Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
17
КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені ТАРАСА ШЕВЧЕНКА
ВІЙСЬКОВИЙ ІНСТИТУТ
ГАХОВИЧ Сергій Вікторович
УДК 681.518.5
УДОСКОНАЛЕНИЙ МЕТОД ДІАГНОСТУВАННЯ ЦИФРОВИХ ПРИСТРОЇВ
З ВИКОРИСТАННЯМ ПАРАМЕТРІВ ЕНЕРГОДИНАМІЧНОГО ПРОЦЕСУ
ПРИ ВІДНОВЛЕННІ ЇХ ПРАЦЕЗДАТНОСТІ У ВІЙСЬКОВИХ
РЕМОНТНИХ ОРГАНАХ
Спеціальність 20.02.14 –озброєння і військова техніка
Автореферат дисертації
на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Київ –
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана у Військовому інституті Київського національного університету імені Тараса Шевченка.
Науковий керівник – кандидат технічних наук, доцент Рєзніков Михайло Ігорович, Військовий інститут Київського національного університету імені Тараса Шевченка, начальник кафедри бойового застосування і експлуатації (радіоелектронного озброєння).
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Шинкарук Олег Миколайович, Національна академія державної прикордонної служби України імені Богдана Хмельницького, начальник кафедри інженерного та технічного забезпечення охорони кордону;
кандидат технічних наук, доцент Бахвалов Валентин Борисович, Військовий інститут Київського національного університету імені Тараса Шевченка, начальник кафедри радіолокаційного озброєння.
Провідна установа Військовий інститут телекомунікацій та інформатизації Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”, Міністерство оборони України, м. Київ.
Захист відбудеться “ 21 ” січня 2005 р. о 15.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.001.40 Військового інституту Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 03680, Київ-680, просп. Глушкова, 2, корп. 8.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 01033, Київ-33, вул. Володимирська 58, зал 12.
Автореферат розісланий “ 21 ” грудня 2004 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради МІХНО О.Г.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Сучасний етап розвитку науково-технічного прогресу характеризується широким впровадженням різних технічних пристроїв, виконаних на новій елементній базі –великих інтегральних схемах (ВІС), надвеликих інтегральних схем, мікропроцесорних (МП) ВІС, а також новими принципами побудови цифрових пристроїв (ЦП) на основі цифрових типових елементів заміни (ТЕЗ). На цій базі створені складні комплекси і системи (зв'язку, навігації, автоматичного керування, цифрової обробки сигналів, підтримки прийняття рішень і т. ін.). Це призвело до істотного ускладнення радіоелектронних засобів озброєнь (РЕЗО) як перспективних, так і тих, що експлуатуються у військах, а також до ускладнення процесів пошуку і локалізації дефектних елементів ЦП РЕЗО і жорсткості вимог до відновлення такої техніки.
Актуальність задачі технічного діагностування визначається тією обставиною, що у процесі контролю, пошуку та усунення причин відмов обслуговуючий персонал витрачає до 70% часу на локалізацію дефектних елементів, а вартість відновлювальних робіт у цілому складає до 75% усієї вартості життєвого циклу виробів. Кількість цифрових пристроїв у сучасних РЕЗО складає до 60% від усього об’єму обладнання, і саме цифрові пристрої визначають надійність такої техніки в цілому.
Рішення задачі контролю технічного стану, пошуку і локалізації дефектних елементів цифрових ТЕЗ з мікропроцесорними ВІС представляється можливим за умови комплексного використання методів, що сполучили б у собі переваги детермінованих методів (висока достовірність діагностування) і методів, які використовують параметри енергодинамічного процесу (глибина пошуку дефектів до логічного елементу). У роботі пропонується новий, що відповідає зазначеним вимогам, метод діагностування цифрових ТЕЗ з використанням параметрів енергодинамічного процесу (ЕДП). Ідея методу полягає в комплексному використанні двох джерел діагностичної інформації (ДІ) і різнорідних груп діагностичних параметрів, обробці цієї ДІ у часовій і частотній областях, прийнятті рішення про технічний стан ТЕЗ з використанням теорії нечітких множин. Метод призначений для діагностування широкого класу цифрових ТЕЗ із глибиною пошуку дефектних елементів до функціонального вузла (елементу, що не відновлюється) з заданою достовірністю.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у відповідності з планом наукової роботи та планом науково-дослідної роботи “Діагностика”, які виконувались у Військовому інституті Київського національного університету імені Тараса Шевченка.
Основними керівними документами, які визначили напрямок наукових досліджень, являються: Закон України “Про наукову і науково-технічну діяльність” №1977-ХII від 13.12.1991 р., Закон України “Про основи державної політики у сфері науки і науково-технічної діяльності” № 284-XIV від 01.12.1998 р., Концепція наукової роботи у Збройних Силах України, введена в дію наказом Міністра оборони України № 154 від 07.05.1997 р., Положення про наукову і науково-технічну діяльність у Збройних Силах України, введене в дію наказом Міністра оборони України № 90 від 04.04.2000 р. В цих документах з метою реалізації завдань першого та другого етапів Державної програми будівництва і розвитку Збройних Сил України та Державної програми розвитку озброєння і військової техніки підкреслюється необхідність зосередження тем науково-дослідних робіт, спрямованих на вдосконалення процесів ремонту, подовження ресурсу і модернізації наявного озброєння і військової техніки.
Мета і задача дослідження. Метою дослідження є зниження середнього часу діагностування цифрових ТЕЗ с мікропроцесорними ВІС з використанням розробленого методу при відновленні їх працездатності у військових ремонтних органах.
Для досягнення поставленої мети вирішена наукова задача, яка полягає в розробці удосконаленого методу діагностування цифрових ТЕЗ з використанням їх вихідних реакцій і параметрів ЕДП при відновленні працездатності ТЕЗ у військових ремонтних органах.
Об’єкт дослідження –цифрові ТЕЗ з мікропроцесорними ВІС радіоелектронних засобів озброєнь, а предмет дослідження –процес контролю технічного стану, виявлення і локалізації дефектних елементів цифрових ТЕЗ при відновленні їх працездатності у військових ремонтних органах.
