книги из ГПНТБ / Основы технической эксплуатации ЭЦВМ

исправности в результате первого выполнения диагности­ ческого тестаможет быть найдена, как правило, хотя бы одна неисправность, устранив которую следует выпол­ нить тест еще раз. В случае невозможности обнаружить групповую неисправность с помощью диагностического теста необходимо воспользоваться другими методами диагностики.

Разработать такую диагностическую таблицу, в кото­ рой будут предварительно проанализированы воздейст­ вия всех возможных комбинаций неисправностей на на­ бор элементарных программ, практически не представ­ ляется возможным.

3-4. ПРОФИЛАКТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ

Рассмотренные в § 3-2 и 3-3 принципы контроля тех­ нического состояния ЭЦВМ рассчитаны в основном на обнаружение и локализацию неисправностей, возникаю­ щих в результате необратимых процессов в отдельных деталях и схемах устройств машины. Такие неисправно­ сти очевидны и им соответствуют явно выраженные при­ знаки, приводящие к устойчивому изменению логической структуры устройств. Однако, как было показано выше, в машине часто возникают неисправности, обусловленные постепенным ухудшением технических параметров радио­ электронных деталей, окислением контактов, коррозией пайки и т. д. К таким неисправностям можно отнести нарушение слоя перехода и утечку между электродами в полупроводниковых приборах, разрегулировку и залилание контактов в электромеханических реле, нарушение эмиссионных свойств катода и нарушение вакуума в элек­ тровакуумных приборах и т. д. Эти явления возникают в результате медленных физико-химических изменений в структуре деталей, их старения и изменения свойств под влиянием различных внешних воздействий. По мере изменения параметров деталей и схем и приближения их к предельно допустимым (граничным) значениям да­ же незначительные колебания питающего напряжения, температуры, влажности и т. д. могут вызвать появление случайных сбоев в работе машины. Такие элементы являются потенциальными носителями неисправностей, так как дальнейший уход параметров может привести к устойчивому изменению логической структуры блока или устройства и к превращению эпизодически появля­ ющихся случайных сбоев в систематические. Опыт экс-

150

плуатации показывает, что неисправности, обусловленные постепенным уходом параметров деталей и схем, состав­ ляют .более половины всех возникающих в машине не­ исправностей. Так, например, полупроводниковые и электровакуумные приборы выходят из строя постепенно в 70—80 случаях из 100, трансформаторы, реле и пере­ ключатели — в 50—60, резисторы — в 20—30, а конден­ саторы— в 7—10 случаях из 100. Кроме того, следует иметь в виду, что к устойчивым неисправностям относят неисправности, которые происходят из-за отсутствия ин­ формации о постепенных изменениях состояния элемен­ тов машины. При наличии предупредительной информа­ ции основная масса постепенно возникающих и некото­ рая доля внезапных неисправностей может быть своевре­ менно предотвращена. Предупреждение возникновения неисправностей в ЭЦВМ, т. е. обнаружение и замена элементов машины, параметры которых приближаются к предельно допустимым (граничным) значениям, состав­ ляет основное содержание профилактического контроля. Получать предупредительную информацию или, иными словами, прогнозировать момент выхода из строя эле­ ментов машины можно разными методами. Один из них, именуемый инструментальным, применяется в тех случа­ ях, когда постепенные изменения физико-химической структуры элементов могут быть каким-либо образом проконтролированы. Инструментальное прогнозирование неисправностей производят путем измерения значений прогнозируемого параметра элемента или выходного параметра схемы (блока, устройства) машины. Прогно­ зируемым параметром называют такой параметр, кото­ рый в любой момент времени характеризует изменение физико-химической структуры элемента. В качестве про­ гнозируемого параметра могут быть использованы кру­ тизна характеристики электровакуумного прибора, ток эмиссии и нулевой ток коллектора для полупроводнико­ вых приборов и т. д. Выходным параметром называют такой параметр схемы, блока или устройства ЭЦВМ, который зависит от необратимых изменений структуры входящих в них элементов. Необходимым условием про­ гнозирования по выходному параметру является знание корреляционной зависимости между выходным парамет­ ром схемы, блока или устройства и показателем качест­ ва входящих в них элементов. Выбор параметров про-

