Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Применение метода исключения варьируемого параметра при решении задач диагностирования

Портнягин Н. Н., Пюкке Г. А.,

1.4.2. Проектирование технических средств диагностирования

В самом общем виде обобщенная структура ТСД может быть представлена множеством датчиков, выдающих по совокупности признаков принятый вид сигналов. При этом диагностические признаки их значения определяются как вычислительным путем, так и непосредственно по сигналам с датчиков.

.

Рис. 1.2. Структурная схема технических средств диагностирования

В случае реализации допускового контроля и выполнения процедур поиска дефектов структура ТСД может быть представлена блоком коммутации и измерений (БКИ), блоком памяти для хранения и использования информации (БП), блоком обработки информации (БО) (где в результате обработки полученных с блока коммутации и поступающих с блока памяти сигналов формируется «диагноз», который фиксируется в блоке индикации (БИ) включением схемы управления в световую или звуковую индикацию (рис. 1.2).

При тестовом диагностировании включается блок генерирования тестовых сигналов (БГТ) и, если необходимо, коммутатор тестов, а также блок управления (БУ), выдающий команды для реализации программы диагностирования, блок регистрации (БР).

Управление работой ТСД обеспечивает организацию процесса диагностирования на различных технических средствах, заключающуюся в согласовании во времени работы отдельных частей ТСД, переключении режимов работы, управлении потоками диагностической и управляющей информации. Управление может осуществляться вручную с пульта оператора (ПО) и автоматически по командам блока управления или по программе, хранящейся в памяти. Каждой отдельной проверке будет соответствовать группа команд, выполнение которых обеспечивает образование необходимых соединений в блоке коммутации и измерений, требуемую настройку блока генерирования тестов, задания диапазонов измерительных схем и допусков схем сравнения [45, 46, 62, 64, 65].

В настоящее время ТСД выбирают или разрабатывают, как правило, в процессе проектирования систем диагностирования. Процесс проектирования ТСД можно подразделить на несколько этапов, которые необходимо выполнить, чтобы найти путь от первоначальной идеи до претворения на практике конечного результата. Каждый из этапов отражает свойства и характеристики структуры ТСД с соответствующей степенью детализации и зависит от решаемых задач.

На первом этапе формируются требования и задачи, определяющие принципы построения ТСД. Определяется вид диагностической модели ОД, структура ТСД, вид обрабатываемой информации и число каналов. При проектировании ТСД используются определенные при процессе анализа диагностических моделей допуски на диагностические параметры в виде условий работоспособности:

¦ξ_i – ξ _i¦≤ Δ;  i = 1, …, n,

где n – количество, а ξ_i и ξ_нi – текущие и номинальные значения оцениваемых параметров, а также допуски на характеристики:

¦y_нi(x) – y_i(x)¦≤ δ_i;  i = 1, …, m,

где m – количество точек, в которых оценивается характеристика y(x), а y_i(x) и y_нi(x) – текущее и номинальное значения характеристики в i-й точке. Эти данные оказывают влияние на выбираемую погрешность измерений, реализуемых контрольно-измерительным трактом ТСД.

На втором этапе разрабатывается алгоритм процесса диагностирования. Рекомендуемые на первом этапе методы решения задач диагностирования влияют на формирование алгоритмов процесса диагностирования и определяют структуру алгоритмов функционирования ТСД.

Наличие алгоритмов диагностирования, полученных в результате анализа диагностической модели, методов диагностирования определяет необходимость внесения в процедуру проектирования ТСД разработку алгоритмов процесса диагностирования. При этом ставится задача объединения алгоритмов диагностирования с совокупностью операций, реализуемых в процессе диагностирования.

На третьем этапе строится структура ТСД, оптимальная в отношении выбранного критерия качества (время, безотказность, объем и т. д.), которая основывается на полученном алгоритме процесса диагностирования и обоснованной степени автоматизации.

Для полученной структуры ТСД, включающей набор элементов, Y = {y_ij}; i = 1, …, n; j = 1, …, m, где i – номер элемента ТСД, j – номер модификации элемента ТСД (на транзисторах, интегральных микросхемах и т. д.), важно определить функциональные элементы, на которых будут разработаны принципиальные схемы отдельных блоков ТСД, т. к. правильно выбранная элементная база определяет качество ТСД и системы диагностирования в целом [41, 46, 47]. При этом требуется обеспечить заданное значение критерия качества К. Оптимизационная задача может быть сформулирована следующим образом: найти  min d [K(X, Y) – K_тр]. В общем виде количественной оценкой качества ТСД является значение критерия качества К, представляющего собой некоторую функцию К = F(Y, X) показателей технических средств и объекта X и Y.