Методи дослідження. Для вирішення поставленої наукової задачі в дисертаційній роботі використані методи технічної діагностики, теорія ймовірності, теорія надійності, теорія нечітких множин та електрорадіокіл.
Наукова новизна отриманих результатів. В результаті проведення дисертаційного дослідження здобувачем отримані наступні нові наукові результати:
Математична модель цифрового ТЕЗ з мікропроцесорними ВІС.
Модель призначена для формалізованого опису процесу функціонування цифрового ТЕЗ на структурному и функціональному рівнях. Модель відрізняється від існуючих, що визначає її новизну, комплексним урахуванням двох джерел ДІ –вихідних реакцій ТЕЗ и параметрів ЕДП. Модель адекватно відображає процеси, які відбуваються в цифровому ТЕЗ, і є основою для розробки методики формування тестових послідовностей.
Метод діагностування цифрових ТЕЗ з використанням параметрів енергодинамічного процесу.
Метод базується на подальшому розвитку відомого енергодинамічного методу. Удосконалений метод призначений для контролю технічного стану, виявленню і локалізації дефектних елементів цифрових ТЕЗ з глибиною до елемента, який не відновлюється. На відміну від відомого удосконалений метод використовує два джерела ДІ на структурному і функціональному рівнях. Це дозволяє спростити процес отримання ДІ, зменшити кількість контрольних точок і, як наслідок, скоротити часові й апаратні витрати на локалізацію дефектних елементів ТЕЗ при відновленні їх працездатності у військових ремонтних органах. Прийняття рішення про технічний стан ТЕЗ здійснюється на основі отриманої ДІ з використанням теорії нечітких множин. Обробка ДІ і локалізація дефектних елементів здійснюються з використанням спектрального аналізу.
Методика формування тестових послідовностей для діагностування цифрових ТЕЗ.
Відмінність даної методики від існуючих, яка визначає її новизну, полягає в комплексному використанні при формуванні тестових послідовностей двох груп діагностичних параметрів від двох різнорідних джерел. В основу методики покладений формалізований опис процесу побудови тестової послідовності (ТП) з використанням розробленої математичної моделі. Методика передбачає скорочення кількості тестових наборів команд і даних за рахунок використання в якості ТП стандартних команд ТЕЗ і запропонованого способу транспортування інформації про дефектні елементи на структурному і функціональному рівнях у відповідні контрольні точки.
Практичне значення отриманих результатів. На основі отриманих у дисертаційній роботі наукових результатів були розроблені технічні рішення, що дозволили синтезувати структурну схему пристрою діагностування цифрових ТЕЗ. Для аналізу ДІ і наступних розрахунків використовується ЕОМ з відповідним програмним забезпеченням. Пристрій знімання і пристрій обробки ДІ розділені між собою і розроблені у вигляді окремих модулів. Таке рішення дозволяє розширити галузь застосування даного пристрою діагностування для широкого класу цифрових ТЕЗ існуючих і перспективних РЕЗО.
Результати досліджень впроваджені у холдінговій компанії ВАТ “Укрспецтехніка” у дослідно-конструкторській роботі “Альфан”; у Військовому інституті Київського національного університету імені Тараса Шевченка у науково-дослідній роботі “Діагностика” та у навчальному процесі; у Військовому інституті телекомунікацій та інформатизації НТУУ “КПІ” у навчальному процесі, що підтверджується відповідними актами впровадження.
Особистий внесок здобувача. Основні наукові результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. Зі спільних публікацій у дисертаційну роботу включені тільки результати, які отримані автором самостійно. Здобувачу належать наступні наукові результати:
В [1] –проведений аналіз можливості прояву і транспортування ДІ про дефектні елементи цифрового ТЕЗ у контрольні точки на структурному і функціональному рівнях.
В 2 –умови та етапи розробки математичної моделі цифрового ТЕЗ.
В [3] –отримані загальні показники системи з відмовами, що не знецінюють попереднє напрацювання.
В [4] –отримані показники періодичності контролю резервованих систем.
В [5] –розроблена структурна схема пристрою діагностування цифрових ТЕЗ, описаний принцип його роботи.
В [6] –проаналізовані можливі види функцій приналежності і результати їх використання в системах автоматичного управління.
В 9 –виконаний авторами спільно, з рівним творчим внеском.
Апробація результатів дисертації. Основні наукові результати дисертації доповідались та обговорювались на ІV Міжнародній науково-практичній конференції студентів, аспірантів і молодих вчених НТУУ “КПІ” “Системний аналіз та інформаційні технології” (1.06.2002 р.), на ХІ науково-практичній конференції Житомирського військового інституту радіоелектроніки “Наукові проблеми розробки, модернізації та застосування інформаційних систем космічного і наземного базування” (22.05.2004 р.), на науково-практичному семінарі Військового інституту телекомунікацій та інформатизації НТУУ “КПІ” “Сучасні системи зв’язку і АСУВ та їх подальший розвиток. Напрями удосконалення підготовки фахівців для військ зв’язку в умовах реформування Збройних Сил України” (25.04.2002 р.), а також на розширеному засіданні кафедри бойового застосування й експлуатації (радіоелектронного озброєння) Військового інституту Київського національного університету імені Тараса Шевченка.
Публікації. Основні наукові результати дисертаційної роботи опубліковані автором у восьми статтях у фахових виданнях, які входять до Переліку ВАК України, опубліковані у трьох тезах доповідей, впроваджені у дослідно-конструкторській та науково-дослідній роботах. Крім того, за темою дисертації отриманий патент на винахід № 32068 А від 15.12.2000 р.
Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків і списку використаних джерел. Загальний обсяг складає 180 сторінок машинописного тексту, з яких 14 сторінок займають ілюстрації, 8 сторінок займають додатки і 8 сторінок складає список використаних джерел, що містить 90 найменувань.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтована актуальність роботи, розкрита сутність і стан наукової задачі, необхідність проведення дослідження, сформульовані мета і задача дослідження. Викладені підстави і вихідні дані для розробки удосконаленого метода діагностування.