1 гнозирования обычно осуществляется по результатам

151

накопленной в процессе эксплуатации статистики или но результатам специально проведенных измерений. Метод прогнозирования неисправностей по изменению прогно­ зируемого параметра требует, как правило, изъятия эле­ ментов из блоков и затем после проверки их с помощью специальней контрольной аппаратуры установки па свое место. Это в свою очередь может привести к появлению дополнительных неисправностей. Кроме того, измерение параметров элементов производится в условиях, отлича­ ющихся от реальных, так как элементы изымаются из схемы. Метод прогнозирования неисправностей по изме­ нению прогнозируемого параметра применяется главным образом для проверки электровакуумных приборов.

Метод прогнозирования неисправностей по изменению выходного параметра позволяет, контролировать полно­ стью схему, блок или устройство машины, п с этой точки зрения он предпочтительнее метода прогнозирования не­ исправностей .по изменению прогнозируемого параметра. Основной трудностью при применении этого метода явля­ ется необходимость получения на стадии разработки и изготовления машины корреляционной зависимости меж­ ду выходными параметрами и показателями качества входящих в блок или устройство элементов.

Определение состояния элементов по изменениям про­ гнозируемого и выходного параметров можно проводить как в нормальном эксплуатационном, так и в специаль­ ном профилактическом режимах.

При прогнозировании состояния элементов в нор­ мальном эксплуатационном режиме производится пери­ одический замер параметров (прогнозируемых или вы­ ходных) и затем по результатам экстраполяции хода их изменения определяется момент возможного наступления неисправности. Если момент выхода из строя ожидается до начала очередных регламентных работ, производится замена ненадежного элемента на кондиционный. Основ­ ным достоинством данного метода является высокая достоверность прогноза без значительного сокращения срока службы элементов, блоков и устройств машины. Однако из-за трудности определения законов изменения параметров и уровней, при которых следует считать эле­ мент надежным, данный метод широкого применения не нашел.

Более широкое применение нашел метод прогнозиро­ вания неисправностей путем измерения параметров

152

в процессе создания специальных профилактических ре­ жимов элементов, блоков, устройств и машины в целом. Сущность метода заключается в том, что за счет искус­ ственного создания утяжеленных режимов выявляются критичные элементы.

Создание профилактических режимов работы может быть осуществлено: изменением питающих напряжений блоков и устройств машины; изменением частоты глав­ ных синхронизирующих импульсов машины; изменением параметров сигналов, поступающих на вход элементов, блоков и устройств; изменением температурных режи­ мов и т. д.; встряхиванием и простукиванием отдель­ ных блоков машины для выявления механических де­ фектов, окислений разъемных контактов и коррозии пайки.

Поскольку питающее напряжение легче всего изме­ нить, постольку первый способ наиболее часто применя­ ется для создания профилактических режимов. При со­ здании таких режимов применяют изменения напряже­ нии па базах и коллекторах^транзисторов; изменение токов постоянного подмагничивания для ячеек на ферри­ товых сердечниках, трансфлюксорах и т. д.; изменения напряжений смещения и анодного напряжения электрон­ ных ламп; изменение напряжения накала электронных ламп и т. д.

Различают статические и динамические профилакти­ ческие режимы. При статическом режиме контрольные значения напряжении остаются постоянными в течение всего цикла профилактического контроля, а при дина­ мическом режиме предусматривается периодическое из­ менение питающего напряжения.

Увеличение частоты главных синхронизирующих им­ пульсов машины вызывает форсированный режим рабо­ ты динамических узлов (счетчиков, счетно-импульсных сумматоров и т. п.) и позволяет судить о временных ха­ рактеристиках элементов, т. е. контролировать запас времени для завершения переходных процессов.

Изменением температурных режимов можно пользо­

основы блоков и панелей. Однако в силу того, что изме­ нение температуры и влажности требует длительного времени и с трудом поддается регулировке, этот способ практически не применяется.