Часто в качестве показателей y_j  Y, характеризующих ОД, используются число параметров, число элементов, число выходов, надежность, избыточность, тип объекта, возможность тестового воздействия и т. д. Технические средства диагностирования характеризуются показателями x_i  X: достоверность, стоимость, время диагностирования, объем памяти и т. д.

В зависимости от решаемых задач диагностирования из множества Y и X выбираются показатели, специфичные для рассматриваемого объекта и вида ТСД. Элементы множеств X и Y образуют (n + m)-мерное пространство возможных вариантов ТСД, соответствующих возможным (n + m)постановкам задач на проектирование ТСД. Каждому варианту ТСД из пространства возможных проектов соответствует (n + m)-мерный вектор показателей, который количественно характеризует проектируемые ТСД.

В общем случае оптимальному проектированию подлежит структура, описываемая вектором показателей X с ограничениями ψ(x_i) > 0 и уравнениями связи К = F(X, Y). При таком описании искомым является набор показателей, удовлетворяющих ряду условий, которые определяются задачей оптимизации K_тр и К_op, т. е. разработка проекта, удовлетворяющая заданным требованиям. Оптимальным проектом ТСД считается допустимый вектор показателей Х, доставляющий экстремум целевой функции.

Задача проектирования ТСД после задания целевой функции может быть формализована, и процесс отыскания  оптимального варианта будет состоять в решении задачи математического программирования известными методами. Целевая функция, математическая формулировка задачи и метод оптимизации должны быть общими для широкого класса ТСД.

Алгоритмы процесса диагностирования разрабатываются на основе алгоритмов диагностирования, получаемых при анализе ОД с учетом требований, сформулированных при решении задач организации системы диагностирования. При построении этих алгоритмов руководствуются базовыми алгоритмами решения задач диагностирования. Базовые алгоритмы представляют собой обобщенную последовательность действий, характерную для решения конкретной задачи диагностирования. При построении схем базовых алгоритмов используют операторы действия и логических условий.

Решению каждой задачи соответствует своя совокупность операторов действий: А = (а₁, …, а_i, …, а_n), а_i – операторы действия для определения работоспособности, i = 1, …, n; B = (b₁, …, b_i, …, b_m), b_i – операторы действия при поиске дефектов, i = 1, …, m; C = (c₁, …, c_i, …, c_s), c_i – операторы действия при прогнозировании состояния, i = 1, …, s. Операторы логических условий указывают на необходимость выполнения или отмены каких либо действий.

Операторы логических условий ω_i могут принимать значения 0 или 1, что соответствует ответам «нет» и «да» в логическом условии при определении структуры алгоритма. При представлении базового алгоритма граф-схемами (А  Ω, V), (В  Ω, V) или (C  Ω, V) объединение множествА  Ω, В  Ω, С  Ω представляют собой множество вершин, а V – множество ветвей. Каждое из множеств А, В, С имеют свою нумерацию. Значения операторов ω_i записываются рядом с выходящей из вершины ветвью.

Для построения базового алгоритма поиска возникшего дефекта оказываются необходимыми 21 оператор действия и 11 операторов логических условий. В работах [50, 53]. Используя базовый алгоритм, можно строить частные алгоритмы при поиске дефектов в различных объектах и условиях.

Так, если при тестовом диагностировании осуществляется безусловный алгоритм поиска с оценкой диагностических параметров путем сравнения с эталонными значениями в цифровой форме и регистрации полученных результатов, то в алгоритм необходимо включить 14 операторов действия: B = (b0, b1, b2, b3, b4, b6, b9, b10, b14, b15, b16, b18, b20, b21).

При этом операторы логических условий должны иметь следующие значения: ω₁ = 1, ω₂ = ω₃ = ω₄ = ω₅ = ω₆  = ω₇ = ω₈ = 0, ω₁₀ = 0, 1.

При объединении различных операторов действий, необходимо использовать логическое условие «или», обозначающее возможность использования оператора в зависимости от логического условия [68–70, 76, 77, 80].