Перший розділ присвячений аналізу стану і напрямків удосконалення систем технічного діагностування і ремонту цифрових пристроїв у військових ремонтних органах, формулюванню задачі, мети і основних питань дослідження.
На основі аналізу експлуатації сучасних РЕЗО робиться висновок про те, що існуюча система технічного діагностування (СТД) не завжди задовольняє висунутим вимогам. Однією з причин такого положення є низька ефективність функціонування військових ремонтних органів і, зокрема, систем технічного діагностування і ремонту цифрових пристроїв. В якості одного зі шляхів забезпечення підвищення ефективності СТД пропонується розробка і використання нового методу діагностування цифрових ТЕЗ з мікропроцесорними ВІС. Наявні результати досліджень у цьому напрямку показують важливість і необхідність застосування нових методів для діагностування пристроїв такого класу, тому що сучасні тенденції розвитку РЕЗО характеризуються постійним збільшенням кількості ТЕЗ з мікропроцесорними ВІС.
Існуючі методи і засоби технічного діагностування і ремонту РЕЗО поступово відстають від темпів розвитку техніки. Така тенденція обумовлена об’єктивними причинами: спочатку створюється нова елементна база, відбувається якісний стрибок у складності внутрішньої структури і ступеня інтеграції цифрових пристроїв, розробляються нові принципи конструювання РЕЗО. На цій основі розробляються і випускаються нові цифрові пристрої і РЕЗО у цілому, а потім вже для їх обслуговування адаптується існуюча система технічного діагностування і ремонту.
З іншого боку, директивною вимогою і однією з основних задач, що стоять перед інженерно-технічним складом, який експлуатує сучасні РЕЗО, є забезпечення середнього часу відновлення нової техніки на заданому рівні. Виходячи з аналізу середнього часу відновлення РЕЗО, встановлено, що серед інших складових часу найбільшу “вагу” має час діагностування складових елементів РЕЗО , який визначається наступним виразом:
,
де –час контролю технічного стану; –час локалізації дефектних елементів.
Як бачимо, скорочення середнього часу діагностування є важливою науково-практичною задачею, рішення якої спрямоване на підвищення ефективності СТД. У сучасних умовах рішення цієї задачі неможливе без створення нових, орієнтованих на нову елементну базу, систем технічного діагностування, в яких застосовуються нові методи і засоби діагностування і ремонту і які мають кращі показники, ніж існуюча СТД.
На основі проведеного аналізу і виявлених недоліків існуючих методів і засобів діагностування цифрових пристроїв сформульована задача дисертаційного дослідження та часткові задачі, на які вона розбивається. У розділі обґрунтовані необхідність та можливість розробки методу діагностування, застосування якого забезпечить скорочення середнього часу діагностування цифрових ТЕЗ при заданій достовірності діагностування.
Другий розділ присвячений вибору й обґрунтуванню діагностичних параметрів цифрових ТЕЗ, а також розробці математичної моделі (ММ) цифрового ТЕЗ з мікропроцесорними ВІС з урахуванням обраних параметрів діагностування.
Для скорочення кількості контрольних точок при діагностуванні цифрових ТЕЗ з мікропроцесорними ВІС доцільно використовувати параметри ЕДП, що дозволяє зменшити кількість контрольних точок до однієї (шина живлення), одержуючи при цьому ДІ про технічний стан кожного логічного елементу.
Аналіз показав, що при діагностуванні цифрових ТЕЗ методами, які використовують параметри ЕДП в часовій області, можливі випадки, коли дефектний елемент ТЕЗ не може бути виявлений внаслідок складності розрізнення імпульсів ЕДП на часовій вісі. Цьому можна запобігти, використовуючи особливості спектрів імпульсів ЕДП, які завдяки великій амплітуді і малій тривалості відрізняються від інших сигналів, що виникають у шині живлення ТЕЗ. Спектри імпульсів ЕДП лежать у більш високочастотній області (сотні мегагерц), що створює сприятливі умови для їх виділення і використання в якості ДІ.
Доведено, що для досягнення заданої глибини і достовірності діагностування необхідно і доцільно використовувати два джерела ДІ (параметри ЕДП і вихідні реакцій ТЕЗ). Такий вибір діагностичних параметрів обумовлює розробку відповідної математичної моделі цифрового ТЕЗ з мікропроцесорними ВІС, яка покладена в основу розробки методу діагностування цифрових ТЕЗ, загальних правил і методики формування ТП.
Побудова математичної моделі проведена в чотири етапи:
) аналіз внутрішньої структури і виділення підсистем у ТЕЗ;
) декомпозиція ТЕЗ на модулі і виділення груп перемінних;
) синтез математичної моделі цифрового ТЕЗ;
) моделювання процесу взаємодії розробленої ММ цифрового ТЕЗ із зовнішнім середовищем, аналіз ступеня адекватності моделі відповідним реальним фізичним об'єктам.
На першому етапі виділяються підсистеми цифрового ТЕЗ. З урахуванням параметрів ЕДП внутрішня структура ТЕЗ представлена сукупністю трьох підсистем –інформаційної, керуючої та енергозабезпечення. При розробці моделі враховано, що обробка даних у ТЕЗ здійснюється згідно з заданим алгоритмом, який передбачає подачу керуючих сигналів , завдяки яким формується послідовність дій (команд) ТЕЗ для обробки вхідних перемінних .
Множина команд задає множину функцій Ф, відповідно до яких вхідним перемінним ставиться у відповідність вихідна перемінна . Множина формується за рахунок функціональних перетворень вхідних перемінних. При цьому здійснюється переключення певних логічних елементів ТЕЗ. Тоді справедливим буде наступний вираз:
(1)
Шина живлення з відповідними струмами живлення є невід'ємною частиною цифрового ТЕЗ і, як правило, загальною для всіх його елементів. Тоді
= (2)
Вираз (2) показує аналітичну залежність від інформаційних і керуючих вхідних діянь і вихідних реакцій ТЕЗ. Аналіз виразів (1) і (2) показує, що визначення технічного стану цифрового ТЕЗ можна здійснити, використовуючи два джерела ДІ: параметри ЕДП і вихідні реакції цифрового ТЕЗ.