153

Профилактический контроль машины осуществляется обычно приборным II программным путями. Приборный профилактический контроль проводится с помощью пере­ носных и встроенных в машину контрольно-измеритель­ ных приборов, а также проверочных стендов. При проведении профилактического контроля приборным пу­ тем машина разбивается на профилактические участки с контрольными точками на каждом из них. В контроль­ ных точках могут замеряться потенциалы или проверять­ ся с помощью осциллографа рабочие сигналы, которые должны затем сравниваться с эталонными. Встроенный контроль используется для проверки режимов питания,' температурных режимов машины, временных соотноше­ ний и значений уровней сигналов. С помощью стендов проверяются отдельные блоки, снимаемые с машины. На стендах должны имитироваться условия, в которых рабо­ тает блок, находясь в ЭЦВМ. При наличии аналогичных блоков в ЗИП такой метод контроля очень удобен, так как 'позволяет проверять блок, не вызывая простоя ма­ шины.

К недостатка-м стендового контроля следует отнести невозможность проверки взаимного влияния блоков друг на друга, а также необходимость иметь значительное количество довольно дорогих стендов в случае большой разнотипности блоков в ЭЦВМ.

При проведении профилактического контроля про­ граммным путем вся машина разбивается на автономные участки. Разбиение машины на участки профилактиче­ ского контроля производится таким образом, чтобы в про­ цессе работы программы, включая эти участки последо­ вательно один за другим, можно было быстро и удобно локализовать ненадежные элементы.

Программные методы позволяют охватить контролем все блоки машины. Этого можно добиться с помощью не­ которой организующей программы, которая формирует набор программ^ выполняемых машиной.

Наиболее эффективным следует считать программно­ аппаратный контроль, особенно при наличии в машине развитой системы аппаратного контроля. В этом случае сбои в работе программы, обусловленные ненадежными элементами, фиксируются аппаратным контролем, и факт наличия ненадежного элемента, участвующего в работе программы, будет обнаружен с эффективностью, равной эффективности работы аппаратного контроля,

154

К недостаткам методов профилактического контроля, связанных с введением специальных профилактических режимов, следует отнести невозможность проводить про­ филактику при нормальном функционировании машины, а также опасность возникновения необратимых измене­ ний в структуре элементов. Иногда при невозможности проведения профилактического контроля инструменталь­ ным путем применяют статистические методы прогноза. Статистический метод прогноза основывается на исполь­ зовании статистических законов распределения времени появления неисправностей, полученных в результате дли­ тельной эксплуатации аппаратуры или в процессе специ­ ально проведенных измерений. По полученным статисти­ ческим законам представляется возможным с некоторой вероятностью предсказать момент выхода из строя той или иной детали или схемы. На этом основании можно, учтя требуемый уровень надежности, определить время профилактической замены элементов в устройствах ЭЦВМ. Естественно, что прогнозирование будет тем точ­ нее, чем более полной информацией о предшествующем периоде функционирования устройств будем распола­ гать. Статистический метод -прогноза может быть при­ менен для предотвращения выхода из строя механиче­ ских деталей и трущихся электрических элементов, тре­ бующих периодической смазки, чистки, замены щеток и т. д. Такие элементы применяются в узлах вводных и выводных устройств. Использование статистического ме­ тода для профилактической замены всех потенциально ненадежных радиоэлектронных деталей в устройствах ЭЦВМ широкого распространения не получило по сле­ дующим причинам: низкой точности метода, режимы, в которых работают однотипные радиоэлектронные дета­ ли, различны и учесть их не всегда удается, массовая замена всех потенциально ненадежных радиоэлектрон­ ных элементов может вызвать при демонтаже и монтаже ошибки в схеме и нарушение контактов в панелях и разъемах, не повышая, а понижая при этом надежность работы ЭЦВМ, повышенный по сравнению с другими методами прогноза расход ЗИП.

Эффективность рассмотренных выше методов профи­ лактического контроля зависит от ремонтопригодности ЭЦВМ; контрольного оборудования, применяемого для поиска ненадежного элемента; системы диагностических программ и квалификации, обслуживающего персонала.

