或，
[0126]
更新测试检测与数据获取方式，或，
[0127]
更换故障定位分析方式。
[0128]
本技术实施例提供核电站设备测试装置，获取被测设备的测试点和功能模式，功能模式用于表征被测设备功能的基本单元，根据测试点和功能模式构建被测设备的相关性矩阵，其中，相关性矩阵的列数与测试点的数量相同，相关性矩阵的行数与功能模式的数量相同，相关性矩阵中第ij个元素为第j个测试点测试第i个功能模式的故障结果，即相关性矩阵中的每一行表示针对一个功能模式，每一个测试点测试功能模式的故障结果，每一列表示针对一个测试点，测试每一个功能模式的故障结果。由此，通过相关性矩阵可以分析出被测试设备当前的测试方式是否合理。具体地，若相关性矩阵中具有相同的列，则相同的列对应的测试点互为冗余；若相关性矩阵中具有相同的行，则相同的行对应的功能模式互为模糊，从而有针对性的增加或删除测试点，以调整被测试设备的测试结构，从而通过改进后的测试结构快速定位故障，提高故障定位效率、故障检测率和故障隔离率。
[0129]
本技术实施例还提供了一种计算机设备，参见图5，该图示出了本技术实施例提供的一种计算机设备的结构图，如图5所示，所述设备包括处理器510以及存储器520：
[0130]
所述存储器510用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
[0131]
所述处理器520用于根据所述程序代码中的指令执行上述实施例提供的任一种接口调用方法。
[0132]
本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序于执行上述实施例提供的任一种接口调用方法。
[0133]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元及模块可以是或者也可以不是物理上分开的。另外，还可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元和模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0134]
以上所述仅是本技术的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。