На другому етапі здійснюється декомпозиція цифрового ТЕЗ на модулі (функціонально завершені вузли –частини схем, що виконують певні операції над вхідними перемінними). Модулі не взаємодіють один з одним безпосередньо, а функціонують у рамках чітко визначеної структури міжмодульних зв'язків, яка задається сукупністю внутрішніх шин обміну перемінними, живлення, керуючих сигналів і відповідних протоколів взаємодії. Кожен модуль характеризується групою функцій , які він реалізує. У загальному випадку на кожен модуль надходять інформаційні і керуючі сигнали і подаються відповідні рівні напруги живлення, а сам модуль може мати кілька вихідних шин даних і живлення. Усі сигнали, що діють на зовнішніх контактах будь-якого модуля ТЕЗ, розділені на чотири підмножини: керуючі сигнали (інструкції) , вхідні інформаційні перемінні , вихідні перемінні , імпульси переключення елементів (імпульси струму квазікороткого замикання) .
На третьому етапі здійснюється синтез математичної моделі для окремого модуля і цифрового ТЕЗ у цілому. За реакцією на вхідні діяння всі модулі можна розділити на комбінаційні і послідовнісні.
Математична модель модуля комбінаційного типу описується наступним виразом:
, (3)
де: –інформаційна перемінна, яка надходить на входи модуля у момент часу ; –функція, яку реалізує модуль в момент часу ; –імпульс переключення комбінаційного модуля; –множина інструкцій модуля.
Математична модель модуля послідовнісного типу описується наступним виразом:
, (4)
, n = 1, 2, 3…
де: –функція, яку реалізує модуль у момент часу ; –інформаційна перемінна, яка надійшла на входи модуля у момент часу ; –функція, яка реалізована модулем у момент часу ; –імпульс переключення модуля послідовнісного типу; n –число дискретних моментів часу , протягом яких вихідні реакції модуля будуть залежати від вхідних перемінних, що надійшли у попередні моменти часу .
З урахуванням виразів (3) і (4) узагальнена ММ модуля цифрового ТЕЗ поза залежністю від його типу описується наступним виразом:
, (5)
де: T –час, протягом якого вихідні реакції модуля будуть залежати від вхідних перемінних, які надійшли у попередні моменти часу; –множина функцій, які визначають значення відповідного типу модуля при відомих ; =.
Узагальнена ММ цифрового ТЕЗ з урахуванням (5) описується наступним виразом:
,
де l –кількість модулів ТЕЗ.
Дана модель показує залежність діагностичних параметрів (вихідних реакцій і параметрів ЕДП) від команд керування, наборів вхідних перемінних і внутрішньої структури ТЕЗ.
На четвертому етапі здійснюється моделювання процесу взаємодії розробленої ММ цифрового ТЕЗ із зовнішнім середовищем і аналіз ступеня адекватності ММ цифрового ТЕЗ реальним фізичним об'єктам.
Процес виконання команди (послідовності команд) ТЕЗ представлений у вигляді орієнтованого графа, де вершини –це модулі (команди) ТЕЗ, а ребра –зв'язки між ними. Напрямок ребра вказує можливу послідовність обміну даними. Для логічної завершеності додано дві вершин, які відповідають входу і виходу. За допомогою графів визначається послідовність обробки даних модулями ТЕЗ при виконанні визначеної команди (послідовності команд).
Аналіз адекватності моделі проводився шляхом порівняння значень діагностичних параметрів, розрахованих аналітично і отриманих в результаті машинного моделювання. Розбіжності результатів не перевищують 5% ... 7%.
У третьому розділі розроблений метод діагностування цифрових ТЕЗ. Метод є подальшим розвитком енергодинамічного методу діагностування. Удосконалений метод, на відміну від існуючого, призначений для контролю технічного стану цифрових ТЕЗ, які містять МП ВІС, виявленню і локалізації дефектних елементів на основі комплексного аналізу отриманої ДІ від двох різнорідних джерел.
Декомпозиція, яка проведена в математичній моделі цифрового ТЕЗ, визначає глибину пошуку дефектних елементів (до корпусу мікросхеми), і відповідні контрольні точки для отримання діагностичної інформації. В якості діагностичної інформації енергодинамічного процесу обрані параметри (спектральна щільність потужності) імпульсів струму квазікороткого замикання (СККЗ), що характеризують переключення логічних елементів із одного стану в інший і визначають технічний стан елементу.
У ході дослідження з’ясовано, що діагностичну інформацію, яка отримана по шині живлення ТЕЗ, необхідно обробляти не в часовий, а в частотній області.
Проведені аналіз і дослідження імпульсів СККЗ показали, що в результаті впливу частотно-фільтруючого ланцюга їх спектр зазнає перетворення, внаслідок чого форма імпульсів СККЗ згладжується і набуває гаусову форму. В даному випадку аналітична модель імпульсу СККЗ описується виразом
,
а спектральна щільність цього імпульсу обчислюється прямим перетворення Фур'є, тобто
,
де –коефіцієнт форми.
Проведений аналіз показав, що між спектрами імпульсів СККЗ і шумами є істотні відмінності. Ці відмінності дозволяють стійко виділяти імпульси СККЗ в шині живлення цифрового ТЕЗ.
Якісний аналіз спектрів імпульсів СККЗ показав, що зміна параметрів цих імпульсів в часовій області (тривалість, амплітуда, взаємне розташування) відбивається на їх спектрах і дозволяє отримати достовірну ДІ. Подальший аналіз отриманої ДІ дозволяє проводити виявлення і локалізацію дефектних елементів з заданою глибиною і достовірністю.
