一种采用通用检测工具检测的单元划分优化方法和系统

技术领域

本发明属于电子设备故障排查领域，更具体地，涉及一种采用通用检测工具检测的单元划分优化方法和系统。

背景技术

电子设备的接口易标准化，存在能检测同一大类、但具体规格型号又有所不同的检测工具，称为通用检测工具。例如，某设备存在多块硬盘，分别加载有各自的程序和数据文件，当某块硬盘出现部分坏道后，会导致偶发性的故障，各硬盘虽然型号不见得完全一样，但由于均为标准接口，此时可采用一个通用检测工具，同时对多个硬盘进行磁盘坏道检查或随机数据读取测试。随着装备/系统的功能越来越强大、性能越来越先进，装备/系统也变得越来越复杂。当复杂装备/系统出现某个故障现象时，其背后可能的故障原因众多，查找故障单元的工作量极为庞大。

检测工具是一种重要的维修资源，通用检测工具一次最多能检测的单元数量，称为该检测工具的容量。一般来说，检测工具的容量越大，越能快速检查出导致故障的单元，但同时该检测工具的费用、占用空间等使用成本也越大。

把制定排查方案时，为使用通用检测工具选定一起检查单元的决策过程称为单元划分。制定故障排查方案时，面临的基本问题是：在每次使用检测工具时，如何择优选定多个待测单元，尽快找到故障单元？该问题目前业内一直未能很好解决。尤其对于复杂设备或系统，待排查的单元数量少则几十，多则过百。单元划分可视为待检查单元的排列组合问题，例如当单元数量为16、检测工具容量为4时，其划分数量超过了6300万，已无法采用遍历的方式来有效优化排查方案。目前主要依靠一线维修人员的自身经验来划分单元，划分的质量参差不齐，难以给出较为准确的完成故障排查时间等量化结果，不利于制定科学的故障排查方案。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种采用通用检测工具检测的单元划分优化方法和系统，旨在解决现有单元划分方法依赖经验，划分质量参差不齐的问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种采用通用检测工具检测的单元划分优化方法，该方法包括：

S1.获取通用检测工具的容量m、构成电子设备的电子类单元数量、各电子类单元状态检测的时间和任务时间内各电子类单元发生故障的概率；

S2.电子类单元数量与容量的比值向上取整，作为最大检测次数nm，初始化检测次序j＝1，初始化未检单元集为构成电子设备的所有电子类单元；

S3.从当前未检单元集中找出所有可行的组长单元，所述组长单元为单元检查耗时最长的单元；对于每个可行的组长单元，选择不超过组长单元状态检查耗时、发生故障概率最高的m-1个单元，与可行组长单元共同构成第j次检测的一种可行单元划分，所有可行单元划分共同组成第j次检测的可行单元划分候选集；

S4.从第j次检测的可行单元划分候选集中选取整体等效检测时间最小的划分方式，作为第j次检测的单元划分结果，未检单元集更新为当前未检单元集与j次检测的单元划分结果的差集；

