2. Степень работоспособности

Поскольку заданные конструктором параметры не могут быть точ­но достигнуты при изготовлении, система может оказаться в ра­ботоспособном состоянии, но с различным запасом работоспособности. Это объясняется, с одной стороны, неточностью изготовления элемен­тов, а с другой — самой постановкой задачи, поскольку на практике оказывается допустимой некоторая неточность в выполнении рабочих функций. Допуски на сопротивления резисторов, сильно влияю­щих на параметры схем, могут составлять 5, 10, 20% номинала. Для проверяемых признаков вводятся экс­плуатационные допуски, полученные экспериментально и расчетом допустимых границ изменения.

Например, нормальная работа большинства схем и оборудования обеспечивается при оптимальном нагружении не более чем на 10% номинального. Однако большинство схем работает удовлетворительно при разбросе напряжения до 20 - 30%. Этим объясняется введение понятия области работоспособности и рассмотрение подмножества работоспособных со­стояний S_i, но не все они равноценны.

Можно предположить, что чем дальше состояние S_i от границ области работоспособности тем меньше вероят­ность того, что объект потеряет работоспособность в ближайшее время. Удаление значения параметра _i - от границы области работоспособности увеличивает запас его работоспособности системы и наоборот.

Запас работоспособности: _i=_i-^г;

Где _I – текущее.

Степень работоспособности:

где -допуск (область работоспособности) на i-й диагностический параметр;

t – время;

R – режим работы.

C_i от 1 до 0.

Сложнее оценить степень работоспособности объекта, состояние которого определяется несколькими диагностическими параметрами

= (₁,...,_i,..., _n).

Построение алгоритмов поиска дефектов

Метод, основанный на показателях надежности СЕ. В этом случае используются показатели безотказно­сти (q_i и p_i) и ремонтопригодности

(t_п - время, затрачиваемое на обнаружение дефекта). Возмож­ны три способа:

• по показателям безотказности. Алгоритм строится на основе известных значений q_i СЕ;

Допущения

• длительности всех проверок равны,

• отказы СЕ независимы,

• одновременно отказывает только одна (любая) СЕ.

1. СЕ упорядочиваются по величине q_i, и последователь­но выполняются проверки, начиная с СЕ, характеризуемой наиболь­шей величиной q_i, и заканчивая СЕ, характеризуемой наименьшей.

Пример. Для ОД, состоящего из четырех СЕ, известны вероят­ности отказа каждой q₁, = 0,6 ; q₂ = 0,1 ; q₃ = 0,18 ; q₄= 0,12. Алгоритм q₁q₃q₄q_2.

Рисунок 19 – Алгоритм поиска дефектов

2. Если имеется информация о времени, затра­чиваемом на поиск дефекта в каждой СЕ, то можно построить алгоритм поиска по правилу: проверку начинать со СЕ, на поиск дефекта которой затрачивается наименьшее время. И далее по возрастающей.

Пример, известно для ОД, состоящего из трех СЕ, t_п1,= 0,4 ч;

t_п2,= 0,14 ч; t_п3,= 0,2 ч.

Рисунок 20 – Алгоритм поиска дефектов

3. Метод "время — вероятность" явля­ется наиболее совершенным, так как учиты­вает два показателя. Принцип следующий. Номер проверки определяется отношением t_пi/g_i и возрастает с увеличением отношения.

П р и м е р. В ОД из пяти СЕ имеется дефект. Известно: q₁= 0,05 ;

q₂= 0,15 ; q₃= 0,30 ; q₄= q₅= 0,25;

t_п1= 1 ч, t_п2= 2 ч, t_п3= 3 ч, t_п4= 4 ч.

Рисунок 21 – Алгоритм поиска дефектов

1. 20

2. 13,3

3. 10

4. 16

5. 18

2. Эффективность систем диагностирования

Эффективность — наиболее общая характеристика полезности технической системы, ее соответствия целевому назначению. Понятие эффективности относительно, так как при использовании одной и том же системы в разных условиях и для различных целей ее эффектив­ность будет различной.

Оценить эффективность систем диагностирования можно

1. по вели­чине вероятности правильной оценки состояния ОД;

2. по мере повы­шения эффективности ОД, обусловленной применением системы диаг­ностирования, с учетом затрат или потерь при ее использовании;

3. По величине вероятности правильной оценки состояния ОД.

