Обзор и анализ предметной области и постановка задачи исследования

Анализ методов диагностирования электронных средств

Усложнение технических объектов и повышение степени автоматизации выводят на передний план проблематику управления состоянием сложных систем, которая связана с потребностью получения информации о состоянии и его целевых и случайных изменениях.

Определение состояния технического объекта и степени его изменения во времени является задача технической диагностики. Следовательно, целью технической диагностики является обнаружение состояния объекта диагностирования (рис. 1.1). При контроле выполняется обычно качественная оценка (работоспособность, наличие дефекта и т. п.). Тем не менее, во время измерения и выполнения контрольных операций, возможно получить и количественную оценку (степень работоспособности).

Рассмотрим распространенные методы диагностики электронных средств (ЭС) с точки зрения их применяемости в целях обнаружения неисправностей в технических устройствах.

На основе анализа литературных источников [6, 7, 9−11] было выявлено, что общепринятые процессы диагностики ЭС базируются на следующих методах:

• 1. Метод анализа монтажа, дающий возможность, посредством органов чувств человека (зрение, слух, осязание и обоняние), обнаружить место положения дефектов по следующим признакам:
  • — перегоревший электрорадиоэлемент (ЭРЭ), плохая пайка, трещина в печатном проводнике, дым, искрение и т. п.;
  • — различные звуковые эффекты («писк», «цикание» и т. п.);
  • — перегрев ЭРЭ;
  • — запах перегоревших ЭРЭ.
• 2. Метод измерений, который основывается на применении контрольно-измерительного оборудования (осциллографа, источник-измерителя, омметра и т. п.).
• 3. Метод внешних проявлений, базирующийся на высокоинформативных показателях штатных индикаторов, на основе которых можно с некоторой долей вероятности устанавливать факт наличия или отсутствия неисправности как в отдельном ЭРЭ, так и в группе ЭРЭ.

Рис. 1.1. Виды технического состояния ЭС

Приведенные выше методы относятся к пассивным. Более широкие возможности имеют активные методы, относящиеся к производимым манипуляциям. Они включают в себя следующие методы:

• 4. Метод замены, который базируется на замене подозрительного элемента или модуля на исправный. Дефект считают устраненным, если после замены исчезло внешнее проявление дефекта.
• 5. Метод исключения, основывающийся на временном отделении (при утечке или пробое) или замыкании выводов (при обрыве) подозрительных элементов.
• 6. Метод воздействия, основывающийся на анализе поведения схемы на всевозможные манипуляции: прокрутка движков установочных переменных резисторов, замыкание выводов транзистора в цепи постоянного тока (эмиттер с базой, эмиттер с коллектором), изменяя значения напряжения источников питания цепи и т. п. манипуляции.
• 7. Метод электропрогона, который позволяет обнаружить постоянно проявляющиеся дефекты и позволяет оценить качество производимого ремонта.
• 8. Метод простука, позволяющий обнаружить дефекты сборки (на включенном ЭС) путем пошатывания ЭРЭ, подергивания за выводы ЭРЭ, постукиванием по шасси резиновым молоточком и т. п.
• 9. Метод эквивалентов, который основывается на временном отделении части схемы и заменив ее набором элементов, которые оказывают на нее одинаковое воздействие. Подобными участками схемы, обычно выступают генераторы импульсов, дополнительные источники постоянного напряжения, эквиваленты нагрузок.

К недостаткам перечисленных методов можно отнести низкую эффективность, которая проявляется преимущественно при серийных и массовых производствах при больших количествах диагностируемых ЭС. Эта невысокая достоверность обусловлена индивидуальной оценкой того или иного состояния ЭС. Помимо этого, при ручном методе диагностики не представляется возможность проверить ЭС в сложных динамических режимах.