S5.更新j＝j+1，若j

优选地，步骤S3包括：

S31.初始化分组数量s＝0，i＝1，当前未检单元集元素个数na＝n-(j-1)*m，n为构成电子设备的电子类单元数量；

S32.初始化组长单元编号z＝A

S33.在At中找出所有单元检查时间不大于tc

S34.对数组pf

S35.更新s＝s+1，把[z zy]置于矩阵zall的第s行，并计算整体等效检测时间；

S36.更新i＝i+1，若i≤

优选地，所述整体等效检测时间的计算公式如下：

其中，tc

优选地，该方法还包括：

S6.计算采用通用检测工具检测的平均故障排查时间Tc：

其中，zPf

优选地，前j次检测的累计检查时间的计算公式如下：

其中，ztc

优选地，该方法还包括：

S6.计算采用通用检测工具检测的故障排查概率分布：

其中，px

为实现上述目的，第二方面，本发明提供了一种采用通用检测工具检测的单元划分优化系统，包括：处理器和存储器；所述存储器，用于存储计算机执行指令；所述处理器，用于执行所述计算机执行指令，使得第一方面所述的方法被执行。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明提出一种采用通用检测工具检测的单元划分优化方法和系统，通过遍历组长单元并择优选定组员单元构成候选划分集合，所述组长单元为单元检查耗时最长的单元，择优选定组员单元时，从所有当前未检单元中选择不超过组长单元状态检查耗时、发生故障概率最高的m-1个单元，作为组员单元，与可行组长单元共同构成第j次检测的一种可行单元划分，从所有候选可行单元划分方式中选择整体等效检测时间最小的划分作为当前划分，最终实现对全部单元的优化划分，该划分优化方法实现全局最优的邻域解，平均排查时间会大大减少。

附图说明

图1为本发明提供的一种采用通用检测工具检测的单元划分优化方法流程图。

图2为本发明实施例提供的故障排查时间概率分布的仿真验证结果示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了针对电子设备采用通用检测工具优化划分单元的方法，能把排查工作量、故障排查时间和容量关联起来，有效减少平均故障排查时间，提高维修工作时效性。

图1为本发明提供的一种采用通用检测工具检测的单元划分优化方法流程图。如图1所示，该方法包括：

步骤S1.获取通用检测工具的容量m、构成电子设备的电子类单元数量、各电子类单元状态检测的时间和任务时间内各电子类单元发生故障的概率。

在工程上，正常使用的电子零部件都属于指数寿命件，如：印制电路板插件、电子部件、电阻、电容、集成电路等。指数类单元是指寿命服从指数分布Exp(u)的单元，参数u的物理含义是寿命均值。指数分布的密度函数为

本发明约定：(1)某装备由多个电子类单元组成，为便于描述，以时间来描述各单元的寿命。(2)在任意时刻，至多有1个单元发生故障。当某单元发生故障时会影响装备的正常工作，装备会出现某些故障现象，此时需要进行开展修理工作。(3)在查找故障原因时，对这些单元进行状态检查的次序是独立不相关的，即：不存在“必须先检查单元A、然后再检查单元B”这类对检查次序有特定要求的情况。(4)已知各单元的寿命分布规律、对每个单元进行(正常与否的)状态检查所消耗的时间和即将执行任务的时间。(5)检测工具每次对多个单元同时开始检查后，只有这些单元都检查完毕才会给出本次各单元的检查结果。

本发明的相关变量约定如下：检测工具容量记为m；单元数量记为n；单元i的寿命服从指数分布Exp(u

本发明把使用检测工具在一次检测中待检查的所有单元视为一组单元，其中单元检查耗时最长的单元称为组长单元，其他单元称为组员单元。

遍历计算各单元的故障概率Pf。

1)令i＝1；

2)积分计算Pf

当k＝i时，

3)令i＝i+1，若i≤n，则执行2)，否则，执行S2。

步骤S2.电子类单元数量与容量的比值向上取整，作为最大检测次数nm，初始化检测次序j＝1，初始化未检单元集为构成电子设备的所有电子类单元。

令最大检测次数nm＝n/m，并对结果向上取整数。把单元编号1～n置于集合A中，集合A中的单元编号数量记为na。

步骤S3.从当前未检单元集中找出所有可行的组长单元，所述组长单元为单元检查耗时最长的单元；对于每个可行的组长单元，选择不超过组长单元状态检查耗时、发生故障概率最高的m-1个单元，与可行组长单元共同构成第j次检测的一种可行单元划分，所有可行单元划分共同组成第j次检测的可行单元划分候选集。

优选地，步骤S3包括：

S31.初始化分组数量s＝0，i＝1，当前未检单元集元素个数na＝n-(j-1)*m，n为构成电子设备的电子类单元数量；

S32.初始化组长单元编号z＝A

S33.在At中找出所有单元检查时间不大于tc

S34.对数组pf

S35.更新s＝s+1，把[z zy]置于矩阵zall的第s行，并计算整体等效检测时间；

S36.更新i＝i+1，若i≤

优选地，所述整体等效检测时间的计算公式如下：

其中，tc

步骤S4.从第j次检测的可行单元划分候选集中选取整体等效检测时间最小的划分方式，作为第j次检测的单元划分结果，未检单元集更新为当前未检单元集与j次检测的单元划分结果的差集。

