Загальні відомості про технічну діагностику.
Область науково-технічних знань, яка займається розробкою теорії, методів і засобів визначення технічного стану, а також принципів побудови і організації використання систем діагностування технічних об'єктів, називається технічною діагностикою. Технічна діагностика є важливим засобом забезпечення надійності, попередження і виявлення відмов технічних систем.
В процесі технічної експлуатації виникає необхідність у визначенні технічного стану (ТС) в поточний, майбутній і минулий моменти часу. Визначення ТС, в якому знаходиться об'єкт в поточний момент часу, класифікується як діагностування, в майбутній момент часу - як прогнозування; у деякий момент часу у минулому - як генез (ретроспектування).
Вирішуючи задачі діагностування технічного стану, в першу чергу визначаються умови працездатності об'єктів, методи контролю працездатності, методи виявлення відмов і розробки алгоритмів пошуку дефектів в об'єктах. Далі розробляються системи діагностування, засоби діагностування, визначається роль людини-оператора в цій системі, вирішуються організаційні питання і оцінюється ефективність системи діагностування.
Задачі прогнозування ТС вирішуються шляхом врахування можливої зміни стану об'єкту після поточного моменту часу, наприклад у зв'язку з визначенням залишкового ресурсу устаткування або періодичності ТО і ремонту по стану.
Задачі генезу вирішуються шляхом визначення можливих або вірогідних передісторій, що привели об'єкт до поточного ТС, наприклад у зв'язку з розслідуванням причин аварій або виходу з працездатно стану блоку живлення (перевантаження по струму або перенапруження).
Технічне діагностування (далі - діагностування) – визначення технічного стану об'єкту діагностування (ОД ) з певною точністю.
Результатом діагностування (діагнозом) є висновок про технічний стан об'єкту з вказівкою (при необхідності) місця, вигляду і причини дефектів.
При діагностуванні вирішуються три основні взаємозв'язані задачі:
- Перевірка працездатності об'єкту діагностування.
Проводиться, як правило, при випробуваннях перед введенням об'єкта в експлуатацію. Якщо об'єкт правильно функціонує у всіх режимах, то він працездатний. Якщо на якомусь етапі перевірки (режимі) об'єкт функціонує неправильно, то він вважається непрацездатним. В цьому випадку потрібно перейти до пошуку несправності об'єкту.
- Пошук несправності.
Ця задача вирішується тільки після того, як буде встановлено,
що об'єкт знаходиться в несправному стані або його параметри помітно і стійко відхилилися від норм.
- Прогнозування стану ОД на деякий час в майбутнє.
Ця задача вирішується, якщо заздалегідь відомо, що
характеристики об'єкту поступово змінюються і можуть погіршитися настільки, що об'єкт не зможе виконувати свої функції.
5.2 Технічні засоби діагностування.
Для діагностування використовуються різні технічні засоби. 
Технічні засоби діагностування (ТЗД)-це сукупністю засобів, за допомогою яких оцінюється стан технічних систем (об'єктів діагностування). Вони включають апаратурні і програмні засоби.
До апаратурних засобів діагностування відносять різні пристрої: прилади, пульти, стенди, спеціальні обчислювальні машини, вбудовану апаратуру контролю і тому подібне.
Програмними засобами діагностування є програми, записані на якому-небудь носієві інформації, наприклад диску, дискеті і т. п. При цьому можуть бути використані як робочі програми об'єкту, що містять операції, необхідні для діагностування об'єкту, так і програми, спеціально складені для його діагностування. Програмні ТЗД застосовуються для діагностування універсальних і спеціалізованих обчислювальних, управляючих і логічних машин, з їх допомогою визначають несправність з точністю до змінного модуля, функціонального блоку, конструктивного вузла.
Робочі програми дозволяють здійснювати діагностування об'єкту в процесі його використання по прямому призначенню, а спеціальні програми вимагають перерв у виконанні об'єктом його функцій.
По ступеню дії на об'єкт технічні засоби діагностування можуть бути активними і пасивними. Активні засоби діагностування впливають на об'єкт шляхом подачі на нього вхідних сигналів, стимулюючих реакцію об'єкту діагностування яка потім використовується для оцінки його стану. До активних засобів відносяться генератори імпульсів, ступінчатих і синусоїдальних сигналів, цифрових кодів і т. п. Пасивні засобине формують тестові сигнали, оцінка стану ОД проводиться шляхом аналізу інформації, що поступає від нього в процесі діагностування.
По конструктивному зв'язку з ОД розрізняють вбудовані і зовнішні ТЗД.
