КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

ВІЙСЬКОВИЙ ІНСТИТУТ

САВКОВ Павло Анатолійович

УДК 681.518.5

МЕТОДИКА КОНТРОЛЮ ТЕХНІЧНОГО СТАНУ ЦИФРОВИХ ТИПОВИХ ЕЛЕМЕНТІВ ЗАМІНИ, ЯКІ МІСТЯТЬ ЕЛЕМЕНТИ З ЗВОРОТНИМИ ЗВ’ЯЗКАМИ, БЕЗПОСЕРЕДНЬО НА МІСЦІ ДИСЛОКАЦІЇ РАДІОЕЛЕКТРОННИХ ЗАСОБІВ ОЗБРОЄННЯ

Спеціальність 20.02.14 – озброєння і військова техніка

Автореферат дисертації

на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ-2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Військовому інституті Київського національного університету імені Тараса Шевченка.

Науковий керівник доктор технічних наук, професор Креденцер Борис Петрович, Військовий інститут телекомунікацій та інформатизації Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”, провідний науковий співробітник науково-дослідної лабораторії.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Жердєв Микола Костянтинович, Військовий інститут Київського національного університету імені Тараса Шевченка, професор кафедри бойового застосування і експлуатації (радіоелектронного озброєння);

кандидат технічних наук Скуйбіда Олег Юрійович, Національне космічне агентство України, старший консультант.

Провідна установа Національна академія державної прикордонної служби України імені Богдана Хмельницького, м. Хмельницький.

Захист відбудеться “ 18 ” лютого 2005 р. о 15.00 год.00 хв. на засіданні спеціалізованої вченої ради К26.001.40 Військового інституту Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 03680, Київ-680, просп. Глушкова, 2, корп. 8.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 01033, Київ-33, вул. Володимирська 58, зал 12.

Автореферат розісланий “18 ” січня 2005 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради МІХНО О.Г. 

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасні радіоелектронні засоби озброєння (РЕЗО), що знаходяться на озброєнні в ЗС України, характеризуються багатофункціональністю і складністю, зумовленими обсягом і характером задач, які вони вирішують. Відмітною особливістю цих РЕЗО є наявність великої кількості цифрових типових елементів заміни (ТЕЗ), надійність яких значною мірою визначає надійність об’єкта РЕЗО в цілому. Нині цифрові ТЕЗ складають біля 30% від загальної кількості в об’єкті, до 2010 року кількість таких ТЕЗ може складати 50%, а до 2015 року – 80%.

Результати аналізу даних експлуатації РЕЗО показують, що відбувається стійка тенденція до зниження рівня їхньої експлуатаційної надійності, яка в багатьох випадках не відповідає пред’явленим вимогам. Це значною мірою обумовлено тим, що існуюча трирівнева система обслуговування та ремонту характеризується низькою ефективністю, має серйозні недоліки і зазнає великих труднощів через відсутність достатньої кількості матеріальних і людських ресурсів.

При існуючій системі вбудованого контролю об’єктів РЕЗО можна локалізувати відмову, що виникла, з точністю до групи (15-20 одиниць) ТЕЗ, підозрюваних у несправності, а ремонт об’єкта здійснюється агрегатним методом з використанням запасних ТЕЗ з одиночного ЗІП-0. І хоча 80-90% ТЕЗ у складі групи підозрюваних у несправності працездатні, вона направляється в ремонтний орган частини, це призводить до суттєвого збільшення витрат на працю військових ремонтних органів, зростання вартості контролю технічного стану (ТС) ТЕЗ, підвищення вимог до кваліфікації обслуговуючого персоналу. Внаслідок цього одиночний ЗІП-0 об’єкта виявляється недостатньо укомплектованим, що при агрегатному методі ремонту спричиняє помітне збільшення середнього часу відновлення та зниження коефіцієнта готовності РЕЗО через необхідність доставки запасних ТЕЗ на велику відстань.

