ЛЕКЦИЯ №1: «Техническое диагностирование»

Техническое диагностирование обычно выполняется при производстве, экс­плуатации и ремонте изделий. В ходе его решаются следующие задачи (по ГОСТ 27518-93):

- определение вида технического состояния;

- поиск места отказа или неисправностей;

- прогнозирование технического состояния.

В процессе производства, эксплуатации и хранения объектов в них могут появляться и накапливаться неисправности. Некоторые из них приводят к тому, что объект перестает отвечать предъявляемым к нему техническим требованиям. Перед использованием объекта по назначению необходимо знать, есть ли в нем неисправности, которые могут явиться причиной нарушения нормальной рабо­ты. С ответом на этот вопрос связан процесс обнаружения неисправности, т.е. определения вида технического состояния. Он детализируется в зависимости от режима и особенностей использования объекта. В соответствии с этим выделя­ются следующие базовые задачи обнаружения неисправности:

1) проверка исправности, целью которой является разбраковка, позволяю­щая отделить исправные изделия от неисправных. ОД исправен, если он удовле­творяет всем техническим требованиям. Проверка исправности объекта - наибо­лее полная задача, при которой выносится решение о том, что в объекте не со­держится никакой неисправности. Такая проверка обычно выполняется на этапе производства объекта и из всех задач контроля - она наиболее сложная;

2) проверка работоспособности, целью которой является выяснение, будет ли объект выполнять те функции, для реализации которых он создан. Такая про­верка зачастую применяется, например, при профилактическом обслуживании объекта;

3) проверка правильности функционирования, целью которой является обнаружение неисправностей, которые нарушают правильную работу объекта, применяемого по назначению, в данный момент времени. Такая проверка ОД не является полной, т.к. в объекте может существовать неисправность, которая в данный момент времени не влияет на его функционирование, т.е. правильно функционирующий объект может быть неработоспособным.

Исправный ОД всегда является работоспособным и правильно функциони­рующим. Работоспособный ОД всегда правильно функционирует. Однако об­ратные утверждения не всегда могут выполняться. Так, радиоприемник может не работать при приеме на длинных волнах, однако вполне правильно функцио­нировать на коротких. Иными словами, правильно функционирующий объект может быть неработоспособным и неисправным, а работоспособный - неис­правным.

Исправное и все неисправные технические состояния образуют множество технических состояний ОД. Рисунок 1.1 иллюстрирует характер разбиения множества технических состояний при решении различных задач технического диагностирования (0 - исправное и х - неисправное техническое состояние). Если объект неисправен, то для замены или ремонта неисправных компо­нентов необходимо установить место неисправности.

Рисунок 1.1 иллюстрирует разбиение технических состояний в зависимости от решаемой задачи (проверка исправности, работоспособности, правильности функционирования или поиск неисправностей).

Так, при проверке исправности (рис. 1.1а) надо уметь отделять объекты с исправным техническим состоянием от неисправных; при проверке работоспо­собности надо отделять состояния, в которых объект исправен или работоспосо­бен (рис. 1.1б), от других; при поиске неисправности - выделять конкретную неисправность или группу неразличимых неисправностей (рис. 1.1г).

При организации диагностирования, как правило, сначала решается задача проверки (контроля). Если результат отрицательный, то переходят к поиску мес­та конкретной неисправности, имеющей место в ОД (рис. 1.2).

Процесс проверки и поиска неисправности в общем случае состоит из от­дельных частей, каждая из которых связана с подачей на объект входного воз­действия (тестового или рабочего) и измерением выходной реакции объекта. Такие части называют элементарными проверками.

В ходе выполнения элементарной проверки ответы могут сниматься с ос­новных выходов ОД, т.е. с выходов, необходимых для применения ОД по назна­чению, и с дополнительных выходов, создаваемых специально для организа­ции диагностирования. Основные и дополнительные выходы называют кон­трольными точками (КТ) или контролируемыми выходами. Измеряемые на них параметры называют контролируемыми или диагностическими парамет­рами. В одной КТ может измеряться несколько параметров. Например, при кон­троле сигнала синусоидальной формы часто измеряют одновременно частоту и амплитуду сигнала.