При прийнятті рішення про технічний стан ТЕЗ, що діагностується, необхідно логічно зв'язати отримані різнорідні групи діагностичних параметрів (параметри ЕДП та вихідні реакції ТЕЗ). Для цього був обраний математичний апарат теорії нечітких множин, за допомогою якого стали можливими аналіз і обробка отриманої різнорідної ДІ, а також прийняття рішення про технічний стан ТЕЗ з заданою якістю. Прийняття рішення базується на виведенні нечітких логічних рівнянь із застосуванням функцій приналежності, що настроюються. Використання теорії нечітких множин дає можливість враховувати різні діапазони змін значень діагностичних параметрів, гнучко оцінювати отримані результати, будувати пристрої діагностування, що самонавчаються, і адаптувати їх під перспективні види ЦП.
У рамках методу визначений алгоритм прийняття рішення про технічний стан цифрового ТЕЗ, який передбачає виконання таких операцій:
. Формується матриця знань, в яку занесена експертна інформація про технічний стан ТЕЗ на основі розглянутих видів дефектів і еталонів, з якими здійснюється порівняння отриманої ДІ.
. Фіксуються значення параметрів ДІ (параметри імпульсів СККЗ і значення вихідних реакцій) для ТЕЗ, що досліджується, після подачі на його вхід відповідних тестових послідовностей.
. Задаються функції приналежності нечітких термів і визначаються значення цих функцій при фіксованих значеннях параметрів , .
. За допомогою логічних рівнянь обчислюються значення багатомірних функцій приналежності при векторі параметрів стану ТЕЗ для всіх рішень .
. Визначається рішення , для якого
. (6)
6. Приймається рішення, що виразу (6) відповідає ДІ про технічний стан ТЕЗ з вектором параметрів .
Як бачимо, алгоритм визначення значень вихідної змінної d за заданим вектором значень вхідних параметрів і матрицею знань дозволяє знайти рішення , яке у свою чергу дозволяє визначити технічний стан ТЕЗ і локалізувати дефектні елементи. Іншими словами, алгоритм прийняття рішення про технічний стан ТЕЗ використовує ідентифікацію терму за максимумом функції приналежності і узагальнює таке рішення на всю матрицю знань. Це дозволяє у процесі прийняття рішення використовувати довільну кількість різнорідних діагностичних параметрів і відповідних їм діагностичних рішень про технічний стан ТЕЗ.
Таким чином, розроблений метод дозволяє здійснювати діагностування цифрових ТЕЗ за рахунок перетворення і обробки ДІ у частотній області. Задана достовірність діагностування досягається отриманням від двох джерел ДІ та її комплексним аналізом за допомогою теорії нечітких множин.
Четвертий розділ присвячений розробці методики формування тестових послідовностей для діагностування цифрових ТЕЗ з МП ВІС, оцінці виграшу розробленого методу в порівнянні з існуючими і розробці технічних рішень, які реалізують розроблений метод.
Цифровий ТЕЗ з МП ВІС є програмно-керованим пристроєм, якому притаманні наступні особливості:
– наявність інформаційних і керуючих входів;
– обробка даних здійснюється згідно з алгоритмом, який визначається командами управління;
– команди ТЕЗ мають певний формат, що обмежує можливість використання псевдовипадкових тестів.
Ідея методики полягає у використанні в якості ТП стандартних команд ТЕЗ і раціональних наборів даних та отримання ДІ від двох джерел. Методика ґрунтується на відомому принципі декомпозиції і властивостях, притаманних цифровому ТЕЗ, та передбачає перевірку функцій, які реалізує ТЕЗ. Це спрощує процес побудови ТП та дає можливість представити ТЕЗ сукупністю функціонально завершених модулів, для кожного з яких будується частковий перевіряючий тест. При цьому на вихідних контактах ТЕЗ отримуємо ДІ (вихідні реакції), що дозволяє проводити функціональний контроль технічного стану ТЕЗ. Водночас, виконання кожної окремої функції охоплює частину модулів ТЕЗ, для яких підбираються такі набори даних, що дозволяють виявити та локалізувати дефектний елемент ТЕЗ з використанням іншого джерела ДІ –параметрів енергодинамічного процесу. Таким чином стає можливим розділити процес контролю технічного стану ТЕЗ і процес виявлення і локалізації дефектних елементів. Для оцінки якості сформованих ТП використано інформаційний критерій, згідно з яким необхідно забезпечити максимальну швидкість приросту ДІ та максимальну інформативність кожної перевірки. Використання двох джерел ДІ і особливостей її отримання та транспортування у відповідні контрольні точки дозволяє скороти кількість ТП при забезпеченні заданої достовірності діагностування.
Методика передбачає такі основні етапи (у авторефераті надана стисло):
. Визначення за функціональною схемою команд, які реалізує ТЕЗ у конкретному пристрої. Поділ цих команд на окремі множини (введення даних , обробки даних і виводу даних ). Групування функцій, які реалізуються визначеними вище командами, у множини , , відповідно. Визначення множини елементарних функцій {}, які складають кожну функцію ТЕЗ .
2. Проведення декомпозиції ТЕЗ на модулі згідно з розробленою ММ.
. Визначення для кожної елементарної функції множини команд ТЕЗ , які її реалізують.
. Зниження розмірності задачі формування ТП (окрема команда може реалізовувати деяку множину елементарних функцій, і повторення виконання тих самих функцій не дає приросту ДІ). Здійснюється зниження розмірності задачі шляхом виконання наступних операцій:
– вибираються команди, які реалізують максимальну кількість елементарних функцій і виключаються всі , с –кількість команд ТЕЗ, –кількість елементарних функцій, реалізованих i-ою командою), при виконанні яких приріст ДІ дорівнює нулю;
– виключаються всі і , для яких виконується наступна умова:
,
де множина команд ТЕЗ, які при виконанні реалізують елементарну функцію , z –кількість елементарних функцій.
Замість зазначених функцій у множині Ф та в її підмножинах включається функція , якій ставляться у відповідність операції функцій і . Заміна і на коректна, тому що включення до складу ТП команди, що здійснює перевірку , буде означати і безумовну перевірку . Представлення двох функцій однією дозволяє спростити рішення задачі;
– виключаються функції, для яких виконується умова .
5. Утворення множини команд , яка складається з підмножини команд обробки даних . Для кожної команди з цієї підмножини вибираються команди підготовки і виводу даних із двох інших підмножин.