Вбудовані ТЗД вбудовуються в загальну конструкцію об'єкту діагностування і проектуються з урахуванням технічних рішень і елементної бази цього об'єкту.
Зовнішні ТЗД не входять в конструкцію ОД. Вони можуть бути переносними, пересувними і стаціонарними. Стаціонарні засоби найчастіше розміщують на діагностичних станціях, у випробувальних і контрольних центрах спеціалізованих підприємств по ремонту апаратури.
Основною перевагою зовнішніх засобів діагностування є можливість їх використання для різних об'єктів.
По ступеню універсальності ТЗД підрозділяються на спеціалізовані і універсальні.
Спеціалізовані ТЗД призначені для діагностування одного об'єкту або групи однотипних об'єктів.
Універсальні ТЗД використовуються для діагностування об'єктів різних типів, різного призначення і конструктивного виконання. Такі засоби виготовляються, як правило, на основі ЕОМ і відрізняються від спеціалізованих можливістю введення нових програм діагностування.
По ступеню автоматизації ТЗД ділять на ручні, автоматизовані і автоматичні.
Засоби, що вимагають «інтенсивної» участі людини-оператора в процесі діагностування, відносять до ручних (осцилографи генератори сигналів і ін.). Засоби, при використанні яких роль оператора зводиться до виконання окремих достатньо простих операцій (включення, перемикання, виключення і ін.), відносять до автоматизованих. Автоматичні ТЗД функціонують без участі оператора.
Технічні засоби діагностування можна класифікувати по:
· характеру вирішуваних задач (контроль працездатності; контроль працездатності і пошук дефектів; контроль і прогнозування працездатності; контроль працездатності, пошук дефектів і прогнозування технічного стану);
· періодичності процесу діагностування (безперервного діагностування і періодичної дії);
· способу обробки інформації і представлення результатів (аналогові, дискретні, з якісною оцінкою результатів, з кількісною оцінкою результатів).
5.3 Показники діагностування.
При порівнянні різних варіантів діагностування враховуються наступні показники діагностування:
- достовірність діагноза;
- глибина пошуку дефекта;
- середня оперативна тривалість діагностування;
- середня оперативна трудомісткість діагностування;
- середня вартість діагностування.
Достовірність діагнозу характеризує правильність результатів видаваних ТЗД, визначається як вірогідність правильного діагностування технічного стану, в якому дійсно знаходиться об'єкт діагностування:
, (5.1)
де Pi,i – вірогідність правильного опреділення технічного стану об’єкта діагностування (об’єкт знаходиться в і – му технічному стані і в результаті діагностування опреділено його і – й технічний стан);
Pi,j - вірогідність сумісного настання двох подій: об’єкт діагностування знаходиться в і – му технічному стані, a в результаті діагностування опреділено його j – й технічний стан);
m – кількість різних станів і - го об’єкта діагностування.
При діагностуванні об'єкту розрізняють два технічні стани
(т = 2) - працездатне і непрацездатне ( 1 або 0 ). Достовірність діагнозу при цьому буде рівною:
. (5.2)
Одним з шляхів підвищення достовірності оцінки технічного стану об'єкту є багатократне діагностування.
Глибина пошуку дефекту є характеристикою процесу пошуку дефекту. Вона указує ту частину об’єкту діагностування або його ділянки, з точністю до якої визначається місце дефекту. Система технічного діагностування може здійснювати пошук дефекту до елементу, вузла, блоку, радіоелектронного компоненту.
Середня оперативна тривалість діагностування - математичне очікування оперативної тривалості одноразового діагностування:
, (5.3)
де Р0і – апріорна вірогідність знаходження об’єкта діагностування в і – му стані;
τі - середня оперативна тривалість діагностування об’єкта, який знаходиться в і – му технічному стані.
Час τД є важливим показником, особливо якщо при діагностуванні об'єкт не може бути використаний за призначенням. В цьому випадку τД повинно бути мінімальним, а для об'єктів з безперервним режимом експлуатації повинно обмежуватися часом, який відводиться на ТО.
Середня оперативна трудомісткість діагностування SД є математичне очікування оперативної трудомісткості проведення одноразового діагностування:
, (5.4)
де SД і - середня оперативна трудомісткість діагностування об’єкта, який знаходиться в і – му стані.
Середня вартість діагностування - математичне очікування вартості одноразового діагностування:
, (5.5)
де Сі - середня вартість діагностування об’єкта, який знаходиться в і – му стані.
Показники діагностування взаємозв'язані: з підвищенням достовірності визначення технічного стану і глибини пошуку дефекту ростуть витрати часу, праці і вартість діагностування, тому необхідний комплексний підхід до нормування показників діагностування.
