Игнатьев С.В. (pogrebnserg@mail.ru) - Ярославское высшее военное училище противовоздушной обороны (профессор), (филиал в г. Ярославль, Россия, доктор технических наук, Тихонов В.Б. () - Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского (доцент), Ярославль, Беглецов А.А. () - Военное представительство МО РФ (ст. инженер ), Москва | |
Ключевые слова: формализованное описание процесса локализации отказа., структурно-функциональная модель аппаратуры, автоматизация, локализация отказа, техническое диагностирование радиоэлектронной аппаратуры |
|
Keywords: formal description of fault isolation process, structural- functional model of equipment, automation, fault isolation, technical diagnosis of communications-electronics equipment |
|
|
При эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) возможен отказ, место и время появления которого практически невозможно предугадать. В этом случае возникает задача локализации отказа аппаратуры. Существует мнение, что современная РЭА практически полностью охвачена элементами контроля и диагностирования и решение данной задачи особого труда не составляет, однако опыт ее эксплуатации показывает, что в действительности это не так. Эффективность эксплуатации РЭА определяется уровнем подготовки обслуживающего персонала, то есть глубиной знания аппаратуры и основных принципов локализации отказа, умением использовать внешние панели устройств при настройке и проверке технического состояния, опытом эксплуатации аппаратуры. Однако подготовка специалистов по эксплуатации техники (обслуживающего персонала) практически не совершенствуется, а в условиях реформирования военного образования может даже ухудшиться. В результате существующий уровень подготовки персонала, обслуживающего сложную РЭА, не соответствует требуемому. Одним из подходов к снижению влияния данного несоответствия является применение системы поддержки принятия решения технического диагностирования, другими словами, автоматизированной системы управления техническим диагностированием. В свою очередь, это требует разработки методологического подхода к формализации процесса локализации отказа РЭА. Для формализованного описания процесса локализации отказа РЭА необходимо проанализировать процесс локализации отказа аппаратуры, разработать диагностическую модель РЭА, обеспечивающую формализованное решение задачи локализации отказа, и математический аппарат поддержки принятия решения при локализации отказа на основе данной диагностической модели. Анализ процесса локализации отказа РЭА выполнен с использованием работ [1–5]. Принципиальные различия в построении аналоговой и цифровой частей, и в первую очередь их контрольно-диагностических составляющих, позволяют говорить о наличии различных подходов к локализации отказа. В работе конструкций аналоговых устройств заложены основные принципы обработки сигналов, например выделение сигнала цели и ракеты из состава принятого радиолокатором, усиление сигнала, получение информации о координатах и параметрах движения цели и ракеты. Функциональная часть аналоговых устройств представляет собой строго последовательные тракты прохождения сигналов через обрабатывающие устройства. Контрольно-диагностическая часть в недостаточной мере обеспечивает своевременную фиксацию отказа аппаратуры. При этом следует отметить, что в аналоговой части аппаратуры достаточно сильно развита система доступа к контрольным точкам с помощью органов управления и контроля, расположенных на внешних панелях блоков. Она обеспечивает настройку и контроль параметров, определяющих работоспособность аппаратуры. Применительно к радиотехническим системам анализ локализации отказа аналоговой части аппаратуры представляет собой следующую последовательность действий: – распознавание функциональной задачи, которую не выполняет РЭА; – определение ряда параметров, различным образом связанных с данной функциональной задачей; – проверка выбранных параметров и определение среди них параметров с отклонениями от требований нормативно-технической документации; – определение функций (сигналов), участвующих в формировании этих параметров; – определение элементов замены, отвечающих за формирование функций (считается, что именно они являются источником отказа); – проверка правильности локализации отказа. Основной задачей цифровой части РЭА является организация вычислительного процесса с данными, которые представляют собой, как правило, оцифрованные сигналы, поступающие с аналоговой части аппаратуры. Цифровая часть выполнена в виде функциональных узлов, объединенных в модули со строго распределенными задачами: долговременное хранение информации, оперативное хранение информации, организация обмена с внешними и внутренними абонентами, выполнение арифметических, логических и других операций. В отличие от аналоговой части изделия контрольно-диагностическая составляющая цифровой части является наиболее развитой. Она содержит аппаратурный и программный контроль. В совокупности оба контроля обеспечивают требуемую глубину проверки техники компенсацией недостатков одного вида контроля достоинствами другого. Для цифровой части РЭА локализация отказов выглядит следующим образом: – проверка технического состояния изделия; – проверка технического состояния модулей и межмодульных связей; – анализ содержимого регистров состояния (словосостояния, диагностики); – локализация функционально законченного узла модуля; – локализация неработоспособных элементов в аппаратуре; – анализ отказа. В результате общего анализа получаем следующие концептуальные положения: 1) РЭА создается для решения функциональной задачи; 2) функциональные задачи связаны с параметрами работоспособности РЭА; 3) параметры работоспособности РЭА связаны с функциями ее элементов; 4) РЭА имеет строго иерархическую структуру; 5) функция реализуется посредством физической структуры (элемента аппаратуры); 6) отказ аппаратуры означает невыполнение функциональной задачи, нахождение параметра работоспособности за пределами допуска и отсутствие функции элемента аппаратуры. Данные положения будем использовать для решения задачи формализованного описания процесса локализации отказа.
