Средства контроля и диагностики цифровых устройств

Все рассмотренные  методы контроля и диагностики резко  отличаются друг от друга по информативности, полноте, глубине, достоверности и  производительности контроля и трудоемкости диагностики, требованиям к квалификации специалистов. Необходимо отметить, что  реализация наиболее информативных  и высоко производительных методов сопряжена с созданием сложных средств контроля и диагностики. 

  

4.4. Встроенный  контроль цифровых систем 

  

Объективной тенденцией развития современных цифровых систем является расширение круга решаемых ими задач при одновременном  повышении требований к эффективности  функционирования. Резкое увеличение количества элементов в единице  оборудования, усложнение схемных решений  и функциональных  связей цифровых систем приводит к значительным  трудностям  в оценке их технического состояния,  обнаружении неисправностей и выявлении их причин  в условиях   эксплуатации. В результате возрастают эксплуатационные затраты, связанные  с техническим обслуживанием и ремонтом цифровых систем. 

 В  настоящее время технологический  процесс технического обслуживания  и ремонта цифровых систем  не в полной мере соответствует  современным требованиям их эксплуатации.   Это объясняется тем, что для  выполнения технологических операций  по техническому обслуживанию  и текущему ремонту, цифровые  системы не всегда укомплектованы  специальными техническими средствами. 

Кроме того, используемая при техническом  обслуживании эксплуатационно-техническая  документация не содержит рекомендаций по выполнению технологических операций по текущему ремонту и диагностике  отказавших функциональных узлов (плат) цифровой системы, а  обслуживающий  персонал не имеет достаточных знаний, опыта и навыков в области  эксплуатации современных цифровых систем, созданных  на базе БИС, СБИС и микропроцессорных комплектов. 

         Одной из основных задач функционального  контроля в цифровых системах  является оперативное обнаружение  отказов технических средств  (ТС). Для решения этой задачи  необходимо контролировать состояние  каждого ТС и сам процесс  передачи и обработки информации. Контроль процесса в целом  является системным, в большинстве  случаев он оказывается более  простым в реализации и достаточно  полным, его элементы включаются  во все протоколы обмена. В  существующих протоколах передачи  информации предусмотрен контроль  верности информации, благодаря которому обнаруживается возникновение любого технического отказа, вызывающего нарушения процесса передачи и обработки информации.         

Одним из недостатков контроля процесса в  целом является задержка с обнаружением отказа на интервале времени от момента  возникновения отказа до его обнаружения. С этой точки зрения определенные преимущества имеет функциональный контроль состояния каждого ТС системы, благодаря которому отказавшее ТС может быть заблокировано в момент возникновения отказа. При этом отказ должен обнаруживаться и устраняться в точке технологического процесса, наименее удаленной во времени и пространстве от точки возникновения этого отказа. В более общем случае реальная система функционального контроля фиксирует отказы лишь с некоторой вероятностью. Отказы, не фиксируемые контролем, обнаруживаются с задержкой времени , которая является в общем случае величиной случайной. В силу аддитивности эта задержка прибавляется к времени восстановления: ,  

где  – случайное время восстановления, исчисляемое от момента обнаружения  отказа до момента полного восстановления;  – указанное выше случайное время  задержки обнаружения отказа, исчисляемое  от момента, когда фактически произошел  отказ, до момента его обнаружения. 

         Поэтому за один из показателей  качества функционального контроля  ТС принимается вероятность оперативного (т. е. в момент возникновения  или с заданной допустимой  задержкой ) обнаружения отказа . 

Для обеспечения  единой стратегии контроля и диагностики  цифровых систем целесообразно использование  двух уровней: верхний уровень –  контроль и диагностика с точностью  до ТЭЗа на базе встроенных средств контроля, нижний уровень – диагностики неисправностей с помощью средств технической диагностики до неисправного элемента в ТЭЗе. 

В этой связи одним из эффективных решений  проблемы контроля  цифровой системы  представляется использование принципа встроенного контроля, который заключается  в том, что цифровая система и  ее составные части разрабатываются  таким образом, чтобы обеспечивалась возможность встроенного контроля без участия какого-либо внешнего оборудования. Методы встроенного контроля можно иерархически перераспределить между различными уровнями от составных  частей до цифровой системы в целом. Встроенный контроль позволяет производить  проверку цифровой системы в процессе выполнения основных функций и по существу повышает эксплуатационную надежность системы, поскольку позволяет обнаруживать отказы сразу же при их возникновении. 

