Процедура проектирования ТСД

Процесс проектирования ТСД (рис.16.3) можно подразделить на несколько этапов, которые необходимо выполнить, чтобы найти путь от первоначальной идеи до претворенного на практике конечного результата. Каждый из этапов отражает свойства и характеристики структуры ТСД с соответствующей степенью детализации и зависит от решаемых задач. Можно выделить четыре этапа: формирование требований, разработка алгоритма процесса диагностирования, структурно-функциональная организация, разработка принципиальных схем и конструирование. В качестве исходных данных используются полученные на этапе организации системы диагностирования (см.рис.16.3): показатель надежности объекта Н₀ и средств диагностирования Н_т, использования И и диагностирования Д, требования к ошибкам первого и второго рода.

I.Формироване требований.В начале проектирования ТСД необходимо сформированть ТСД, которые служат исходной информацией для всего дальнейшего процесса проектирования. Этот этап предваряет собой все последующие этапы построения ТСД. Завышение требований к ТСД может привести к неоправданному усложнению и удорожанию технических средств. Однако при отсутствии разумных запасов в возможностях ТСД затрудняются их отработка и производство и имеется большое количество доработок, что, в конечном счете, отодвигает сроки передачи разработки в производство и увеличивает ее стоимость.

В процессе диагностирования объекта могут решаться различные задачи. Решаемые задачи , существенно влияют на принципы построения ТСД, определяют вид диагностической модели объекта, подвергаемой анализу с целью разработки диагностического обеспечения.

В качестве ОД могут выступать объекты, состоящие из одинаковых частей (блоков) диагностируемых одновременно. В этом случае требуется выбрать вид обработки информации (последовательный, параллельный, смешаный) и число каналов N_т, что оказывает существенное влияние на структуру ТСД. Правильный выбор способа обработки информации о состоянии ОД позволяет оптимизировать число N_т каналов ТСД, используемых для его обслуживания. Причем каждый канал представляет собой автономное техническое средство с собственным самоконтролем.

ТСД бывают встроенные и внешние, различающиеся по степени конструктивной связи с ОД. Исследуемые объекты в общем случае имеют пространственно-рассредоточенное построение. Для таких объектов вопрос конструктивной связи с обслуживающими их ТСД представляет значительный интерес. Поэтому на предварительном этапе при параллельном проектировании ОД и ТСД возникает задача выбора вида ТСД, т.е. определения, какому виду ТСД – встроенным или внешним – следует отдать предпочтение, а при использовании комбинированных ТСД, по возможности, определить соотношение между ними. Обоснование доли встраиваемых в объект ТСД может изменить первоначальные, определенные в процессе решения задач организации СД значения показателей объекта (безотказности Б∙, контролепригодности К_п∙и ремонтопригодности Р_п∙), и его структуру, что должно быть учтено при разработке диагностического обеспечения. Если разработчику объекта не удается выполнить требования по встраиванию, то необходимо уточнить эти возможности и окончательно выбрать степень встраивания.

Обоснованные в процессе анализа диагностические модели, совокупность диагностических признаков { } и допуски на диагностические признаки в виде условий работоспособности для параметров , ( n – число, а и – текущие и номинальные значения оцениваемых параметров) и характеристики , , (m – число точек, в которых оценивается характеристика y(x), y_i(x) и y_iн(x) – текущее и номинальное значения характеристики в i-й точке) используются при проектировании ТСД. Они оказывают влияние на выбираемую погрешность измерений , реализуемых измерительно-контрольным трактом ТСД. Информация об объекте, получаемая в ходе анализа диагностических моделей, определяет требования, структуру и принципы построения ТСД и должна своевременно передаваться их разработчикам.

Рассмотренный этап оригинален. Его результаты определяют функциональное построение ТСД, их надежность, массу и габариты.

II. Разработка алгоритма процесса диагностирования. На втором этапе процедуры в соответствии с классическим подходом в проектировании метод–алгоритм–структура в тесном взаимодействии с разработчиком объекта начинается составление алгоритма процесса диагностирования.

