Автоматизированная система контроля с машинной постановкой диагноза и принятием решений на основе явных формальных диагностических моделей

Полезная модель относится к области автоматизированных систем контроля (АСК), предназначенных для проверки соответствия объектов контроля (ОК) установленным техническим требованиям. Задачей, которую решает данная полезная модель, является снижение затрат, связанных с диагностическим обеспечением электронных изделий на этапе жизненного цикла и сокращение времени на контроль и диагностику радиоэлектронных систем (РЭС). Технический результат достигается за счет внедрения технологии контроля и диагностирования РЭС непрерывного типа с машинной постановкой диагноза и принятием решений на основе явных формальных диагностических моделей. Программно-инструментальная среда АСК предоставляет пользователю возможность проектировать функциональную спецификацию системы, оперируя графическими представлениями органов управления и отображения процессов, составляющих работу АСК в целом. Для пользователя весь процесс работы сводится к возможности задавать режимы измерения или управления работой АСК через исполнительные устройства. При этом используется информация о ходе работы, представляемая в цифровой и графической формах со скоростью передачи данных до 1 ГГц и удаленностью до 100 м проверяемого ОК.

Полезная модель относится к области автоматизированных систем контроля, предназначенных для проверки соответствия ОК установленным техническим требованиям.

Известен "Способ поиска дефектов в цифровых блоках и устройство для его осуществления" а.с. N 1260884 G01R 31/28, 1985, в котором совокупность операций формирует псевдослучайные многоразрядные кодовые комбинации, которые подаются на соответствующие входы диагностируемого объема. Затем регистрируются полученные уровни, сравнивают результаты, измеряют уровни направления на шинах, фиксируют годность/негодность объекта.

Недостаток способа - операции не позволяют выявить совокупность отказов для наиболее полного анализа причин дефекта.

Известен "Способ определения места и характера дефектов электрической схемы" а.с. N 1401419, G01R 31/28, состоящий в следующей совокупности и последовательности действий: на объект контроля воздействуют тестовым сигналом, регистрируют реакции объекта контроля, сравнивают зарегистрированные сигналы с эталонными, осуществляют воздействие на объект тестовым сигналом типа белый шум и осуществляют регистрацию энергетического спектра.

Недостаток данного способа - ограниченная область применения, в частности для цифровых блоков, т.к. отсутствует формирование сигналов с заданными параметрами в амплитудно-временной области по статистике отказов для диагностики.

Прототипом данной полезной модели является «Способ экспресс-диагностики многоканальных цифровых блоков» RU 2133479, G01R 31/28, G06F 11/26. Недостаток данной модели - отсутствие системы самоконтроля и отсутствие системы разделения АСК для различных стадий жизненного цикла объектов диагностики (проектирование, производство, эксплуатация).

В настоящее время в существующих и разрабатываемых системах тестирования аппаратуры различного класса реализуется, как правило, централизованная система управления с командно-вычислительным ядром и исполнительными элементами на периферии. Формирование управляющих воздействий и снятие информации с исполнительных элементов осуществляется непосредственно управляющим компьютером под управлением операционной системы Windows.

Централизованная архитектура аппаратной платформы имеет несомненные достоинства - апробированные конструкторско-технологические решения, простую аппаратную и программную реализацию, широкую номенклатуру достаточно надежных покупных функциональных блоков и др. Однако, имеются и принципиальные недостатки:

- Отсутствие инструментальной программной среды разработки тестов, учитывающей динамические и параметрические характеристики объектов контроля,

- Отсутствие систем автоматического поиска неисправностей.

Кроме того, АСК должна обеспечивать эффективную работу для различных стадий жизненного цикла электронной аппаратуры. На этапе проектирования необходимо выявление соответствия результатов техническому заданию на проектирование. Достоверность диагностирования здесь должна быть очень высокой, т.к. неверно спроектированная схема, допущенная к производству, в дальнейшем приведет к большим материальным затратам. Время, затрачиваемое на диагностику, на данном этапе принципиального значения не имеет.

На этапе производства основной задачей АСК является определение исправности изделия. Класс возможных неисправностей здесь уже, чем на этапе проектирования, а требования к достоверности диагноза не столь жестки. Т.к. диагностика на данном этапе является частью технологического процесса, особенно высокие требования предъявляются к оперативности процесса диагностики.

И наконец, основной задачей АСК на этапе эксплуатации является определение работоспособности объекта контроля (ОК). Класс возможных неисправностей здесь еще уже, а система диагностирования должна позволять оперативно создавать диагностические программы и проводить диагностику, что необходимо для сокращения времени простоев производственного оборудования и повышения эффективности его эксплуатации.

Помимо этого, для регулировки и проверки современных радиоэлектронных устройств требуются определенные навыки и специальная подготовка.

С целью повышения эффективности процесса диагностирования наряду со снижением трудовых и временных затрат предлагается АСК, назначение которой:

1. Автоматический контроль работоспособности цифровых, аналоговых и гибридных радиоэлектронных устройств (МСБ, приборы, блоки);

2. Автоматизированная диагностика неисправностей в цифровых, аналоговых и гибридных радиоэлектронных устройствах (МСБ, приборы, блоки);

3. Автоматический анализ тестопригодности цифровых, аналоговых и гибридных радиоэлектронных устройств (МСБ, приборы, блоки).