. Визначення множини елементарних функцій , які реалізуються при виконанні команд із підмножини . Для множини функцій
послідовно будуються таблиця функцій несправностей, усічена таблиця функцій несправностей, таблиця, в якій мінімізуються команди.
7. Визначення множини команд із підмножин і , що здатні разом з командами множини утворити елементарні тестові діяння (ЕТД), які. забезпечують введення даних на ТЕЗ, їх обробку та виведення на вихідні контакти ТЕЗ.
Для порівняння якості розроблених ТП використано інформаційний критерій. Відповідно до цього критерію на будь-якому черговому кроці робиться вибір такої перевірки, виконання якої забезпечує максимальний приріст ДІ про стан ТЕЗ. Якщо на деякому кроці процесу пошуку дефектів ТЕЗ знаходиться в одному зі станів множини , то кількість інформації , отриманої при виконанні перевірки , можна записати у наступному вигляді:
де –підмножина станів, що відповідають працездатному ТЕЗ, який перевіряється перевіркою ; –підмножина станів, що відповідають непрацездатному ТЕЗ, який перевіряється перевіркою ; –імовірність перебування ТЕЗ у станах підмножини ; –імовірність перебування ТЕЗ у станах підмножини .
Будувати ТП варто таким чином, щоб на кожному кроці до її складу входила б оптимальна перевірка , обумовлена критерієм максимуму інформативності ДІ, тобто
де –множина перевірок, які перевіряють множину .
Максимальна інформативність кожної перевірки досягається вибором відповідних інформаційних вхідних даних для множини команд . Для перевірки множини дефектів, які перетворюють функцію Ф, реалізовану справними елементами, у функцію , реалізовану несправними елементами, варто вибирати такі значення вхідних наборів даних , що забезпечать максимальне розходження значень і , тобто
, (7)
де d –відстань за Хеммінгом.
Як видно з виразу (7), найбільшу інформативність ДІ дають такі ТП, вихідні реакції яких мають максимальну відстань за Хеммінгом, тобто виконується наступна умова:
,
де n –кількість елементарних тестових діянь у ТП.
При побудові такої послідовності необхідно враховувати, що приріст інформації при виконанні перевірки відбувається за рахунок деякої множини команд, що входять до складу ТП. Тому важливо зробити вибір таких команд, які разом із командами з множини забезпечать максимальну швидкість приросту інформації. Вираз для визначення швидкості приросту інформації V(ЕТД) для утворених ЕТД має наступний вигляд:
де –максимальна кількість можливих наборів вхідних даних; –час, необхідний для виконання команди .
. Формування раціональної ТП здійснюється шляхом “склеювання” окремих ЕТД з урахуванням інформаційного критерію.
Таким чином, методика формування ТП дозволяє діагностувати цифрові ТЕЗ, які містять МП ВІС. Скорочення часу діагностування досягається за рахунок перевірки функцій, які реалізує ТЕЗ у даному ЦП. Відмінність методики від існуючих полягає у скороченні кількості ТП і наборів даних за рахунок використання в якості ТП команд ТЕЗ, особливостей отримання ДІ і транспортування її у відповідні контрольні точки.
Аналіз виграшу розробленого методу проводився у порівнянні з імовірнісними методами. Основним показником, який істотно впливає на середній час діагностування, є кількість і довжина тестових послідовностей. У дисертації був отриманий вираз для розрахунку кількості тактів тестових послідовностей для діагностування цифрових ТЕЗ з урахуванням особливостей отримання необхідної діагностичної інформації. Аналіз показав, що кількість тактів діагностування для розробленого методу в десятки разів менша ніж для імовірнісних методів. З урахуванням часу на розробку ТП загальний виграш в середньому часі діагностування складає 20%...25%.
На основі отриманих рішень розроблена структурна схема пристрою діагностування цифрових ТЕЗ. Пристрій складається з двох модулів –знімання ДІ та обробки ДІ (рис. 1, рис.2 відповідно).
Рис. 1. Пристрій діагностування цифрових ТЕЗ.
Модуль знімання діагностичної інформації (див. рис. 2) призначений для підключення різноманітних типів ТЕЗ, видачі відповідних стабілізованих напруг живлення на ТЕЗ, формування ТП згідно з командами управління, а також отримання, виділення ДІ з відповідних контрольних точок і перетворення її у цифровий вигляд. Далі діагностична інформація поступає на модуль обробки.
Модуль обробки призначений для аналізу отриманої діагностичної інформації, її порівняння з еталоном та прийняття рішення про технічний стан ТЕЗ, що діагностується. Модуль обробки діагностичної інформації реалізується програмними засобами у стандартній ЕОМ. Він включає в себе блок дискретного перетворення Фур’є, блок накопичення діагностичної інформації (база даних), інформаційний блок (матриця знань), блок формування і настроювання функцій приналежності, блок нечіткого логічного виводу, блок прийняття рішення, підсистему поповнення знань, блок формування команд управління та діалогові засоби.
Рис.2. Структурна схема модуля знімання діагностичної інформації.
Така структура пристрою діагностування дозволяє зменшити його собівартість, дозволяє використовувати стандартні засоби обміну інформацією, що загалом сприяє підвищенню ефективності системи технічного діагностування і ремонту цифрових пристроїв.
ВИСНОВКИ
У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі, що полягає в розробці удосконаленого методу діагностування цифрових ТЕЗ з використанням параметрів ЕДП та вихідних реакцій ТЕЗ при відновленні їх працездатності у військових ремонтних органах.
