Задача поиска места дефекта. Основные методы и схемы алгоритмов. Сопоставительный анализ схем поиска дефектов. – Ибатуллин

 

Дефект (от лат. defectus) — изъян, недостаток, недочет. Обнаружение и поиск дефектов являются процессами определения технического состояния объекта ав­томатизации и называются общим термином «диагностирование».

Диагноз (от греч. diagnosis) — распознавание, определение. В свою очередь, задачами диагностирования являются: проверки исправности, работоспособности и правильности функционирования объекта, поиск дефектов. Диагностирование, как процесс, осуществляется теми или иными средствами диагностирования. Эти средства могут быть аппаратурными или программными. Средства и объект диаг­ностирования, взаимодействующие между собой образуют систему диагностиро­вания. Различают системы тестового и функционального диагностирования [6]. При тестовом диагностировании на объект подают специально подготовленные тестовые воздействия. При функциональном диагностировании, диагностирова­ние происходит в процессе применения объекта по назначению. При этом на объ­ект поступают только рабочие воздействия, предусмотренные самим ходом его функционирования. В обеих системах средства диагностирования воспринимают и анализируют ответные реакции объекта на входные воздействия и выдают ре­зультат диагностирования — диагноз.3

Системы тестового диагностирования предназначены для проверки исправно­сти и работоспособности, а также для поиска дефектов, нарушающих исправность и работоспособность объекта. Системы функционального диагностирования при­меняются для проверки правильности функционирования и для поиска дефектов, нарушающих правильное функционирование объекта.

Последовательность действий при диагностировании называется алгоритмом диагностирования и, как правило, включает в себя совокупность, так называемых, элементарных проверок объекта, а также правил, устанавливающих последова­тельность реализации элементарных проверок и правил анализа результатов. Ка­ждая элементарная проверка определяется своим тестовым или рабочим воздей­ствием, подаваемым или поступающим на объект, и составом контрольных точек, с которых снимается ответная информация с объекта. Результатом элементарных проверок являются конкретные значения ответных сигналов объекта в соответст­вующих контрольных точках.

Важно выбрать методы и программы поиска дефекта, при которых обеспечиваются минимальные затраты на диагностирование.

Программа поиска дефекта зависит от принятого метода. На практике применяются формальные методы поиска дефекта, такие как метод последовательных поэлементных проверок, метод последовательных групповых проверок, комбинационный метод, а также логический, при котором не задаются жесткие программы поиска дефекта [58–60].

Поиск дефекта методом последовательных поэлементных проверок осуществляется посредством контроля функциональных элементов системы по одному и по определенной программе. Программу поиска дефекта оптимизируют по критерию минимизации среднего времени поиска дефекта, исходя из известных значений среднего времени проверки элементов и вероятности отказов системы за счет отказа любого из n -элементов.

При оптимизации программы диагностирования выбирают различные критерии, по которым устанавливают оптимальные программы последовательностей. Программу поиска дефекта можно оптимизировать из условия минимума средних затрат на поиск дефекта с учетом стоимости проверки каждого элемента.

Достоинством метода поэлементных проверок является невысокая цена разработки диагностического обеспечения и применимость при диагностировании любых функциональных схем систем, неработоспособных элементов, а недостатком – относительно большое число проверок, в том числе и при оптимальных программах поиска дефекта, так как при поиске отказавшего элемента последовательно проверяются все предшествующие ему в программе элементы в отдельности.

Используя метод последовательных групповых проверок, как правило, сначала с помощью одной проверки можно установить, что где-то в какой-то группе элементов есть дефект. Группы элементов выделяют, исходя из конструктивных особенностей ОД. Поиск дефекта начинают с определения группы элементов, в которой имеется дефект, а затем делением этой группы на подгруппы выявляют дефектный элемент.

Оптимальная программа поиска дефекта определяет нужную контрольную точку, в которой следует начинать проверку групп и устанавливает последовательность дальнейшей разбивки на подгруппы групп с дефектным элементом.