Однією з причин такого стану є відсутність безпосередньо на місцях дислокації об’єктів РЕЗО відносно простих і дешевих діагностичних пристроїв, які б дозволили швидко і з належною достовірністю виділити конкретні непрацездатні ТЕЗ (зокрема, цифрові) з групи підозрюваних у несправності, решту працездатних ТЕЗ (їх більшість у групі підозрюваних) направити до комплекту одиночного ЗІП-0. При такій організації обслуговування та ремонту забезпечується достатньо висока ймовірність наявності у складі ЗІП-0 необхідного запасного ТЕЗ у разі відмови об’єкта. Це дає можливість підтримувати значення показників надійності РЕЗО (середнього часу відновлення ТВ і коефіцієнта готовності КГ) в процесі тривалої експлуатації на належному рівні. Отже, наявність діагностичного пристрою безпосередньо на місцях дислокації РЕЗО дозволила б усунути ряд недоліків існуючої системи обслуговування та ремонту і підвищити їх ефективність.

Аналіз показав, що існуючі методи і засоби контролю ТС цифрових ТЕЗ мають серйозні недоліки, основними з яких є складність, висока вартість, тривалий час контролю, відсутність можливості виявлення відмов елементів, охоплених зворотним зв’язком (ЗЗ). Унаслідок цього їх недоцільно використовувати безпосередньо на місцях дислокації РЕЗО.

Тому тематика дисертаційної роботи, спрямованої на наукове обґрунтування можливості розробки пристрою контролю ТС цифрових ТЕЗ безпосередньо на місцях дислокації РЕЗО, який характеризувався б невисокою вартістю, простотою виготовлення та використання і нетривалим часом проведення контролю, є актуальною і має науковий і практичний інтерес.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисерта-ційна робота виконана у відповідності з планом наукової роботи та планом науково-дослідної роботи “Діагностика”, які виконувались у Військовому інституті Київського національного університету імені Тараса Шевченка.

Основними керівними документами, які визначили напрямок наукових досліджень, являються: Закон України “Про наукову і науково-технічну діяльність” №1977-ХII від 13.12.1991 р., Закон України “Про основи державної політики у сфері науки і науково-технічної діяльності” № XIV від 01.12.98 р., “Концепція наукової роботи у Збройних Силах України”, введена в дію наказом Міністра оборони України № від 07.05.97 р., “Положення про наукову і науково-технічну діяльність у Збройних Силах України”, введене в дію наказом Міністра оборони України № від 04.04.2000 р. В цих документах з метою реалізації завдань першого та другого етапів Державної програми будівництва і розвитку Збройних Сил України та Державної програми розвитку озброєння і військової техніки підкреслюється необхідність зосередження тем науково-дослідних робіт на вдосконаленні процесу подовження ресурсу, ремонту і модернізації наявного озброєння і військової техніки.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження, яке проводилось у даній дисертаційній роботі є наукове обґрунтування можливості розробки пристрою контролю ТС підозрюваних у несправності цифрових ТЕЗ, що виявлені системою вбудованого контролю об’єкта, безпосередньо на місці дислокації РЕЗО.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наукову задачу, яка полягає в розробці нової методики контролю ТС цифрових ТЕЗ, які містять елементи з зворотними зв’язками, безпосередньо на місці дислокації РЕЗО на основі математичного апарату мереж Петрі і модифікованого D-алгоритму. Вирішення даної задачі поділяється на сукупність часткових взаємопов’язаних задач:

1. Розробка ієрархічної математичної моделі (ММ) цифрових ТЕЗ на основі математичного апарату мереж Петрі.

2. Аналіз видів відмов цифрових ТЕЗ на структурному та функціональному рівнях з формулюванням загальних правил побудови тестових послідовностей.

3. Розробка методики побудови тестових послідовностей (ТП) для контролю ТС цифрових ТЕЗ на основі модифікованого D-алгоритму, яка враховує відмови елементів на структурному та функціональному рівнях, охоплених зворотними зв’язками.

4. Розробка методики контролю ТС цифрових ТЕЗ, які містять елементи з зворотними зв’язками, безпосередньо на місці дислокації РЕЗО.

5. Розробка технічних рішень і рекомендацій, спрямованих на виготовлення й експлуатацію пристрою, який реалізує методику контролю ТС цифрових ТЕЗ безпосередньо на місці дислокації РЕЗО.

Об'єкт дослідження – цифрові типові елементи заміни РЕЗО, а предмет дослідження – процес контролю технічного стану цифрових типових елементів заміни безпосередньо на місці дислокації РЕЗО.

