Диагностика и надежность автоматизированных систем. Ч.3

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров

А.К. ХМЕЛЬНИЦКИЙ, В.В. ПОЖИТКОВ Г.А. КОНДРАШКОВА

ДИАГНОСТИКА И НАДЕЖНОСТЬ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ Часть 3

Учебное пособие

Санкт-Петербург 2005

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

b'd.- S/(}-15) :е

-6;--1 АЖ. ХМЕЛЬНИЦКИЙ, В.В. ПОЖИТКОВ Г.А. КОНДРАШКОВА

ДИАГНОСТИКА И нхдвжиостъ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СПСТЕМ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ Часть

3

.-.!! ~~.Т!

.....

~:

Санкт

-

".

Петербург

· ·- ~20 0 5

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждени е высшего професснонального образования

Санкт-Петербургский государственный технологический университет рестигель ных полим еро в

л.к. Хмельнипкий, в.в . Пожягков, гА. Кондрашкова

ДИАГНОСТИКА И НАДЕЖНОСТЬ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ

Учебное пособ не Часть э

I l! .

СП ГТ У""О YP Гi

'. - '1:1 -ИН -1>ОРМА ti ''О ''; ' .i'1 '

. и ЕНТ? " 11.1.... - " - T O!"I ~ '· _ . . - . r·~j.i"::'8prJ ~J;f.з:::? Черных J 4 I

Санкт

- Петербург 2005

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

ББК

32. 965

я

7

Х657

УДК

519.24 (075)

ХМЕЛЬНИUКИЙ А. К., ПОЖИТКОВ в.в., KOНДPAlllКOBA Г.А. Двагностнка и ние--.оКНОСТЪ автоматизированных систем : Учебное пособи

ГОУВПО СПБПУ РП. СПб,,2005 . Часть

Нвстояшая технической

част ь

учебного

диагносгики,

пособия

предназначена для

3. 56

с. : ип.

9.

посвящена

студе нто в

основам

специ альности

«Автоматвзация технологических процессов и производств»

всех форм

обуч ения по ди сципл ин е «Диа гн ости ка и н адежность автоматизированных систе м» .

Реце нзе н ты : профессор С анкт- Петербургс кого государственного

гического

института

технических наук

(технического

технол о­

университета), доктор

Русинов Л.А.;

профессор Санкт- Петер бургской академ ии холода и пищевых

технологи й, доктор техн ичес ких наук

Реком ендовано

к

изданию

Болюбаш В .А .

Редакционно-издагельским

советом

университета в качестве учеб ного пособия .

Редактор и корректор Т.А. Смирнова Тех н. реда ктор л я . Титова

Тем план

2005

27.05.05. Формат бу маги 60 х 84/16 . Бумага 3,75. Уч.- изд , л . 3,75. Тираж 100 Изд. N,65. Цеиа "С" 65. Заказ Я5&

г. , поз .

Подл. к печати

типа .

Печать офсетная. Печ. л .

ЭКЗ .

Рнзограф

ГОУВ ПО

N.J •

Санкт-Петербургс кого государственного

технологич ес ко го ун и верс итета растительных полимеров, ул . Иван а Чер ных,

65

198095 ,

С Пб . ,

4

q;) . ГОУ

ВПО Санкт-П етербургский

государственный техн ологи ч е ск и й университет растител ьных

полимеров,

2005

© Хмельницкий Артур Константинович Пожи т ков В лад им ир В асильеви ч

Кондрашко ва Галнна Анатольевна,

2005

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

ВВЕДЕНИЕ

эта часть учебного вособия посвяшена проблеме диагностирования неисправностей . Пон.nиe c.ди.aлIOC'ТНX.) означает распознавание. опреде­ ление. Рост роли и значения тезнической диагности ки связан с общим развити ем

техники :

надежн о й

н

необходим остью обеспечения

безавар ийной

poбorы

опасности и тяжести ncx.зe~ большое число

nPOrP3JOOr&.

с:а:тех.

"'' ' t--,,,

увели че ни ем

5 ....С1О)8]п'ее

В

сте п е ни

время появилось граммиру ются

оди нако во ппательно и оолробно . в "",,1Y.],bl:=тe напи с ан и я различ ных блоков . К сожалению, это

-

~ ~ слишком

ПОЗДНО. Также часто встречается ситуация , когда безошибочно работавшая программ а применяется в НОВОЙ зада ч е и на других исходных данн ых дает

неприемлемые по !ОЧНОСТИ или по времени счета резул ьтаты . Существует ряд других факторов, способствуюшнх появлению в npoq>a.\lМЗХ ошибок. Пробл ем ы воз никают н е только с про граммвым обеспеч е ние м, но и с си сте м ой. Часто веред ваяв стоит

иной неис прг.вности и

-

~

реззячные

ис п ользу

ча

в ~..1Ы

:IDIТЪ причину ТО Й ИЛИ

ее

. Для ЭТОГО

..IИЗIЪОС1 ирован ия,

которы е

расс матриваются в настояшем уч ебном пособии.

Разлел

3. ОСНОВНЫЕ

ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ Гля ва

1. Основы тех н н ч е с ко го диаmостировання

1.1. 06ww сведения по техническойдиагностикеСУ Самой важной характеристикой СУ (систем восстанавяиваем остъ.

Здесь в

управления) является

первую очередь возникают вопросы , с вя ­

занн ые с обнаружением факта отказа и с поиском отказавших

3

эле м е нтов .

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Наблюдение

за

работоспособностью

составляющие подчас '::10

системы

и

поиск

дефекта,

времени, затрачиваемого на восстановление

90 %

системы. им еют в этом случае опрелеляюшее значение

[3].

Посл едую щи е этапы развития и ус о вер ше нство ван ия СУ ПрИВОДЯТ к противореЧИЯ~I . Во-первых, требо ван ия к надежности систем повышаются ! а

-

во- вторых

н аде жности,

Тах

возможности путем

их

у

ложн екие

как

конструктивные,

повышения

устра н е ни я

приводит,

этих

надежности противоречий

как

правило,

схемные

СУ

и

к

технологические

ограничены, то

является

снижению

очевидным

разработка

методов

и

средств контроля работоспособности и понска дефекта, т.е. решение задач, при суших технической диагностике.

Переход исследован и й

к в

диагностике той

или

обычн о

иной

е сть

области

ре зул ьтат

науки.

успешных

позволяющий

от

теоретичес ких обобшеннй перейти к их воnлошению в прахтике. Само по себе диагностирование основывается на разработках, которы е охватывают практически

может

все

быть

стороны

создана

науч ной

усилиями

проблемы.

специалистов

Теория

в

проектирования

различных

областях

технической диа гн остики .

Техническая диагностика

-

об.л аст ь знан ий, охватывающая теорию,

методы и средства определения технич ес ко го состоян ия объе кта

Техническая содержание

диагностика

котор ой

дей ствительн ого

является

заключается

состояния

системы

в

и

научной

изуч е нии

характера

[9].

дисциплиной, и

его

определении

изменения

во

времени . Задачи, которые решает диагностика, очень разнообразны и

сложны . Она особенно интенсивно развивается в направлении совершенст­

вования формализованных методов алгоритмизации поиска дефектов и определения рациональные

работоспособности аналитические

устройств

методы

4

и

построения

систем .

Создаются

программ

ди агн ос-

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

тирования, н аходятся пути и с пос обы с о кращен и я объе ма необхолямых

вычислен и й, также определяются методы оптимизац ии поис ка дефек опти мизации

программ

лвагности ро ван ия.

и

те хнич ес 'ОЙ

. 1.

диагностики представл ена на р

т

лвагн ости ка

Теор ия распозн= Ал горитм рас

Структура

s

Т_

,

Правил. ре шения Диагностические Поиск неисправн осте й

мо и ели

Р и с. В ажным

1. Структура технич ес кой

напра вле н и ем

ди агности ки

технич ес ко й

ди агностики

является

контрол епр игодност ь . Т .е . свойство объекта обеспечи вать досто вер ную

оцеюсу его теХНИЧ;СJ:orо И отказов. Она обе-с

...

eEIIe

веетея

...исnpaвностеЙ

. "'ПiIIe'Й объезта и принятой с истемой

техничес 'ОЙ днагностики. Одной из залач теории контрол еспособности

является изучение средств и м етодов получения диагностической инфор­ мации . а также разработка алгоритмов поиска неисправностей н остич ес ких

диагн о за

тесто в

минимизации

време ни

процесса

и диаг­

устан овлен ия

(9).

Техни ч еское

состоя н ие

-

состоя ни е,

которое

х арактеризу ется

в

определенный момент врез ени при определенных условиях внешней среды

значениями

параметров.

установлен ных технической

5

докумен-

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

тацией на объект. Е е основной целью является распознавание состояний тех ничес ко й системы в условиях ограниченной информаци и. Как

известно .

техническая

диагн о ст ика

н аправлена

на

исследование те ушего состояния объектов диагностирован ия и форм его проявления

ЕЮ

эpe2lfeШL

на

разработку методов

принцилов UOC' f'O"I!ИЯ систем диагностирован ия В

лвагвостике

важную

роль

играет

его определения

и

[3]. система

технического

диагностирован ия, под которой подразумевается совокупность системы техническо го диагностирования и объекта диапюст иро ван ия. Поскольку в нашем

случае

системы,

объе ктам и

д иагн остирован ия

явл яются

а втоматические

их модел и специф и чны , это ставит определенные задачи пр и

прое кт и р о ван и и си стем диагностики .

Технические диагностиро ван ия .

средст ва, весьм а

и спользуе мые

разнообразны .

на

различных

Поэтому

объектах

диагностирован ие

должно учитывать ~lичие в форчах проявления технического с остоя ния

СУ , являю щи еся объектами диагн остирования

(ОД),

целесообразность

использован ия тех или иных методов определения работоспособн ости и поиска не исп равности и особенности

диагностирован и я

те хни ческой реализ ации

средств

[9J.

Условия непрерывной эксплуатаци и систем различного назначения в " отры ве от ремонтной базы при ограниченном времени их восстан овл ен ия заставляют

ориентиро ват ься

не

ТО.1ЬКО ,

а

подчас

и

не

столько

на

обнаружение места возникновения дефекта, сколько на определение его характера, в озможн ых последствий .

Состояние од

о цен иваетс я по диагн остическ им признакам. Под

диагностичеСКIL" признаком понимаетс я п араметр или хара ктеристика, используемая п р и ди агн остировании. Ч то же касаетс я характеристик, то

они бы вают стати ческими или динам ическими .

6

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Статической характеристикой называется такая характервствта, которая не зав и сит от частощ вре м ен и . Если о н а все же зависит.

то она

является динамической. Каждому

состоянию

соответствует

определенное

значение

диагностического признака. Лвагностнческие параметр ы выб ираются в результате анал и за ':Ш~

Диагностич еская

...~

о пи с ан и е

диагностирования. Которое ~._=""'., д и агн остичес кая модель обр аботке

связь

возмущаю щих форми руется

как

состоя н ия .

эпз з:э.:D!!!ВU

внутре нних

параметров

его

iI

объекта

магичес ко й

И

а.

реакций

м атемат и ческая

Т.е .

СУ.

модель

.:Iи объекта

кже >Ю.10-1Ь

совокупность

дифференциальных и алгебраических уравнений. эмпирических фо рмул, Можно выделить . до статоч н о большое ч исло Ди агности ч ес к и х моделей:

эмпирические. полуэмпирические и аналитические модели. Аналитичес­ кие модел и обладают наибольшей обшностью . однако имеют недостатки :

низ кую

ТОЧНОСТЬ И

бозъшую ~

решения

для

сложных случ

Опи

L72

табличной.

гнос-в

.ет быть в графическо й .