5.4 Методи діагностування.
Метод діагностування - сукупність прийомів і способів, дозволяющих дати об'єктивний висновок про стан ОД.
Для перевірки працездатності ОД використовується функціональне і тестове діагностування. При функціональному
(робочому) діагностуванні на об'єкт подаються робочі дії. Діагностування в цьому випадку полягає в обробці інформації, що характеризує якість функціонування об'єкту. Основною перевагою робочого діагностування є те, що для його реалізації не потрібні спеціальні генератори, що виробляють тестові дії. Функціональне діагностування може виконуватися по реакції виходу об'єкта на робочий вплив.
Недоліком функціонального діагностування є обмежена глибина пошуку. З огляду на те, що в моделі об'єкту при функціональному діагностуванні всі елементи кон'юнктивно зв'язані між собою, то існує проблема паралельних зв'язків (проблема АБО).
Тестове діагностування здійснюється шляхом подачі на ОД тестових впливів. Для їх формування потрібна наявність спеціальних генераторів, що виробляють тестові впливи, які подаються на ОД і стимулюють його реакцію. По ступеню відхилення реакції об'єкту від номінальної при тестовому впливі судять про його стан.
Тестове діагностування можна здійснювати як при
функціонуванні ОД, так і в його неробочому стані. При діагностуванні функціонуючого об'єкту повинні бути прийняті заходи, що виключають вплив тестових дій на правильність його функціонування. При діагностуванні нефункціонуючого об'єкту може бути потрібно виведення його в режим діагностування (прогрів, включення і т. п.).
При тестовому діагностуванні можна використовувати як робочі входи, так і спеціальні. Тестове діагностування може здійснюватися одиночною дією (наприклад, одиночним імпульсом) або багатократними діями (серією імпульсів). Багатократну дію застосовують при перевірці дискретних об'єктів шляхом подачі на вхід послідовності імпульсів і безперервних об'єктів при оцінці стану ОД по частотних характеристиках.
Перевагою тестового діагностування є необмежена глибина пошуку. Тому тестове діагностування доповнює робоче діагностування і використовується в тих випадках, коли потрібна велика глибина пошуку дефекту. При тестовому дігностуванні вирішується проблема АБО.
Недоліком тестового діагностування є необхідність спеціальних пристроїв для формування тестових впливів на об'єкт, які можуть бути достатньо складними.
При діагностуванні складного об'єкту, тобто об'єкту, що складається з декількох взаємозв'язаних елементів, можуть використовуватися поєднання різних методів. При цьому допустиме як робоче, так і тестове діагностування одного об'єкту.
5.5 Функціональні схеми систем діагностування.
Функціональна схема системи тестового діагностування показана на рис. 5.1.
По командах блоку управління БУ, що зберігає алгоритм діагностування, генератор впливів ГВ виробляє впливи αі елементарних перевірок і відповідно до алгоритму діагностування в певній послідовності подає їх через пристрій зв'язку ПЗ на об'єкт діагностування ОД, а також, можливо, на фізичну модель ФМ об'єкту. У загальному випадку пристрій зв'язку ПЗ може комутувати канали зв'язку по сигналах блоку управління.
Часто процес тестового діагностування організовують в два
 |
Рис. 5.1 Функціональна схема системи тестового діагностування
етапи: спочатку реалізують алгоритм перевірки справності об'єкту і лише у разі виявлення, що «об'єкт несправний», переходять до реалізації алгоритму пошуку несправностей.
Фізична модель об'єкту видає інформацію про можливі технічні стани об'єкту у вигляді можливих результатів Rj елементарних перевірок. Ця інформація поступає в блок розшифровки результатів БРР.
Реакціями об'єкту діагностування на впливи αі є фактичні результати 
елементарних перевірок. Ці результати через пристрій зв'язку ПЗ поступають на вимірювальний пристрій ВП і потім з його виходу – на вхід БРР.
У блоці розшифровки результатів проводиться зіставлення можливих Rj і фактичних результатів елементарних перевірок, призначаються чергові елементарні перевірки і формуються результати діагностування.
Показаний на рисунку пунктиром зворотний зв'язок між БРР і БУ діє тоді, коли реалізується алгоритм діагностування, який є умовною послідовністю елементарних перевірок. В цьому випадку чергова елементарна перевірка призначається залежно від фактичного результату попередньої елементарної перевірки (гнучкий алгоритм діагностування).
Функціональна схема системи функціонального діагностування показана на рис. 5.2.