Существует иерархическое дерево показателей эффективности диагностирования.

Рисунок 22 – Дерево показателей

Показатели, находящиеся на разных уровнях дерева, количественно характеризуют процесс функционирования системы диагностирования.

Показатель нулевого уровня P_о.с. - представляет собой вероятность правильной оценки состояния объекта -_. являет­ся критерием эффективности.

На первом уровне расположены показа­тели, характеризующие надежность технических средств диагностирования: Р_ф – вероятность правильного функционирования; Д – достоверность диагноза.

На втором уровне - час­тные показатели надежности ТСД

K_r коэффициент готовности ,

D_c – соответствие диагностической модели объекту,

D_п – полнота диагностирования,

D_и – инструментальная достоверность.

На третьем уровне - показатели надежности структурных еди­ниц, параметры совокупно­стей диагностических показа­телей, параметры процесса диагностирования.

Вероятность правильной оценки состояния объекта P_oc=f(P_ф,D).

Вероятность правильного функционирования при рабочем диагностировании определяют P_ф=K_Г. K_Г определяют следующим образом.

При последовательном соединении СЕ:

При параллельном соединении:

При тестовом диагностировании: P_ф=K_ГP(t);

Достоверность диагностирования: D=D_мD_и;

Методическая достоверность: D_м=D_сD_п;

Показатель соответствия диагностической модели объекту D_с=N/N₀;

Где N – количество признаков, представляющих диагностическую модель,

N₀ – количество признаков, представляющих ОД.

Показатель диагностирования ;

M - количество диагностических параметров;

- количество измеряемых параметров.

Инструментальная достоверность диагностирования:

,

где - вероятность ложного значения по i-му признаку.

Мера повышения эффективности с учетом затрат и потерь на использование системы диагностирования

Абсолютная оценка

Относительная

- показатель эффективности ОД без СТД

- показатель эффективности ОД с СТД.

2. Методы контроля работоспособности непрерывных объектов

1. Метод, основанный на контроле совокупности диагностиче­ских параметров  = (₁, ...,_i,…_n) .Для реализации этого метода должна быть выбрана минимальная совокупность ДП и на них заданы допустимые пределы изменения, при которых ОД сохраня­ет работоспособность.

Рисунок 23 - Метод контроля работоспособности объекта

В этом случае необходимо измерить каждый ДП и сравнить с уста­новленным допуском i. Операцию сравнения может осуществлять ТСД или человек-оператор. Если значение каждого ДП _i укладывается в установленные пределы, то оборудование признается годным.

2. Метод, основанный на контроле обобщенного диагностического параметра.

Рисунок 24 – Метод контроля работоспособности объекта

В результате анализа диагностической модели мо­жет быть найден параметр , который характеризует состояние ОД в целом и зависит от других параметров, т. е.  = f(1, ...,i,…n). При­мером такого параметра может быть мощность P=f(I,U)=f(U, R) = f(I, R).При оценке состояния ОД достаточно измерить значение  и срав­нить его с установленным допуском , и на основании этого сделать заключение о состоянии ОД.

3. Метод, основанный на оценивании частотных характеристик

На вход ОД подается тест в виде синусоидального сиг­нала в диапазоне частот ₁..._n.

Рисунок 25 –Метод контроля работоспособности объекта

По выходной реакции строятся АЧХ и ФЧХ, которые сравниваются с граничными значениями. Возможен контроль работоспособности ОД по частотным характеристикам в характерных точках (f_x1, f_x2, f_x3) и по ним оценивается результат.

4. Метод, основанный на оценивании временных характеристик Необходимо подать тест в виде ступенчатого импульса (сигнала вклю­чения).

Рисунок 26 – Метод контроля работоспособности объекта

На выходе оценивается реакция в виде переходной характеристики. Возможны два случая:

• интегральное оценивание по всей;

• контроль отдельных показателей характеристики.

5. Метод сравнения реакции ОД и эквивалентной модели. Этот метод находит применение при рабочем диагностировании сложных динамических систем. Эквивалентная мо­дель (ЭМ) может быть представлена физической моделью и математической моделью.