ес кой и других формах,

Гехннчес ое диагностировани е предп олагает определение техничес ­

кого сост

О,] с определе н н о й точностью. Причем результатом этого

процесса лолжво быть заключение о техническом состоянии объекта с указанием места, а

веобхоли:... юсти , вид а и причины дефекта.

В ли вгн ости ке важным поняги е м является диагностирован ие, пол

к рторым

по ни м ает я

проц есс

определ е н ия

с о стояния

объекта . Различают сле дующи е сп особы диагно стиро ван ия :

7

техническ о го

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

=~----------

1.

Рабоч ее, при котором на объект подаютс я рабочие воздействия .

2.

Тесто в ое, при котором нз ООъе А'"'Т полаются тестовы е воздействия, вы з ы ваю шве е го реашвю. IJOИID(Эё'ТC Я

.

резу льтат

ди а гн ости ро ван ия ,

-г. е.

заключенве О ~ ю)( состо янии объекта . Важ ны ми П ОНЯ ТИ ЯМ " в ливгностике являются метод и алгори тм диагно стирования . Под методом д иагност

н ия

пон и м аетс я

со вокуп но сть

опе рац ий,

де йств ий ,

позволяющих дагь объектив ное заключени е о состоя нии объекта . А под алгор итмом диагностирования

пони мается совоку пность предпи саний ,

которые опреде ляют порядок дей ствий при про ведени и диагностиро ва ния. Алгори тм д и агн о стиро вания реализует ся с помощью сре дств техни ческого диагностиро ван и я.

Под

сред ствам и

техни ч еского

д иагност иро ван ия

п о н и м аетс я

с и с те м а, программы м т.n.

Пр и

решени~

осн овных

зад а ч

диагн ости ровани я

различны е де й ств и я по фор миров анию диагноза (рис .

возм ожн ы

2):

Ко нтроль работос пособн ости

поиск воз н икше го

дефе кта

Рис .

2.

Про цес с п остано в к и диа гноза

8

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

в процессе диагностирования обычно принимают участия : сбъект диагностирования,

сре.хтва

оператор.

ннма

(рис .

Между

технич ес кого

наблюдается

диагностирования

н

-

че,

как прямая , так и о братная

связи

3):

• объект :mал:::-rr"",,,,,,,,,,,, Ри с.

3. Сх ема

еее.зстза техни ческ ого

-

-=-

ах tарования

с и стем ы диагвоствро

Можно выделить следую щи е стадии технического ди агвостмро ван ия

(рис.

4): Стадии технического диагностирования t

!

изготовление

Рис. ~ _ Сталии те х ничес к о го ди агностиро вания

Проектирован ие - пропесс анал из а, планирования затрат и сроков рязработки, разработка технич еско й по

которой

объект

и эк сплуатаци о нной

создается

и

9

будет

документаци и,

эксплуегнроват ься .

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Изготовлен ие включая

ис пытания

процесс

как

этап

реализации

проверки

технич еских

характеристик

требований,

оборудования,

собранного из частей. ЭКСn' Т)"fVrJ/lUIUI - набор организацн о н н о-технических м ероприя тий .

обеспе чнваюших

правильное

применение

объекта

по

назначению.

постоя н ную его готовность к применению, поддержание работоспособного состо яния объекта и продление его технического ресурса.

Проблемы диагностирования

1.2.

С уществует целый ряд

проблем

диагн остиро вания.

расс мотр им

основны е из них .

Во-п ер в ых. проблемы.связанные с ростом объе.ч а из: ... ер ител ь но й uнфор .•fаЦUIL

В

настоящее

время

в

технике

наблюдается

про гресс,

который выражается . в росте нспол ьзуем о й и з м е р ител ь ной и нфо рм аци и,

Сл едо вательн о, количество диагностических параметров растет за счет усл ож нения

и

удо рожан ия

диагностиро вание

контролируемой

за кл юч ается

8

и зм ер ении

системы . значений

Техническое параметров

каче ства, которые за ви сят от бол ьшого объем а вл ия ю щ их н а ни х ф акт оров : н агрузок механического и клим агич ес кого про и схожден ия, б и ол оги ческих и

специал ьных

сред.

нес колько десятков

Количест во

вл и яющих

фа кторов

превосходил

(они тоже должн ы учиты ваться при диагностиро­

ванин ) .

Во- втор ых. проблемы )свя занн ые с повышением быстродействия измерения 11 обработки д иагн ости ческо й ияформаиии. Т.е. возн и кает

необходимость

перехода

к

контролю

технических

объектов

по

ИХ

СОСТОЯН И Ю (К контролю в процес се работы систем в реальном масштабе вр емени ) .

10

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

В третьих,

проблемы связанные с слабой осведомленностью

разработчиков в .методах диагностирования. На стадии проектировавня разработчики

разрабатывают

систему

так,

что

она непригодна

для

диагностирования . За счет чего сокрашается срок службы оборудования, возникают аварий ные ситуацнн.

В четвертых, проблемы связанные с необход имостью повышения точности и надежности измерений: Без точных и надежн ых измерений невозможен объективный контроль качества

}(ыпLе ннойй

продукции,

правильный технический ..1НЗ.ГВ03. .J.~ Ш!П1Х1'IЬ СОСТОЯНИЯ СУ.

1.3.

Методы повышения качества технич еско й

Существуют

диагностики

1.

следующие

методы

atzг:НfXтИКU

технической

развития

[5]:

Исяояьзоввние нескольких способов диагностирования, т.е. если один

спосо б

диагн остиро ван ия

не дал

жел аемого

результата

в

полной мере друго й способ может е го дополнвтъ.

2.

Автомат изироввн ве информа иин; стало

всех

0-"

... .

В03WO".IOiЬDf

за

счет

r

11

в pйJ':J'''_ _ ПОЯ8.1ення

обработ ки

DCm upoван uя

специального

-

это

программно го

обеспеченвя, которое способно обработать результаты пиагн ости ­ рованвя .

В

мич)()ЭВ~ I. ци ф ро вую

3.

настоящее

время

Пронзводитс я

широко

перевод

используются

информации

встро е нные

диагностики

в

Qop,.y.

Обеспечение единого

мо н иторинга

всей системы в цело.\(, с

учетом влияния окружаю ше й среды. Чем больше степень 8.1НЯНИЯ

внешних

факторов

на систему,

тем

проведена технич еская диалюстика .

II

масштабней

должна

быть

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

4. Усовершенствование алгоритма проведения диагностики: Часто из-за

-

не праввльвой восл еловательн ости диагности ро ван ия диаг

н остика н е 33е'Т ~ результата,

5.

CocqJМnt+

W организационного обеспечения:

дает

резул ьтаты :

п

а

отклонений от стандартов ~ вина

20 %

вина руководства предприятия . Его нельзя

80 % -

06ес ueчиlЬ только с помощью технического контроля

быть

зало жено

в

ПРО ИЗ 80ДСТва.

изделие,

причем

Разработка

п редус м атри вать

Статистика

затраты

на

новых на

их

-

оно должно

самых

ранних

систем

не

этапах

может

его

не

контрольно-диагвостическое

со провожде н и е .

Глава

2. Обваруженве

2.1. .\lonoдUXil

неисправностей 8 СУ

обнаружения неисправностей

Несмотря на ' многообразие типов СУ, в решении задач поиска неисправностей существует много общих моментов. Главная цель состоит в том , ч тобы н айти и выделить эти моменты и на их основе построить

методы диагностики, целесообразное системы до тех

конкретного

направленные

это

-

суз ить

на поиск

границы

области

пор, пока неисправность

поврежденного

элемента.

неисправностей. н е ис п рав н осте й

не буд ет

это

Самое части

локали зована до

означает,

что

каждый

последующий шаг предпринимается на основе информации, полученной от предыдуще го ис п ыта ния , указывающей , какая часть си стемы может

быть исключена из расс мотрения как исправная . Для применения этого метода необходимо систему разделить вначале на круп ные элементы с

отбрасыванием исправных элементов, затем на все более мелкие. Этот метод

наз ывается

.иетодо.И

поспедоватеяьного

приближения.

Он

является н еоб ходимым , но недостаточным. эл е м ентом методики. Для его

12

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

реализации

необходимы

определенные

способы

ис пыганвй

при

обнаружении неисправностей и порядок их использования, вытек

из

особенностей системы н хзрактера возникающей неисправности.

Очевидно, что

выявл ени е м

задачами диагностирования являются :

элем ентов,

способность,

также

от

опрелезенве

значений

w::'c'

обеспечиваюших рабorocпособеосrь

параметров, правильиости

функционирования , разработка a.~

яроверок

для определения фактического состояния и rJpOI'"'ВOЗIIpO

остаточного

ресурса системы.

Большое

з нач е ни е

в

диагностике

имеет

прогн оз .

Сам о

сло во

«прогноз» происходит от греческого слова «рго япо зт в» , которое означает предвидени е,

п редс каз ание

определенных

данных.

объекта, С ТОЧКИ зрения

о

развитии

например.

чего-либо ,

прогноз

основанное

состояния

те хни ч ес кого

и.юсофии. всякое научное предвндение

распростран ение известных 33<""'106,

на

-

это

nI_OJ=iI<"ПllIii- на область

рассматриваемых явл ений, не.юступных ЭJ:CD"Р'IDIенгальнему изучению. Самое главное

-

точность прогноза, которая завнснт от того, какой закон

используется и насколько правильно и точно он осознан. В ыпо:шитъ достоверное прогнозиро вание можно только в том случае, когда известн ы

условия. в которых объект диагностирования будет применяться. Под усл ов иями

внешни е

DOН:И..! ается :

факторы,

причинами

Чем

дегралапин

режим ы

больше объекта,

использования,

физических тем

характер

процесссв ,

сложнее

харакпе р

н а грузки ,

я вляЮ ШИХСЯ изм е н е ния

работоспособн ости . тем сложнее осуществ ит ь точное про гн озирован и е .

13

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Про гн озиро вание отказ ов СУ

Статистич ес кие методы

По изменению

По изменению

врогвозируюше го

выходного

обобщенного

пзре.'I етра элемента

параметра СУ

параметра СУ

I по lDМ""еиию

в нормальном режиме

Ри с .

5. Клас с и фикац ия

Элементы.

у

которых

в специальном режиме

методов прогнозирован ия

изменени е

их

структуры

можно

проконтрслнровать, т. е. можно указать прогнозирующий и.'1И косвенно С

ним связанны й выходн ой п араметр, подвергаются ин струм ентальному прогнозу.

При

отсутствии

прогнозирующего

пара....етра

неис правны е

эле м ент ы вы я вл я ютс я статистичес кими методам и прогн озир ован ия .

На рис .

5. представлена классификация существующих в настоящее

время направлений инструментального прогноза

[11]:

•

по изменени ю прогнозврующего параметра элемента;

•

по и зменению ВЫХОДНОГО параметра СУ;

•

по изм енен ию Обобщенного параметра СУ.

Прогнознрование отказов во - первых, в двух направлениях может осуществляться как методами непосредственного контроля пропюзиру­ ющи х

параметров

ИЛИ

норм аль ном режиме),

косвен но

с

ними

связан ных

параметров

так н методами инструментального

14

(В

прогноза с

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

имитацие й явлени й старения. износа или других возмушаюшнх фаlЛ1"Р'''

(в специальном режиме). Сущность

пролюзирования

периодическом измерении

величииы

это го

величину

етра

параметра

измерени й парам етра,

во

_о

допустим ого

в

нормальном

g

состоит

в

и п острое нии графика изм ене ния

времени.

