4.1.3. Классификация диагностических процедур ­­и их краткая характеристика

Различают два основных метода поиска отказавших элементов (ди­агностических процедур) – комбинационный и последовательный.

При использовании первого метода (комбинационный поиск) со­стояние системы определяется путем выполнения заданного числа прове­рок, порядок осуществления которых безразличен. Выявление отказавших элементов производится после проведения всех заданных проверок. С этой целью сопоставляются (анализируются) результаты проверок. Для этого метода характерны ситуации, когда не все результаты выполненных про­верок необходимы для определения состояния системы.

При использовании второго метода (последовательный поиск) диаг­ностики оптимизация процедуры последовательного поиска производится в общем случае двумя путями:

1) выбором необходимых проверок и восстановительных операций из всего множества заданных;

2) определением рациональной последовательности их выполнения.

Модели объектов диагностики, для которых строятся исключительно последовательные процедуры, удовлетворяют таким ограничениям:

1. В диагностируемой системе возможны лишь поэлементные про­верки и общая проверка системы, устанавливающая факт работоспособно­сти или отказа всей системы.

2. Отказы элементов независимы, т.е. определение работоспособно­сти или отказа какого-либо элемента не «деформирует» распределение ве­роятностей отказов отдельных элементов.

Использование таких моделей целесообразно в двух случаях: в ис­следуемом объекте связи между выделенными элементами практически отсутствуют или использование этих связей для целей диагностики за­труднительно либо ввиду многочисленности этих связей, либо из-за слу­чайного характера связей, либо по каким-то иным причинам.

И наконец, поскольку многие сложные системы состоят из большого числа однотипных элементов, использование в разумных пределах поэле­ментных проверок упрощает конструкцию автоматических испытательных установок и используемые алгоритмы.

Будем говорить о двух видах процедур последовательного поиска (программ диагностики) – безусловной и условной. Под безусловной про­цедурой будем понимать такую, при которой порядок проведения поверок определяется заранее, до начала поиска, и в процессе поиска остается не­изменным. Если же проверка на некотором j-м шаге назначается в зависи­мости от предыдущих j–1 проверок, то такую последовательную проце­дуру назовем условной. Вообще говоря, безусловная программа поиска есть частный случай условной.

Методы диагностики технического состояния систем можно поде­лить на детерминированные и вероятностные. Детерминированные методы можно поделить на методы с условной процедурой локализации дефектов и методы с последовательной процедурой локализации дефектов, а вероят­ностные методы – на методы локализации дефектов с использованием ап­парата экспертных систем, методы с последовательной процедурой лока­лизации дефектов (при этом на модель накладываются определенные огра­ничения) и методы с условной процедурой локализации дефектов (рис. 4.6).

Одной из широко применяемых на практике процедур технического диагностирования состояния сложных систем (в том числе и гибридных) является поиск отказавших элементов (устройств) и восстановление рабо­тоспособности методом замены элементов. Для указанной процедуры ха­рактерно использование описанных выше моделей. Суть метода состоит в следующем. Используя возможности поэлементной проверки устройств (узлов), определяют техническое состояние i-го элемента. Если проверяе­мый элемент исправен, то в соответствии с принятым критерием определя­ется следующий проверяемый элемент, иначе забракованный элемент за­меняется на исправный и производится переход к следующему шагу про­цедуры (выбору очередного проверяемого элемента).

Рис. 4.6. Классификация процедур поиска и локализации дефектов

Простейшей разновидностью описываемой процедуры является сле­дующая. В случае отрицательной реакции на выходе диагностируемой системы i-й подозреваемый элемент (i-й шаг процедуры) без проверки его технического состояния заменяется на заведомо исправный. Если система переходит в работоспособное состояние, то дефект считается обнаружен­ным, если нет – производится замена следующего элемента или блока. Таким образом, если до проведения некоторой проверки было известно, что система находится в одном состоянии из некоторого подмножества S ^k, то после проведения проверки можно указать подмножество S^l, в одном из состояний которого находится система, причем S^l  S ^k.