Методи досліджень. Для вирішення поставлених задач використані методи теорії надійності і технічної діагностики (при аналізі існуючих методів і засобів контролю ТС цифрових ТЕЗ); математичного апарата мереж Петрі (при побудові ієрархічної ММ); методи аналізу електронних схем (при побудові ММ і розробці методики побудови ТП для контролю ТС цифрових ТЕЗ).

Наукова новизна отриманих результатів. В результаті проведеного дисертаційного дослідження здобувачем отримані такі нові наукові результати:

1. Математична модель цифрових ТЕЗ, побудована на основі математичного апарату мереж Петрі.

Модель є детермінованою та ієрархічною, її сутність полягає у формалізованому описі процесу функціонування цифрових ТЕЗ на структурному та функціональному рівнях. Важлива особливість моделі, що визначає її новизну, полягає в урахуванні відмов елементів, охоплених ЗЗ, на структурному та функціональному рівнях.

2. Методика й алгоритм побудови детермінованих ТП для контролю ТС цифрових ТЕЗ на базі модифікованого D-алгоритму.

Сутність модифікації D-алгоритму полягає в обмеженні зациклювання проходження сигналу через елементи, які охоплені зворотними зв’язками, і встановлення цих елементів у визначений стан, що дозволяє виявляти відмови елементів, які охоплені ЗЗ. В цьому полягає новизна розробленої методики.

3. Методика контролю ТС цифрових ТЕЗ, які містять елементи з ЗЗ, безпосередньо на місці дислокації РЕЗО.

Новизна методики полягає в тому, що в її основі лежить ієрархічна ММ цифрових ТЕЗ на структурному і функціональному рівнях і алгоритм побудови детермінованих ТП. Вона дозволяє автоматизувати процес контролю ТС цифрових ТЕЗ із використанням бази даних типових логічних елементів і функціональних вузлів. Це дає можливість істотно скоротити час контролю цифрових ТЕЗ, які підозрюються в несправності, шляхом побудови детермінованих ТП та виявити відмови елементів, охоплених ЗЗ.

Практичне значення отриманих результатів. Реалізація розробленої методики дає можливість проводити контроль ТС цифрових ТЕЗ, які містять елементи з зворотними зв’язками, безпосередньо на місці дислокації РЕЗО за відносно короткий час за рахунок максимальної автоматизації даного процесу з використанням бази даних типових логічних елементів і функціональних вузлів на логічному та функціональному рівнях.

На основі отриманих наукових результатів розроблені технічні рішення та рекомендації, спрямованні на виготовлення та експлуатацію відносно простого і дешевого пристрою, який реалізує методику контролю ТС цифрових ТЕЗ безпосередньо на місці дислокації РЕЗО. Цей пристрій може забезпечити швидкий пошук дійсно несправного ТЕЗ з групи (15-20) ТЕЗ, що підозрюються в несправності яка виявила система вбудованого контролю РЕЗО. Це дозволяє скоротити середній термін визначення ТС об’єкта РЕЗО за рахунок підвищення ймовірності достатності одиночного ЗІП-0 і тим самим підвищити КГ.

Результати досліджень впроваджені у холдінговій компанії ВАТ “Укрспецтехніка” у дослідно-конструкторській роботі “Альфан”; у Військовому інституті Київського національного університету імені Тараса Шевченка у науково-дослідній роботі “Діагностика” та у навчальному процесі, що підтверджується відповідними актами впровадження.

Особистий внесок здобувача. Основні наукові і прикладні результати дисертаційної роботи отримані здобувачем самостійно. Зі спільних публікацій особисто здобувачеві належить наступне: в [3] – ММ цифрових пристроїв на основі математичного апарата мереж Петрі; в [4] – методика побудови ТП для контролю ТС цифрових ТЕЗ, які містять елементи з ЗЗ. Ідеї співавторів в дисертаційному дослідженні не використовувались.

