Глава 3. Технологическая часть.

3.1 Технологический процесс на монтаж платы.

Техпроцесс - составная часть производственного процесса, непосредственно связанного со сменой состояния продукта.

1. Комплектовочная операция;

2. Контрольная операция;

3. Подготовительная операция;

4. Промывка;

5. Монтажная операция;

6. Промывка;

7. Контрольная операция.

1. Комплектовочная операция. Скомплектовать сборку из радиоэлементов, согласно комплектовочной карте или спецификации чертежа. Комплектацию радиоэлементов производить с помощью браслета.

2. Контрольная операция. Осуществить контроль деталей, проверить плату, сопроводительную документацию.

3. Подготовительная операция. В нее входит формовка и лужение выводов.

4. Промывка. Промывку плат от конденсирующего покрытия осуществляют спиртовой смесью при помощи кисточки. Срок хранения конденсированной платы до покрытия ее лаком не должен превышать 45 дней.

5. Монтажная операция. Установить радиоэлементы на печатную плату, согласно сборочному чертежу, причем номиналы элементов должны быть отчетливо видны. Пайку осуществляют припоем ПОС-61, предварительно нанеся на место пайки флюс, причем в минимальном количестве. Используя флюс ФКСП. Время пайки 2-3 секунды, температура 245° С. Транзисторы начинают паять с базового вывода, затем коллектор и эмиттер. Расстояние от печатной платы до корпуса не менее 1,5 мм. Микросхемы начинают паять от "ключа" и продолжают паять в шахматном порядке. Пайка должна быть скелетной или конусной, не иметь раковин, быть ровной и блестящей.

6. Промывка. Осуществлять промывку плат от флюса или канифоли необходимо спирто-бензиновой смесью при помощи кисточки.

7. Контрольная операция. Осуществить контроль плат на соответствии чертежа. Номиналы элементов должны хорошо просматриваться и соответствовать номиналам радиоэлементов на спецификации.

Предъявить печатную плату с установленными на ней элементами в ОТК.

3.2 Инструкция пользователя

3.2.1 Интерфейс программы

Интерфейс достаточно прост в использовании. Он представляет собой виртуальную панель прибора и включает в себя элементы регулировки и элементы индикации в соответствии с рисунком 3.1

Рисунок 3.1 – Лицевая панель ВП

К элементам регулировки относятся 8 вращающихся ручек, на каждой из которых можно выставить угол срабатывания и отключения тока в пределах от 0˚ до 270˚. У каждой ручки находятся по 2 кнопки, для более точного выставления угла и числовое поле для ручного ввода. Кнопки пуск и стоп соответственно запускают и останавливают работу прибора. Также на панели находятся 2 кнопки для записи и сохранения настроек. Эта функция нужна для того облегчения регулировки прибора. Таким образом, у каждого больного будет существовать свой профиль, который будет использоваться исключительно для него.

К элементам индикации относится 4 световых индикатора, каждый из которых сигнализирует о включении того или иного канала. Эта функция очень удобна при настройке устройства, так как оператор может оперативно узнать, какие из каналов работают и при необходимости скорректировать угол включения. Графическая шкала со стрелкой показывает угол, который определяется по датчику, а выше от него угол представлен в числовом виде. В правой части экрана расположен экран, на котором в реальном времени выводится графики угла и угловой скорости.

3.2.2 Электронный блок

Электронный блок выполнен в виде отдельного переносного прибора, выполненного в пластмассовом корпусе. На верхней панели пластмассового корпуса электронного блока аппарата, представленного на рисунке 3.2 расположены следующие органы управления:

Рисунок 3.2 – Внешний вид аппарата "МИОВОЛНА"

1. Сетевой переключатель.

2. Регулятор частоты переключения каналов.

3. Переключатель режимов электростимуляции.

4. Регуляторы амплитуды тока в каждом из 4-х каналов.

5. Светодиодные индикаторы прохождения тока в каждом из 4-х каналов.

6. Гнёзда для подключения кабелей лечебных электродов.