155

3-5. К О Н Т Р О Л Ь П Р А В И Л Ь Н О С Т И Р Е Ш Е Н И Я ЗАДАМИ

В процессе решения задачи на машине даже при хо­ рошо организованном контроле правильности функцио­ нирования ЭЦВМ возможно появление ошибок, обуслов­ ленных случайными сбоями, а иногда и выходом из строя схемных элементов. В связи с этим для повышения до­ стоверности результатов вычислений необходимо прово­ дить регулярный контроль правильности решения задачи, который сводится к определению факта искажения ре­ зультатов вычислений и восстановлению искаженной ин­ формации. Контроль правильности решения задачи реализуется, как это было показано в § 3-1, программно­ логическими методами, к которым можно отнести: двой­ ной счет, использование контрольных соотношений, ме­ тод подстановки, двойной счет по различным .програм­ мам, использование контрольных величин, логический анализ промежуточных результатов и т. д. Выбор кон­ кретного метода зависит от степени надежности машины, от оснащенности ее аппаратным контролем, от характера решаемой задачи и т. д. '

Простота реализации выдвинула на первый план припроведении контроля правильности вычислении метод -Двойного счета, сущность которого заключается в следу­ ющем. Подлежащая решению задача разбивается на отдельные части пли отдельные этапы вычислений. На каждом этапе счет проводится дважды, если результаты совпадают, переходят к решению следующей части зада­ чи. Если совпадения результатов не произошло, то в за­ висимости от организации программы машина либо оста­ навливается и результаты выводятся на печать для анализа, либо счет продолжается до тех пор, пока не будут получены два одинаковых результата. Последнее решение считается правильным и осуществляется пере­ ход к решению следующей части задачи. В ряде задач по окончании каждого счета получается не один резуль­ тат, а целый ряд чисел. В этом случае в конце каждого этапа производится контрольное суммирование этих чи­ сел и сравнение между собой уже не самих результатов,

а их контрольных сумм.

Несомненным достоинством метода двойного счета является его простота и возможность использования в любой вычислительной машине без применения специ­ альной аппаратуры. Метод двойного счета дает возмож-

156

ность практически достоверно обнаруживать ошибки, обусловленные случайными сбоями.

Для того чтобы исключить ошибки, которые могут возникнуть под влиянием случайных сбоев при считыва­ нии отдельных команд программы из оперативного запо­ минающего устройства даже при применении метода двойного счета, производится также еще и контрольное суммирование программы с последующим сравнением контрольных сумм.

Одним из недостатков метода двойного счета следу­ ет считать невозможность обнаружений с его помощью некоторых постоянных ошибок, обусловленных выходом из строя схемных элементов. Это объясняется тем, что и при первом и при втором контрольном суммировании мо­ гут быть получены одинаковые результаты и ошибка при сравнении контрольных сумм выявлена не будет.

При использовании двойного счета время решения задачи увеличивается по сравнению с временем решения этой же задачи при отсутствии контроля минимум вдвое при условии, что ошибок во время вычислений не возни­ кало. В случае же, когда за счет сбоев возникают ошиб­ ки и приходится для их исправления повторять счет на отдельных участках трижды, четырежды и т. д., времени для решения задачи требуется еще больше. Этот недо­ статок метода является основным препятствием на пути его широкого применения.

Тем не менее, несмотря на отмеченные недостатки, методом двойного счета следует пользоваться в машинах,

вкоторых другие средства контроля отсутствуют. Даже

вмашинах, имеющих разветвленный аппаратный кон­

троль, при решении определенного круга задач следует в разумных пределах применять метод двойного счета.

Затраты машинного времени при использовании ме- • тода двойного счета зависят от шага вычислений, т. е. от количества участков, на которые будет разбита за­ дача. При большом шаге вычислений вероятность по­ явления ошибки за счет случайного сбоя увеличивается и в случае его действительного появления возникает не­ обходимость проведения как минимум тройного счета на этом участке. При малом шаге машинное время будет нерационально тратиться на большое количество сумми­ рований и сравнений результатов. В связи с этим необ­ ходимо при составлении программ с использованием метода двойного счета выбирать оптимальный шаг вы­

157

числении, обеспечивающий минимальную затрату машин­ ного времени. В основу выбора оптимального шага вы­ числений следует положить наработку машины на сбой Тс. Длительность среднего шага вычислений не должна превышать времени наработки машины на сбой.