Для каждой задачи диагностирования в настоящее время разработано много методов их реализации. Систематизация методов по задачам и внутри задач может ускорить процесс разработки ТСД за счет сокращения времени на выполнение ненужной в отдельных случаях работы по разработке нового метода, аналог которого уже имеется. Рекомендуемые методы решения задач диагностирования влияют на формирование алгоритмов процесса диагностирования и определяют структуру алгоритмов функционирования ТСД. Все это позволяет на данном этапе процедуры проектирования ТСД выделить самостоятельную задачу – выбор метода диагностирования М_i. Это возможно, если создать библиотеку методов решения задач диагностирования, в которой каждый метод характеризуется показателями процесса диагностирования П = {П_i}, объема диагностирования О = {O_i}.

Наличие алгоритмов А_д диагностирования, полученных в результате анализа ДМ, методов диагностирования М_i для выбранной совокупности задач обосновывает необходимость включить в процедуру проектирования ТСД разработку алгоритмов процесса диагностирования. При этом ставится задача объединения алгоритмов диагностирования (последовательности проверок) с совокупностью операций, реализуемых в процессе диагностирования.

Этот этап следует завершить оценкой алгоритмов процесса диагностирования по выбранным показателям времени диагностирования и погрешности их выполнения . Полученная последовательность определяется числом выполняемых операций, очередностью и продолжительностью их выполнения, что может быть использовано при формировании требований к операционным узлам, привлекаемым к реализации полученного алгоритма.

III. Структурно-функциональная организация ТСД.Состояние ОД необходимо оценить за установленное по результатам организации системы диагностирования время диагностирования , которое существенно ограничивает реализацию разработанных алгоритмов СД и стоимость диагностирования. Если имеются резервы времени, то к процессу диагностирования следует привлечь ЧО. В какой степени? На этот вопрос можно ответить, если оценить степень автоматизации процесса диагностирования. В результате этого выбирается совокупность операций, реализуемых автоматически, и набор операций, которые могут быть реализуются ЧО, т.е. формируются рекомендации на проектирование деятельности ЧО.

Далее необходимо построить структуру ТСД, оптимальную в отношении выбранного критерия качества (время, безотказность, погрешность, объем и др.), который основывается на полученном алгоритме процесса диагностирования и обоснованной степени автоматизации. Следует отметить, что на этом этапе при наличии исходных данных осуществляется ориентировочная количественная оценка качества ТСД, что должно помочь разработчикам избежать грубых принципиальных ошибок в проектировании.

Построенную структуру ТСД необходимо затем оптимизировать по техническим (ТП) и экономическим (ЭП) показателям.

Для полученной структуры ТСД, включающей набор элементов Y = {y_1j,...,y_ij,...,y_nj}, – номер элемента ТСД (нормализатор, компаратор и т.д.), – номер его модификации (на транзисторах, ИС и т.п.), важно определить функциональные элементы, на которых будут разработаны принципиальные схемы отдельнх блоков ТСД, удовлетворяющих ограничениям по безотказности Б, погрешности , объему V и быстродействию . Правильно выбранная элементная база в конечном счете определяет качество ТСД и системы диагностирования в целом.

В завершении рассматриваемого этапа для разработанных схем оценивается результат проектирования, т.е. качество ТСД в достоверности диагностирования. Для этого необходимо получить аналитическое выражение, которое учитывало бы как надежность ТСД, так и возможные сбои, погрешности, возникающие в схемах.

IV. Конструирование, изготовление опытного образца.Как и для любого технического объекта здесь решаются задачи разработки принципиальных схем, конструирования отдельных блоков и ТСД в целом, осуществляется опытная проверка соответствия спроектированных средств требованиям технического задания. Принятые технические решения экспериментально проверяются путем стендовых, заводских и государственных испытаний в реальноых условиях эксплуатации.

Начальные этапы проектирования ТСД являются ответственными и сложными. В то же время они и наименее теоретически разработаны. При разработке технических средств получаемые результаты следует постоянно согласовывать с разработчиками объекта и при необходимости – оперативно пересматривать их, чтобы достичь лучших показателей системы диагностирования.

Предложенная процедура имеет достаточно общий характер, что позволяет на практике применять ее в самых разнообразных ситуациях. Разделение процесса проектирования на этапы дают возможность решать задачи каждого этапа соответствующими методами. Нужны методы, способствующие работе как инженера-проектанта, так и инженера-исследователя, эффективные и дешевые, а при необходимости и точные, несмотря на высокую стоимость. При этом для достижения оптимальных результатов при реализации предложенной процедуры отдельные этапы могут повторяться до тех пор, пока спроектированные ТСД не будут удовлетворять требованиям технического задания.