Лекция № 8. Методы тд осс.
Оценка технического состояния ОД проводится как на этапе производства, так и эксплуатации. Из-за многообразия и конструктивной сложности аппаратуры, в особенности радиоэлектронной техники, используемые в настоящее время СТД, как правило, фиксируют уход за допустимые пределы выходных параметров. Поиск же причины дефекта, его места и вида, а также степени его влияния на выполнение решаемых задач занимает много времени и требует глубокого знания техники, соответствующих методов поиска и их оптимизации по различным критериям.
Пути повышения эффективности процесса оценки технического состояния:
совершенствование оборудования с целью повышения уровня контролепригодности;
внедрение в практику современных методов оптимизации стратегий поиска причин отказов;
составление формализованных инструкций по поиску отказов;
повышение квалификации личного состава (проектировщиков, технологов, эксплуатационников).
Процесс оценки технического состояния состоит из ряда направленных проверок с последовательным анализом их результатов и включает ряд этапов:
установление факта отказа;
логический анализ внешних признаков и сопоставление их с признаками исправного состояния;
составление перечня отказов, совместимых с наблюдаемыми признаками (множества подозреваемых отказов);
выбор последовательности дополнительных проверок и определение контрольных точек с целью обследования подозреваемых элементов;
выполнение дополнительных проверок и анализ их результатов;
переход, при необходимости, к исследованию системы с большей глубиной диагностирования (поиска дефекта).
Весь процесс должен строиться с обеспечением минимальности затрат труда, времени, ресурсов. В историческом плане по времени начала использования для ТС можно выделить следующие группы методов технической диагностики:
эмпирические;
расчетно-статистические;
физико-технические;
логические.
Эмпирические включают:
методы внешнего осмотра с помощью пяти органов чувств человека (в первую очередь, проверка целостности, цвета, запаха, дыма, взаимного расположения и т.п.);
метод контрольных переключений (последовательное исключение участков схем);
метод замены отдельных элементов на заведомо исправные;
метод промежуточных измерений (результаты измерений сравнивается с картами напряжений, осциллограммами);
метод сравнения с исправной системой;
метод характерных неисправностей.
Помимо самостоятельного значения отдельные из перечисленных методов и их составные части используются в качестве элементов методов других групп.
Расчетно-статистические методы базируются на сведениях о надежности элементов. Наибольшее распространение получили:
метод последовательного обследования, по которому очередность проверок зависят от вероятности отказа проверяемых элементов qi и трудоемкости проверки этих элементов i и определяется по коэффициенту
Оптимальная последовательность реализации проверок соответствует cоотношению
1 2 3 … i;
метод половинного деления, позволяющий существенно уменьшить объем проверок. При наличии в системе N элементов максимальное число проверок nmax = N - l (соответствует поэлементной организации проверок), тогда как при разбиении общего числа проверяемых элементов на каждом шаге на две равные части общее число проверок определяется соотношением n = log2 N, что дает выигрыш
,
(например, при N = 124 коэффициент
= 17,6).
Физико-технические методы (часто называемые методами неразрушающего контроля) используют различные физические явления для повышения уровня контролепригодности систем без существенного изменения конструкции. Суть их применения заключается в расширении входных воздействий на ОД и увеличении числа контролируемых выходов за счет использования различных носителей информации (в основном - излучений).
Наиболее распространение получили методы [19]:
акустические; вихревых токов;
тепловые; проникающих жидкостей;
ультразвуковые; оптические.
Перспективными являются методы на основе люминесцентных и нейтронных излучений, -излучений, СВЧ-приборов, голографии.
Логические методы для оценки технического состояния используют математические модели, описывающие поведение ОД в виде функциональной зависимости от входных сигналов. Математическая модель ОД представляет собой формализованное описание объекта и его поведения в исправном и неисправном состояниях. Часто в явном виде задается лишь модель исправного объекта, а неисправности или перечисляются, или фиксируется их класс путем формулирования каких-либо правил поведения. При изучении физических объектов переработки дискретной информации в зависимости от способа задания ДА можно использовать функциональный или структурный подход. Выделяют методы, основанные на использовании:
таблиц истинности (таблиц функций неисправностей);
аналитической формы (булевы разности, эквивалентная нормальная форма и т.п.);
функциональных схем (активизации одномерного и двухмерного путей).