. 'ЧIПЪ

режиме

Экстрапол ируя

Ч'IIВУЮ завис имости

ЗН2

gq"

результаты

lFf(t)

и, зная

о п редел ить

время

предупредительной замены вяв ВО""IZ!Ю''''''''''''

Сушность nporn~ в =.-с....... ?,'&IIJ"" примененнн

п ерегруженных

заключ ается

в

a;m

(граничных

режимов) работы элементов, Такое не применяется

для

более

раннего

в

3..'Je'»eНТOB

выявления

гензевпая

к

резкому

ухудшени ю прогнозирующегопараметра. Чувствительность прогноза при ЭТОМ повышаются.

' Про гноэи ров ани е

в

специальных

контрольных

режимах имеет

следующие досто и нства:

1. достаточн о

высокая степень чувствительноста прогноз ирован ия .

Имеется возможность их работу в более тяжелых, чем

2.

Сравнительно

обеспечи вает

3..

простая

эссплуатацни .

сиете а

прогвознрования .

Ес.ТИ

же

прогнозирующи й параметр совпадает с выходным, то можно обходиться и без специальных приборов прогноза, так как отбраковка неисправны х

эле енгов, контроль их качества проверяются функционированием всей систе м ы .

1\:

не.1ОС t :iiJ;:a."

инструм енталь н ого

метода

по

изме нению

прогнозируюшего параметра элеме нта сл едует отнести:

1. Необходимость

создания устро й ств, обеспечи вающих получ е н ие

специальных контрольных режимов .

15

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

2.

Про веде н и е

вспыганнй

эл ем е нта

в

тяжелых

специальных

АХ МО'-ет приводить к прежде вре м ен ному

режимах, что в отлезъаых старению .

3_

Отеутетвее

ВO'3IIO'"ЮЮСrn лиг

эксплуа

к

про гн оза

в

дополнитель ным

нормальном простоя м

режиме

системы

на

профнлактвк• . Пponюзирован и е отказов по изменен и ю выходного парам етра СУ в нор

альном

экс плу атац и о н ном режим е

такж е име ет с в о и достои нства и

недостатки .

дос то и нства метода :

1.

Сокращаются простои на профи лактике, так к а к

контрол иру­

ется ВСЯ СУ в цел ом ,

2. пропюза

При не

профилактических работах с

~

евонтаж

И

автономными с истемами

~ОН1'"3.Ж

эл ементов,

Возмож но

прогнозиро ван и е нееъемных элементов.

Не.JОстатки метода :

1. napa...teтpa

Большой объем работ по определению изм ене ния выходного за период вр ем ен и . Эту работу н е о б х оди м о ПрО 80ДИТЪ каждый

раз при разработке и изгото влении новых типов сис тем .

2.

Для

системы ,

прогн о з и рующего

собранной

параметра,

н ельзя

на

элементах,

не

воспользоваться

имеющих

сокращ енной

методи ко й испытани й .

Метод

прогнозирования

отказов

элементов

по

и зменению

обобщенного параметра обладает высокой чувствительностью и позволяет в процессе профилактичес ких

испытаний выявить значительную часть

неисправностей . Кроме того, он позволяет предотвращать некоторые виды внезапных отказов .

16

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Обобшвнным который

в

параметро...,

.1J06oй

момент

работоспособност сuсmе\,ы

СУ называе тся

времен и

может

такай

характер изоват ь

он oiio6и юеm все данные о работосп особности

по ка.ждаW)

ю гьaodн ыx параметров в единый

критери й

качества работоспособвоовв: НеJоста тки ~:Щ:

1. Трудоемкость вciIы_1.. ~~""""'D ~ на испытания могут себя

окупить,

если

они

. -.

СУ

~

масс ового

ИСЛО.1ЬЗОвания.

2" Возможность

~Ы

в

результате введения специальных контрольных реп"",,,,-

Внедрение

в

но вую

СУ

встроенных

систем

автомагич ес кого

к онтрол я параметров, обнаружения и прогн озирования отказо в требует решен ия

задач, .

контрол ируе мых

которые

связан ы

парам етро в

и

с

выбором

рациональным

допустимых

пр едел ов

их

изменения.

Диагностика состоя н ия СУ может осушествлятьс я или с прим ен ен ием сер и йн ых прнбороа. зибо rnепlllC":n..ны:м:и и:змеркте..~ устройствами

..

ЮН э.вtOOIЗCТII'f
Э. еееенты образом.

чтобы

диагностики. проведения

ОСТ;"""''''''' 11:III !!3U"""",bIe)"

. строй их

Хотя

ктируютс я

отказы

не

логическая

диагности ки

и

приволили

свя зь

м ежду

объ ектом

нарушен ию отказами

ко н трол я

таким

объекта

системы

суще ствует.

дл я Она

выражается в том . что если в системе контроля происходят о тказы. то зто ведет

к

получению

.10ЖНЫХ

результато в

д и агно сти к и ,

п ос кол ь ку

обслуживающи й персон ал на основан и и данн ых, пол учаемых от устрой ств

контроля , а так-же на основании непосредственного наблюдения за работой

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

В

том

с прав ность,

а

случае , в

если

система

дей ствительн ости

диагности ки

она

обнаружила

отсутство вала,

то

это

неи­

ведет

к

матери ал ь н ым за1рЗТ'З..Ч. вызванным простое м оборудования . Диогнооеиха ка'lичесmвенных

СОСI1ЮJlНUЯ

харахтерист и к

систе.м ы

nриводит

надежности.

НО

к

улучшению

при

неисправном

состоянии cucme.lIbl диагностирован ия это преимущество .может быть заниженным и ЭКОНО.\1u ческu нецелесообразным, Важным мероприятием nозвО.1.Яющ u\t

существенно

у.иеньшuть

влuяние

надежности

контрол ирующей системы, является применение сuсте.'Иы самоконтроля.

Если самопроверка cucme.\ tbl контроля осуществ.1Яеmся всякий раз перед кон тролем

cucme.\fbl,

то. вероятность от каза ко нтро лирующей Сllсте.иы

будет определят ься за сравнит е л ьно короткий отрезок времени про верхи и окажется весЬ..ча .ИЙ10u.

Понятно . что когда мы имеем ..1е.10 с внешними, автон о мн ыми систем ами д и агн остики , то подключение их к объекту диагности ро ван ия производится

только

на

пер иод

контроля,

следовательно ,

они

не

оказывают влияния на надежность проверяемого объекта . В тоже время, встрое н н ые

системы

контроля

могут

оказывать

влияни е

на

надежность

объ е кта .

Важно отметить, что диагностик а параметров и характеристик

объекта

может

осуществляться

при

работающем

и.1И

неработающем

объекте .

Пример: контраль СУ cat«l. ема перед стартом осуществляется в условиях, когда

cucme.wa не pa60maеm

и1и работает в режимах, отл и чных

от ра счетных.

В тех случаях, котла лиагвостируется неработающий объект, то ДЛЯ получе н ия

досто вер н о й

информац и и

необходимо

подать

на

вход

«и с п ытателън ые » сигналы . Эти сигналы мо гут и меть различ н ую при роду .

18

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Надо отметить, что число входных сигналов может не равняться числу выходных. В каждом конкретном случае в качестве контролируемых параметров

выбираются

такие.

которые

Позволяют

однозначно

и

достаточно пол но оценить работоспособность того И ЛИ иного эл ем ента системы .

Так

кй к

cucme.Wbl

мрерз6а mы ва юm

Hocumem\fU которой Я8..wоаюr ""'''''''''''' могут

U-\temb

различную

информацию ,

_ ...oo.lupye.Wble параметры

~

контроля

обы чно

устанаюuваются дamчш.'"JL "Ь""OфfW€ """",,,,, . . . . . .""х ~'"'''''P'lUQ,HalbHbl контролируем ым параметрам,

Если мы имеем дело с СУ, то можно вылелягь обнаружения процессе

неисправностей :

нормальной

завис имости

от

.

сразу же после включен ия

работы

момента

эюменгы

_.

системы;

поя вл е н ия

когда

системы; в

н еисп равность

сопровождается

вне

признаками

аварийного характера .

Если неисправности ПРОЯ~1.Яются сразу же после включен ия СУ. это говорит О том, что.

1О:ОРее вcero.. они 3OЗIIП3II из-за наруш е ния пра в ил

транспортн

В :J'ТOW С. • "ЧЗе часто наблюдается

появление

поелеловез

•

юл ьки :

неисправвостей .

Сушествует

следую щая

ъность обнаружени я н еис правносте й :

npc:aвepить правИ.:Iьность уста новки исходных положений рабочих

орГ3.ЕЮ6 переключекия н регулировки;

•

rrpoверитъ источники п и та н и я

на соответствие

выдаваемы х

ими

напряжений вояинаяьн ы м з н ач ен иям.

Если

возможно,

необходим о

устранить

влияние

возможных

расстроек, Т.е. органами регуавровки и настройки попытаться добиться нормального режима

работы.

регулировкой

дости гнуть

нельзя

В

том

случае,

нормальных

19

когда

подстрой кой

тюказагелей

работы

и

и

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

исправности источ н и ко в питання. то это говорит о том, что им еют место

поврежде ния. Для

сен

придерживаться

э, еменга с поврежде н ием н еоб х одим о ел

вагел ьности :

• пpI_""'" •...,""'....еся в СУ органы регулировки (переключ еиия) , .]OCJВ'"",'" """СИ!ola:IЬН О возмож н о го суж ен ия границ неиспр а вно го

• DpOlll3Зессrn анал из признаков повреждения и возможных причи н его п оя вл е н ия ;

•

и спользуя способ промежуточных измере н ий и други е способы , найти поврежденный элем е нт и устано в ить п ричину отказа.

Дру гая

последовательность

испытаний

рекомендуется

пр и

обнаруже н ии н еисправн осте й . которые возникают в процесс е нормал ь но й

работы системы. По иск неис правностей надо начинать с о проса персо нала об обстоятельствах, соторые СОПУТСТВОв:а.1Н появлению неисправ ности. Эта

информация является полезной, так как она может выявить неправ илъные действия

люде й .

Дал ь н ейш и е

поиски

неисправности

проводя тся

по

вышеи зл оженной схеме .

Есл и авари йн о го

об наруже н ие характера,

то

неи с правностей их

сопровождается

обнаружение

про водитс я

признакам" следующи м

образом :

•

вы клю ч ают

систему

ИЛ И

ее

часть.

в

которой

н а блюдается

признак аварийного характера;

•

произволят в н ешн ий осмотр

в аварий н ом участке для того,

чтобы оБНЗРУ-ЖИТ Ь поврежде нный эл е мент .

Заменять поврежденн ы й элемент нельзя до тех пор, пока не устано влена при чин а неисправности.

20

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

1.1.

Оптимизоция поиска отказов

Имеется много способов обнаружения неисправностей . Рессмстрвм возможные пути опрелеленвя оП'ТИМ а.1ЪН ЫХ п ро грам м . Представим. что мы

имеем

систему,

С~'Ю

элементов, имею щих однна

ID

последо вател ь но

:\

~

жностъ, Метод последовательных

приближений может быть О Допустим, что один из

l '

wини..ЧУМ:Учисла ис пытаний. 3_'ieМe

!::.

~ вевс прав н ость, тогда всю

цепочку элементов можно no.зe..:nrrь в! ..13е

одной части будет

h

эл ем енто в, а Б ~ТOil _

н е и с прав н ый эл е м е нт с веро ятностью : Среди

•

h

то!

образом, что в

P.=n .·

оеазатъся

--k.

В ыдв и н е м две гипотезы :

•

соедин енных

элементов;

не исправный элемент с вероятностью р2

=

«N -

Ьу ,

'J -

среди

'- h

элементов.

Среднее

число

элем ентов

я,

среди

которых

может

оказаться

отказавши й элемент после одной проверки:

z= Очевидно, что

z ЗОС , ю нет

Слеловательво,

для

Ьр ,

+ (N-h)p,-

(1)

шш п;ж ~ = O.5~ .