При рішенні наукової задачі були отримані такі нові наукові результати:
–математична модель цифрового ТЕЗ з мікропроцесорними ВІС. Модель призначена для формалізованого опису функціонування цифрового ТЕЗ з урахуванням логіки роботи МП ВІС. Модель дозволяє за допомогою поетапної декомпозиції ТЕЗ на модулі визначити необхідну глибину діагностування. Вона описує процес отримання діагностичної інформації від двох джерел залежно від вхідних даних і функцій, які реалізують ТЕЗ і його окремі модулі. Розглянуті види дефектів логічних елементів дозволяють визначити їх вплив на перекручування значень діагностичних параметрів та урахувати їх у математичній моделі. Модель відрізняється від існуючих, що визначає її новизну, врахуванням двох джерел отримання діагностичної інформації. Модель є основою для подальшої розробки методу діагностування і методики формування ТП;
–удосконалений метод діагностування цифрових ТЕЗ з використанням параметрів енергодинамічного процесу. Метод призначений для визначення технічного стану цифрових ТЕЗ, пошуку і локалізації дефектних елементів на основі аналізу значень діагностичних параметрів. Метод визначає необхідні умови для отримання, обробки і аналізу діагностичної інформації, передбачає комплексне використання для прийняття рішення різнорідних груп діагностичних параметрів. Метод відрізняється від існуючих, що визначає його новизну, комплексним врахуванням довільної кількості різнорідних діагностичних параметрів, можливістю локалізації дефектних елементів з заданою глибиною і достовірністю при діагностуванні складних цифрових пристроїв, які містять мікропроцесорні ВІС;
–методика формування тестових послідовностей для діагностування цифрових ТЕЗ. Методика призначена для формування тестових послідовностей, які дозволяють визначити технічний стан ТЕЗ й отримати діагностичну інформацію від елементів ТЕЗ з визначеною глибиною діагностування. Новизна методики полягає в комплексному використанні при формуванні тестових послідовностей двох груп діагностичних параметрів від двох різнорідних джерел. В якості тестових послідовностей використовуються стандартні команди ТЕЗ. Використання двох джерел діагностичної інформації дозволяє розділити процес контролю технічного стану і локалізації дефектних елементів цифрових ТЕЗ, скоротити кількість тестових послідовностей і наборів даних.
Наукове значення роботи полягає в тому, що отримані наукові результати сприяють рішенню важливої задачі технічної діагностики –скороченню середнього часу діагностування при забезпеченні заданої глибини і достовірності діагностування цифрових пристроїв.
Практичне значення роботи полягає в тому, що отримані в ній наукові результати дозволять розробляти відносно прості та дешеві пристрої діагностування з подальшим їх застосуванням у військових ремонтних органах з метою підвищення ефективності функціонування системи технічного діагностування і ремонту радіоелектронних засобів озброєнь. Робота проводилась у відповідності з планом наукової роботи та планом науково-дослідної роботи “Діагностика”, які виконувались у Військовому інституті Київського національного університету імені Тараса Шевченка, а її результати впроваджені у ВАТ “Укрспецтехніка” та у навчальному процесі при підготовці військових фахівців.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА
ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Рєзніков М.І., Пампуха І.В., Гахович С.В. Аналіз видів дефектів мікропроцесорних великих інтегральних схем і умови їх прояву з урахуванням енергодинамічного процесу // Зб. наук. пр. КВІУЗ. Вип. №3. –К.: КВІУЗ, 2000. –С.142-149.
2. Рєзніков М.І., Пампуха І.В., Гахович С.В. Структурно-функціональна модель цифрового типового елемента заміни з урахуванням енергодинамічного процесу // Зб. наук. пр. КВІУЗ. Вип. №1. –К.: КВІУЗ, 2001. –С.126-133.
3. Чинніков Ю.В., Пампуха І.В., Гахович С.В. Приблизні методи оцінки надійності систем із знецінюваними і частково знецінюваними відмовами // Зб. наук. пр. ВІТІ НТУУ “КПІ”. Вип. №1. –К.: ВІТІ НТУУ “КПІ”, 2002. –С. 190-194.
4. Чинніков Ю.В., Вишнівський В.В., Гахович С.В. Урахування періодичності контролю в моделі системи з часовим резервуванням // Науково-технічний збірник. Вип. №13, –К.: ННДЦ ОТ і ВБ України, 2002. –С.64-67.
5. Вишнівський В.В., Гахович С.В., Катін П.Ю., Круценко В.В. Пристрій для діагностування цифрових ТЕЗ з використанням енергодинамічного процесу // “Вісник” Військового інституту Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Вип. № 6. –К.: КНУ ім. Т.Шевченка, 2003. –С. 70-74.
6. Захарчук О.В., Гахович С.В., Ольшанський В.В. Методика вибору функцій приналежності цифрових нечітких регуляторів в системах автоматичного управління // Зб. наук. пр. ВІТІ НТУУ “КПІ”. Вип. №3. –К.: ВІТІ НТУУ “КПІ”, 2003. –С. 44-53.
. Гахович С.В. Методика побудови тестової послідовності для діагностування цифрових типових елементів заміни // Зб. наук. пр. ВІТІ НТУУ “КПІ”. Вип. №4. –К.: ВІТІ НТУУ “КПІ”, 2003.–С. 11–.
. Гахович С.В. Метод діагностування цифрових ТЕЗ // Зб. наук. пр. ВІТІ НТУУ “КПІ”. Вип. №4. –К.: ВІТІ НТУУ “КПІ”, 2004. –С. 24-30.
. Пат. 32068 А Україна, МПК 6 G 06 F 9/22, G 06 F 11/30. Спосіб контролю технічного стану цифрових об’єктів діагнозу зі складною внутрішньою структурою: Пат. 32068 А Україна, МПК 6 G 06 F 9/22, G 06 F 11/30 / М.І. Рєзніков (Україна), І.В. Пампуха (Україна), В.М. Власюк (Україна), С.В. Гахович (Україна), О.Л. Мацьовитий (Україна). –№98126731; Заявл. 21.12.1998; Опубл. 15.12.2000; Бюл. № 7-II. – 2с.
АНОТАЦІЯ
Гахович С.В. Удосконалений метод діагностування цифрових пристроїв з використанням параметрів енерогодинамічного процесу при відновленні їх працездатності у військових ремонтних органах. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 20.02.14 –озброєння і військова техніка. Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Військовий інститут. Київ, 2004 .
Дисертація присвячена розвитку теорії і практики технічного діагностування. У роботі дістав подальший розвиток метод діагностування цифрових типових елементів заміни (ТЕЗ) з мікропроцесорними великими інтегральними схемами. Відмінністю методу є використання двох різнорідних джерел діагностичної інформації.