Для разработки АД с помощью МОД необходимо получить множество реакций для всех допустимых проверок и выбрать те, которые позволяют различить работоспособное и неработоспособное ТС (при проверке) или все состояния, различные между собой (поиск дефекта). Естественно, что такая работа требует глубокого анализа процессов в устройствах с дефектами, большого числа вычислительных операций и многократного сравнения их результатов.
Функциональные методы контроля основаны на использовании структурной (аппаратурной) и информационной (сигнальной) избыточности. Впервые проблема синтеза надежных автоматов путем введения структурной избыточности решалась в работах Дж. Неймана [25] и Э.Мура, К.Шеннона [42]. В работах [32, 20, 15] рассматриваются методы голосования "Неймана", исследуются различные способы введения мажоритарных решающих элементов и построение их структуры. В работе [7] идеи Неймана, рассматривавшего однотактные схемы, были распространены на автоматы с памятью.
К простейшим методам обнаружения отказов (дефектов) в устройствах относится метод дублирования схем. Он заключается в том, что две одинаковые схемы соединяются параллельно, а по результатам сравнения их выходных сигналов принимается решение о техническом состоянии ОД. Для дискретных ОД устройство сравнения в этом случае строится на элементах “исключающее ИЛИ". Метод позволяет обнаруживать любой отказ или ошибку, если они проявляются при функционировании, и может быть легко применим для контроля любой схемы. Основными его недостатками являются большие аппаратурные затраты, а также практическое выявление в контролируемой схеме примерно в 2 раза больше отказов (ошибок), чем их реально существует, за счет параллельного соединения двух одинаковых схем. Если обе схемы имеют одинаковые дефекты, то метод не позволяет решать задачи диагностирования. Несмотря на указанные недостатки, метод, а также его модификации [5] находят применение и в настоящее время.
Варианты обнаружения отказов, ошибок при помощи резервирования схем и сравнения их выходных сигналов приведены в [11, 16] . Здесь исходная и резервная схемы отличаются тем, что они по отношению друг к другу реализуют инверсные выходы, следовательно, все сигналы предоставлены одновременно в прямом и инвертированном виде. Реализация метода предполагает последовательное соединение с проверяемой схемой инвертирующей. При этом преимущество, получаемое за счет меньших расходов на исходную схему, сопряжено с недостатком, вызываемым необходимыми расходами на проектирование дополнительной схемы.
Рассмотренные методы наиболее эффективны для обнаружения устойчивых отказов.
Большинство существующих методов введения структурной избыточности, использующих корректирующие коды, хоть и обладают универсальностью, однако слабо учитывают специфику автоматов и вследствие этого, помимо большого числа избыточных элементов, требуют еще и осуществления декодирования. Один из простых способов схемного контроля, основанный на кодировании состояний устройства неизбыточным рефлексным кодом (кодом Грея), а также применение групповых, арифметических кодов и кодов в системе остаточных классов, рассмотрены в [26, 37, 43] . Схемы обнаружения отказов, построенные на базе кода Хемминга, в настоящее время реализуются, в основном, на больших интегральных схемах и используются в ЭВМ при обработке 8-, 16-, 32- разрядных данных. Эти методы наиболее эффективны для обнаружения и корректировки ошибок, вызванных появлением сбоев в контролируемой аппаратуре.
В ряде случаев весьма эффективными оказываются методы схемного контроля, основанные на использовании закономерностей, имеющихся в работе контролируемых устройств. Учет структуры устройств и особенностей их функционирования часто позволяет более полно и эффективно использовать вводимую аппаратурную избыточность. При этом сочетание методов структурной и информационной избыточности иногда позволяет находить технические решения при меньших затратах оборудования, чем при решении той же задачи в отдельности одним из методов.
Для ДУ произвольной структуры применяют универсальные методы синтеза схем встроенного контроля (СВК). В обеспечении высоких показателей надежности сложных ТС весьма существенна роль самопроверяемых узлов и блоков технических систем, а также самих СВК. Теория и методы построения самопроверяемых схем встроенного контроля (ССВК) определяют новый класс избыточных структур, характеризующихся тем, что каждый их модуль или блок снабжен ССВК, обеспечивающей проверку работоспособности и обнаружения отказов как в контролируемом устройстве, так и в самой СВК. Самопроверяемые структуры практически устраняют проблему "сторожа над сторожем. Основные принципы и методы построения ССВК будут рассмотрены ниже.