數(shù)控系統(tǒng)軟件可靠性及評(píng)估方法研究與應(yīng)用.pdf

1、數(shù)控機(jī)床是裝備制造業(yè)最重要的基礎(chǔ)機(jī)械，其整體性能在很大程度上是由數(shù)控系統(tǒng)的性能水平而決定的。近些年來(lái)，隨著我國(guó)機(jī)床產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的性能也得到了較大地提高，尤其是在功能和精度方面，已經(jīng)逐漸接近國(guó)外先進(jìn)水平。但是，相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，我國(guó)大部分中高檔數(shù)控系統(tǒng)仍需依賴(lài)進(jìn)口。究其原因，主要是國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)在可靠性方面與國(guó)外相比仍存在較大差距。因此，提高國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的可靠性水平，已經(jīng)成為我國(guó)裝備制造業(yè)快速發(fā)展的關(guān)鍵所在。隨著硬件技術(shù)的不

2、斷發(fā)展與完善，硬件平臺(tái)已經(jīng)非常成熟，其可靠性也相對(duì)較高，而軟件失效已經(jīng)成為導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障的主要原因。由于加工精度和加工速度等技術(shù)指標(biāo)的不斷提升，數(shù)控系統(tǒng)的軟件規(guī)模越來(lái)越大，軟件層次越發(fā)復(fù)雜，導(dǎo)致軟件發(fā)生失效的概率成倍增加。因此，研究數(shù)控系統(tǒng)軟件可靠性的相關(guān)技術(shù)和理論變得非常重要。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴建立了數(shù)控系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)模型，主要分為功能層、程序?qū)雍徒M件層;建立了一個(gè)基于AHP和組件復(fù)雜度的數(shù)控系統(tǒng)軟件可靠性分配

3、模型，以數(shù)控系統(tǒng)整體實(shí)用性最大為目標(biāo)，以程序的最低可靠性和研發(fā)費(fèi)用為約束條件，將可靠性指標(biāo)分配給每個(gè)程序。并將程序的可靠性指標(biāo)作為總指標(biāo)，以組件的復(fù)雜度作為考量因素進(jìn)行再分配，最終將可靠性指標(biāo)分配給每個(gè)組件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法在數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)前期，研發(fā)人員對(duì)程序中組件的調(diào)用情況掌握不準(zhǔn)確的情況下，可以將數(shù)控系統(tǒng)軟件可靠性總指標(biāo)合理地分配給每個(gè)組件，并為單個(gè)組件的研發(fā)提供了指導(dǎo)依據(jù)。⑵對(duì)GSK-HFUT型滾齒數(shù)控系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行了全面的

4、失效模式及影響分析(FMEA)。分析的目的是找出系統(tǒng)軟件中可靠性比較薄弱的環(huán)節(jié)，從而采取一些改進(jìn)措施以降低失效發(fā)生的概率。分別從系統(tǒng)級(jí)和詳細(xì)級(jí)兩個(gè)方面對(duì)該型滾齒數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了分析，分析結(jié)果對(duì)于提高系統(tǒng)的軟件可靠性或研發(fā)新系統(tǒng)具有一定的指導(dǎo)意義。⑶研究了數(shù)控系統(tǒng)軟件缺陷自定位方法，并建立了代碼缺陷懷疑度分類(lèi)器模型。該方法可以幫助研發(fā)人員在軟件發(fā)生失效后迅速準(zhǔn)確地對(duì)缺陷進(jìn)行定位。在數(shù)控系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)體系結(jié)構(gòu)擴(kuò)展層，用以

5、跟蹤記錄軟件的執(zhí)行信息。通過(guò)所建立的數(shù)控系統(tǒng)軟件代碼缺陷懷疑度分類(lèi)器，計(jì)算出失效路徑中各條有向邊的懷疑度，指導(dǎo)研發(fā)人員對(duì)懷疑度最高的有向邊進(jìn)行代碼檢查。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法是可行的，可以有效提高故障排除效率，減少數(shù)控系統(tǒng)的平均修復(fù)時(shí)間，從而提高了數(shù)控系統(tǒng)的可用度。⑷建立了軟件可靠性模型評(píng)價(jià)體系和基數(shù)型多屬性決策模型。通過(guò)6個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別從擬合能力和預(yù)測(cè)能力兩方面對(duì)模型進(jìn)行全面地定量地評(píng)價(jià)。結(jié)合多目標(biāo)決策方法對(duì)軟件可靠性模型進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)與

6、選擇，并討論了決策模型的3種求解方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用基數(shù)型多屬性決策模型來(lái)選擇最優(yōu)軟件可靠性模型是可行的。⑸建立了數(shù)控系統(tǒng)軟件可靠性評(píng)估與預(yù)測(cè)模型。通過(guò)加權(quán)組合的建模方式來(lái)提高模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。提出了動(dòng)態(tài)權(quán)值調(diào)整算法，并建立了動(dòng)態(tài)加權(quán)組合模型。對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，該模型比現(xiàn)有的模型具有更低的擬合誤差。在GSK-HFUT型滾齒數(shù)控系統(tǒng)上的成功應(yīng)用，證明了此建模方法是有效的、可行的和普遍適用的，具有非常高的實(shí)用價(jià)值，其預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)于管理層作出正