7. Гнездо для подключения кабеля опорного (пассивного) электрода.

Справа вверху расположен сетевой переключатель "ВКЛ" для включения аппарата и одновременно для запуска процедуры. Переключатель снабжён клавишей с подсветкой включенного положения.

Слева вверху напротив переключателя находится ручка регулятора частоты переключения каналов. При изменении частоты переключения каналов происходит пропорциональное изменение длительности пачки импульсов в обоих режимах работы. Вокруг ручки регулятора расположен лимб, с делениями и указанием значений частоты переключения каналов в крайних положениях ручки для обоих режимов работы.

Ниже под регулятором расположен переключатель "РЕЖИМ", с помощью которого может быть выбран один из двух режимов:

- режим ПНА (стимуляция) - нижнее положение переключателя;

- режим РНА (обезболивание) - верхнее положение переключателя.

При изменении режима работы аппарата автоматически изменяется и диапазон регулировки частоты переключения каналов (с 0,15÷0,7Гц в режиме ПНА на 1÷5Гц в режиме РНА).

Внизу верхней панели расположены четыре регулятора, обеспечивающие регулировку амплитуды тока в каждом из четырёх каналов. Каждый регулятор амплитуды совмещён с выключателем.

Внимание! Если хотя бы один из регуляторов перед включением аппарата не будет выведен в крайнее левое положение до щелчка (срабатывание выключателя) – на электроды не будет подано напряжение, не смотря на включенное положение переключателя "ВКЛ". Тем самым обеспечивается защита пациента от несанкционированного токового воздействия.

Под каждым регулятором расположен светодиодный индикатор для индикации прохождения тока в канале. Каждый канал под регулятором амплитуды тока маркирован своим цветовым полем и имеет цифровое обозначение. Такую же цветовую маркировку имеют разъёмы кабелей для подключения электродов.

Впереди на торцевой панели аппарата расположены 5 гнёзд - 4 гнезда для подключения кабелей лечебных электродов и одно - для подключения кабеля опорного электрода. Гнездо для подключения кабеля опорного (пассивного) электрода расположено чуть правее от основных гнёзд и обозначено словом "ОБЩИЙ" на верхней панели аппарата.

3.3 Инструкция администратора

3.3.1 Установка программного обеспечения

В зависимости от типа системы (64 или 32 битная) выбрать один из двух файлов: 2012sp1LV-64WinEng.exe или 2012sp1LV-WinEng.exe, и запустить его. При этом появится диалоговое окно установки, показанное на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 – Диалоговое окно установки LabVIEW

После нажатия кнопки «Install NI LabVIEW 2012 SP1» будет запущен процесс установки. Во время установки нужно будет следующие действия:

- Ввести полнее имя и название организации

- Ввести серийный номер

- Указать путь к папке для программного обеспечения NI и Директорию установки LabVIEW

- выбрать компоненты для установки

- Дождаться окончания установки

После процесса установки нужно активировать лицензию с помощью приложения «NI License Manager»,находящимся в папке с программой.

3.4 Инструкция программиста

Программа, как упоминалось выше, была написана на языке LabVIEW. Она состоит из блок-схемы (приложение Б) и лицевой панели (приложение В).

3.4.1 Последовательность работы программного обеспечения

Алгоритмы и последовательность работы программы (виртуального прибора) представлены на блок-диаграмме. Блок диаграмма содержит три основных окна (фрейма):

- инициализация

- работа

- завершение работы

Действия, выполняемые при инициализации, показаны на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 – Блок диаграмма фрейма инициализации ВП

Производится настройка и запуск платы сбора данных USB - 6009, включается индикатор рабочего режима, задаются действующие по умолчанию углы включения/выключения каналов миостимулятора, включаются все каналы миостимулятора.

Основной цикл работы программы представлен вторым фреймом, показанным на рисунке 3.5.

Цикл работы бесконечный, с выходом по условию – нажатием кнопки «Завершить работу».

Внутри цикла находится обработчик событий, производящий опрос всех логических и физических устройств каждые 5 мс.