В отличие от'метода двойного счета метод контроль­ ных соотношений позволяет обнаруживать не только ошибки, обусловленные случайными сбоями, но и посто­ янные ошибки, вызванные выходом нз строя схемных элементов. Сущность метода контрольных соотношений состоит в следующем. В процессе подготовки задач для их решения на машине должны быть найдены контроль­ ные соотношения, представляющие собой дополнителш ные м-атематические зависимости, которые связывают между собой результаты определенного этапа вычисле­ ний. В конце данного этапа в соответствии с программой решается выбранная дополнительная зависимость и про­ изводится проверка, удовлетворяют ли полученные ре­ зультаты с достаточной степенью точности такому кон­ трольному соотношению. Например, если на каком-то этапе решения задачи вычисляются значения синусов и косинусов, то для проверки правильности проведенных вычислений можно использовать соотношение |sin2x + + cos2x—11< е, где е — достаточно малое положительное число. Если полученные результаты не удовлетворяют с достаточной степенью точности контрольному соотно­ шению, производится либо повторный просчет, либо оста­ нов машины. При выборе контрольных соотношений не­ обходимо иметь в виду, что выбираемые дополнитель­ ные математические зависимости не должны встречаться в проверяемой части задачи. По сравнению с методом двойного счета метод контрольных соотношений может дать значительный выигрыш во времени решения задачи. Однако такие соотношения не для всякого этапа вычис­ лений удается найти, поэтому чаще всего этот метод применяется в сочетании с другими видами контроля.

Сущность метода подстановки заключается в том, что по окончании этапа вычислений решается обратная за­ дача. Результаты решения обратной задачи сравнивают­ ся с исходными данными прямой задачи. Если разность сравниваемых величин не выходит из заданных пределов, решение считается правильным и можно переходить к по­ следующим вычислениям. Если же сравнения не произо­ шло, решение необходимо повторить. Метод п о д с т я н п ч т п т

158

особенно эффективен при контроле правильности реше­ ния систем уравнений. В этом.случае найденные корни подставляются в исходные уравнения,, после чего левая, и правая части уравненияt сравниваются между сабой. Если разность сравниваемых величин не выходит из заданных пределов, решение считается правильным. Ме­ тод подстановки, так же как и метод контрольных соот­ ношений, позволяет обнаруживать не только ошибки, обусловленные случайными сбоями, но и постоянные ошибки, возникающие в результате выхода из строя схемных элементов.

Иногда для контроля достоверности результатов ре­ шения задачи используют двойной счет по разным про­ граммам. Конечные результаты вычислений по первой и второй программам сравниваются между собой. Задача считается решенной верно, если результаты вычислений по обеим программам отличаются незначительно. Обыч­ но для проведения повторных вычислений используется упрощенный алгоритм или более грубый метод решения этой же задачи. Метод двойного счета по разным про­ граммам позволяет обнаруживать как ошибки, обуслов­ ленные случайными сбоями, так и постоянные ошибки, возникающие за счет выхода, из строя схемных элемен­ тов, причем вероятность выявления ошибок, обусловлен­ ных выходрм из строя схемных элементов, будет тем больше, чем значительнее отличаются друг от друга по характеру выполняемых операций первая и вторая про­ граммы.

При решении не очень сложных задач проверку пра­ вильности вычислений можно осуществить путем исполь­ зования контрольных величин. В этом случае задача разбивается на этапы, для каждого из которых в про­ цессе подготовки задачи к решению на машине опреде­ ляются контрольные величины, представляющие собой некоторые значения искомых переменных. Результаты вычислений на каждом этапе сравниваются с контроль­ ными величинами и при их совпадении переходят к сле­ дующему этапу. Если совпадения не происходит, машина останавливается и анализируются причины неверно про­ веденных вычислений. •

Метод логического анализа промежуточных результа­ тов можно использовать в задачах, в которых заранее известен характер изменения искомых величин. Метод позволяет обнаруживать грубые ошибки, делающие бес-

159