– переход от РЭА к графу (данный переход должен обеспечить представление элементов РЭА в виде элементов графа и функций (сигналов) элементов РЭА в виде функций элементов графа); – создание модели графа, описывающей как взаимное расположение элементов, так и их функциональное назначение. Для решения первой частной задачи представим типовые элементы замены аппаратуры вершинами, а электрические связи между ними – ребрами. Ребра ориентируем в соответствии с направлением прохождения сигналов в аппаратуре. Электрические узлы разветвления и объединения также представим в виде вершин графа. Для примера рассмотрим простейшую схему (рис. 1), в которой присутствуют основные варианты электрических связей элементов: разветвление, объединение, а также прямая и обратная связи. Соответствующий схеме структурный граф (СГ) изображен на рисунке 2. Таким образом, для любой РЭА можно построить соответствующий СГ, используя правило: вершины графа представляют собой структурно неделимые на данном уровне иерархии элементы Вторая частная задача построения структурно-функциональной модели РЭА решается в три этапа [4]: 1) описание элементов СГ и их взаимного расположения; 2) описание функционального назначения элементов графа; 3) совмещение результатов первого и второго этапов. Первый этап. Допустим, имеется граф из n+m+1 элементов (рис. 3), в котором Sn+m+1 – вершина; s1, s2, … si, …, sn – входящие в вершину ребра; sn+1, sn+2, … sn+g, …, sn+m – выходящие из вершины ребра. В общем случае n¹m. Очевидно, что семейство входящих ребер связано с семейством выходящих ребер и элементом связи является вершина. Используя основные операторы алгебры высказываний, формально опишем семейства ребер с помощью оператора логического сложения Ú, а их взаимосвязь – с помощью оператора логического умножения &. Оператор эквиваленции Û установит соответствие между вершиной и ребрами с учетом их взаимосвязи: Sn+m+1Û (s1Ús2Ú…ÚsiÚ…Úsn) & & (sn+1Úsn+2Ú … Úsn+gÚ … Úsn+m). (1) Выражение (1) можно прочитать следующим образом: Sn+m+1 – это вершина, которая устанавливает взаимосвязь между ребрами s1, s2, …, si, …, sn и sn+1, sn+2, …, sn+j, …, sn+m. Аналогичным образом можно описать ребро графа. Набор связанных определенным образом элементов будет представлять собой систему из уравнений вида (1). Второй этап. Опишем элемент графа следующим уравнением: F=S*(A), (2) где F – множество значений функции; S* – функция элемента; A – множество определений функции. В общем случае функциональным предназначением s* элемента графа s будем считать отображение множества A в F:
или
Третий этап. Совместим уравнения (1) и (4) следующим образом:
Поясним справедливость такого совмещения. В левой части выражения (5) элемент графа sn+m+1 предназначен для выполнения функции s*n+m+1, следовательно, sn+m+1 и s*n+m+1 неразрывно связаны друг с другом. При этом несостоятельность одного из них неминуемо влечет за собой несостоятельность другого. Математически это реализуемо с помощью оператора логического умножения &. В правой части выражения (5) элемент графа si соединен с элементом sn+m+1 в целях создания для последнего определения функции ai. Аналогичным образом элемент графа sg соединен с элементом sn+m+1 в целях приема от последнего значения функции fg. Математически неразрывная связь между si и ai, а также sg и fg реализуема с помощью оператора логического умножения &. Оператор В результате получаем, что отсутствие выражения с правой либо с левой стороны знака
или
В общем случае структурный граф из k элементов опишется системой из k уравнений:
где q, r, …, n – количество элементов si, обеспечивающих формирование набора определений ai для элементов s1&s1*, s2&s2*, …, sk&sk* соответственно; h, t, …, m – количество элементов sg, обеспечивающих получение набора значений fg для элементов s1&s1*, s2&s2*, …, sk&sk* соответственно. Перейдем от функций типовых элементов замены РЭА (сигналов на входах и выходах) к функциям элементов графа (ai и fg), а также от самих элементов РЭА к элементам графа. В результате получим структурно-функциональную модель аппаратуры, которая представляет собой систему уравнений (8). Из четвертого, пятого и шестого концептуальных положений вытекает, что исходными данными для локализации отказа РЭА должны быть значения функций элементов аппаратуры на требуемом уровне иерархии структуры. Формально эти данные можно представить в виде вектора подозреваемых (в отсутствии) значений функций:
где Вuпфq – q-й элемент вектора подозреваемых значений функций; u – уровень иерархии элементов аппаратуры [5]. Вектор Впф представляет собой матрицу в один столбец. Его содержимое позволяет сформировать математическую модель СГ, характеризующего предполагаемое состояние изделия. Формирование основывается на изменениях, вносимых в системы уравнений (8). Если установлено, что некоторые значения функций подозреваются в невыполнении, то на основе эталонной системы (8), описывающей РЭА в работоспособном состоянии, можно получить систему предполагаемого состояния, которая описывает аппаратуру в неработоспособном состоянии. Для этого приравняем в выражениях системы (8) значения подозреваемых в невыполнении функций к нулю. Для получения элементов S&S* СГ, в котором определены отсутствующие значения функций, необходимо из правой части системы уравнений, описывающей СГ изделия в работоспособном состоянии, поэлементно вычесть правую часть системы уравнений, описывающей СГ изделия в предполагаемом состоянии. Данное действие осуществляется следующим образом. Из правой части каждого уравнения эталонной системы поэлементно вычитается правая часть соответствующего уравнения предполагаемой системы. В общем случае подозреваемые в неработоспособности элементы аппаратуры при известном векторе подозреваемых значений функций определяются выражением
где Sэталk&S*k – k-й элемент системы уравнений, описывающий элемент СГ изделия в работоспособном состоянии (эталонная система); Sпредk&S*k – k-й элемент системы уравнений, описывающей элемент СГ изделия в предполагаемом состоянии (предполагаемая система); Sподk&S*k – k-й элемент системы уравнений, описывающий элемент СГ изделия в неработоспособном состоянии (подозреваемая система) [7]. Таким образом, общий концептуальный подход к локализации отказа РЭА позволил разработать структурно-функциональную модель аппаратуры (8) и с ее помощью формально описать процесс локализации отказа (10), который заключается в следующем. Оператор формирует вектор подозреваемых в невыполнении функций (9). На его основе из эталонной системы путем приравнивания к нулю соответствующих функций формируется подозреваемая система. Подозреваемая система, позволяющая перейти к неработоспособным элементам, получается как разность эталонной и предполагаемой систем. Выполнение вышеуказанных действий на ЭВМ позволит в кратчайшие сроки выдавать обслуживающему персоналу подозреваемые в неработоспособности тепловых элементов замены РЭА. В результате средства автоматизации системы управления техническим диагностированием включают структурно-параметрическую модель РЭА и формализованное описание процесса локализации отказа РЭА. Литература 1. Джейкокс Дж. Руководство по поиску неисправностей в электронной аппаратуре; [пер. с англ. А.И. Зильбермана]. М.: Мир, 1989. 176 с. 2. Давыдов П.С. Техническая диагностика радиоэлектронных систем. М.: Радио и связь, 1988. 256 с. 3. Оре О. Теория графов. М.: Наука, 1980. 336 с. 4. Клемин А.А., Игнатьев С.В. Структурно-функциональная модель радиоэлектронной аппаратуры // Актуальные проблемы вузов ВВС: Межвуз. сб. науч. тр. Вып. 11. М.: МО РФ, 2001. 5. Игнатьев С.В. Об одном подходе к формализованному описанию процесса локализации отказа радиоэлектронной аппаратуры // Актуальные вопросы разработки и внедрения информационных технологий двойного применения: Тез. докл. V Всеросс. науч.-практич. конф. Ярославль, 2004. |
http://swsys.ru/index.php?id=3393&lang=%E2%8C%A9%3Den&like=1&page=article |
|