На вход ОД и ЭМ подается один и тот же входной сигнал х, изменяющийся во времени. На выходе - сравнение. Условием работоспособности:

Недостатки:

• Трудность создания модели, адекватной объекту;

• Избыточность, т.к. требуется модель того же порядка, что и ОД.

2. Методы контроля работоспособности дискретных объектов

Оценить работоспособность дискретного объекта можно, подавая на его входы сигнал X_k или последовательности сигналов X = {Х_k}, обеспечивающих срабатывание всех элементов, и сравнивая его реакции с номинальными. Таким образом, задача разбивается на две части:

• построение минимальной совокупности входных сигналов;

• оценка реакции .

1. Метод перебора входных наборов

В результате перебора всех возможных входных наборов Xk формируется входная последовательность Т_х. В Тх включаются те наборы, при подаче которых на объект по выходному У_k. можно обнаружить наличие хотя бы одного дефекта, приводящего к потере работоспособности объекта. Для исключения избыточности входной последовательности поступают следующим образом.

Т.к. в тестовую последовательность, по условию, включаются входные наборы Хk, которые обнаруживают, по крайней мере, один дефект в объекте, то последний, включенный в Тх набор Хр, не может быть избыточным. Поэтому в новую входную последовательность, включается первым набор Xp . Затем в том же порядке, что прежде, перебирают входные наборы из последовательности Тх. В результате получают новую последовательность Тх1 с числом входных наборов N1, меньшим или равным числу N наборов в первоначальной последовательности Тх. Последний набор в последовательности Тх1 также будет неизбыточным. Если повторить подобную операцию раз, то получится входная последовательность, которая будет включать только последние наборы ранее построенных m+1 входных последовательностей и, следовательно, будет неизбыточной. Этот метод построения входной последовательности оказывается эффективным для определения работоспособности комбинационных дискретных схем с большим числом элементов и небольшим числом входов.

Пример. В объекте может возникнуть шесть дефектов D₁ ... D₆.

В результате перебора возможных входных наборов построена тестовая последовательность T=(X₁,X₂,X₃,X₄,X₅).

Необходимо построить неизбыточную входную последовательность. Входные наборы обнаруживают следующие дефекты:

	D1	D2	D3	D4	D5	D6
X1	1		1
X2	1	1	1
X3		1	1		1
X4	1		1	1	1
X5		1				1

Поскольку последний набор X₅ неизбыточный (обнаруживает D₆), его включим в тестовую последовательность первым и выполним перебор входных наборов в той же последовательности:

	D1	D2	D3	D4	D5	D6
X5		1				1
X1	1		1
X3		1	1		1
X4	1		1	1	1

Новая тестовая последовательность будет иметь вид T_x1=(X₁,X₂,X₃,X₄,X₅). Сюда не включен набор X₂, так как он избыточен(дефект D₂ обнаруживается набором X₅). Аналогично получаем неизбыточную последовательность входных наборов, включающую T_x2=(X₄,X₅), которые обнаруживают все дефекты.

	D1	D2	D3	D4	D5	D6
X4	1	1	1	1	1
X5		1				1
X1	1		1
X3		1	1		1

2. Метод переходов. Т.к. выходной сигнал Y_k есть набор “0” и “1”. Оценивается состояние объекта по числу С – переходов с “0” на “1” и наоборот на одном выходе (или на всех выходах) объекта. Затем подсчитывается С и сравнивается с С_ном.

2. Поиск дефектов

Наличие дефекта — свидетельство того, что в работе ОД произошли нежелательные изменения, которые привели к снижению или нарушению его работоспособности. Признак наличия дефекта можно представить в виде:

• нарушение работоспособности по параметрам

, по характеристикам ;

• резкое снижение степени работоспособности, т.е. переход из состояния S_i в состояние S_j в области работоспособности;

• отказ одной из структурных единиц сложного объекта с переходом ОД из работоспособных состояний S_p=(1,1,…1) в неработоспособные S_p=(0,1,1,…1).

2. Методы обнаружения дефектов

Существует три группы методов обнаружения дефектов.

1. Осмотры. Если ОД отказал или работает нештатно, то вначале необходимо выполнить визуальный осмотр компонентов и проводников в схеме. При этом часто обнаруживаются сгоревшие, поврежденные компоненты и дефектные соединения, сгоревшие проводники.