Способ разделения элементов на подгруппы при поиске дефектов устанавливается на основе равенства информации, получаемой при проверке каждой из двух подгрупп. Данный способ деления элементов системы на группы известен как способ половинной вероятности, при котором контрольную точку проверки каждый раз выбирают из условия разделения схемы с отказавшим элементом на две группы с одинаковой вероятностью безотказной работы [58, 60, 61].

Известен комбинационный метод поиска дефектов, основанный на анализе измеренного множества параметров, выбор минимальной совокупности которых зависит от используемой диагностической модели и заданной глубины поиска дефекта.

Суть минимизации основывается на том, что для диагностической модели ОД, с учетом функциональной связи элементов, для решения задачи поиска дефектов, могут контролироваться выходные параметры не всех функциональных элементов ОД.

Сокращение контролируемых параметров достигается путем учета связей между элементами ОД. Выбор контролируемых параметров производят на основании анализа функциональной схемы ОД, затем строится таблица, в которой каждая строка определяет двоичный код технического состояния ОД при отказе соответствующего одного элемента, а различные столбцы соответствуют различным проверкам.

Для сокращения количества контролируемых параметров, при поиске одиночных дефектов, на основе полученной таблицы строят другую таблицу, в которую, при том же числе строк, войдут столбцы с отобранными параметрами, каждый из которых соответствует выходу элемента без разветвления, и столбцы, которые в совокупности с имеющимися обеспечивают различимость всех одиночных дефектов в ОД.

Последовательность проверок значения не имеет, поскольку для поиска дефекта контролируют в любом порядке полную совокупность определяющих параметров, устанавливают параметры, находящиеся вне допустимых пределов, и по кодовому числу определяют дефектный элемент.

Комбинационный метод эффективен при высокой степени взаимосвязи отдельных элементов. В определенных пределах метод позволяет производить поиск кратных дефектов. При этом двоичные коды соответствующих строк таблицы функций неработоспособности логически поразрядно умножаются. Получаемый при этом код для одновременно отказавших двух взаимозависимых функциональных элементов системы будет совпадать с кодом одного из этих элементов.

После устранения дефекта в этом элементе обнаруживается второй дефектный элемент. При этом получаемый код может совпадать с кодом одного из этих элементов, а в отдельных случаях может быть ошибочным, тогда дефектный элемент может быть обнаружен только при усложнении структуры дешифратора.

Если в ОД имеются обратные связи, то при поиске дефекта комбинационным методом цепи обратных связей либо разрываются, либо объединяют элементы с обратной связью в одну СЕ. Комбинационный метод используют для поиска неработоспособного функционального блока.

Рассмотренные выше формальные методы поиска дефекта позволяют разрабатывать оптимальные программы поиска, для реализации которых не требуется высокая квалификация обслуживающего персонала и с помощью которых процесс поиска может быть автоматизирован, что позволяет при использовании микропроцессорной техники в судовых системах автоматизированного управления и контроля сократить время поиска дефекта примерно в десять раз.

Вместе с тем формальные методы имеют и недостатки, обусловленные, прежде всего, практической невозможностью учета множества дефектов, которые могут появиться в процессе эксплуатации ЭСА, а следовательно, невозможностью построения диагностических моделей, в полной мере отражающих реальные дефекты. Кроме того, имеются трудности с получением исходной информации о показателях надежности элементов.

Существуют неформальные логические методы поиска дефекта, при которых не задаются жесткие программы поиска дефекта и для оптимизации процесса поиска учитывается дополнительная информация, получаемая при выполнении проверок. Поиск дефекта ведется путем проверки выдвинутых при анализе проявлений дефекта гипотез о возможных причинах дефекта. В процессе проверок выдвигаются уточняющие гипотезы о причине дефекта, которые также проверяются, и так далее до обнаружения дефекта.

