Средства контроля и диагностики цифровых устройств

  
 
 

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  
 

Рис.4.2.  Граф технического состояния системы 

Поэтому главные задачи технической эксплуатации системы это: предотвращение появления  отказов, произведение восстановления системы при отказах, оценка состояния  системы, продление состояния готовности системы, своевременное произведение  техобслуживание и т. д. 

Вероятность пребывания системы в работоспособном  состоянии выражается через коэффициент: 

                             (4.1) 

         где – средняя наработка на  отказ; 

       - среднее время восстановления; 

       – средняя продолжительность  техобслуживания. 

Оптимальная частота проведения профилактических работ зависит от наличия достаточного количества опытных специалистов (их  производительности профилактических работ), от надёжности функционирования основных элементов систем, от времени  восстановления и т. д. При проведении профилактических работ (регулировки, измерения множества параметров систем и т. д.) превалирует ручной труд и поэтому персонал в результате ошибочных действий может внести в действующие системы отдельные  виды неисправностей и отказов. 

Существуют  различные математические модели отказов, которые с разной степенью точности описывают этот процесс [7,21,55]. 

В виду редкости появления событий в  виде отказов ординарный поток отказов  во времени без последействия  описываются законом Пуассона:                                                                       

                          (4.2) 

         где  – число появляющихся  отказов за отрезок времени   с интенсивностью -. 

         Вероятность отсутствия отказа  за время  равно: 

                                          (4.3) 

         Время безотказной работы в  случае внезапных отказов элементов  распределяется по экспоненциальному  закону с плотностью вероятности  
 
 

где   - интенсивность внезапных отказов. 

         Распределения времени безотказной  работы по постепенным отказам: 

                                      (4.4) 

             где –  среднее время безотказной  работы. 

         Распределение времени безотказной  работы по двум видам системы: 

                   (4.5) 

             где  и  – нормирующие  коэффициенты. 

         Время безотказной работы для  некоторых элементов подчиняется  закону распределения Вейбулла: 

                                      (4.6) 

             где  и  – параметры распределения. 

         Для экспоненциального закона  безотказной работы среднее время  безотказной работы равно:          

                                            (4.7) 

         Среднее время восстановления  для экспоненциального закона: 

                   ,                                                            (4.8) 

             где - интенсивность восстановления  системы. 

         Если отказы появляются в соответствии  с требованиями стационарности  случайных процессов, то указанные  модели могут иметь место в  определенной стадии эксплуатации. 

         В случаях множественных отказов  или же их группировании можно  рассматривать поток пакетов  отказов (ошибок, сбоев) во времени,  которые образуют также стационарный  процесс. 

          

  

4.3. Виды  и методы контроля и диагностики 

  

Практическая  реализация путей повышения уровня контролепригодности существующих и перспективных цифровых систем связана в первую очередь с усовершенствованием как традиционных, так и разработкой качественно новых методов и средств оценки технического состояния цифровых устройств. В общем случае в процессе работы цифровые системы являются источником возникновения различных процессов: электрических, тепловых, электромагнитных и т.д, которые могут являться носителями существенной диагностической информации о техническом состоянии. Рассмотрим существующие методы контроля и диагностики, классификационная схема по наиболее общим видам контроля приведена на рис.4.3.  

Все электрические  методы контроля могут быть разделены  на три основные группы: параметрический, функциональный и тестовый (рис.4.4). Параметрический контроль включает традиционный метод измерения параметров на постоянном токе и временные параметры: напряжений, токов, сопротивлений, частоты, скважности, фронтов, длительностей импульсов, время задержки распространения сигнала, длительность нарастания, длительность спада и др. [47,53].  

Кроме того, параметрическим измерениям подлежат токи утечки входных контактов, взаимные проводимости выводов микросхем, коэффициенты усиления, а в ряде случаев и  параметры входных и выходных сигналов, получаемых в процессе упрощения  проверки логических узлов. 