Воздействия формируются специальными средствами либо определяются непосредственно алгоритмом функционирования ОД. Последовательность воздействий, поступающих на ОД для целей диагностирования, называют тес­том.

Поиск неисправности обычно предполагает подачу некоторых воздействий на ОД и дешифрирование его результатов.

Дешифрирование результатов диагностического эксперимента направлено на определение неисправностей, наличие каждой из которых в объекте не про­тиворечит его реальному поведению в процессе выполнения диагностического эксперимента. Такие неисправности включаются в список подозреваемых не­исправностей (СПН). Кроме фактической в СПН могут попасть и неисправно­сти, которые неразличимы с фактической при исходных условиях диагностиро­вания. Поэтому далее стараются, используя различные способы, выделить в СПН фактическую неисправность.

Для целей контроля (проверки) и поиска неисправностей обычно использу­ют разные тесты.

Кроме задач проверки и поиска места неисправности возможна задача про­гнозирования неисправностей. Так, со временем обычно меняются параметры многих элементов электронных схем, что в итоге приводит объект в неработо­способное состояние. Если периодически измерять и анализировать изменения параметров элементов, можно примерно предсказать момент перехода из рабо­тоспособного в неработоспособное состояние. Возможен и применяется, напри­мер в авиации, способ прогнозирования, когда выделяется объект «лидер». Он имеет повышенную наработку по отношению к другим подобным объектам. Ес­ли в нем возникают неисправности, то можно предположить, что аналогичные неисправности могут со временем появиться и в остальных подобных объектах.

Для осуществления технического диагностирования необходимо:

- установить показатели и характеристики диагностирования;

- обеспечить приспособленность изделия к техническому диагностированию;

- разработать диагностическое обеспечение изделия.

Диагностическое обеспечение - комплекс взаимоувязанных диагностиче­ских параметров, методов, правил, средств диагностирования, указанных в тех­нической документации, необходимых для осуществления диагностирования изделия.

Диагностическое обеспечение должно включать (по ГОСТ 27518-93):

- номенклатуру диагностических параметров и их характеристик (номи­нальные, допускаемые значения, точки ввода, точки контроля и т.д.);

- методы диагностирования;

- средства технического диагностирования;

- правила диагностирования.

С увеличением сложности ОД резко растут расходы на диагностирование, если при проектировании, производстве и организации технического обслужи­вания не учитывать требований диагностирования.

ЛЕКЦИЯ№2: «Надежность и ее свойства»

Среди показателей качества продукции очень важное место отводится свой­ству «надежность».

Надежность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от на­значения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенные со­четания этих свойств.

По ГОСТ 27002-89 они определяются следующим образом.

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе техническо­го обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособлен­ности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

Сохраняемость - свойство объекта сохранять в заданных пределах значе­ния параметров, характеризующих способности объекта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Неполнота обнаружения и неточность в определении места неисправности ухудшает фактические показатели всех вышеуказанных свойств надежности.

Каждое свойство надежности характеризуется некоторыми количественны­ми показателями.

Так, одним из показателей безотказности является средняя наработка до отказа, которая численно равна математическому ожиданию времени работы объекта до отказа (отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспо­собного состояния объекта). Производной от этой величины является интен­сивность отказов Х= 1/Т, где Т - среднее время наработки на отказ. Еще одним показателем безотказности является вероятность безотказной работы, т.е. ве­роятность того, что в пределах заданной наработки отказ не возникнет.

Современные персональные ЭВМ могут иметь время наработки до отказа несколько лет.

Ремонтопригодность обычно оценивают средним значением времени вос­становления работоспособности после отказа и/или вероятностью того, что время восстановления работоспособного состояния объекта не превысит задан­ное значение (вероятность восстановления).

При оценке надежности применяют также комплексные показатели надеж­ности, которые количественно характеризуют не менее двух свойств, состав­ляющих надежность. Так, сочетание свойств безотказности и ремонтопригодно­сти с учетом системы технического обслуживания и ремонта называют готовно­стью объекта (availability) и характеризуют коэффициентом готовности:

Кг = T / (T + Тв),

где Т - средняя наработка на отказ, Т_в - среднее время восстановления.