того ,

чтобы

поиск

неисправности

б ыл

оптимальным , н еобх одим о посл едовател ьн о дел ить цепочку эл е м е н тов на

две равные части. Такая задач а, посвященная выб ору одного элемента из

ыножества других при наименьшем числе испытаний, была рассмотрена l..lIeННOНOW. Такой двоичный выбор получил название метода средней moЧКII .

вьвое время обнаружения неисправности по методу проб, т .е. о прелеле ив е всаспревностей всех эл ементо в п одряд :

То где

k-

= k(N-l),

средняя норма вре мени про веден ия одного ис п ытання .

Максимальное чи сло испытаний

21

R

при методе средней точки:

(2)

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

,," Т ~"

где

R-

=

")R

(3)

- ,

число испытанвй.

Вр е мя

обваружения

неиспра в н о го

эл емента

о пределяется

из

ур а вн е ния :

(4)

T",=kR. Ис

Чаще

-

мы

выигрыш будет равен:

имеем

случай ,

ко гда

последовательн о

соеди н е н н ы е

элементы си~емы имеют различную априорную вероятность отказа. При допущении равенства времени исп ытани й эле м ентов Т, =

Tj

оптимал ьн ая

программ а последователыстии поиска неисправного элем ента ~ЮЖСТ быть определ ена следующим образом . Условная вероя тность ТО ГО. что отказал i - й элемент при усло вии , ЧТО В систем е произо шел от к аз ТО.1Ъ КО одного эл емента, оп ределяется

ПО

формуле:

(6)

где

qi - вероятн ос ть отк аза i-ro элем е нта, р,

-

вероятн ость безот-казной работы

i-ro

элемен та .

Опгимал ьная гюслеловательность поис ка отказавшего элемента:

• для всех элементов системы определяются зн ачения qi·; •

первое

Ис п ытани е

про из водится

сумм у условных вероятностей ;

22

в

точке ,

которая

д ел и т ПОПОЛ3-\1

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

•

последую ши е

и с пытания

производятся

а н ал о ги чно

прелылу

пункту: сумму усл овных веро ят н ост е й оставшихся под подозренвем элементов делится поп ол ам.

Рассмотри м слелуюшнй пример. Пусть система состоит из

N

=

6

элем ентов, поток возникнове ння отказов кото р ых является простейшим . В

табл. 1 приведены значения Qzo. кот

были определены по формуле

Табли ца

Данные для организаци и orrтmc.:

N!!

1

2

I

5

6

q,

0,4

0,1

0,2

' 0,1

0,2

0.1

р,

0,6

0,9

0,8

0,9

0,8

0,9

qi

0,44

0,07

0,17

Q,07

0,17

0,07

На рис.

6 представле на оптимальная

1

воесза

~

3

(6).

схева воаска неисправностей.

Первое ис пытани е проеолится между ~ и

3

элементами

-

в точке.

которая д ел ит сум му усло в ны х вероятностей на две примерно равн ы е

части

0,51

и

0,4 8.

Вторая

проверка

про изводится

между

4

и

5

элементами ,

где

оставшесся з начен ие условной вероятности дел ится также пополам (0,25 и 0,2~ ) и т.л,

23

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

и гз г ытян и ё

No?

зсаьпвви е K~ 1

нг пытан ие .МО?

испытаниеN6

испытание

элемент N~S

J{!ii

в ыход

Рис .

6. Диаграмма реализации

метода опти мального

поиска н еисправности

Ес ли

МЫ

хоти м

ми н и мизировать

в рем я

поиска ,

то

необходимо

осущест вл ят ь проверку эл ементов в такой п осл едоват ельности , которая

для неравенства

1 :s i :S j S N

удовл етворяет условию:

(7) Вначале необходим о проверят ь элеме нты , для котор ых отношен и е вре ме ни проверки Т, к и х н адежн ости я вля етс я м и нимальн ым .

для

определения

оптимальной

последовател ьности

эл ем е нтов и м ею щ их разл ич ны е зн ач ен и я

TiP/ Qi

для каждого элемента (табл,

2):

24

вре м е ни

про вер ки

испытаний рассчитаем

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Таблнца

::

Расчет для определения оптимальн ой последовательн ости ис п ытан ий элеме нто в

H~ эл емента в

Т;

q;

Р;

TiP/Qi

1

0,2

0,3

0,7

0,47

2

0,15

0,2

0,8

0,6

3

0,22

0,4

0,6

0,33

4

0,17

0,3

0.7

0,4

5

0,07

0,2

0.8

0.28

6

0,14

0,4

0.6

O.~

I

си стеме

На рис.

7

представлена

I

,

, I

ди а грамм а последовател ьности в которой

необходимо осуществлять испытания элементов :

2-1-4-3-5

(элемент

6

проверять нет необходимости).

s 0,7 ; )( 0,6 <---~ s s 0 5 -1-- - Q.::'::

~

C:I ~

О 0,4

е е,

~ Ф

i

'"

,

0,3

Ф"':;f з&. ",0,2 о

;!:

с

о

0,1 О

1

2

3

N2 элемекта Рис .

4

5

6

в системе

7. Ди агр ам м а опти м ал ьно й последовательности проведен ия испытаний элеме нтов

Ос но вн о й

задачей

рационал ьв о й

орган изации

поис

является сокращение врем ени и средств, которые неоБХОЗJI)Ю затратить на

25

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

поиск

На рис.

[1].

8 представлена структурная схема од, которую

иеобходимо протествро вать.

Рис.

8. Структуриая

схема од

Реализация теста заключается в подаче на вход элементов объектов диагн остирования

воздействий,

имитирующих

рабочие

сигналы ,

и

контроле реакций на эти сигналы. Система ВЫВОДИТСЯ из эксплуатации .

Теоретической предполагаетс я ,

н алич и е сигнала

ОСНОВОЙ что

тестирования

и с правному

1 на е го

являет ся

состоянию

Булева

элемента

выходе, а неисправному О

-

возможных проверок, а Н

-

3),

т.е.

с оответствует

его отсутств и е.

на осн овании. схемы, представленной на р ис. не ис правн осте й ЭТОЙ схемы (табл.

алгебра,

8.

составим табли цу

М обозначает

множество всех

множество возможных состояний. Таблица

3

Н еи с правн ости эл ем е нто в

Состояния объекта Н

Проверка М

1 J 11

МА

О J 1J

JО] J

J 1О ]

J J JО

О

J

1

J

О

О

О

J

J

.

МВ

J

мс

J

J

J

О

1

Мо

J

J

J

О

О

из табл ицы ВИДНО, ЧТО состоянием

эл ем е нтов,

5

ВОЗМОЖНЫХ состоян ий ОД, определяемых

оказываются

26

полн остью

различными с

помощью

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

четырех

проверок .

Отказавшие

соответственно кодовымн числами ростом

чи сл а

элеме нтов

элементы

опрелеляются

001 1, 101 1, 1000, 1110. Очев идно,

увел ич и ваетс я

ч исло

состояний

ОД,

а

'по с это

усл ожняет задачу обнаружения неисправностей.

Глава

3. Математичес кие :ЧО.1е.1Я

систем д иаг н о ст и ро ва н и я

Система переходит из одного состояввя в другое в результате появлен ия неис правностей . Когда неизвестны прачины, есть возможность установить цепь событий, д осто вер ность которых заввсат от числа и качества наблюдени й ,

В диагностик е и пользуют гюаягве

~

ванная модель». Особенностью таких моделей является елннственность траектор ий, определяющих однозначно свя зь работо с п особ ности си стем ы

с характером ее неисправностн для

случайных

[1].

моделе й

оператор

перехода

учиты вает

вероят­

ностные характеристики . Оператор здесь также имеет детер м инирован н ый характер,

х отя

он

и

не

определяет

достоверно

траектории

п ерехода

системы из одно го СОСТОЯНИЯ в другое.

Состоя н и е ОД в общем случае может быть описано л-мерным вектором: х,

Х=

х,

(8)

хо

где х"

Х2,

•. . ,

xn -

с оставляницие вектора.

Оператор перехода системы из состоян ия в состояние может быть о писан матрицей :

27

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

(9) А=

3 пl

аы · ·· 3nп

где З;j - козффнцяенг преобразо вания .

Модель дает возм ожность представить любые процессы в форме

линейных и нели ней ных преобразований. Если вектор Х характеризует исходн ое состояние системы, то ее ПРОИЗ80ДНое состояние для л и н ейн ого

преобразо вания вида: n

х, = } ~;X,

(t=l,n)

,-1

(10)

может быть за п и сан о в виде:

=

ХА.

(11 )

Для широкого класса систем, опис ываем ых ди фференциал ьн ыми

уравнениями, математичес кая модель будет иметь вид:

dX dt

= A(t)X +F(t),

(12) ( 13)

где

I rit) f,(t)

F(t)=

н

С =

" [,(t) где

F(t) , С - в-мерные векторы, f,(t) н с, - составляюши е F(t) и С, соответственно,

28

АУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРО

Модель я вляется наиболее общей ДЛЯ учета особенностей

всге

поэтому конкретные модификации моделе й необходимо рассматр ивать в соответств и и со спецификой диагностируем ых СУ.

Принципы,

положенные

в

основу

построения математических

моделей непрерывных линейных систем, в полной мере справедливы для

дискретных СУ. Дискретные системы, отличаюшиеся по назначению и по констру~<ти вн ым моделью,

особенно стям ,

отображающе й

объединяются

особенности

единой

мате матической

опрелелевая работоспособн о сти

систем и поис ка дефекта в них. П ~m учение самого решения связано с использоваяаем информации,

которая

зал ожен а

р ассматриваемых

в

уп равле н ии,

систем

эта

описы ваю ще м

информация

с исте му.

ограни че н а

Для

дискретным и

з н ач ен и я м и контролируемой величины и определение решения в форме

н епрерывной функции , по существу, сводится к аппроксимации его с той или

иной точностью .

можно

Следовательн о ,

рас сматривать

уравнений

-

в

виде

модель для дискретны х

некоторого

аналога

систем

дифферен циал ь ных

в форм е разностных уравнений. В матричной

форме модель

может бы ть пред ставле н а в виде :

X(t+ 1) = AX(t) + F(t), где

(14)

t=O, 1 , . . . Относительно

незавнснмой

переменной

k=(X-Хо)/дх

(где

дх­

фиксирован н ое лр иращен ие) мож но записать следующее :

Xk+ I= AX+ F(k). Уравн ен и е

(15)

тождествен но

(15)

сист ем е

л и н ей н ы х

раз н о стн ых

уравнений первого порядка с постоянным и коэффи циентами:

Х Ц.+1 =allx"

+ a12x" +

X~H' =а21 х" + а"х"

29

+

+ f, (k) + f, (k)

}.

(16)

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Из

(15) н ( 16) следует Х, = {х", х", . .. }.

Рас с м отри м математические модели систем диа гн остиро вания при

случ айн ы х воздей ств ия х. Такие модели свойственны о пределен н о му типу

. СУ.

К ним относятся , прежде всего, системы со сл уча йно изм еняющимся

у правляющим

сигналом,

а

также

системы ,

в

кото р ых

неисправности

вызывают случайное изменение параметров работос пособности . ' Соглас н о

изложенным

работоспособ н о сти

с истем

обстоятел ьствам

определяет ся

математичес кая

модель

ди фф ере н циал ьн ым и уравне­

ниями :

({У,

(17)

dt t-

где

время

..

у 1. У1. . .. , У. - компоненты ве кторной функции координ аты

систе мы,

по

работоспособности-

которым

ПРОИЗ80Д ИТС Я

оценка работоспособности; Х 1, Х 2 • •• •,Xm- функции

времени, изменяющиес я

по

случайному

зако н у и характер изующие случайные возм ущающий

и у п равл я ю щ и й сигналы ;

х ., Х2 , "" ", х,

-

случай н ы е параметров

вел ичины,

х арактеризующие

эл е ментов с и стемы при

з н а ч е н ия

той ИЛ И

и ной

неи справности :

~1 ~.;: . • • . :.