Розроблена нова математична модель цифрового ТЕЗ, яка враховує особливості функціонування мікропроцесорних великих інтегральних схем. Розглянуті види дефектів елементів ТЕЗ на структурному і функціональному рівнях, особливості транспортування діагностичної інформації у відповідні контрольні точки.
З урахуванням визначених і обґрунтованих критеріїв доповнені і узагальнені правила формування тестових послідовностей, що покладені в основу методики формування тестових послідовностей для діагностування цифрових ТЕЗ. Методика передбачає скорочення кількості тестових послідовностей і наборів даних за рахунок використання двох джерел діагностичної інформації.
Розроблена структурна схема пристрою діагностування цифрових ТЕЗ, описане призначення і функціонування його складових елементів.
Ключові слова: цифровий ТЕЗ, пошук і локалізація дефектних елементів, діагностична інформація, енергодинамічний процес.
АННОТАЦИЯ
Гахович С.В. Усовершенствованный метод диагностирования цифровых устройств с использованием параметров энергодинамического процесса при восстановлении их работоспособности в войсковых ремонтных органах. –Рукопись.
Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 20.02.14 –вооружение и военная техники. –Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Военный институт. Киев, 2004.
Диссертация посвящена развитию теории и практики технической диагностики. В работе изложены научные результаты, направленные на сокращение среднего времени восстановления цифровых устройств. В работе получил дальнейшее развитие энергодинамический метод диагностирования цифровых устройств. В качестве цифровых устройств рассматриваются цифровые типовые элементы замены (ТЭЗ) с микропроцессорными большими интегральными схемами (БИС). Усовершенствованный метод предполагает комплексное использование в качестве диагностической информации двух источников и двух групп диагностических параметров. Этим достигается сокращение количества тестовых последовательностей и наборов данных, что, в конечном итоге, приводит к сокращению среднего времени диагностирования при обеспечении заданной достоверности.
Для реализации метода в диссертации разработана математическая модель цифрового ТЭЗ с микропроцессорными БИС. В модели предусматривается поэтапная декомпозиция цифрового ТЭЗ на модули с получением диагностической информации от двух разнородных источников. В модели отображено получение диагностической информации в зависимости от заданной глубины диагностирования и функций реализуемых ТЕЗ.
Рассмотрены виды дефектов элементов ТЭЗ и показана возможность их проявления и транспортирования диагностической информации в контрольные точки на структурном и функциональном уровнях. Обобщены и дополнены общие правила формирования тестовых последовательностей для диагностирования цифровых устройств с учетом предложенных критериев оценки информативности тестовых последовательностей и скорости прироста диагностической информации.
На основе предложенной математической модели разработан усовершенствованный метод диагностирования цифровых ТЭЗ. В рамках метода проведен анализ необходимости и возможности использования в качестве диагностической информации параметров энергодинамического процесса и выходных реакций ТЭЗ. Показано, что для повышения достоверности необходимо обработку диагностической информации, полученной по шине питания ТЕЗ, проводить в частотной области, для чего предложено использовать дискретное преобразование Фурье. Для принятия решения о техническом состоянии ТЕЗ предложен алгоритм обработки полученной информации от различных источников на основе использования теории нечетких множеств. Этим достигается комплексное использование разнородных групп диагностических параметров, гибкость в настройке и адаптивность в использовании для новых устройств и диагностических параметров.
На основе полученных результатов разработана методика формирования тестовых последовательностей для диагностирования цифровых ТЭЗ. Сокращение количества последовательностей и наборов данных осуществляется за счет использования в качестве тестовых последовательностей стандартных команд ТЭЗ и особенностей получения и транспортирования диагностической информации в соответствующие контрольные точки. Методика ориентированна на получение диагностической информации на структурном и функциональном уровнях, что позволяет разделить процесс контроля технического состояния и процесс поиска и локализации дефектных элементов ТЭЗ.
В работе предложена структурная схема устройства диагностирования цифровых ТЭЗ. Модуль съема диагностической информации и ее первичной обработки и модуль анализа разделены, что позволяет использовать стандартные аппаратные средства и снижает стоимость устройства в целом.
Проведенный анализ выигрыша разработанного метода в среднем времени диагностирования проводился по сравнению с вероятностными методами. Оценка проводилась по количеству и длине тестовых последовательностей при прочих равных условиях. В результате получен выигрыш в 20%…25% в среднем времени диагностирования.
Полученные в диссертации научные результаты способствуют дальнейшему развитию теории технической диагностики. Они могут быть использованы при решении задач, связанных с определением технического состояния радиоэлектронной техники различного назначения и ее составных частей.
Ключевые слова: цифровой ТЭЗ, поиск и локализация дефектных элементов, диагностическая информация, энергодинамический процесс.
SUMMARY
Gahovich S.V. An improved method of diagnosing of digital devices with usage of parameters of signals in the power supply circuit at reinstaintment of their functionability in army repair centers. - Manuscript.
Thesis on obtaining of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 20.02.14 - arms and military engineering. The Kyiv National Taras Shevchenko University, Military Institute. Kyiv, 2004.
The thesis is dedicated to development of the theory and practice of technical diagnosing. In the thesis the new method of diagnosing of digital standard components (DSC) of replacement with microprocessor large integrated schemes has been worked out. The difference of the method is a usage of two heterogeneous sources of the diagnostic information.
The new mathematical model of digital DSC which considers for features of operation of microprocessor large integrated schemes has been worked out. At structural and functional levels the kinds of defective units DSC , the features of transportation of the diagnostic information in the according checkpoints have been reviewed.
In considerance with selected and substantiated criterions the rules of formation of test sequences which were made as the basis of a technique of formation of test sequences for diagnosing digital DSC, have been supplemented and generalized. The technique provides reduction of quantity of test sequences and data sets at the expense of usage of two sources of the diagnostic information.
The structure scheme of the device of diagnosing of digital DSC has been designed, the assigning and functioning of its components has been described.
Keywords: digital DSC, search and localization of defective elements, diagnostic information, parameters of signals in the power supply circuit.