Это послужило к необходимости создания методов и средств автоматизированного контроля ЭС на этапе их производства. На сегодняшний день накоплено довольно большое число методов диагностирования и поиска неисправностей в электрических схемах ЭС. Тот или иной подход к диагностированию характерен своими особенностями реализаций и практического применения. К основным же можно отнести следующие:

• — параметрическая идентификация
• — методы контроля неисправностей
• — приближенные методы
• — метод справочников неисправностей

В подходе по поиску неисправностей, который основан на методах параметрической идентификации, обнаружение неработоспособных элементов производится путем разделения на классы ЭРЭ по признаку попадания значений их параметров в пределы, которые установлены границами зон допусков.

Предполагается, что топология исследуемой цепи известна. В целом имеется подмножество допустимых (тестовых) узлов схемы, к которым возможно приложить и (или) измерить напряжения и (или) токи, а остальные узлы схемы полагаются как внутренние (недоступные), к которым данные операции неприменимы. Обычно считается, что номинальные значения параметров известны.

Отличительной особенностью методов параметрической идентификации является линейность или нелинейность диагностических уравнений. Нелинейным диагностическим уравнениям свойственно определение локально единственного решения, а линейным диагностическим уравнениям — глобально единственного решения.

Метод контроля неисправностей применяется при решении задач локализации неисправных ЭРЭ при малых количествах измерений, т.к. на практике число проведенных измерений n_m меньше числа ЭРЭ схемы n. Кроме того, можно предположить, что число неисправных ЭРЭ столь мало, что справедливо неравенство n_fn_mn.

Приближенные методы применяются при решении задач локализации неисправных ЭРЭ при малых количествах измерений. На основе их распознаются ЭРЭ с большей вероятностью неисправности при соблюдении установленного критерия проверки. Для данных методов свойственны достаточно большие оперативные вычисления.

Концепция метода справочников [2] предполагает сравнение характеристик (электрических, тепловых, механических и др.) диагностируемого ЭС с некими эталонными значениями (рис. 1.2).

Первым этапом создания справочника (справочной таблицы) является формирование определений неисправностей, охватывающие наиболее допустимые их типы. Отмеченный аспект очень важен для всего подхода, ввиду того, что в результате могут быть определены только эти типы неисправностей. Необходимо принять во внимание и большое число допустимых типов неисправностей. Конечно, от этого числа будет зависеть размер справочника, что накладывает ограничения на использование метода.

Далее проверяемая цепь (ПЦ) сопровождается моделированием для каждого гипотетического случая неисправности, что дает возможность сформировать справочную таблицу входных воздействий и выходную реакцию, на основе которой будут определяться и локализовываться неисправности. Характеристики выходных реакций (сигнатуры) вносятся в справочник для дальнейшего использования с целью оперативного распознавания неисправностей. Для обеспечения накопления минимального размера данных, которые позволяют добиться необходимой степени определяемости и локализации, следует оптимизировать выбор входных воздействий, выходных реакций и сигнатур.

Рис. 1.2. Метод справочников.

В процессе поиска, неисправная ПЦ подлежит воздействию идентичного входного сигнала, использованного при создании справочника. Полученные сигнатуры сопоставляются с сигнатурами, занесенными в справочник. Для идентификации неисправности ПЦ с одним из занесенных в справочник видов неисправности или множеством неоднозначных возможных неисправностей, применяется критерий локализации неисправностей.

Метод справочников достаточно прост в понимании и использовании, и в свою очередь является универсальным, потому как его применение допустимо при электрическом, тепловом и механическом диагностировании [1, 3].

Применение электрического, теплового и механического методов диагностирования, является более распространенным для процесса диагностики ЭС. Все основные виды неисправностей в ЭС могут определяться одним из приведенных методов или их комбинацией. При этом наиболее органичным для ПУ ЭС является электрическое диагностирование, поскольку основное назначение ПУ — передача электрических сигналов.

При применении метода справочников для электрического диагностирования, измеряют значения напряжений в контрольных точках, соответствующих различным видам дефектов, и заносят в базу характерных неисправностей. Далее полученные значения сравниваются со значениями, имеющимися в базе. Наименьшее значение критерия локализации, соответствует виду и месту возникшей неисправности.

,

где i — номер КТ; u_изм — измеренное значение напряжения в КТ; j — номер дефекта в перечне списка.