-

случа.й . ные

~

ния, возни кающ и е в системе при

неиспpasнocти:

Pj-

•

инейные 8 не. линей ны е функции

соотв етствующи х

аргуме нт о в,

Матем атическая молель ситуаци и ,

возм ожн ые

пр и

( 17) включает оценке

работо с п ос об ност ь од.

30

в себя практически все

влиян ия

неисправностей

на

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

в

соответствии

мате м атичес к их

моделей

с

существующими

систем ,

м одель

в

способам и форме

упро щения может

(17)

быть

представлена в виде :

dZ

dt = Фi (Z,. z" ...• Z,. Х, . х,. ..., х. .~l' ~, • . ..• 1;J . Переход к модели началь ных

усл овий

п ере мен ны х в форме

в ы п олнен в результате зам ены случай н ых

( 18)

нулевыми

z; ~ У; -

( 18)

при

пом ощи

ли н е й н о го

представлен ия

У;(О) и приведе н ия случайных функ ци й

x;(t)

квыходу.

Случайная

функция при

анализе работос п особ ности

рассматриваться как функция двух переменн ых опыта

(5), в котором

-

времени

(t)

можег

и номер а

наблюдается ее реал изация:

(19)

X(t) = x(t, s).

Г.1Зва

СУ

.&. Пефе ксты Н метолы

Н а ибол ее частой

причи но й ,

по

81 обнаружен и я

мне нию м ногих

с пе циалистов,

снижающей качество ГОТОВОЙ продукции ,являются скрытые дефекты и важную роль в проблеме повышения качества и надежности эл ементов СУ отводят неразрушаюшим и спытаниям .(НРИ)

- дефектологии, науке о

принципах, методах и средствах обнаружения дефектов. Классификация

методов обнаружения дефектов представлена в

таБЛ.4.

31

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Таблица

Кл

Х!!

1

с и фикация методо в обнаружения де ф е кто в Разновидности

М етод лиагностиро вання

I Магнатопоро шковый

С применением магнитной суспензии ; с использованием во здушн ой

извести

I фешюмагнитного посошка

I 2

4

I Капнлярный

Цве т но й Лю минесцентный Люминес це нтн о -цветн о й

3

Электромагнитный

Вихретоковый импульсный

4

Акустичес кий

Звуковой

I

Ул ьтраз ву ко во й Импедансный

5

t Ралиапио нный

Ре~ическнй Гаммаграф нческий

I

6

Гепл о во й

Пассивный Активный Контактные Бесконтактные

для контроля дефектов в элежитах си стемы управлен ия (ЭСУ) И С П О.1 ЬЗ}1ОТ

две

групп ы

НP~l

Первую

интеграл ь но й 41М31

методы, основа,....'" на

группу

с оста вл я ют

методы

эффе кпивн ы ми ИЗ НИХ я вляются

""""'!p<'I"'"

шумо в ых характеристик,

в том числе

электричес к их и акус g KCfJL\ шумов. Вторую группу соста вляют методы

локальной

диагностякн.

В

настоящее

время

для

контроля

ЭСУ

п рименяются общие и специальные методы нри. К общим методам относятся: визуальн ы й контроль, испытан ие давлением , акустическая и

32

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

магнитная

дефектоскопия,

метод

капиллярной

дефектоскопии,

радиография и метод в ихревых токов.

К

специфическим

.~Iеmодa.tf

НРИ

относятся:

рентгеновские,

голографические, тепловые. оптические и электрические м етоды . Визуальный контроль наиболее широко распространенны й метод

НРИ.

Используется

для

исследования

поверхностных

характеристик

(поврежден ия , посторонние включения , расположение элементов и пр.) . достоинства

метода:

простота,

малые

затраты

времени

и

экономич ность .

При

испытании

давлен ие.",

дефекты

об наружи ваются

по

прони кно вен и ю газов ил и жидкости 8 п олости дефектов или ч ерез эти

дефекты

[5].

П од

акустическими

испытаниями

пони мают

звуко в ы е ,

ул ьтразвуков ые, им педа н сны е и с п ыта н ия .

Наибол ее

широко

используется

ультразвуковая

спектроско п ия.

Метод основан на и спользовании явлений, связанных с дифракц и е й света . Т.е. метод ос н о ван на анализе прооесса распространения возбужде н ны х ультразвуков ы х

отражаются

от

волн

В

магннтных

дефектов

В

И

виде

немагнигн ых

трешин ,

материала:х ,

шлака,

которые

нем еталл ически х

включений . Ин формацие й о де фекте служат ампл итуда и м естоположение эхо-сигнала .

Метод

з вук о во й

спектрос коп и и

используется

для

форм и рования изображения путе м сканиро ван ия эхо импул ьсом .

дО СТОИНСТВОМ

!odero.1a

я вляется

большая

глубина

обн аружен ия

дефе ктов. Недоста тком мето да является то. ч то объекты ко нтроля с рав н им ы п о . р аз м е рам

с

пределами

некачеств енное

разре шения . из-за чего.

из ображени е.

Также

33

как прав ил о, получа етс я

большинство

объе ктов

контроля

r

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

,

взаимодействуют с ультразвуком сл ожным образом, из -за чего пол ученные изображеиия н уждаются в лоаолнигельной расшифровке. Акусти ч ески й

импедансн ы й

диагн остироеавви

мвогосло йных

метод

[5].

н еобходим

конструкций.

Принц ип

при м етода

заключ ается в рез, нчие мех ан ич ес ких импедансов (полное механическое

сопрогнвл енве, Т.С. отношение приложен н о й возмущаюшей силы

F

к

скорости ' кол еба н и й частиц среды в точке приложения силы) де фе ктн ых и

бездефектн ых

эл ем ентов.

Б ездефектная

кон струкция

преобразо в ател я колеблется как единое целое

под

действием

и механический импеда нс

ма кс и м але н, в отличие от конструкции с дефектами . Это изменение можно и змерить с помощью стрелочного прибора . Досто и нство

метода

-

обнаружен и е

пефекто в

в

~ Н О ГОС.;10ЙНОЙ

к о нструкции .

He.:r<X:ТaT

»ажио

-

обнаружить

д ефект

только

СО

сторон ы

установки преобразователя . Метод

капиллярн ой

дефектоскопии

ос но ван

на

использовании

п ро н и ка ющих , смазывающих красяших и ли люминесцентных жид косте й,

ко тор ы е

светятся

под

жидкости нано с ятся

уз ких м ест

[5].

действи ем

ультрафиолетово го

на очище н ную

излучени я .

Эти

п о ве рх н о сть детали , для за пол н е н ия

Лишняя жидкость с по верхн ости уд аля ется, после этого

необходимо н анести проявитель, который выгля. :ШТ в виде специальной , белой крас ки или ворошка. В РеЗУ:1Ь тате чего в ыС1)'П ЗЮЩая и з полостей жидк ость окр!ПШВ3С"Т

фо н е так наз ываемый

и образует хоро ш о видим ый на бело м

~ ри сун ок» . Он дает и нформ ацию о

н ахождении , фор м е и

·amocти дефекта .

достои нства капИJI.ttpfЮfO !tote'ТO.:za :

при использовании жид кости,

окра шенно й в красный цвет (цветн ой метод) , рисунок в иден при дне вном свете;

при

ис пол ьзован и и

лю мин есцентн ых

34

жидк остей,

ри су н о к

ярк о

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

светится в ультрафиолетовых лучах; при использовании люминесцентно­ цветного

метода,

рисунок

виден

и

при

д не вн ом

свете

и

при

ультрафиолетовых лучах.

Недостатки метода: необходимость удаления защитных покрытий,

большие затраты времени (1... 3 ч), а также высокая трудоемкость . Метод магнитной дефектоскопии основан на явлении искажения магнитного ПО!IЯ ферромагнитного испытуемого образца при наличии в

нем дефектов [2, 5]. ЭтИМ методом определяют состояние больш инства стальных детале й, снятых ил и не снятых с систем, к которым имеется доступ

для

поверхность

на м агн ич и ван ия ,

объекта

осмотра

наносят

и

нанесения

ферромагнитные

суспе нзии .

частицы

(у

На

них

собственное. внутреннее магнитное поле может в сотни и тысячи раз превос ходить вызвавшее его внешнее магнитное поле), которые находятся

во взвешенном состоянии в жидкости или в воздухе. Объект помещается в

магнитное поле ИЛИ пропускается ток по кабелю. который проходит через отверстие в объекте. Результатом метода должно быть следующее объекте есть . дефект, то образуется месту

дефекта

стремятся

-

если в

неоднородный магнитный поток. К

ферромагн итн ые

возникающей силы. Опять же, как и в

частицы

под

действием

предыдущем методе , информ а­

ционным параметром является индикаторный рису н ок , который вы глядит

в виде пол осок осев ш е го на поверхности объекта порошка. Характер, и что н е менее важн о , разме р дефекта можн о оцен ить по колич ес тву порошка и ф орме рисун ка. Применяется

0,0] ...0,05

метод

для

определ ения

неро вносте й ,

микротре щин

мм .

достоинства метода

-

высокая чувствител ьн о сть и точность, прос­

тота технологии , м алые затраты вре мени.

35

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Недостато к :

тоЛЩИНОЙ более Мето д

н еоб холнмость

уд ал е ния

л а кокра соч ны х

л окр ытий

0.03

редиаиионни й

рентге но вс кнмн,

б-лучами,

1.-

осно ван

на

ней тронам и

лросвечи вании

и

другими

изделий

элементарным и

ч астицами, что лзет воз можн о сть получить ин формацию О внутреннем их состоянии . Т. е. непрозречные

етод основан на способности лучей вещества

и

«вы свеч ивать»

проникать сквозь

неоднородности

и

дефекты

структуры исследуемого объекта [2, 5]. В качестве регистратора дефе ктов м о жн о использовать рентгеновскую пленку, флуорес центный экран и т .п . достоинства

радиационного

метода :

возможность

о пределения

взаи м н о го полож ения внутренних детале й в агрегатах, наличие доку ме нта

( рент ге н о - , гамма

-

сни м ко в) .

Недостатки метода: большие габариты аппаратуры и ее сложно с т ь, высокая

стонмостъ,

н еобхолнмость

обеспеч ения

защиты

человека

от

вредного возде й ств~ на его ор ганизм излуче н ия.

Метод об н аруж ен ия

в ихр евых токов аномал ий

обусловлены

которы е

неоднородн остями ,

лизации

(эл ектромагн итный)

эл е ктр ич е с кой р азл ич н ы м и

изменен иям и

(отклонение

В режиме

и зменен иям

соерогивзевая

эле ктгоеазгнвтвое ~

и

проводимости катушки ,

ЕОТОРОЙ С~~'ЖИТ

36

Все

для

проводимости, дефектами ,

н епр авильн ой

термообработки).

магнитно й

ТОКОМ:,

магнитной

механи че ским и

структуры

эл е ктропроводности, волного

или

применяется

эти

кр и с тал ­

аномалии

обнаружи ваются пита е м о й

по

переменным

источником

вихревых

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Рис .

9. Иллюстрация

Иллюстрация действием

тока

вихревого

в

катушке

вихревого метода

метода

представл ена

ин ду кти в н ости

на

рис .

образуется

9.

Под

переменный

магнитн ый поток Фо, проникающи й в металл . В результате чего в металле возникают вихревые токи , создающие свой м а гни тный поток Ф " которы й нап равлен вихревых тепл овую,

навстречу токов что

возбуждающему

прои сходит экви вал е нтн о

потоку .