Параметрический контроль электронных узлов используется при проверке правильности установки  элементов на платы, локализации  неисправных элементов, контроле входных  и выходных плат в условиях производства и эксплуатации. Известно три основных метода параметрического контроля элементов, установленных на плату: метод функциональных проб, метод двухполюсников, метод  потенциального разделения [47,53]. Анализ показывает, что использование первого  и второго методов связано  с выпаиванием электронных элементов  из схем, что в свою очередь может  стать источником отказов в электронном  узле. В настоящее время широкое  распространение получил третий параметрический метод измерения  без разрыва связей между элементами.  

  

  
 

  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  
 

                                                                                             

                                                

  

  

Рис.4.3.  Классификационная     схема   видов  контроля 

  

  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  

Рис.4.4.   Классификационная     схема   методов   контроля  и  диагностики  цифровых  устройств 

  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  

  

  

  

  

  

  

Рис.4.4.  Классификационная     схема   методов   контроля  и  диагностики  цифровых  устройств 
 

В отличие  от параметрического контроля, задача функционального контроля включает: проверку исправности, поиск неисправности, локализацию неисправности. Методы функционального контроля различаются  по четырем основным признакам: способу  генерации входных воздействий, способу генерации выходных реакций, способу сравнения выходных реакций  испытуемой системы с истинными, способу анализа и постановки диагноза [47,53,54]. Последний включает четыре известных способа: замещение, логический анализ, сигнатурный анализ и автоматическая диагностика. В зависимости от масштаба времени, в котором производится функциональный контроль, различают статический и динамический. Статический функциональный контроль осуществляется при низкой скорости протекания процесса, а динамический - осуществляется в реальном масштабе времени при быстродействии близкой к максимальной. В соответствии с этим, статический контроль обнаруживает относительно простые неисправности, а динамический контроль позволяет выявить сложные динамические неисправности. 

В отличие  от функционального контроля, при  котором используются только рабочие  воздействия, тестовый контроль отличается возможностью подачи на контролируемую схему специальных тестовых воздействий. При использовании тестового  метода возникает задача синтеза  контролирующих и диагностических  тестов для заданного класса неисправностей: константные неисправности, короткие замыкания, обрывы неисправности элементов  и т.д. Из чаще всего применяемых  при тестовых методах ограничений  типа неисправностей, можно указать  на неисправность "тождественный 0" и "тождественная 1". В качестве тестовых методов, учитывающих и неучитывающих логику схемы используются: метод таблиц истинности, метод булева дифференцирования, алгоритм Армстронга, метод Х-кубов и метод Д-кубов [1,10]. Первые три метода используются для обнаружения единичных неисправностей типа "тождественный 0" и "тождественная 1" в комбинационных схемах, а также для частичной локализации неисправностей. 

В [10] рассмотрены  вышеуказанные методы построения тестов:  

а) метод  пересечения применим для объектов с однократными неисправностями  и с достаточно большим числом сменных элементов (до 150 и более  и до 400 и более связей между  ними). Метод может быть использован  при построении средств диагностики  для комбинационных схем с памятью;  

б) метод  таблиц истинности может успешно  применяться для класса комбинационных схем, которые не слишком большие (8÷10 входов и 4-5 выходов) и имеют число  специфических неисправностей, не превышающих  несколько сотен для обнаружения  и не более ста для локализации  неисправностей;  

в) метод  булева дифференцирования применяют для проверки комбинационных схем, содержащих неисправности типа "тождественный 0" или "тождественная 1";  

г) алгоритм Армстронга используется для обнаружения единичных неисправностей типа "тождественный 0" и "тождественная 1" в комбинационных схемах. Кроме того, этот метод пригоден и для частичной локализации неисправностей;  

д) метод Х-кубов может применяться для обнаружения неисправностей, как в комбинационных, так и в схемах с обратными связями;  

е) метод  Д-кубов применяется как для  проверки неисправностей типа "тождественный 0" и "тождественная 1", так и для других неисправностей.