Рис. 5.2 Функціональна схема системи функціонального
діагностування
Характерною особливістю таких систем є відсутність у складі засобу діагнозу (ЗД) генератора тестових впливів ГВ. Об'єкт, що діагностується, застосовується по своєму призначенню або знаходиться в режимі імітації такого застосування.
З об'єкту діагностування ОД знімаються:
а) сигнали управління yi засобом діагностування ЗД;
б) робочі сигнали .
Сигнали yi потрібні тоді, коли є необхідність управління фізичною моделлю ФМ і блоком управління БУ залежно від режиму роботи об'єкту. Блок управління по сигналах yi а також, можливо, по сигналах зворотного зв'язку від БРР здійснює комутацію каналів в пристрої зв'язку ПЗ.
Блок розшифровки результатів БРР проводить зіставлення фактичних результатів елементарних перевірок з можливими результатами Rj, що видаються фізичною моделлю.
5.6 Функціональна модель апаратури.
При пошуку несправностей апаратуру зазвичай представляють у вигляді функціональної моделі або функціонально-логічної схеми.
Функціональна модель відрізняється від структурної схеми вибором первинних функціональних елементів. Під функціональним елементом розуміють частину об'єктудіагностування (вузол, каскад, групу каскадів, окремий радіокомпонент), яка може знаходиться тільки в одному з двох станів: справний або несправний.
Початковими даними для побудови функціональної моделі є:
· структурна і принципова схеми об'єкту діагностування;
· опис процесів, що протікають в об'єкті діагностування;
· задана глибина пошуку несправностей.
При побудові функціональної моделі необхідно керуватися наступними правилами:
а) значення зовнішніх вхідних сигналів завжди знаходяться в межах допусків;
б) при виході з допустимих меж хоч би одного з вхідних сигналів функціонального елементу з'являється вихідний сигнал, який також виходить з допустимих меж;
в) функціональний елемент моделі об'єкту діагностування вважається несправним, якщо при всіх вхідних сигналах, лежачих в допустимих межах, на його виході з'являється сигнал, значення якого виходять з допустимих меж;
г) лінія зв'язку між функціональними елементами абсолютно надійні;
д) будь-який первинний функціональний елемент моделі може мати тільки один вихідний сигнал при довільному кінцевому числі вхідних сигналів;
Функціональна модель виконується у вигляді графічної схеми, на якій кожен функціональний елемент позначається прямокутником з деякою кількістю вхідних стрілок (вхідних сигналів) і однією вихідною стрілкою (вихідним сигналом). Приклад функціональної моделі апаратури показаний на рис.5.3
Рис. 5.3 Функціональна модель апаратури
Входи, які не сполучені ні з одним виходом, називаються зовнішніми. Вони передають зовнішні дії на об'єкт діагностування. Зовнішні дії позначаються Хij, де i – номер функціонального елементу, а j – номер входу цього елементу.
Виходи функціональних елементів позначаються Zi (i – номер функціонального елементу).
5.7 Таблиця станів функціональної моделі.
Після побудови функціональної моделі визначається множина можливих станів об'єкту діагностування. Загальне число станів об'єкта при його розділенні на N функціональни елементів
при двох альтернативних результатах для кожного елементу
рівно 
.
Проте у високонадійних пристроях, до яких належить електронна апаратура, поява одночасна двох незалежних відмов маловірогідно, тому число можливих станів апаратури, діагностування, можна визначити як число поєднань з N по одному:
.
Число різних станів апаратури діагностування з урахуванням відмов одночасно одного функціонального елементу зводиться в таблицю станів або матрицю несправностей. В таблиці станів число рядків рівне числу функціональних елементів моделі, а число стовпців – числу контрольних точок (виходів елементів).
Матриця несправностей для функціональної моделі, зображеної на рис. 5.3 приведена в табл. 5.1.
Таблиця 5.1
| Si | zi | ||||||||
| z1 | z2 | z3 | z4 | z5 | z6 | z7 | z8 | z9 | |
| S1 | |||||||||
| S2 | |||||||||
| S3 | |||||||||
| S4 | |||||||||
| S5 | |||||||||
| S6 | |||||||||
| S7 | |||||||||
| S8 | |||||||||
| S9 |
Кожний рядок таблиці є двійковий код стану моделі при відмові відповідного елемента. Двійкові коди рядків не співпадають один з одним, тобто всі одиночні відмови мають відмінність на повному наборі вихідних параметрів.