превращен ие изменению

За

сч ет

проте кания

электрической

и н дуктивности

энер ги и и

в

акти в н о го

сопротивления п ре об раз ователя , Их приращения. вы зывае мы е в н осимыми

индукт ивностью п ов ерхности

и

СОПРОТИ8.1ением,

уме н ьш е н ию

(рис.

и ндуктивн ость

их

и

9)

можно

измерить ,

Т рещи н а

на

при водит К п е р ерас п р е дел е н и ю вихревы х то к о в,

плот н ос ти ,

вследствие

сопроти вле ние ,

ч то

чего

может

уменьш аются

быть

вносимые

зареги стрирован о

средствами тех н и ч ес ко й диагност ики .

достоинство

метода:

возможность диагностирования

объектов с

за щитн ым покр ыти ем .

Недостатки : отсутствует

наглядность,

большая

тру дое м кость,

сложность определени я размеров дефекта, требует однородности свойств М Ате ри ала.

Голографические _"етоды используются в качестве как общих, так 11 специф ичес ких методов НРИ . Метод базируется на глубоком знании

37

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

физических

процессов,

протекающих

в

исследуемых

образцах .

Метод

очень дорогостояший, осн ован на применени и компьютерной техники Пр и теплов ых

...етодах

[4].

ВРИ получают информацию опараметрах

и кач естве нзэелнй по рас пределе н и ю температуры на их поверхности в

виде тер. ограям, которы е позволяют судить о наличии скрытых дефектов.

Метод ОС"НО&Н нз излучении электромагннтной энер ги и в инфракрасной обл асти спектра любым телом,

имеющим температуру,

отличную от

абсолютного нуля. Тепловые методы подразделяются на пассивные и активн ы е .

Пассивные темп ературы ИСТОЧН И КО В

на

это методы, позволяющие определять распределение

-

поверхности

тепловой

эн ер гии

изделия (т.е .

без

прнменен ия

осуществляют

с пе циаль н ых

контроль

качества

нзлелия без и скажения зле кприческах и тепювых характеристи к издел ия ) .

При

JtlD

ФII:' ~ нсточннк искусственного тепла,

который воздействует. на проверяемоеизделие.

Тепловые методы делятся также на контактные и бесконтактные.

В ОСНОВНОМ применяют контактные ..,етоды, к которым ОТНОСИТСЯ большинство методо в НРИ :

•

методы измерения температуры с помощью термопар;

•

люминесцентные методы, основанные

на

измерении

интен с и вности свечения некоторых люминофоров

под

лей стви ем ультрафи олетового излучения;

•

метолы пера1')рво

изм ере н ия

-

температур

чувствительных

с

помощью тем.

красок,

изменяющих

свой цвет при опрелеленных температурных режимах;

•

жилкокристеллич еезве

методы , основанные на исполь­

заваним свойств

жндкокрвствллических

и зме нять окраску

ПО,.]

возд ействи ем

38

соединений темп ератур ы,

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

которые

позволяют опреде лять разность тем ператур до

о . гс . Бесконтактные методы изм ер ения темпер атур ы я вля ются более перспективными

тем ператур н о го

разрешающей

и

универсальны м и ,

п оля

изделий ,

способностью.

мало

Здесь

они

не

выз ыв ают

ин ерцион н ы,

наиб олее

искажения

обл адают

высо кой

перс п ективным

я вля ется

метод , сущность которого СОСТОИТ в регис траци и как им -л и бо способом инфракрасного

излучения ,

непосредственного

и сходящего

ме хан и ч ес ко го

от

и с слеДУ БЮ ГО

конта кта

объект а,

термопр и емн нка

с

без н им

(фотография , приборы разиого назначен ия)[ 4]. Электрические диагностики .

методы

Осн ованы

работоспособности и

на

относятс я

к

возможно ст и

м етодам

оцен ки

и

интеграл ь но й п рогнози ро ва н ия

в ели ч и не хар актер ных эл е ктри ч е с ких п ар ам етро в .

Например, для контроля качества полупроводниковых приборов из меряют пар аметры волыамперной х ара ктери сти ки.

Тонкопленочные ди эл ектри ка,

конденсаторы

испол ьзуют

параметры .

(П1К)

проверяют

характеризующи е

на

пробо й

наде жность

внутре ннего поля в диэлектри ке, рассматривают плотность объемного з аряда, накапли ваем о го при приложении к ТПК постоянного напряжения

вблизи МИ Кр О В ЫСТУ П 08, Т. е . в областях локализации поля. К электр ическим методам также отн о сит с я м етод контроля шумо вых

х ар актеристик

[4].

Глава

5. Диа гностир овани е

надежности СУ

по у ро вн ю собственных шумов

М ногие и сследо вател и, занимаю щиеся надежнос т ью си сте м , в ряде

своих

р абот

показали ,

что

собственные

39

шум ы

эле кпро в акуум н ых

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

приборов, резисторо в. штепсельных разъемов , ко нтакто в реле и других

элементов несут информацию об их надежности. Ф и з ич ес кой ос новой метода прогнозиро ван ия отказов систем ы п о их

ниэкочастогным шувам (НЧ) является зависимость уровня шума от наличия

_eQex'тoB

структуры

и

контактов

прибора .

ОСНОВНЫМ И

источникамв шума в электр и ческих цепях и активных элементах являются

[4,5]: •

тепловой шум: существует в любом про воднике или полупровод­ н и ке , этот шум

вызывается

хаоти ческ им

теш1ОВЫМ

дви жен и е м

носителей заряда;

•

аробо вы й

ш ум : этот

шум

возникает

концентрации носи тел ей заряда

за

счет

всл едст вие

флуктуаци и

случ а йн ости

пропессо в

генерации иреко. бннацнн .

•\fиOZJLVJI IIC'C.JeOOвc:J8etJl.vu om.~DЮ. чmo menwвou и дробовы й виды И{РfOв прямо не связаны с дефектами приборов и не содержат

дополнительно й информации о потенциальной надежности исс.ледуе.\юго прибора.

•

НЧ шумы : в л итературе по надежности нет еще еди ной логи и ~Я дан ного вида

шума ; встречаются

терми но­

назва ния : фл ик~ер­

шум, шумы м ерцан ия, избы то ч н ы е шумы и нч шумы .

Причиной возн икновения · этого щу.иа Яll1яются различные дефекты в CmpyK7n)pc:.r: CUCme...вы. Для этого .в ида шу.ма обы чно расс.чатривают сnекmра.1ЬН) 'Ю rl lOlnНOCmb .ио щност и этого шума. Отм е чен о, что коэф­

фициент шу.\1а си

Зйвисит от сопротивления источника сигнала, что

является недостатком э-.ого параметра.

Многие исследовете,

отметили. что основные виды отказов систем

п рогнозируются п о уровню их нч шумов, ПОЭТОМ)' с чи таетс я, что через

характеристики НЧ шума можно ПО.1УЧ ИТЬ показате.1И надежности систем,

40

.

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

в качестве прогнозирующе го параметра можн о использовать любую из рассматриваемых

коэффициент

хар актери сти к:

шума,

эффективное

спектральную

н апряжение

плотность

мощности ,

шум а,

функцию

авто корреляции.

Отмечено, что функция автокорреляции и спектральная плотность мощности

любого

случайного

процесса

тесно

взаимос вяза н ы

и

для

получения данных об этом про цес с е (где отражаются на и бол ее полно физ ическая сущность и параметры этого процесса) достаточно из м ерить одну из этих характеристик . Н о прои зводственн ы х

услов иях

с точки зре н и я удо бст ва и змере ни й I в

предп очте н ие

отдается

спектральной

плотности мощности шума.

Для измерения НЧ шумов используют следующие м етоды .

%.

Метод сравнения. Исследуемый шум сравнивается с эталОННЫМ сигналом или шумом . В это м методе измеряютс я относительные величины

и

чаще

все го

м етод

прим е н яют

при

изм ере н и и

коэффи циента шум а ;

2.

Компенсаторный метод.

3.

Модуляционный метол,

Оба точность

последних измерений.

метода

дают

НО реализуются

высокую тол ько

чувсm вuтелыюсть

на

Применяют эти методы при исследовании тепгlOвых

4.

Метод

непосревственного

основываетс я на получ ении

шума

на

напряжения

некоторой шума при

измерения

через

частотах.

u дробовых шу..wов;

НЧ

с пе ктральной

частоте

вы сок их

u

ШУ'.3 .

Метод

плотн ости

мощн ости

измерение

эффективного

п ом о щи вы соко ч увствительного изм ерите­

ЛЯ с известной полосой проп ус кания .

41

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Малошум я щи й определяющей

усил итель

)]ЮБе НЪ

-

наибол ее

собственных

важная

шумов .

В

часть

установки,

настоящее

время

разработа н о лостагочное кол ичество с хем малошумяших усилите.ryеЙ . Исс.1С

ня нч шумов различных элементов систем проводится

давн о. Но с кажлым годо м разрабатываются все новые элементы систем.

Меняется волчас э.л еменгная база си стем , создаются новые технологии прон зводства

и

целесообраз н ы м

контроля

. систем.

автом атизиро вать

В

настояшее

про цесс

время

и змерения

считается

и

контроля

парам етр о в элементов систем для отбраковки непригодных эл е м е нто в и с о кращ е н и я времени контроля.

Предлагается . в целях пов ы шения качества вы пус кае м о й п родукц ии предпр ияти й

электронно й

автом ати че ские

системы

ка честве олной из 00_ процесеа

произволства

про м ы шл е н н о с ги , управл ения

сте

разработать

технологич ес ки м

и

внедр ить

проп ес со м.

В

встюльзовать контроль технологиче ско го

полупроводниковых

злементов

(ППЭ)

(диоды,

транзистор ы , тиристоры, интегральные сборки и Т . д . ) по уро вню

нч

шума. Сч итается , что ЭТОТ метод универсален именно ДЛЯ ППЭ, Т .К . все они состоят из различных струк. Тур с одни м и бол ее р-п пере ходами .

Глава

6. Диагностика 6.1.

ЭВМ и програимного обеспечения

Особенности построения

cucme.w

диагностирования ЭВМ

В ылелям основные направления работ по повышению надежности устройств авговатввв н Вычисл ительной техники. в

первую

исп ользования

никовых

очередь

належность

высо коваз жных

приборов

вместо

устройств дости гается

эл е м ен тов .

Вн едрение

элек. тpoвa к")~ Hblx

за

счет

полуп ро вод­

ПОЗВО .'111..'10

повысить

надежность ус тройст в бол ее чем на поря .:101\.. за счет то го, что физическ и е

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

процессы в полупроводниковых приборах обеспе ч ивают и х функци о ни­ рование при м е н ьших питающих напряжениях , рассе и ваемой мощности , и, следовател ьно, температурах.

Дал ьней шим

развитие м

элементной

базы

явил ос ь

с оздан ие

интеграл ьиых схем (НС). За последн ие годы НС развнвал нс ь бурными темп ам и

и

б ыли

созданы

ие

м алой,

средней

и

большой

сте пени

и нтеграции. В настоящее время создаются сверхбо..льшие ие, содержащи е сотни

ты ся ч

элементо в .

со вершенствуется , то несм отр я

на

резкое

надежност ь

указанное

отк азов

примерно 10" -10-

81

будет

использования

технология

чи сла

сх е мы,

на

оставалас ь

размещенной

ие

н е п ре р ыв н о

пр и вел о

эл е м е нто в

кри сталла

на

к тому,

одн ом

кристал ле

преж н е й,

кр и сталл е.

что ,

причем

с оставляла

/час [1].

Дальнейшее . развитие

тех н и ки

ка к

обстояте льство

увеличение

отдельного

интен сивно сть

Так

эле м енто в

направл ено о пти чес ких

по

автом ати ки

п ути

элементо в,

а

степени также

и

вычислительной

интеграции

в н едрение

в

новых

ие, типов

контактн ых с оед ине н ий и др.