Обработчик событий позволил запрограммировать необходимые функциональные действия при наступлении всех существенных событий хода выполнения программы.

Например, на рисунке 3.5 представлены выполняемые действия при выключенной кнопке «ПУСК». В этом случае ссылка на устройство сбора данных просто передается на следующую итерацию основного цикла.

Рисунок 3.5 – Блок диаграмма основного фрейма ВП

При завершении программы (после нажатия кнопки «Завершить работу»), в соответствии с блок диаграммой на рисунке 3.6, производится выключение всех каналов миостимулятора и завершается работа устройства сбора данных.

Рисунок 3.6 – Блок диаграмма фрейма завершения работы ВП

3.4.2 Обработчики событий и алгоритмы обработки данных

Сбор данных программой осуществляется постоянно в фоновом режиме, чтение данных начинается с момента нажатия кнопки «ПУСК». Алгоритм обработки данных в виде блок диаграммы представлен на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7 – Блок диаграмма сбора и обработки данных

Производится чтение блока данных с датчика угла поворота, данные передаются ВП чтения во встроенном формате LabView «сигнал». Осуществляется преобразование данных из формата «сигнал» в структуру из трех элементов – время сбора, интервал сбора и массив данных. В дальнейшем элементы структуры используются независимо.

Массив значений угла поворота перемножается на масштабный множитель, усредняется и среднее значение угла поворота (среднее за время 0,01 сек) выводится на индикаторы и поступает в блок сравнения.

Параллельно для блока сравнения из матрицы углов срабатывания каналов формируются массивы-столбцы начальных и конечных значений.

В блоке сравнения формируется массив-столбец результатов диапазонного сравнения текущего угла поворота и границ диапазонов углов срабатывания каналов.

Массив-столбец результатов сравнения выводится на индикаторы включения каналов передней панели и на миостимулятор.

Кроме того, массив значений угла поворота, вместе со значением интервала сбора данных (преобразованным в частоту), поступают на вход фильтра высоких частот.

Отфильтрованный от высокочастотных помех сигнал поступает на дифференцирующий ВП, где из угла получаем величину скорости его изменения.

После усреднения средняя величина угла поворота и значение скорости его изменения поступают на вход графического индикатора и выводятся на переднюю панель.

Кроме основного режима работы программное обеспечение позволяет сохранить и восстановить настройки диапазонов углов срабатывания каналов миостимулятора, включать и выключать режим работы с датчиком и миостимулятором, завершать работу. Последовательность обработки данных событий представлена в приложении В, на рисунках В.2-В.6.

6.4 Оценка программного средства по требованиям безопасности информации

Несмотря на усилия ведущих мировых разработчиков программного обеспечения, задача снижения числа уязвимостей в программных системах не получила реального решения. Объективно это обусловлено чрезвычайно высокой структурной сложностью программных систем, динамичностью версий и технологий. Одним из путей повышения уровня безопасности ПО является использование на этапах тестирования и испытаний ПО моделей, позволяющих получить гарантированные оценки показателей безопасности ПО и эффективности технологии его разработки. Большинство таких моделей заимствовано из теории надежности технических систем, поэтому в литературе их часто называют моделями надежности ПО. С точки зрения испытаний программных средств по требованиям безопасности информации понятие «надежность функционирования ПО» эквивалентно понятию «технологической безопасности ПО», где под ошибкой понимается уязвимость (некорректность программирования, дефект, не декларированная возможность), потенциально влияющая на безопасность системы и инфраструктуры.

Опыт испытательных лабораторий показывает, что применение математических моделей не должно отвлекать экспертов от реального трудоемкого и ответственного процесса исследования ПО и должно, главным образом, способствовать принятию правильных решений. Поэтому модели целесообразно классифицировать по имеющимся входным статистикам, получаемым на различных этапах жизненного цикла ПО:

1. Модели полноты тестирования, позволяющие получить оценки показателей доверия к процессу оценки соответствия ПО;

2. Временные модели роста надежности (reliability growth model), позволяющие оценить показатели технологической безопасности ПО в зависимости от времени испытаний;

3. Отладочные модели, позволяющие оценить показатели технологической безопасности ПО в зависимости от прогонов на заданных областях входных данных и последующих доработок ПО.