Статистическую оценку средней наработки на отказ вычисляют по формуле

Т = t / r(t),

где t - время наработки (т.е. суммарное время работы объекта); r(t) - число от­казов, фактически происшедших за суммарную наработку t. Коэффициент го­товности современных серверов не менее 0,99 (при этом Т_в менее 4 суток в год).

Применение методов и средств технической диагностики влияет на показа­тели многих показателей надежности.

В частности, ряд показателей зависит от времени восстановления работо­способности ОД, которое, в свою очередь, зависит от времени обнаружения и точности указания места неисправности. Так, в коэффициенте готовности Кг среднее время восстановления Т_в = Т_п + Т_р, где Т_п - время поиска неисправности, Т_р - время ремонта. Применение методов и средств диагностирования позволяет резко сократить это время и тем самым увеличить значение К_г.

Некоторые неисправности сразу не приводят к отказу в работе электронного устройства, но резко снижают его показатели надежности (например неисправ­ности, влияющие на температурный режим). Если их вовремя не обнаружить и не устранить, начинают изменяться параметры элементов ОД, в объекте могут прийти в неисправное состояние сразу несколько элементов, что увеличит время и иные затраты на его восстановление. В ряде случаев, обнаружение и устране­ние неисправности можно выполнять в периоды, когда объект не используется по назначению. Учитывая это обстоятельство, можно организовать техническое обслуживание таким образом, чтобы повысить некоторые показатели надежно­сти, например вероятность безотказной работы.

Достижение высоких показателей надежности современных электронных устройств невозможно без учета требований технической диагностики. В част­ности, в связи с быстро растущей сложностью ОД активно развиваются методы проектирования схем, обеспечивающие хорошую контролепригодность.

Контролепригодность (приспособленность объекта к диагностированию) - свойство объекта, характеризующее его пригодность к проведению диагности­рования (контроля) заданными средствами диагностирования (контроля).

Если ОД хорошо приспособлен для диагностирования, то существенно уп­рощается построение качественных тестов и поиска места неисправности, что в итоге приводит к снижению времени диагностирования.

Еще одно из направлений технической диагностики - обеспечение отказо­устойчивости. Отказоустойчивость - возможность компенсации (блокирова­ния) неисправностей. Если объект обладает отказоустойчивостью, то при появ­лении неисправности он остается работоспособным. Очевидно, отказоустойчи­вый объект обладает повышенной наработкой на отказ, т.е. повышенной надеж­ностью.

На интуитивном уровне отказоустойчивость компьютерной системы можно интерпретировать следующим образом: допускается, что в системе могут появ­ляться неисправности (сбои из-за помех или катастрофические отказы ее компо­нентов), но она продолжает безостановочно выполнять свою работу и при этом вырабатывать абсолютно достоверную информацию, а для пользователя и его задачи эти неисправности прозрачны, т.е. ни в чем не ощутимы.

На языке технических требований это означает, что, во-первых, отказ и, следовательно, ошибка в обработке данных должны обнаруживаться в машин­ном такте появления неисправности, источник ее должен быть локализован в том же такте, а ошибка подавлена (замаскирована). При этом условии гаранти­руется исключение потерь и искажений информации (сохранение целостности данных), а также предотвращение распространения ошибки в системе при появ­лении любой неисправности. Во-вторых, при неисправности любого компонента системы выполнение приложения на функциональном модуле с неисправным компонентом не должно прерываться. Этим гарантируется непрерывное выпол­нение любого приложения без обычных потерь на восстановление системы и процессов. В-третьих, при отказе время выполнения приложения не должно уве­личиваться, т.е. необходимо, чтобы потери времени для приложения были равны нулю и, следовательно, эффективная производительность системы не должна уменьшаться. И наконец, замена неисправного компонента системы, ее модифи­кация с целью устранения влияния неисправности не должны прерывать выпол­нение приложений, т.е. эти операции должны осуществляться в режиме непре­рывной обработки данных (on-line обработка).