Матрицю несправностей можна мінімізувати. Для цього число рядків не змінюється, а число стовбців, що визначають число контрольованих параметрів, зводять до мінімуму, який забезпечує різні коди в рядках. В мінімізовану сукупність параметрів, очевидно, увійдуть всі вихідні параметри моделі і всі параметри, відповідні нерозгалуженим виходам елементів ( для моделі, зображеної на рис.5.3 в мінімізовану матрицю несправностей увійдуть всі параметри, за виключенням z2 ). Якщо виявиться, що в мінімізованій матриці двійкові коди деяких рядків співпадають, то таку вкорочену матрицю треба доповнити мінімально необхідним числом параметрів, щоб всі рядки відрізнялися.
Отримана матриця несправностей використовується при розробці програми пошуку несправностей.
5.8 Алгоритми перевірки технічного стану об’єктів.
5.8.1 Повнота контролю
Вибір діагностичних параметрів є відповідальним етапів розробки моделі об'єкту діагностування. При виборі параметрів діагностування враховується їх інформативність, доступність для вимірювання і контролю, вартість і час вимірювання.
Якщо об'єкт функціонує в декількох режимах, то для кожного режиму, як правило, складається окрема діагностична модель. Для кожної моделі можна вказати декілька параметрів і (або) ознак, що характеризують технічний стан об'єкту. Одні параметри (вихідні функції) регламентуються технічними умовами і визначають працездатність об'єкту. Інші є внутрішніми і служать для пошуку місця відмови; кількість таких параметрів, як правило, значно більше чим вихідних функцій об'єкту. Всі ці параметри називаються діагностичними.
Перевага віддається параметрам, які мають пряму функціональну залежність від технічного стану об'єкту, що діагностується, володіють більшою інформативністю, відносно легко і (по можливості) безпосередньо вимірюються простими засобами.
Контролювати всі параметри, що визначають технічний стан складних систем (повний контроль), практично неможливо, тому
ТЗД контролюють деяку кількість найбільш істотних параметрів.
Величина, що показує, якою мірою перевірка об'єкту по вибраній сукупності параметрів відрізняється від повного контролю, називається повнотою контролю Vпк. У простому випадку ця величина кількісно може бути оцінена відношенням кількості контрольованих параметрів Nk до кількості параметрів N необхідних для оцінки технічного стану об'єкту:
.
5.8.2 Принципи формування алгоритмів перевірки технічного стану об’єктів
При побудові алгоритмів перевірки технічного стану об'єктів використовуються наступні, найбільш характерні для радіоелектронної апаратури, принципи: параметричний, критерійний і характеристичний.
Параметричний принцип грунтується на результатах контролю діагностичних параметрів, встановлених на базі функціонального - структурної моделі. Технічний стан системи визначається порівнянням зміряних значень контрольованих параметрів з їх допусками. При виході за межі допуску хоч би одного з параметрів система відноситься до непрацездатної.
Характеристичний принцип заснований на оцінці показника відмінності вихідних діагностичних характеристик
реальної системи і її моделі з урахуванням структури системи в
неявному вигляді при заданих вхідних параметрах. Висновок про
технічний стан складається на основі порівняння показника відхилення реальної системи і її моделі (ідеальної системи) з допустимим значенням відхилення.
В якості діагностичних можуть використовуватися як статичні, так і динамічні характеристики об'єктів. Відхилення характеристик реального і ідеального об'єктів залежно від тип об'єкту може оцінюватися в окремих точках або ділянках, або у всьому діапазоні характеристик.
Критерійний принцип визначення технічного стану системи заснований на знаходженні узагальненого показника стану об'єкту в полі допуску. Узагальнений показник обчислюється з урахуванням зміряних значень контрольованих параметрів системи і коефіцієнтів їх ваги. Діагностична модель представляється у виді аналітичної моделі без врахування структури системи.
У разі відхилення узагальненого показника за межі встановлених допусків (0) видається сигнал про непрацездатність об'єкту.
5.9 Алгоритми пошуку несправностей в об’єктах.
Вид алгоритму (програми) пошуку несправностей істотно впливає на ефективність процесу контролю і діагностики. При розробці алгоритму пошуку зазвичай вирішують два завдання:
· визначають якнайкращий набір контрольованих параметрів;
· отримують якнайкращу послідовність вимірювання контрольованих параметрів.
Розглянемо найбільш поширені алгоритми пошуку несправностей в апаратурі.
Комбінаційний алгоритм. При завданні моделі системи з урахуванням її структури необхідна кількість контрольованих параметрів може бути скорочене із-за наявності послідовних, паралельних і зустрічно-паралельних (зворотних) зв'язків між елементами і групами елементів, наявність розгалужених виходів елементів, а також унаслідок того, що вірогідність одиночних дефектів в системі більше вірогідності кратних (одночасних) дефектів. У системах, в яких взаємозв'язані функціональні елементи, як правило, використовується комбінаційний алгоритм діагностування. Пошук дефекту проводять шляхом вимірювання певної сукупності контрольованих параметрів і на основі аналізу даних вимірювань роблять висновок про дефектний елемент.
