Методы диагностики цифровых устройств.

В основе диагностирования ЦУ лежат две группы методов: неразрушающие физические методы и методы, базирующиеся на контрольных логических тестах. Основными методами диагностировании физического состояния ЦУ являются: электрофизический метод, теплофизический метод, инфракрасный метод, рентгеновский метод, оптический, радиационный, методы растровой электронной микроскопии.

Тестовое диагностирование РЭУ.

Физические методы контроля состояния цифровых РЭС имеют недостаточную достоверность не смотря на их многообразие и глубину.

Для достоверности определения работоспособного состояния цифровых РЭУ наиболее эффективно используются тестовые методы диагностики и контроля. В основе тестового контроля лежит тестовый сигнал, подаваемый на ЦУ и вызывающий такую реакцию на входной сигнал, которая свидетельствует о том, что ЦУ находится в работоспособном состоянии. Контрольный тест формально определяется как последовательность входных наборов и соответствующих им выходных наборов, обеспечивающих контроль исправного состояния цифрового узла. Контрольные тесты составляются таким образом, что позволяют обнаружить одиночные константные неисправности в статическом режиме.

Работоспособность контролируется следующим образом. На вход ЦУ подаются наборы контрольного теста, снимаемые с ЦУ выходные наборы сравниваются с эталонными. При совпадении каждого из выходных наборов теста с эталонными наборами ЦУ считается работоспособной. Контрольные тесты составляются на базе анализа принципиальных схем ЦУ. В случае несовпадения сигналов контрольного и эталонного наборов дальнейшая подача тестов прекращается и на этом наборе диагностируется отказ. Диагностирование отказа начинается с того выхода ЦУ, на котором зафиксировано контрольного и эталонного наборов.

На том логическом элементе схемы, который связан с этим выходом, измеряется выходной сигнал U и входные сигналы , где k – число входов элементов цифрового устройства. По суммарным значениям входных сигналов в соответствии с алгоритмом функционирования определяют - то значение выходного сигнала, которое должно быть.

В случае неравенства отказавшим считается контролируемый элемент или гальваническая связь от его выхода. При равенствеопределяются существенные входы логического элемента, а затем те элементы, которые связаны с этими выходами.

Вход существенный – это такой вход элемента, на котором изменение логического сигнала приводит к изменение сигнала на выходе.

Описанные измерения выполняются для всех элементов, связанных с существенными входами. Измерения выполняются до определения неисправности или до соответствующих входов цифрового узла. В случае, если в качестве элемента схемы ЦУ выступают триггеры, то ля него U определяется выражением: .- предыдущее состояние триггера.

Таким образом определяется не на каждом наборе.

На практике, помимо диагностирования ЦУ по принципиальной схеме широко применяется диагностирование по таблицам. По этой методике для каждого набора контрольного теста составляются диагностические таблицы: полная и сокращенная. Полная диагностическая таблица рассчитана на кратные неисправности, сокращенная таблица – на одиночные неисправности. Сокращенная диагностическая таблица включает только те элементы ИМС, которые не проверены не на одном из предыдущих наборов контрольного теста.

Диагностирование отказов по таблице проводится следующим образом. Сокращенная таблица выбирается по номеру набора, на котором обнаружено несовпадение. Начинают диагностирование с того выхода ЦУ, на котором зафиксирован неверный результат, и производят его последовательно по каждой строке диагностической таблицы. Для каждого из элементов строки таблицы сравнивают значения логических сигналов на входах и выходах в соответствии с контрольными значениями в таблице. На элементе, у которого информация на выходе не совпадает с контрольной, необходимо остановиться. Отказавшим будет либо этот элемент, либо один из элементов, входы которого соединены с выходом этого элемента, либо печатный проводник, соединяющий выход элемента со входами других элементов, источником питания, корпусом и другими узлами.

Эффективность диагностирования.