2. Автоматическая индикация. В системе размещают датчики, которые сигнализируют о возникновении дефекта: элементы, реагирующие на перегрузки. В объектах, которые могут быть представлены как системы с последовательной обработкой информации, возникший дефект может быть обнаружен индикацией прохождения сигнала.

3. Поиск дефектов. В этом случае дефект обнаруживается в процессе реализации ряда проверок, объединенных в алгоритм поиска дефекта.

Алгоритмы поиска дефектов

Поиск дефекта, в котором находится объект выполняется по алгоритму, включающему совокупности проверок. Проверкой называется оценивание состояния струк­турной единицы по ее выходу или выходу объекта.

Алгоритм строится на базе функциональных или структурных схем. Обычно сигналы проходят по сигнальным цепям трех видов:

• последовательные;

• разветвленные;

• переключательные.

Последовательная цепь включает в себя группу схем. Сигнал проходит напрямую без возвратов в обратном направлении и без разветвлений.

Разветвленные цепи бывают расходящиеся и сходящиеся.

Рисунок 27 – Разветвленная расходящаяся сигнальная цепь

Рисунок 28 – Разветвленная сходящаяся сигнальная цепь

Рисунок 29 – Разветвленная переключательная сигнальная цепь

Переключательные содержат переключательные элементы (реле), с помощью которых для конкретной ситуации можно образовать сиг­нальную цепь своей конфигурации.

В современных информационных системах имеются десятки тысяч компонентов. Проверить каждый невозможно. Задачу поиска дефекта можно уменьшить в несколько раз, если проверять не каждый компонент а лишь выходной сигнал каждой схемы (каскада). Однако и такие проверки сложно реализовать. Разбив объект на несколько структурных единиц (СЕ), можно сократить число проверок.

При этом потребуется незначительное число контрольных точек, под которой понимается специальное гнездо, расположенное в доступ­ном месте оборудования. Гнездо имеет электрическое соединение с некоторой точкой оборудования.

Т.к. каждая проверка делит пространство состояний на две части (включающая и не включающая искомое состояние), в результа­те выполнения последовательности проверок поиск приводит к опреде­ленному состоянию, соответствующему обнаружению СЕ, которая от­казала. Последовательность выполнения проверок при поиске дефекта может быть представлена в виде графа (дерева), где вершинами явля­ются проверки, а ветви указывают направление перехода в зависимо­сти от результата проверки, конечные вершины — обнаруживаемые дефекты.

После того выполнения первой проверки, встает вопрос: "Куда двигаться дальше?" Ответ на него зависит, естественно, от результатов первой проверки: (+) удовлетво­рительная и (-) неудовлетворительная работа проверяемой СЕ.

Алгоритмы поиска дефектов трех видов:

• последовательный;

• параллельный;

• комбинированный.

При последовательном поиске каждая проверка выделяет в про­странстве поиска один дефект. Это возможно для ОД, представленного в виде последовательного соединения с СЕ. По выходному сигналу СЕ можно определить наличие в ОД дефекта двумя путями: от начала к концу и наоборот.

Рисунок 30 – Алгоритм поиска дефектов

В первом случае необходимо выполнить проверку П₁ в точке А, т.к. она позволяет исключить из рассмотрения эле­мент СЕ1. Если сигнал в допустимых пределах, то проверку П₂ следует выполнить в точке В, которая позволит определить состояние СЕ2. Если результат проверки отрицательный, то дефект в данном элементе. Если положительный, то необходимо выполнить проверку П₃ в точке “С”. Если результат проверки положительный, то дефект — в СЕ4, и противном случае - дефект в СЕЗ в точке “С”.

Во втором случае, если результат проверки П₁ положительный, то следующую проверку П₂ необходимо выполнить в точке В. При положительном результате дефект СЕЗ, при отрицательном выполняется проверка П₃. По результатам этой провер­ки отыскивается дефект либо в СЕ1, либо в СЕ2.

При параллельном поиске ОД разбивается на две равные или почти равные части, в зависимости от числа СЕ.

Рисунок 31 –Алгоритм поиска дефектов

Первая проверка П₁ в точке В. При отрицательном результате П₂ в точке А. При отрицательном результате – СЕ1, при положительном СЕ2.