Разработка системы находится на стадии эскизного проекта. В состав АСК входят аппаратная часть и программное обеспечение (ПО).

Аппаратная часть АСК представлена на рис.1 и состоит из модульного конструктива с установленными внутрь функциональными блоками. В качестве магистрали крейта выбрана шина на основе Ethernet по протоколу точка-точка (РРРоЕ). В состав АСК входят коммутационные блоки, содержащие 128 двунаправленных цифровых каналов связи с ОК, 16 аналоговых каналов (выходов ОК), 128 каналов релейных команд (выходов ОК) и функциональные блоки, содержащие генератор импульсных воздействий, генератор непрерывных сигналов произвольной формы, цифровой осциллограф, измеритель временных интервалов, измеритель постоянного напряжения и тока, измеритель амплитудного значения напряжения периодического и одиночного импульсного сигналов, регистратор релейных команд, устройство сопряжения с ОК, источники питания.

Структурная схема АСК представлена на рис.2 и содержит:

1. Редактор и транслятор объектных программ контроля (ОПК), позволяющий создавать, корректировать и отлаживать ОПК.

2. Управляющую программу, обеспечивающую работу АСК в реальном масштабе времени в соответствии с ОПК, отображение хода, результатов контроля и диагностику неисправностей.

3. Архивную программу для хранения ОПК, а также для документирования текстов ОПК.

4. Пакет программ «Самоконтроль» для самопроверки аппаратной части АСК.

5. Программу расчета, реализующую расчетно-математический аппарат.

6. Программы визуализации процессов анализа, расчета, а также отображения результатов: интегрирующая визуальная среда, модуль диалоговых интерфейсов, графический интерпретатор.

На этапе эскизного проектирования показаны следующие характеристики АСК:

1) скорость обработки информации 10-50 ГГц;

2) скорость передачи информации по 1 ГГц;

3) пропускная способность межблочной шины 100 Мбит\с;

4) синхронизация измерений в нескольких крейтах;

5) встроенная синхронизация каналов;

6) гальваническая развязка каналов;

7) возможность планирования производственного цикла за счет удаленного мониторинга использования машинного времени системы;

8) уменьшение на 90% времени создания объектной программы контроля в САПр относительно языков высокого уровня (С, C++, Delphi);

9) диагностирование до элемента (функционального узла) за счет наличия средств внутрисхемного контроля;

10) сокращение в 6 раз времени согласования и постановки на учет объектных программ контроля и результатов испытаний за счет интегрирования АСК в системы сквозного проектирования, которые действуют на предприятиях отраслей;

11) автоматический анализ (до элемента) тестопригодности и полноты проверки ОК;

12) удаленность до 100 м проверяемого ОК от АСК;

13) увеличение быстродействия системы за счет распределения функций анализа и принятия решений между интеллектуальными функциональными блоками системы;

14) возможность круглосуточной работы АСК;

15) открытость программного кода;

16) одновременная проверка 4000 гибридных каналов ОК за счет поддержки функциональными блоками режима реального времени и синхронной подачей управляющего воздействия и снятия реакции с объекта контроля (ОК);

17) защита от прерывания теста во время сбоя главного командно-вычислительного ядра за счет автономной работы функциональных блоков;

18) оперативное диагностирование состояния интеллектуальных функциональных блоков системы;

19) автоматизированная, дружественная пользователю визуальная среда разработки библиотек математических моделей.

20) исключение влияния человеческого фактора при оценке надежности и полноты проверок приборов и блоков;

21) снижение на 15-25% сроков технологической подготовки производства изделий;

22) снижение на 30-35% затрат на проведение технологической подготовки производства;

23) улучшение условий труда и снижение требований к квалификации обслуживающего персонала на 1-2 разряда;

24) сокращение затрат на восстановление работоспособности изделий на 40%.

Источники информации:

1. Дэвид Дж. Смит, Кеннет Дж. Л. Симпсон. Функциональная безопасность. - М.: ИД «Технологии», 2004 г., - 207 с.

2. А.В.Мисюра. Проблемы и перспективы построения диагностических комплексов. В сб. «РК техника. Системы управления ракетных комплексов», серия XI, выпуск 1, Екатеринбург, 2006 г., с.5-18.

1. Автоматизированная система контроля с машинной постановкой диагноза и принятием решений на основе явных формальных диагностических моделей, включающая коммутационные блоки, содержащие 128 двунаправленных цифровых каналов связи с объектами контроля (далее - ОК), 16 аналоговых каналов (выходов ОК), 128 каналов релейных команд (выходов ОК) и функциональные блоки, содержащие генератор импульсных воздействий, генератор непрерывных сигналов произвольной формы, цифровой осциллограф, измеритель временных интервалов, измеритель постоянного напряжения и тока, измеритель амплитудного значения напряжения периодического и одиночного импульсного сигналов, регистратор релейных команд, устройство сопряжения с ОК, источники питания.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что конструктивно реализовано разделение задач между командно-вычислительным узлом, контроллером реального времени и интеллектуализированными исполнительными устройствами на периферии.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве межблочного протокола обмена данными выбран протокол точка-точка (РРРоЕ), что позволило сократить общее время обработки информации от функциональных блоков и синхронизировать большие массивы данных о реакции ОК и формируемых на ОК воздействиях.