Оценка эффективности диагностирования РЭС позволяет количественно судить о том, на сколько полезно оказалось применение или внедрение СТД. Понятие эффективности связано с использованием изделия по назначению, то есть с получением эффекта в результате работы системы.

Эффективность – это комплексное свойство процесса использования данной систем по назначению в определенный момент времени с определенным результатом.

Эффективность использования РЭС это комплексное понятие, объединяющее: качество системы, качество эксплуатации системы и эксплуатационные ситуации.

Качество системы – это совокупность свойств системы, обуславливающих ее пригодность удовлетворять определенным потребностям в соответствии с ее назначением.

Качество эксплуатации – совокупность свойств процесса эксплуатации системы, от которых зависит соответствие этого процесса и его результатов установленным требованиям.

Эксплуатационная ситуация включает в себя обстоятельства, обуславливающие влияние внешней среды, цели и режимы функционального использования системы, а также спрос на систему и результаты ее функционирования. эффективность и качество систем оцениваются совокупностью соответствующих показателей.

Показателем эффективности использования РЭС называют количественную характеристику степени достижения полезных результатов при использовании системы в конкретной эксплуатационной ситуации с учетом эксплуатационных затрат.

Показатель качества – количественная характеристика одного или нескольких свойств системы составляющих ее качество, рассматривая применительно к определенным условиям ее создания и применения.

Показатели качества систем подразделяют на интегральные, единичные и комплексные.

Интегральный показатель качества близок по смыслу к показателю эффективности использования системы и определяется как отношение суммарного полезного эффекта от эксплуатации системы к суммарным затратам на ее создание и эксплуатацию.

Единичный показатель качества – это параметры функционального использования, технические и эксплуатационные: безотказность СТД, долговечность СТД.

Комплексный показатель качества системы характеризует совместно несколько простых свойств или одно сложное свойство системы (например, коэффициент технического использования КТИ). Другим примером комплексного показателя качества является вероятность правильного диагностирования СТД, определяемая соотношением: .

Интегральный показатель качества СТД может быть вычислен по формуле , где Э – суммарный полезный эффект от функционального использования системы;- суммарные затраты на создание и эксплуатацию системы.

К интегральному показателю качества и показателю эффективности использования применяют один термин – показатель качества и эффективности СТД (Кэ).

Основным выражением для Кэ является определение эффективности использования СТД, поэтому, для представления Кэ в чистом виде должны быть сформулированы оцениваемые элементы полезного эффекта СТД. Такими элементами полезного эффекта от применения СТД могут являться: повышение безотказности РЭС, сокращение времени восстановления РЭС, увеличение коэффициента технического использования, уменьшения вероятности отказов РЭС в период функционального использования, повышение надежности РЭС в целом, улучшение точностных характеристик РЭС за счет своевременных регулировок, повышение объема информации в системе информационного обеспечения средств управления. Из приведенного перечня очевидно, что совокупность оцениваемых элементов полезного эффекта почти полностью определяется назначением РЭС, ее ПФИ и ТП.

Расчет коэффициента качества и эффективности.

Эффективность операции диагностирования и контроля в общем виде можно представить разностью ,, где– эффективность объекта диагностирования при условии что в моментприведено его техническое диагностирование и обслуживание,- эффективность объекта диагностирования при условии, что ТО не проводилось.

Нормированный показатель эффективности использования определится выражением . При этом результат применения СТД можно использовать в двух вариантах.

1. Для измерения безотказности изделия РЭС путем проведения работ ТО по данным диагностирования.

2. Для определения временного интеграла в течении которого РЭС сохранит свое работоспособное состояние с заданной вероятностью. Если представить, где– эффективность идеальной в смысле безотказности РЭС;- вероятность безотказной работы, выступающая как мера снижения эффективности, то коэффициент эффективности использования определится выражением. То есть Кэ определяется через показатели безотказности, а эффект от использования СТД выражается в повышении безотказности объекта диагностирования.

Другим характерным показателем оценки эффективности СТД является коэффициент технического использования РЭС при наличии диагностирования и его отсутствии.