Особое

внима н ие

с тандартизованных которы х :

и

значительн о

при

создании

устройств

ун иф ицированных повышает

уделяетс я

эле ме нто в,

надежность ,

так

как

подб ору

использование , эти

эле м е н ты

отраб ота н ы наилу ч ш и м образом в схемном и те х нол о ги ч ес ком отношении. Втор ы м направле н ием повыш ени я

н адеж н ости элем енто в явля етс я

обеспечение опти м альных режимов работы элементов. В пер вую оч ередь это касается эл е ктр ич ес ких ре жим о в,

43

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Особенности технического диагностирования ЭВМ

6.2.

ЭВМ является развитой структуро й, содержащей большое число дискретных

уз;

систем )Ю.

н

устройств,

поэтому

устройства

автоматических

рессяатр и ватъ, как ч астн ы й случай структур, ВХОДЯЩИХ в

состав ЭВ _

ЭВ~I

в

[3].

Таким образом, основные положе ния диагностнровання

полно й мере могут бытъ перенесены на цифровые УСТРОЙС1ва,

•

вхолящие в состав автоматических систем . К так им положениям относятся метод

диагностирования

( функ ци о н ал ьн ое

или

тесто вое) ,

включение

систе мы диагностирования (внешняя · ил и встроенная с истема) и характер систем ы

ди агностиро ван ия

Пос кол ь ку

специфика

(специализиро ванная

ЭВМ

выраже н а

ил и

более

ун и версаль ная). ярко,

вопрос ы

диагностиро вания будут рассматриватьс я в отнош ении вычислительных м аши н,

полной

при

мере

этow.зует

могут

быть

что

прянпяпы

использованы

для

лвагностирования

дискретных

в

устройств

автоматики.

Как

и

возн икающие

для в

любой ЭВ М,

технической

можно

системы

все

классифицировать

по

неисправн ости, дл ител ьн ости,

внешнему п роя вле ни ю и пр и чинам возникновения . Оп ределяющим в этом

случае для выборов метода диагностирования и способов его реализации я вля етс я разделе ние неисправностей на отказы и с бои.

В отношени и отказов наиболее слабыми звеньями в ЭВМ являются эле ктром еханич ес ки е устрой ства, в ч астн ости устр ойства ввода-вывода, накопители на магнитные носители. На ДОЛЮ этих устройств приходится основная часть on::noз. воз н ик аю щих в ЭВМ.

неиспр ав ности н е от.

И хотя процесс поис ка

я бол ь шой сложностью, вр емя в ос стан овлен ия

их знач ител ьно бол ьше по сравнению с электро н ными устройствами, поскол ь ку

о п ер аци и

по

замене

износившихся

узлов

или

деталей

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

трудоемки . В последнее время наметилась тенденция унификации ЭВМ.

Не отрииая полезности этой тенденции , следует отметить, что в САУ по­ пре жнему будет необходимым испол ьзо вание спец иал из ир ованны х Э В М. Все это вместе с разн ообразие м задач , решаемых одн отипными машинам и, заставляет и спользовать различные методы и средства диагностиро вания .

В пра~lике диагностирования в наСТОЯll1ИЙ ~ o~e HT принято дел ение на программное,

ван ие.

аппаратурное

Ди а гности ровани е

п роцессе

(В

и

любого

оперативном

обслуживания

-

про гр ам м н о- ап п ар атур н ое

вида

режиме),

м ожет

так

и

д и агно ст и ро­

ПРОИЗ80ДИ ТЬСЯ

80

время

как

8

технического

вручную и ли автом атически . Аппаратура диагнстиоро­

вання может быть внешней или встрое нн о й, приче м и дл я п ервого и для второго ти п а могут быть испол ьзованы как специ ая изи ро ван ны е , та к и универсальн ые средства контроля .

. 6.3. Надежность Повышенне

и диагностика программнога обеспечения

эффективности

функцион ирования

предприятий

невозможно без внедрения современн ых методов управле ния , базиру­

юшихся

на

управле н ия

автоматизированных предприятиями .

информацион ных

ОДНИ МИ

из

сам ых

системах

серьезных

(АИС) проблем

программноге обеспечения (ПО) А ие является е го дороговизна И ни зкая

надежность. Мно гие сп ециалисты считают первый из этих недостатков

продолжением второго . Поскольку программнее обеспечение по сам ой

своей

природе

ненадежно,

его

тестирование

(диагности рован ие)

и

сопровожде ни е тр е бует пос тоя н н ых , су ще ственных расходов .

Надежность работы

без

прогроммного

отказов

в

течение

обеспечен ия

есть

определенного

вероя тн ость

пер иода

времени,

рассчитанная с учетом стоимости для пользователя каждо го отказа.

45

его

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Можн о сказать. что Н3..1 СЖНОСТЬ програм м ного обеспечения явля ется функцией

возде й ствия

обязател ь н о

связан а

Dpi.

обес п ече ния .

ошибо к

на

с

п ользо вателя

о це н кой

системы ,

« из нутр и»

она

не

программного

е крупный прос чет в проектировании может о казаться не

слишком зз..weтнъo.I ~1Я п ольз ователя. Но с другой стороны, даже н а п е рвый

н езн ач ител ьн ая ошибка, м ожет п ривести к зн ачительным

послелствия м .

Надежность не является внутренн им свойством программы. она во .\ f HOZa \ f

связана с те.", как программа используется

Надежность н адежн ость ю

программного

ап па ратур ы .

[8].

Обеспечения

В оз м ожн ы

можно

следующие

сравнить

причины

с

отказа

устройства: ошибка проекти рования , про и з волстве н н ый дефе кт ил и п рос то сбой . О шибка проектврования присугствует 3 часть

памят и

-

это дефект. который с сам ого начала

э, ементе. эта ошибка тз.А"ОГО рода. как например, проис:ссора

оказывается

не..1.ОС1)'ПН ОЙ

из-за

логиче ско й

о шиб ки в п р оекти ро ва н и и схем ы адресации. Производственный де фе кт это ошиб ка, имеющаяся в одном и л и нескольких элементах и з ч то

эти

конкретн ы е

п роизвол ств ен ные

элементы

и зготовлены

дефекты могут

быть

неправильно.

вызваны

плохой

-

-

за того,

Напр имер ,

пайкой

или

неправильным соединением ПРОБОДаВ. Сбои - это дефекты, первоначально не

присутств ую щи е

фун кционирован ия

в

элементе ,

вследствие

но

возн и каю щи е

некоторых

в

процессе

физических

его

явлений.

Примерам и сбоев могут быть физический износ перекл ючателя вследствие тре ния , да ющий пере

ежаю ши й ся отказ.

Надежность н адежн о сти

ап паратуры.

много обес печения существенно отличается от Программ ы

не

изна ш и ваются ,

поло м ка

программы н евозмож н а, Более того, про изводст ве н н ые д ефекты не им еют значения , так как они относительно редки

И бы стро обнаружи ваются ,

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Следовательно, надежность ПО -

следствие исключительно ошибок

проектирования, Т.е. ошибок, внесенных в п роцесс е разработки. С бои ап паратуры не зависят от обрабатываемых системой дан ных. Проявление

ошибок в программе, напроти в, в высшей степени зависит от входных данных. Такая ошибка обн аруживается 8 некоторый определенный момент именно потому, что в этот момент обрабатывается ранее не встреч а вшаяся последовательность сушественно

входных

зав и с ит

от

данных .

времени .

Ч астота

Все

сбое в

физичес кие

некоторый срок службы , по истечении

аппаратуры

устройства

имеют

которого эта частота начинает

быстро расти. Частота, с которой обнаруживаются ошибки в програм..мном обеспечении,

хотя

де й ст ви тел ьн ости

иногда

является

и

кажется

функцией

зависящей

входных

от

данных

времени, и

в

состоя ния

системы . Ошибки в программе проявляются как систематические, далеко не случайные события ,

Дл я

обеспечения

надежн ости

функционирования

сложных

п р о гр ам мн ых комплекс о в необ ходим о ИДТИ по следующему пути : 1.0пределя ть

основные

простейшие

операторы ,

из

кото рых

с оста вля ю тс я про граммы .

2 .Бол ее

ответственно

и

скр уп ул езно

изучат ь

точность

п редставл е ния различных величин операторо в.

3 .Исследовать точн ые х аракте ри сти к и операторов при получен ных распределен иях величи н .

4.И нтенсивнее развиват ь модели

исслед о вания точных свойств

элементарных о п ераторо в.

S. операторов ,

Составлять в

которых

с правочн ики приводить

по

инжене рные

практической оценке точности операторов .

47

результатам

исследования

реко ме нлации

по

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Разрабат ы вать точны е

6.

м олел и сложных програм м

на основе

интегриро вания эл ементарных оп ераторо в. Для это го МОЖНО использовать разработанны е графоаваявтич ес ки е методы и методы моделиро~ия . прв востроенви сл ожн ых программ из отдельных операторов

7.

необхолиью

iipOИЗ8O.1ИТЬ

операторов

вхолам и последующих операторов, а именно , областей их

задания .

Невып олн е н и е

вес ьм а

этого

тшательное

является

согласование

и сточником

выходов

дополнительных

ошибок н потерь информации . Основными

причинами

ошибок

программного

обеспечен ия

я вляются :

•

Большая сложность ПО, н апример, по сра внен ию с ап паратурой ЭВМ .

•

Не пра вильный пере вод информации из О,.1НОГО представления в лрутое

из

~

и

. "jJ03..ЧJlX.

На

макроуровне

(уро в н е

прое кта] осушествляется передач а и иреобразование разли чных видов информации ко нкрет н ы м и

по.

На

между организациями,

исполнителями

мнкроуровне

п ре о6 разо ван и е

информацию

-

на

(уровне

информации

запомн ить

вс ех

-

по

этапах

подразд елениями жизненн ого

исполнителя) схеме:

и

ци кл а

производится

нужно

п олучит ь

выбрат ь из памяти (вспомнить)

-

воспро извести ин форма ц и ю (передать).

Источни ками обеспечения яв,

•

оши бо к

(угрозам и

надежности)

программного

я:

Внутренн ее: ошибки проектирован ия , ошиб ки алго ритм иза ции, ошибки

иро ва~ ия,

недостаточн ое

зашиты, о ши бки 3 .хн..сументацни .

48

качество

средств

•

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

•

Внешние: ошибки пользователей, сбои и отказы ап п аратуры ЭВМ,

искажение

информации

в

каналах

связи, . изменения

конфигурации системы.

Методы

проектирования

надежного

программноro

обеспечения

можно разбить на следующие группы:

•

Предупреждение ошибок, методы.позволяюшне м инимизировать ИЛИ исключить появление ошибки .

•

Обнаружение

ошибок,

методы, направлен ные

на

разработку

допол нительных функций программноro обеспечен ия, помогаю­ щих выя в ить оши бки.

•

Устойчивость к ошибкам , дополнительные функции программно­ го обесп ечения, предназначенные для и справле ния ошибо к и их п оследствий, а также обеспечивающие фун кционировани е систе­ мы при наличии ошибок .

Методы предупреждения ошибо к концентрируютс я н а отдельных этап ах процесса прое ктирования п рограммного обеспечения и в кл юч ают в

себя:

•

Методы , позволяюшие справиться со слож ностью систе м ы.

•

Метод ы

лостиже ния

боль шей

точно сти

при

пере ваде

' и нфо рмаци и .

•

Методы улучшения обмена информацией .

•

Методы немеллен ного обнаружения и устранения ошибок на каждом шаге (этапе ) проектирова ни я , н е отклад ы вая их н а этап тестирования программ ы .