Логический метод не исключает одновременного применения формальных методов на отдельных этапах поиска дефекта. Поиск дефекта логическим методом требует более высокой квалификации обслуживающего персонала и затрудняет автоматизацию процесса поиска, так как при этом необходимо проводить анализ информации о признаках дефекта в целях ограничения области поиска.

При анализе диагностической модели ОД, как правило, разрабатываются алгоритмы поиска дефектов. При этом задается глубина поиска дефекта и ОД представляется множеством из числа N взаимосвязанных СЕ. Базой для построения алгоритмов поиска дефектов обычно являются функциональные схемы ОД. При построении алгоритмов поиска дефектов стараются выбрать такую последовательность проверок, которая позволит найти дефект с наименьшими затратами.

Так, один из известных методов поиска дефектов предполагает выполнение алгоритма последовательного поиска дефекта, представляющего собой совокупность проверок, каждая из которых делит пространство состояний на две части (включающая и не включающая искомое состояние).

В результате выполнения последовательности проверок поиск приводит к определенному состоянию, соответствующему обнаружению неработоспособной СЕ. Последовательность выполнения проверок при поиске дефекта представляется в виде графа, где вершинами являются проверки, а ветви указывают направление перехода в зависимости от результата проверки, конечные вершины – суть обнаруживаемые дефекты [73, 75, 76, 80].

Недостатками такого подхода является регистрация только одиночных дефектов, а также необходимость увеличения количества полюсов съема информации с ОД при росте размерности диагностируемой электрической цепи.

Строить алгоритм поиска дефектов можно на основе известных свойств надежности, таких как безотказность q_i и ремонтопригодность τ_пi, а также по отношению τ_пi / q_i. Для построения таких алгоритмов необходимо знать величины q_i и τ_пi для каждой СЕ объекта диагностирования.

Последовательность выполнения таких проверок строится на основании известных значений вероятности отказа q_i структурных единиц и по правилу: проверку начинать со структурной единицы, на поиск дефекта которой затрачивается наименьшее время. При этом вводятся следующие допущения: отказы СЕ независимы, одновременно отказывает только одна структурная единица.

В этом случае алгоритм поиска может быть последовательным. Для его реализации СЕ объекта, для которых задана вероятность отказа q_i, упорядочиваются по величине и последовательно выполняются проверки, начиная со структурной единицы, характеризуемой наибольшей величиной q_i и заканчивая структурной единицей, характеризуемой наименьшей. Если в качестве критерия выбрать время, затрачиваемое на обнаружение дефекта τ_пi, то, зная значения τ_пi для каждой структурной единицы, можно расположить их в ряд в порядке возрастания τ_пi и построить алгоритм поиска [58].

Следует отметить, что наряду с достоинствами такого подхода введение допущений по независимости и неодновременности отказов различных СЕ существенно ограничивает область применения метода в реальных условиях. Представляет большой интерес метод, базирующийся на предположении равной вероятности отказов всех последовательно соединенных СЕ и условии образования полной группы событий отказов всех СЕ. Это информационный метод (q₁ = q₂ = … = q_n = 1/n, где n – количество возможных состояний ОД). Предполагается, что каждая проверка имеет два исхода: 0 и 1, а состояние ОД перед началом поиска характеризуется максимальной энтропией. Тогда каждая очередная проверка π_k будет давать определенное количество информации о состоянии ОД и понижать энтропию. При построении алгоритма первой выбирается проверка, несущая максимум информации. Второй выбирается проверка, которая обладает наибольшей условной информацией относительно состояния, характеризуемого значением энтропии после проведения проверки, и т. д. Процедура заканчивается тогда, когда условная энтропия становится равной нулю.

Недостаток информационного метода заключается в том, что он может быть использован для ОД, схема которого обязательно сводится к последовательному соединению элементов, вероятности отказов которых обязательно равны.