Апробація результатів дисертації. Основні наукові результати дисертації доповідалися й обговорювалися на Міжнародній конференції “DYNAMICAL SYSTEMS MODELLING AND STABILITY INVESTIGATION“, яка проходила в Київському національному університеті імені Тараса Шевченка на факультеті кібернетики (22.05.2001 р.), науково-практичній конференції, присвяченій 70-річчю створення кафедри військової підготовки в Київському національному університеті імені Тараса Шевченка, що проходила у Військовому інституті Київського національного університету (14.10.2003 р.), науковій конференції “Науково-теоретичні проблеми створення та застосування авіаційних та космічних систем”, яка проходила в Інституті авіаційно-космічних досліджень ім. Сікорського (10.04.2001 р.), а також на розширеному засіданні кафедри бойового застосування й експлуатації (радіоелектронного озброєння) ВІ КНУ.

Публікації. Основні наукові результати дисертації опубліковані в 9 роботах, із них 5 статей (три статті без співавторів) у виданнях, які приведені в переліку ВАК України, 3 тези доповідей і один звіт про НДР.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел. Загальний обсяг складає 177 сторінок машинописного тексту, з яких 38 сторінок займають ілюстрації, таблиці, додатки і список використаних джерел, що містить 64 найменування.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність роботи, сформульована мета і задачі дослідження, викладені основні наукові та практичні результати, отримані в роботі, а також основні положення, що виносяться на захист.

У першому розділі проведено аналіз стану і напрямків удосконалення систем обслуговування і ремонту РЕЗО, а також сформульовано задачі, мета й основні питання дослідження. За результатом проведеного аналізу встановлено, що існуюча система обслуговування та ремонту має серйозні недоліки, які зумовили зниження рівня експлуатаційної надійності об’єктів РЕЗО, тобто невідповідність цього рівня заданим вимогам. Одним із таких недоліків є відсутність безпосередньо на місцях дислокації об'єктів РЕЗО відносно простих і дешевих пристроїв контролю ТС групи (15-20) одиниць підозрюваних у несправності цифрових ТЕЗ, які може виявити система вбудованого контролю об’єкта РЕЗО. Показано, що це призводить до зниження ймовірності достатності ЗІП-0 і, як наслідок, істотного збільшення середнього часу відновлення ТВ і зменшення коефіцієнта готовності КГ об’єктів РЕЗО. В якості одного зі шляхів забезпечення необхідного рівня експлуатаційної надійності таких РЕЗО сформульована мета дисертаційного дослідження, яка полягає в науковому обґрунтуванні можливості розробки пристрою контролю ТС підозрюваних у несправності цифрових ТЕЗ, виявлених системою вбудованого контролю об’єкта, безпосередньо на місці дислокації РЕЗО.

Для досягнення сформульованої мети необхідно вирішити актуальну наукову задачу яка полягає в розробці методики контролю ТС цифрових ТЕЗ, які містять елементи з ЗЗ, безпосередньо на місці дислокації РЕЗО на основі математичного апарату мереж Петрі та модифікованого D-алгоритму, яка могла б стати науковою основою для створення відносно простого і дешевого пристрою контролю. Вирішення цієї наукової задачі містить сукупність взаємопов’язаних окремих задач, які визначають структуру та зміст наступних розділів дисертаційної роботи.

У другому розділі сформульовані вимоги до математичної моделі (ММ) цифрових ТЕЗ, відповідно до цих вимог розроблена ієрархічна ММ цифрових ТЕЗ. З урахуванням розробленої ММ у розділі розглянуті види типових несправностей цифрових ТЕЗ на логічному і функціональному рівнях, умови їх прояву і транспортування в контрольні точки об'єкта. Також у розділі проаналізована адекватність розробленої ММ і можливість її застосування до цифрових ТЕЗ, удосконалених і побудованих на новій елементній базі.

Розробка ієрархічної ММ цифрових ТЕЗ на основі математичного апарату мереж Петрі здійснюється в три етапи:

1. Декомпозиція цифрового ТЕЗ на функціональні вузли.

2. Побудова математичної моделі функціональних вузлів цифрового ТЕЗ на рівні логічного елемента.

3. Побудова математичної моделі цифрового ТЕЗ на функціональному рівні.

Перший етап виконується за три кроки.

На першому кроці здійснюється декомпозиція цифрового ТЕЗ на окремі великі інтегральні схеми (ВІС) та надвеликі інтегральні схеми (НВІС), що спрощує задачу аналізу ТЕЗ. Декомпозиція повинна здійснюватися таким чином, щоб ММ була адекватна його структурі, з належною точністю описувала функціонування і забезпечувала можливість повної перевірки цифрового ТЕЗ. Це проводиться відповідно до заданої схеми цифрового ТЕЗ. Сам процес декомпозиції закладений у його побудові як композиція окремих завершених ВІС і НВІС, що виконують покладені на них функції.