Несправний елемент на основі функціональної моделі визначається шляхом аналізу матриці (таблиці) несправностей моделі.
При використанні комбінаційного алгоритму для реалізації
процедури діагностики вивід про стан об'єкту діагностики роблять після отримання інформації про всю сукупність діагностичних параметрів.
Послідовний алгоритм. При використанні цього алгоритму пошуку дефекту інформація про стан елементів аналізується по черзі по кожному елементу. Послідовний метод може бути реалізований за допомогою жорсткої або гнучкої програми. Жорстка програма передбачає незмінну послідовність аналізу, при використанні гнучкої програми пошуку порядок кожної подальшої перевірки залежить від результатів попередньої перевірки.
Один з найбільш поширених алгоритмів пошуку несправностей, що враховують структуру об'єкту, - алгоритм половинного розбиття. Він заснований на припущенні про рівнозначність відмов, що еквівалентно припущенню про послідовну схему з'єднання елементів.
Розглянемо систему з N послідовно сполучених елементів. Завдання пошуку несправного елементу в даному випадку полягає в знаходженні такої послідовності перевірок, при якій на пошук дефекту витрачається мінімум часу. Оптимізація програми пошуку дефекту полягає в тому, що при першому кроці весь ланцюжок елементів розбивається на дві частини так, щоб з вірогідністю 0.5 несправний елемент знаходився зліва або справа деякої контрольної точки. У цій точці здійснюється контроль стану лівого або правого ланцюжка елементів. Наявність або відсутність сигналу визначає напрям подальшого ділення на відрізки одної або іншої половини ланцюжка (з рівними значеннями вірогідності вказаних відрізків ланцюга елементів).
При контролі системи, що складається з N елементів з однаковою вірогідністю відмови, кожна перевірка розділяє об'єкт діагностики на дві частини з п і (N- п) числом елементів.
Середнє число елементів в тій частині, де опиниться елемент, що відмовив (зліва і справа точки ділення), рівно:
,
де 
- вірогідності того, що елемент, який відмовив, опиниться відповідно в першій чи другій частині об’єкта.
Отже:
.
Максимальне число т буде рівне N/ 2, тобто саме при половинному розбитті досягається мінімальне число перевірок. Максимальне число перевірок т прі використанні цього методу визначається з співвідношення N = 2m, тобто m = lgN/lg2.
Максимальне число перевірок у разі безсистемного пошуку дефекту рівне N-1. При N= 100 відношення (N- 1) /m = 12,8.
Із збільшенням складності об'єкту цей виграш в скороченні максимального числа перевірок зростає.
Алгоритм половинного розбиття, як правило, використовується при послідовному з'єднанні елементів системи, оскільки в цьому випадку не треба будувати матрицю несправностей.
Найбільш загальний, оптимальний алгоритм пошуку несправності в складних системах може бути отриманий на основі інформаційного підходу з використанням матриці станів.
Пошук несправностей при такому підході починається в точці функціональної діагностичної моделі, для якої має місце співвідношення: 
, де 
- вірогідність перебування системи в j – му стані.
Алгоритм пошуку несправності на основі інформаційного підходу складається таким чином. По функціональній діагностичній моделі системи, для якої формується алгоритм, будується транспонована матриця станів (у рядках вказані перевірки zj в стовпцях - стани Sj). Для кожного рядка zj обчислюється функція переваги - Wj. Якщо відомості про вірогідності станів системи відсутні, то функція переваги для j – го рядка знаходиться як абсолютна величина різниці одиниць і нулів в цьому рядку.
Як перша перевірка вибирається та, для якої функція переваги Wj має найменшу величину. Далі перевірки здійснюються по двох майже рівноінформативних гілках. Для результатів zj(Wmin) = 0 і zj(Wmin) = 1 будуємо нові матриці, в які включають стани Sj , відповідні одиниці і нулю.
Процедура ділення матриці станів триває до виявлення елементу, що відмовив. В процесі ділення матриці можуть містити рядки з однаковими елементами. Проте такі рядки (перевірки) ніякої інформації про місце відмови не несуть і можуть бути викреслені перед подальшим діленням матриці.
Для побудови алгоритму пошуку несправностей може бути використана як повна матриця одиночних дефектів (матриця станів), так і мінімізована матриця, причому остання дозволяє побудувати алгоритм по мінімальній сукупності діагностичних параметрів.