Сложность cucme\fbl является одной из главных при чин низкой

нdдe:JIClIостu nрогра.\f.ШlOго обеспечения и во3.\tожносmu обеспечения его диагностики

[8].

49

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

в

общем

случае

сложность

объекта

является

функцией

взаимоде йстви я (количества с вязей) между его компонентам и. В бо,?ьбе со сложностью ПО используютс я две концепции ,

1.

Иерархическая структура. Иерархия п озволя ет разбить систему

по уро

м

уровней

понимания

(абстракции, управления).

позволяет

анализировать

Концепция

систему,

с кры вая

н ес ушестве н ные для дан н ого уровня детали реализации

уровней .

Иерархия

позволяет

понимать ,

других

проектировать

и

описывать сложные системы .

2.

Независимость. миними зации

В

соответствии

сложности

с

это й

н еоб ход и м о

концепцией

м а кс имал ь но

Д,.;1Я

усил ить

независим ость эл е м е нто в системы.

Это

означает

Т2.).~10

~"·""'IЮЗВI""О

высокочастотная """"'..."'" быза 3З.LIЮ'ЧeI2 В от \fе жко \ш онентные

. взаимодействия

( с вязи)

системы.

чтобы

её

льных компонентах, а ОПИ ывали

тольк о

ни зкочастотную ди н ам и ку сис темы .

М етоды

обнаруже ния

о ш ибо к

бази руютс я

на

введении

в

п рограм мвое обеспечени е системы различных видо в и збыточ ности. Времен н ая

избыточность.

производ ительнос ти

ЭВ М

для

Испол ьзо вание контрол я

части

и сполн ения

и

восста но вл ен ия работоспособност и ПО после сбоя . Информационная

информ

избыто чность.

Дублирован и е

части

Д а н н ых

нной с истемы ДЛЯ обеспечени я н адёжности и контроля

досто верности лзнных.

Пр ограммноя ID6wmoч носm ь в ключает в себя: взаимн ое н едо верие

-

ко мпоненты

си сте

ы

проекти руютс я ,

ис ходя

из

предположе н ия,

ч то д ру ги е комп о ненты и исходны е данные содержат ош и бк и, и должн ы

пытатьс я

их

обнаружить:

50

н ем елл енн ое

об наруже н и е

и

•

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

регистраци ю ош ибок ; вьш олн ен ие одинаковы х функций разны ми

модулями

системы

и

сопоставление

контроль и восстановление дан н ых с

результатов

обработки ;

использо ван ием других видов

избыточности.

Методы

обеспечения

устойч ивости

к

ошиб кам

н аправлены

на

минимизацию ущерба , вызванного появлением ошибок, и включают в себя: обработку сбоев аппаратуры ;

•

повторное выполнение операций;

дин ами ческое изменени е ко нф и гура ции;

сокращенное обслуживан ие в случае отказа отдельных функций систе мы ;

•

копиро ва н и е и восстановле н и е дан ных;

изоляцию оши бок.

Важным этапом жизненного цикла программ ного обеспечения, определяю щим

кач ество и

Тестирование

-

надёжност ь

являетс я тестирован и е.

процесс выполнения программ с намерением найти

ошибки. Этапы тест ироваиия

•

системы,

[6]:

Автономное тестирование, контроль отдельн о го программного

м одуля отдельно от других модулей системы .

•

Тестирование связей, контрол ь связей между частя м и системы

(модулями, компонентами, подс и стемами).

•

Тестирование

функций,

контроль

выполнен ия

системой

авт ом атиз ируемых функций .

•

Комплексное

тестирование,

требовани ям п ол ьз ователей .

51

про вер ка

соотв етст вия

систе м ы

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

•

Тестиров ан ие

nаlнот ы

и

корректност и

док)'.м енmа ции,

выпол н ен и е программ ы в строгом соответств и и с ИНСТРУКЦИЯМИ .

•

Тест ирован ие

кон ф игура ц и й,

прове р ка

каждого

кон кретного

варванта поставки (устано вки) системы .

_'ют

С.

две стратеги и ПРИ проектиро вани и те сто в : тестирован ие

п о отн оше нию к специф икация м (до кум е нта ц и и ), н е з аботя с ь о тексте программы.

заботясь

о

и

тестиро ван и е

_ по

с п ец и фи кациях .

отноше нию

РазУМ Н ЫЙ

к

тексту

про гр ам мы,

компромисс

лежит

не

где-то

посереди не, см ещаясь в ту ил и иную сторону в зави симости от функций, в ып ол няе м ых KOHKpeтHЬL\t м одул ем , компл ек с ом или п одсисте м о й . Качество под готов к и ис ходны х дан н ы х дл я проведения тестирования

серьёз но влияет н а э ффективность проuесса в целом и включает в себя : тех ническое задани е : описание

иc'т'e1iы:

ру к оводство п ользователя ;

и сходн ы й текст ;

прав ил а построе ния (стандарты) программ и и нтерф ей сов; критер и и качества тестиро ван ия ;

этало н н ые зн ач е ния исходны х и резул ьтирую щи х данных ;

выд ел е н ны е

ресурсы ,

определяем ые

доступным и

финансовыми

средствам и,

Оонахо, исчерпывающее тестирование всех веток алгоритма любо й

серьёзной программы для · всех вариантов входн ых данных практически неосущест вu..wо.

Следо вател ь но,

продолжительност ь

тестирования я tl 1Я ema 8ОfJ{ЮCО. " ч ист о ЭКОНО.", и ческu.w

Учитывая,

что

реальны е

ресурсы

л юбого

э тапа

[8].

проекта

ограничены

бюджетом и графиком , можно утверждать, что ис кусство тестирования закл ючается в отборе тестов с макс и м альной отдач ей .

52

•

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

Ошибки в программах и данных могут проявиться на любой стадии тестирования , а также в период эксплуатации

системы .

Зарегистриро­

ванные и обработанные сведения должны использоватьс я для выявления отклоне ний

решения

от

этой

требований

задачи

заказчика

или

используется

техни чес кого задания .

система

для

кон фигурацион ного

управления версиями программных компонент, база документирования те стов ,

результатов

программ.

тестирования

С редства

предложениях

на

накопления

и

выполненны х

сообщенн й

изм ене н и я,

об

выполненных

корректировок

отказах,

о шнбках,

корректировках

и

х ара ктер и стиках версий.являются осно~ными для управления развитием и

сопровождени ем ком плекса ПО и состоят из журналов:

1)

предлагаем ых и зменени й ;

2)

найденных д ефектов;

3)

утвержденных корректнрово к ;

4)

реализованных изменений ;

5)

пользовательс ких версий .

Предупреждение ошибок

-

.. лучший путь nовышенuя надёжности

программного обеспечения. для его реализации была разработана методика проектирования

систем управления предприятиями, соответствующая спиральной модели жиз н ен н ого

цикла

ПО.

Методика

предусматривает

последовательное

понижение сложности на всех этапах анализа объекта.

Подходы к оцениванию и повышению надежности функциони­ рования программного обеспе че ния требует существ е нных затрат разл ич­

ного вида. Но его осуществлен ие необходимо. Это обусловлено конечной точ ностью вычисле н ий в современных и перс пективн ых компьютерах и

дру гим и

факторами ,

из

которы х

наиболее

вес о мы м

является

лавинообразный рост сложности перспективных программ. Другого

53

пути

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

нет, пока не будут созданы компьютеры с избыточностью, позволяющей организовать оперативный

контроль И

принятие решений

в условиях

ВЛИЯ Н ИЯ помех разяячного вида, адаптирующиеся по точности в . процессе

.

вычи сле ний , в области надежн ости системы достигнуг уровень, когда уже создан рял

математичес ких

методов.

позволяющих

инженеру

предсказывать

належность аппаратуры. эти математические методы (главным образом в форме вероятностных моделей) широко применяются во многих областях. Так

как

теория

надежности

системы

развита

довольно

хорошо.

естественно, необходимо попытаться применитъ ее и к надежности программноге обеспечения Из

вс ех

[7].

не из вестных

параметро в

надежности

програм мн о ге

обеспечения, вероятно, самым важным является число ошибок оставшихся

в

!JO'1"!."WC.

Ес;

бы

разумная

его

опенка

был а

известна

при

гествровании. это помогло решить во прос . ко гда можно законч ить процесс

тестирования. Если знать число оставшихся ошибок в устанавливаемой систем е, можно было бы оценить стоимость работ по сопровождению и определ ить уровень доверия к программе. Другие параметры . для которых желательно иметь оценки,

-

это надежность программы (вероятность, что

программ а будет выполняться в течение данного интервала времени, прежде чем обнаружится ошибка заданной степени серьезности) и среднее вре мя м ....ау отказами программы

[6].

54

•

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Белоглазов

И.Н . ,

Крнвцов

А.Н.,

Куцеико

Б.Н . ,

Диагности ка и н адежност ь автомати зиро ванных систем . металл,

Суслова

О.В .

СПб.: Руда и

2004 . 167 с .

2. Бердичевский

Б .Е .

Неразрушаюший

контроль эл ем ентов

радиоэлектронной аппаратуры . М.: Советское радио,

3. Глазунов

и

узл о в

1976. 296 с.

ЛЛ. , Грабовецкий В.п., Щербаков Основы теор и и надежн ости

автоматических систем управлевая. отд-ле ние ) ,

.1.: Энергоагомиздат (Ленингр.

1984. 208.

4. Жалуд В . Шумы В полупроводниковых устройствах.

~I. : Советское

радио ,1 977 .416с .

5. Калявин ВЛ. Осиовы теории иадежиости и диагностики . СПб.: Элм ор, 1998..

172

с.

6. Липаев В.В . Надёжность программных средств. М .: СИНТЕГ, 1998. 232

с.

7. Липаев В.В . Обеспечение качества програмыного

обеспечения .

М.:

СИНТЕГ,2001. 37 0 с .

8. Майере Г. Надёжность програямвого 360

. ~ I. : Мир, 1980.

с.

9. Марты нов А.А .. Долговолов Г ..-\.. Ос1_ы

диагности ки/ НГАВ Т. НовосwбillpC~

10.

М иллер Ю.Г. Фвзяческве

М .: Советское pa.:nю.

19 -

теории

и

999.1 08 с. в:а.х-А:Н0С111

3:

н адежн ости

интегральны х с хем .

с.

11. Ши шонок Н. А. • Репкив В. Ф.. Бардинекий Л. Л . надежности . М.: Советское радио. 1964. 550 с.

55

Основы теории

НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

ОГЛАВЛЕНИ Е

ВВЕДЕниЕ

Разл ел

3.

:

.3

ОСНО В НЫЕ ПОНЯТНЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Т LXНl IЧ Е С К ОГО ДИАГНОCfИPОВАНня

Гла ва

1. Осно в ы

текничеекеге д и а гн ост и ро ва н в я

1.1. Общие сведения по технической диагн ост ике су 1.2. Проблемы диагностирования 1.3. Гл ава

Методы п овышения качества технической диагност ики

2. Обн аружение неисправносте й

в

Cy

2.1. Метод ика обнаружения неиспро вност ей

1.2.

Оптимизация поиска отказов

Г.1Зва

3. .;\lатечатичt'Cкие

Глава

4. .:I+о-"ТЫ.

Глава

5. Д н аг н остмро ва н и е

мол ел н снетем дв а гвоетв ро ва н в я

етолы их об на руж.. нн я

6. Двагности ка

-

10 11

12 21

27

31

надежности СУ

0 0 уровню собственных шумов

Глава

-

ЭВМ н программного обеспечения

.39 .42

6.1. Особен ности построения систем диагностирования ЭВМ

-

6.1. Особенности технического диагностирования ЭВМ

44

6.3. Надежность и диагностика проераммного обеспечения

.45

БИБЛIIOГРАФ IIЧ Е СКИЙ список

55