6.4.1 Полнота тестирования

Воспользуемся моделью учета внесения ошибок, известную также как решение задачи теории вероятности «меченых рыб» или как модель Миллса (Mills), предполагает внесение в текст программы тестовых ошибок. В процессе тестирования собирается статистика о выявленных ошибках - внесенных и реальных.

Предполагается, что тестовые ошибки вносятся случайным образом, выявление всех ошибок (внесенных и собственных) равновероятно. В этом случае, используя метод максимального правдоподобия, можно получить оценку числа первоначальных ошибок ПО:

(6.1)

где: S - число внесенных ошибок, - число найденных внесенных ошибок, n - число найденных реальных ошибок.

Модель можно использовать для получения оценок безошибочности программы. Пусть тестирование выполняется до тех пор, пока не будут найдены все внесенные ошибки S=. Тогда, достоверность утверждения, что в программе k ошибок, имеет следующий вид:

В случае если в процессе испытаний выявлены не все внесенные тестовые ошибки, следует использовать следующую формулу:

где  - число обнаруженных тестовых ошибок.

На практике данная модель применяется для контроля эффективности работы экспертов, проводящих аудит безопасности кода. К недостаткам модели относят проблему случайного внесения уязвимостей.

6.4.2 Рост надежности от времени

Воспользуемся экспоненциальной моделью роста надежности, получившей название модели Елинского-Моранды (Jelinski-Moranda, JM-модель), основана на допущениях, что в процессе тестирования ПО длительность интервалов времени между обнаружением двух ошибок имеет экспоненциальное распределение с интенсивностью отказов, пропорциональной числу необнаруженных ошибок. Все ошибки равновероятны. Каждая обнаруженная ошибка мгновенно устраняется, число оставшихся ошибок уменьшается на единицу.

Функция плотности распределения времени обнаружения i-й ошибки, отсчитываемого от момента выявления (i – 1)-ой ошибки, имеет вид:

, (6.2)

где - интенсивность ошибок, которая пропорциональна числу еще не выявленных ошибок в программе, N - число ошибок, первоначально присутствующих в программе; - коэффициент пропорциональности, интерпретируемый как интенсивность выявления ошибок, t- интервал между (i-1)-ой и i-ой ошибками.

_I = (1)

Полученное выражение позволяет легко найти формулы для вероятности безошибочной работы, вероятности устранения всех ошибок за заданное время, средней наработки на ошибку, среднего времени устранения всех ошибок и др.

Для расчета параметров и используется метод максимального правдоподобия.

В табл. 1 представлены примеры популярных Марковских моделей, причем, параметр N интерпретируется в качестве числа первоначальных ошибок в ПО.

Таблица 6.3 – Марковские модели

Название модели	Интенсивность ошибок, i
JM-модель	(N-(i-1))
Модель Липова	
Xui-модель	(e-k(N-i+1)-1)
LShanthikumar-модель	(N-(i-1))k
Bucchianico-модель	1-(N-(i-1))

6.4.3 Отладочная модель программы

В основе немонотонной модели отладки и обновлений программного обеспечения положено свойство ПО изменения надежности только в моменты доработки ПО, причем степень надежности может, как повышаться, так и понижаться:

, (6.3)

где u - число проведенных доработок ПО, P_j - приращение степени надежности после j-ой доработки.

Для учета эффективности доработки вводится метрика величины измененного кода, например, при исправлении ошибок или обновлении ПО. Это позволяет получить основное расчетное выражение для показателя надежности ПО:

, (6.4)

где a_i - коэффициент эффективности доработки ПО с целью исправления ошибки или обновления, P₀ - начальная степень надежности, P_∞ - предельная степень надежности.