Найкомпактніше алгоритм пошуку несправностей може бути
представлений у вигляді дерева логічних можливостей (ДЛМ). Візьмем для прикладу слідуючу функціонально – структурну схему об’єкта діагностування (рис.5.4). Дерево логічних можливостей, яке відповідає алгоритму пошуку несправностей для даного об’єкта зображено на
рис. 5.5.
Рис. 5.4 Функціонально – структурна схема об’єкта діагностування
|
Рис. 5.5 Дерево логічних можливостей
Комбінаторними характеристиками ДЛМ є сумарна довжина
всіх його гілок К∑ і середня довжина гілки kсер .
6 Діагностування об’єктів обчислювальної техніки
6.1 Технічні засоби діагностування об'єктів обчислювальної техніки.
Технічні засоби для випробування блоків ЕОМ діляться на групи.
До першої групи відносяться складні програмні автоматичні системи. Вони розроблені на базі ЕОМ. Ці системи здатні накопичувати перевірочні програми в пам'яті ЕОМ і проводити серії перевірок без втручання оператора. При цьому не виключається і діалоговий режим роботи системи. Системи є універсальними. Це – дороге устаткування і застосовуєтьсявоно,як правило, як технологічне устаткування. Прикладом таких систем є вітчизняні: КОДИАК, АСКИД, ТЕСТ 7901, УТК-21, АСПД і ін.
До другої групи відносяться автоматичні тестери з елементами програмування. Вони мають, як правило, вид стендів, що виконують управляючу програму, яка зчитується з перфострічки або магнітної стрічки. Прикладом таких установок є УТК-2, УТК-2М, УТК-3, УТК-5, стенд ЕСА117.
До третьої групи відносять ручні тестери. Їх недоліком є низька продуктивність і невисока достовірність перевірок. Такі тестери використовуються як технологічне і сервісне устаткування ЕОМ.
6.2 Логічні аналізатори.
Логічними аналізаторами (ЛА) є діагностичні і контрольно-вимірювальні пристрої для збору і аналізу даних про реальні умови роботи цифрових пристроїв. Інформація відображається на екрані дисплея логічного аналізатора у вигляді часових діаграм, таблиць станів або у вигляді цифро-літерних символів. ЛА єеквівалентом відомого багатоканального осцилографа, спеціально пристосованим для роботи з цифровимипристроями. Використовують їх для відладки і діагностування апаратури і програмного забезпечення окремих блоків і для систем, зокрема мікропроцесорних.
Функціонально ЛА підрозділяють на два типи: аналізатори логічних станів (АЛС) і аналізатори часових діаграм (АЧД). АЛС фіксують стан контрольних точок схеми, що перевіряється, під час дії на схему тактових сигналів і записують процес зміни станів синхронно з роботою тестового пристрою (рис. 6.1).
Рис. 6.1 Аналізатор логічних станів
АЧД фіксують стани контрольних точок схеми, що перевіряється, у момент часу, які задаються незалежно працюючим внутрішнім тактовим генератором аналізатора
(рис. 6.2.).
Рис. 6.2 Аналізатор часових діаграм
Стан контрольних точок фіксуються в дискретні моменти часу в двійковій формі: 0 – за відсутності сигналу; 1 – при його наявності.
Дані про логічний стан випробовуваного пристрою на робочій частоті заносяться аналізатором у внутрішню пам'ять, перетворюються до вигляду, зручного для індикації, і відображаються у вигляді квазічасової діаграми (для АЧД), або у вигляді таблиці істинності (для АЛС) на екрані індикатора.
У АЛС дані заносяться в пам'ять синхронно з вимірюванням логічного стану випробовуваного пристрою, а в АЧД – асихронно. Тому дуже часто АЛС називають синхронними, а АЧД – асинхронними аналізаторами.
У АЧД запис інформації в пам'ять здійснюється набагато частіше, ніж в АЛС, оскільки частота тактового генератора АЧД (fT) в 5-6 разів перевищує частоту надходження до випробовуваного вузла тестових впливів.
Крім того, об'єм пам'яті в АЧД значно вищий, ніж в АЛС. Так, наприклад, в АЛС відомих моделей найбільша глибина пам'яті 64 біта на канал, а в АЧД – доходить до 2048 біт на канал.
Основними характеристиками ЛА є:
- кількість каналів одночасної реєстрації;
- максимальна частота реєстрації;
- рівень вхідних сигналів;
- глибина реєстрації (максимальна кількість інформації, що заповнюється по одному каналу) і ін.