Каждой проверке приписывается стоимость, отражающая затраты труда, времени, затраты на необходимую аппаратуру и т.д. Стоимость дан­ной проверки является суммой стоимостей элементарных операций, ее со­ставляющих, и, вообще говоря, зависит от того, какие проверки ей предшествовали. Поэтому последующие проверки, если при их выполнении используются ранее выполненные операции, могут иметь пониженную стоимость. Практические оценки стоимостей проверок сводятся к анализу стоимостей элементарных операций данной проверки.

Итак, при построении процедуры поиска отказов и восстановления работоспособности методом замены элементов, как уже было сказано выше, различают вероятностную и детерминированную диагностику. Если в модели объекта предполагается, что операция восстановления элементов производится лишь после установления факта их неработоспособности с вероятностью, равной 1, то будем говорить, что модель предполагает де­терминированную диагностику. В этом случае средние затраты на восста­новление работоспособности элементов зависят лишь от затрат на восста­новление каждого элемента и вероятности обнаружения его отказа и не за­висят от последовательности проверок. Следовательно, при оптимизации процедуры стоимости восстановления элементов могут быть исключены из рассмотрения. Поскольку в практике обслуживания технических систем довольно часто применяется детерминированная диагностика, оптими­зации собственно поиска отказов уделяется большое внимание.

Если же проверка и замена элемента в случае обнаружения его от­каза производятся на основании распределения вероятностей отказов, при­чем эти вероятности могут быть не равны 1, то такую диагностику назовем вероятностной. Упомянутое распределение вероятностей строится исходя из информации, полученной при проверках и заменах элементов. Отличи­тельной чертой вероятностной диагностики методом замены элементов яв­ляется факт использования замены элемента для получения информации о его состоянии.

Для нахождения оптимальной процедуры восстановления работо­способности должен быть задан критерий оптимальности. Таких критериев известно, по крайней мере, три: средняя стоимость восстановления работо­способности, вероятность восстановления работоспособности с ограни­ченной стоимостью, стоимость устранения отказов с заданной вероятно­стью. Эти критерии отражают различные практические условия. Так, при необходимости оптимизации многократного восстановления работоспо­собности наиболее естественна в качестве критерия средняя стоимость. Нетрудно указать ситуации, когда в качестве критериев задаются послед­ние два, особенно если под стоимостью подразумевается время восстанов­ления работоспособности.

Для решения задачи необходимы также некоторые дополнительные сведения об объекте (например, условные распределения вероятностей от­казов элементов, если отказы зависимы) или ограничения, накладываемые на процедуру (например, порядок замен элементов).

Будем считать, что если проверка охватывает некоторую совокуп­ность элементов, то по ее результатам можно судить лишь о состоянии данной совокупности элементов. О состоянии других элементов можно су­дить только по методу исключения.

Если информация, полученная в результате проведения проверки, свидетельствует об отказе хотя бы одного из проверенных элементов, бу­дем говорить об отрицательном результате проверки. В противном случае результат проверки назовем положительным. Таким образом, каждая про­верка разделяет все множество возможных состояний системы на два не­пустых подмножества, соответствующие положительному и отрицатель­ному результатам проверки.

Весьма важными являются сведения о достоверности проверок. Ко­личественной мерой достоверности проверок можно считать вероятности ошибок двух родов, возникающих по ряду причин. К этим причинам можно отнести следующие:

а) погрешности измерительных и контрольных приборов, погрешно­сти формирования контрольных сигналов, помехи в каналах связи и т.п.;

б) отказы в диагностической системе;

в) отказы в объекте диагностики, имеющие перемежающийся харак­тер, а также несовпадение времени проведения проверки со временем по­явления отказа в объекте.

Заметим, то перемежающиеся отказы в объекте диагностики могут быть причиной лишь ошибок первого рода – «пропуска» отказавших эле­ментов. Остальные перечисленные причины могут вызвать как «пропуск» отказов, так и «ложные тревоги» – принятие работоспособных элементов за неработоспособные.

Таким образом, мы кратко рассмотрели различные процедуры по­иска и локализации дефектов, приводящие к восстановлению работоспо­собности сложной системы.

В заключение отметим, что в последних разделах этой главы основ­ное внимание будет уделено вероятностным процедурам локализации де­фектов в сложных гибридных системах с использованием аппарата экс­пертных систем и нечетких множеств, как наиболее слабо освещенных в учебно-методической литературе.