 Встроенным  средствам контроля присущи следующие  основные преимущества: 

а) значительное сокращение времени восстановления     

     работоспособности системы и,  соответственно, повышение общей  

    эксплуатационной готовности; 

б) уменьшение численности обслуживающего персонала,  

    обеспечивающего ремонтно-восстановительные работы; 

в) сокращение видов ремонта и ЗИП за счет повышения достоверности  

    контроля. 

Однако  необходимо учитывать, что средства встроенного оперативного контроля двояко влияют на характеристики контролируемой системы: с одной стороны повышается достоверность контроля и уменьшается  время обнаружения неисправности, с другой стороны, возрастает объем  дополнительного оборудования, что  в свою очередь приводит к снижению надежности самой системы. Таким  образом, встроенные средства оперативного контроля, обеспечивая выигрыш в  достоверности контроля, приводят к  определенному проигрышу в безотказности, контролируемой аппаратуры. В этой связи поиск разумного оптимума между полнотой охвата встроенным контролем  системы и объемом средств встроенного контроля является актуальной задачей. Учет влияния объема встроенного контроля на эксплуатационные характеристики системы позволит оптимально перераспределять ресурсы между встроенными и внешними средствами контроля и диагностики. Поэтому для обоснованного выбора встроенного контроля необходимо проведение исследования влияния объема средств встроенного контроля на такие характеристики, как коэффициент готовности, вероятность обнаружения неисправности и среднее время восстановления цифровой системы. 

        Существуют следующие параметры  эффективности системы встроенного  контроля: 

– коэффициент  готовности контролируемой системы  с системой  

        встроенного; 

 –  вероятность обнаружения неисправности  контрольным  

устройством;     

– прорыв в безотказности контролируемого  устройства с системой  

         контроля; 

– выигрыш  в достоверности при использовании  встроенного   

         контроля; 

– среднее  время наработки на отказ контролируемой системы с  

       системой встроенного контроля; 

– среднее  время восстановления контролируемой системы с  

       системой встроенного контроля. 

 Как  показано в [27,42] критерий оценки  эффективности функционирования  системы контроля – это проигрыш  в безотказности контролируемого  устройства с системой встроенного  контроля. Он определяется по  следующей формуле. 

                                                  ,                                   (4.9) 

где –  вероятность безотказной работы исходной (не контролируемой) схемы;            

          – вероятность безотказной работы. 

         В свою очередь вероятность  безотказной работы  исходной  схемы можно определить как 

                                                  ,                                  (4.10) 

 где  – параметр потока отказов  всего оборудования, 

         – интенсивность восстановления  контролируемой системы 

Вероятность безотказной работы средства контроля 

                                     (4.11) 

 где   и  при которых контролирующая система считается исправной. 

Общее выражение проигрыша в безотказности  контролируемой системы со средством  встроенного контроля 
 
 

  

Выигрыш в достоверности при использовании  встроенной системы контроля определяется согласно как [27,42] 

  

                                                               ,                   (4.13) 

  

где - достоверность  функционирования контролируемого  и контрольного устройства в процессе проверки, которая вычисляется по формуле 

  

                                .                         (4.14) 

  

         Подставив данное выражение в формулу получим 

  

                                         .            (4.15) 

  

         Графики зависимости ∆Р и ∆D от δ при различных значениях вероятности обнаружения неисправности Робн и вероятности безотказной работы исходной системы Рисх приведены на рис 4.5 ,  4.6 , 4.7  , 4.8  . 
 
 

  

Рис 4.5. График зависимостей  и  при  и  

              различных значениях вероятности безотказной работы  

              исходной схемы  

  

  
 
 

  

Рис.4.6. График зависимостей  и  при  и  

              различных размерах вероятности безотказной работы  

              исходной схемы  

  

  

  
 
 

  

Рис. 4.7. График зависимостей  и  при и  

               различных значениях вероятности безотказной работы  

               исходной схемы  

  

  

  
 
 

  

  

Рис. 4.8. График зависимостей  и  при и  

               различных значениях вероятности безотказной работы