Глибина реєстрації ЛА визначається ємкістю пам’яті, а максимальна частота реєстрації – швидкодією пам’яті аналізатора.
Аналізатори, що випускаються, мають від 8 до 48 каналів реєстрації, частоту реєстрації від 20 до 200 Мгц, глибину реєстрації від 64 до 2048 біт на канал.
Як приклад розглянемо застосування аналізаторів для
перевірки друкованих плат. Схема установки для перевірки друкованих логічних плат представлена на рис. 6.3.
Рис. 6.3 Схема установки для перевірки друкованих
логічних плат
На дві друковані плати, одна з яких контролюється, а інша завідомо справна, одночасно подається системи стимулів. Відгуки з плат порівнюються за допомогою логічного аналізатора. Як джерело стимулів краще всього використовувати багатоканальний генератор слів. З його допомогою можливе отримання будь-якої логічної комбінації.
6.3 Сигнатурні аналізатори.
У основі сигнатурного аналізу лежить стиснення інформації, а саме перетворення двійкових послідовностей будь-якої довжини знятих з певного вузла цифрової схеми в відповідну сигнатуру, яка однозначно характеризує цей вузол. Сигнатура формуєтьсяз чотирьох шістнадцятиричних цифр (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, C, F, H, P, U).
Використання сигнатурного аналізу для діагностування цифрових пристроїв засноване на тому принципі, що справний цифровий пристрій при періодичному збудженні одного і того ж входу завжди видаватиме однаковий вихідний сигнал, тобто одну і ту ж сигнатуру. Якщо ж сигнатура відрізняється від еталонної, то пристрій несправний. Еталонна сигнатура є в документації по обслуговуванню.
Причину появи несправностей сигнатури легко виявити, перевіряючи різні точки схеми з позначеними на них сигнатурами, відзначаючи серед них правильні і неправильні і простежуючи послідовність сигналів. Процедура продовжується до тих пір, поки не вдасться виявити елемент з правильним вхідними але помилковими вихідними сигнатурами. Цей елемент і буде несправний.
В основі сигнатурного аналізу лежить кодування двійкових послідовностей з використанням циклічного коду. Як відомо, будь-яке двійкове число можна описати багаточленом з фіктивною змінною х . При цьому кожна двійкова цифра є коефіцієнтом фіктивної змінної. Наприклад, двійковому числу
1100101 відповідає багаточлен 
.
Таким чином, вихідній двійковій послідовності, яка знімається з певного вузла цифрового пристрою відповідає багаточлен (поліном) G(x) ступеня n-1, де n – число розрядів вихідної двійкової послідовності.
В процесі формування сигнатури поліном G (x) ділиться на породжуючий поліном P(x), значення якого визначається структурою регістра зрушення із зворотними зв'язками, який є в складі аналізатора. При діленні G(x) на Р(х) отримуємують приватне Q(x) і залишок R(x). Початковий поліном при цьому можна представити:
.
Вміст регістра відповідний залишку R(x) відображається в
шістнадцятирічному форматі. Це і є сигнатура двійкової
послідовності G(x) . Так, наприклад, після ділення G(x) на Р(х) в регістрі зсуву отримали залишок R(x) :
Йому відповідає сігнатура: F A 9 C .
Література
1. Половко А.М., Гуров С.В.
Основы теории надёжности.
СПб.: БХВ – Петербург, 2006. – 704с.
2. Федотов А.В., Скабкин Н.Г.
Основы теории надёжности и технической диагностики. Конспект лекций.
Омск: Изд – во ОмГТУ,2010. – 64с.
3. Шкляр В.Н.
Надёжность систем управления. Уч. пособие.
Томск: Изд – во ТПУ,2011. – 126с.
4. Калитёнков Н.В., Солодов В.С.
Надёжность и диагностика транспортного радиооборудования и средств автоматики. Уч. пособие.
М.: МОРКНИГА, 2012. – 521с.
5. Технические средства диагностирования. Справочник.
Под ред. В.В. Клюева.
М.: Машиностроение, 1989.
6. Сафарбаков А.М., Лукьянов А.В., Пахомов С.В.
Основы технической диагностики. Уч. пособие.
Иркутск: ИрГУПС, 2006. – 216с.
7. Горовой А. А. и др.
Микропроцессорные агрегатные комплексы для диагностики
технических систем.
К: Техника, 1990 г.
8. Белевцев А. Т.
Ремонт и обслуживание вычислительных машин.
М: Высшая школа, 1990 г.
9. Локазюк В. М., Савченко Ю. Г.
Надійність, контроль, діагностика і модернізація ПК.
К: «Академія», 2004 р.