步骤S5.更新j＝j+1，若j＜nm，进入S3，否则，将当前未检单元集作为最后1次检测的单元划分结果。

优选地，该方法还包括：S6.计算采用通用检测工具检测的平均故障排查时间Tc：

其中，zPf

优选地，前j次检测的累计检查时间的计算公式如下：

其中，ztc

优选地，该方法还包括：S6.计算采用通用检测工具检测的故障排查概率分布：

其中，px

评估单元划分结果Mdy的时间消耗结果。

1)初始化检测序号j＝1，平均故障排查时间Tc＝0。

2)把矩阵Mdy中的第j行非零元素置于数组zj中，zj中保存的是第j次检测的单元编号。

3)从zj所有单元中找出对应单元检查时间的最大值，保存到ztc

4)更新

5)更新j＝j+1，若j≤nm，则执行2)，否则，终止计算，输出使用通用检测工具时各次检测的单元划分结果Mdy、平均故障排查时间Tc、故障排查时间概率分布tx和px。

实施例

已知某部件由20个电子类单元组成，任务时间为100小时，检测工具的容量为5，相关信息如表1。采用上述方法，计算此时找到故障的平均检测时间。

表1

1)遍历计算各单元发生故障的概率Pf，结果见表2。

表2

/>

2)令最大检测次数nm＝4，把单元编号1～20置于集合A中，集合A中的单元编号数量na＝20，检测序号j＝1。

3)优化计算第j次检测的可行单元划分zall及其等效检测时间tpf。j＝1时，单元划分zall及其等效检测时间tpf如表3所示。

表3

4)根据tpf，从zall中选定最优单元划分，结果保存到Mdy中。

数组tpf中的最小值tpm＝100.12，对应的序号记为im＝8，则矩阵zall第im行元素选为第1次检测的单元序号zj＝[12，4，1，5，7]，并保存在矩阵中Mdy的第1行中。

5)更新j＝j+1，从A中删除zj，na＝na-m，i＝1，若j＜nm执行3)，否则，直接把A中元素置于矩阵Mdy第nm行。

多次执行3)、4)，依次优化划分第j＝2、3、4检测，Mdy计算结果见表4。

表4

6)评估单元划分结果Mdy的时间消耗情况，Tc＝87.2，故障排查完成时间tx的概率分布结果px见表5。

表5

7)终止计算，输出单元划分结果Mdy、平均故障排查时间Tc、故障排查时间tx的概率分布px。优化后的故障排查方案为：第一次检测的单元编号为12、4、1、5、7，消耗22分钟，找到故障件的概率为0.32；若第一次检测的单元正常，则依次进行第二、三、四次检测，第二次检测的单元编号为19、16、2、9、11，第三次检测的单元编号为14、10、15、6、17，第四次检测的单元编号为3、8、13、18、20；在83、130、189分钟内找到故障件的概率依次为0.69、0.85、1.00。平均故障排查时间为87.2分钟。

可建立仿真模型验证上述方法的正确性，仿真模型简述如下：

(1)产生n个随机数simT

(2)在所有simT

(3)若simT

在大量多次模拟后，可统计得到平均故障排查时间及其概率分布情况。

图1是分别采用仿真法和本发明方法得到以上算例的故障排查时间的概率分布结果。由该图可知，二者的结果极为吻合。针对以上算例随机产生10000个故障排查方案，其平均故障排查时间的最小值、最大值和平均值的仿真结果分别为101.2、168.8、137.8分钟，对比本发明方法的结果87.2分钟，本发明方法的优化效果明显。

表6是检测工具容量分别为1～10时，上述算例平均故障排查时间的仿真结果和本发明方法的评估结果。从表6可知，二者极为一致。

表6

利用本发明方法，在某个范围内通过遍历计各检测工具容量的平均检测时间，可得到类似表6这样的结果，可据此辅助选定检测工具容量：例如，从表6可知，当容量超过4以后，缩短的平均故障排查时间很有限，此时从性价比的角度容量不宜超过4；若要求平均故障排查时间不大于100分钟，则容量至少为4。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。