Данная модель зависит от 4-х параметров (P₀, P_∞, a₁, a₂), расчет которых удобно

осуществить с помощью метода максимального правдоподобия.

Следует указать, что модель позволяет вывести формулы для планирования испытаний, например, число оставшихся ошибок после u-ой доработки можно рассчитать следующим образом:

, (6.5)

где a – усредненный коэффициент эффективности доработки ПО.

Выбор модели оценки и планирования испытаний

Отметим, что не существует универсальной модели оценки и планирования испытаний ПО. Более того, кроме рассмотренных классов моделей в литературе можно встретить имитационные модели, структурные, нечеткие, интервальные модели, модели динамической сложности программ, модели программно-аппаратных комплексов, а также нейронные сети, получившие применение для решения отдельных научных задач. Для выбора подходящих моделей можно предложить ряд качественных и количественных критериев.

Качественными критериями можно назвать следующие:

1. Простота использования. В первую очередь касается степени адекватности модели системе сбора статистики, т.е. используемые входные данные могут быть легко получены, они должны быть представительны, входные и выходные данные понятны экспертам.

2. Достоверность, т.е. модель должна обладать разумной точностью, необходимой для решения задач анализа или синтеза в области безопасности ПО. Положительным свойством модели является возможность использования априорной информации и комплексирования данных других моделей с целью сокращения входной выборки.

3. Применимость для решения различных задач. Некоторые модели позволяют получить оценки широко спектра показателей, необходимых экспертам на различных этапах жизненного цикла ПО, например, показатели надежности, ожидаемое число ошибок различных типов, прогнозируемые временные и стоимостные затраты, квалификацию специалистов, качество тестов, показатели точности, показатели покрытия ПО и др.

4. Простота реализации, в том числе, возможность автоматизируемости процесса оценки на базе известных математических пакетов и библиотек, переобучения модели после доработок, учета случаев неполных или некорректных входных статистик, учета других ограничений моделей.

В качестве количественных критериев используют следующие:

- показатели точности оценки;

- показатели качества прогнозирующих моделей (сходимость, устойчивость к шуму, точность предсказания, согласованность);

- информационные критерии качества прогнозирующих моделей (размерность, критерии BIC/AIC).

- комбинированные и интегральные показатели, например:

, (6.6)

Где k_i – весовой коэффициент i-го свойства рассматриваемой модели, выбираемой экспертом; X_i - характеристическая функция i-го свойства.

8 Проведение исследований на опытном образце аппарата по реабилитации пациентов с парализованными конечностями

В течение многих лет область применения электрической стимуляции (ЭС) ограничивалась рамками восстановления отдельного органа — мышцы человека. С помощью ЭС удавалось замедлить, а иногда и предотвратить развитие атрофических процессов в мышечной ткани при повреждении нервных структур или самих мышц, усилить кровообращение и обмен веществ и в итоге улучшить возбудимость и сократительные свойства мышц. И все же такие позитивные изменения функции мышц не всегда приводили к реабилитации целостного двигательного акта. ЭС мышц в покое имела ограничения: протекала в условиях, весьма далеких от реальных условий функционирования мышц; не требовала активного участия больного и, будучи никак не связанной с координацией двигательного акта, не могла непосредственно влиять ни на коррекцию, ни, тем более, на выработку нового двигательного стереотипа.

Значительным шагом вперед явилось новое направление, — функциональная электрическая стимуляция (ФЭС). Суть этого направления состоит в том, что ЭС используется как способ восстановления уже не отдельного органа, а сложного двигательного акта. Эта главная черта ФЭС определяет ее основные особенности: ЭС включается в определенные фазы двигательного цикла, соответствующие фазам естественного максимального возбуждения и сокращения мышц; в качестве объекта стимуляционного воздействия выступает не отдельная мышца, а конечности или туловище человека: при этом воздействие электрического тока, незначительное по мощности, высвобождает мышечную энергию большой мощности; в результате усиления функции ослабленных мышц и коррекции нарушенных функций происходит формирование приближающегося к норме двигательного стереотипа

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