Результат цього кроку – отримання еквівалентної схеми ТЕЗ у вигляді об'єднання окремих ВІС і НВІС.

На другому кроці здійснюється аналіз і класифікація вхідних і вихідних каналів ВІС і НВІС. Канали ВІС і НВІС поділяються на внутрішні і зовнішні, а самі ВІС і НВІС представляються як об'єднання інформаційної системи (ІС) і керуючої системи (УС), що показано на рис. 1.

Рис. 1. Схема каналів ВІС і НВІС

Результатом другого кроку є закінчення підготовчої роботи для декомпозиції цифрового ТЕЗ на функціональні вузли.

На третьому кроці здійснюється декомпозиція ВІС і НВІС на функціонально завершені вузли (модулі), при цьому враховується, що вони являють собою схеми з кількома виходами, які необхідно перетворити з одним. Тому функціональний вузол схеми представляється у вигляді декількох елементів, кожному з яких відповідає еквівалентний елемент мережі Петрі.

Результатом третього кроку є побудована еквівалентна функціональна схема цифрового ТЕЗ, у якій елементами є виходи функціональних вузлів.

Другий етап. Побудова ММ функціональних вузлів цифрового ТЕЗ на рівні логічних елементів здійснюється в чотири кроки:

Перший крок – побудова бази даних, що містить еквівалентні схеми типових логічних елементів, на основі математичного апарату мереж Петрі. Сутністю побудови такої бази даних є заміна типових логічних елементів на їх еквівалентні схеми, що адекватно відображають роботу відповідних логічних елементів.

Другий крок – заміна частини елементів принципової схеми, охоплених зворотними зв'язками, еквівалентною схемою, що відображає зворотні зв'язки у вигляді елементів пам'яті. Це здійснюється на основі аналізу принципової схеми цифрового пристрою. Основною ідеєю при побудові еквівалентної схеми є те, що будь-який ЗЗ може бути перетворений у групу непослідовних зв'язків. Це проводиться з урахуванням того факту, що в жодній еквівалентній схемі, побудованій на основі математичного апарату мереж Петрі, що використовується для моделювання цифрових схем, електричний сигнал не проходить нескінченну кількість тактів у частинах схеми, охоплених ЗЗ (не відбувається нескінченний час зняття інформації з виходів схеми).

Третій крок – заміна логічних елементів принципової схеми на еквівалентні елементи, а також з'єднання цих елементів відповідно до логічних зв'язків і позицій. Для цього послідовно, “рухаючись” по схемі від входів до виходів ТЕЗ, здійснюється заміна цих елементів на відповідні еквіваленти, отримані на першому і другому кроках. Такий процес відбувається від входів принципової схеми об'єкта контролю до його виходів з одночасною нумерацією всіх позицій, що в кінцевому результаті представляє собою еквівалентну схему.

Четвертий крок – побудова ММ функціонального вузла на рівні логічного елемента. Після здійснення третього кроку початкова схема функціонального вузла заміняється перетвореною еквівалентною схемою з заміною ЗЗ. Ця еквівалентна схема і є ММ функціонального вузла на рівні логічного елемента. Отже, ММ функціонального вузла на рівні логічного елемента W0 представляється в наступному вигляді (де F – оператор перетворення схеми на еквівалентну, W0 – не перетворена схема, Wn – перетворена схема, n – кількість дій оператора F на початкову схему).

Результатом четвертого кроку є побудова ММ функціонального вузла на логічному рівні. Така модель дозволяє моделювати роботу функціонального вузла на ЕОМ. Це сприяє блочному моделюванню цифрових ТЕЗ, що є основою для моделювання цифрового ТЕЗ в цілому.

Третій етап. Розробка математичної моделі цифрових ТЕЗ на рівні функціонального вузла здійснюється в три кроки:

1. Побудова бази даних еквівалентних функціоналів для відповідних функціональних вузлів.

2. Аналіз еквівалентних функціоналів на наявність зворотних зв'язків.

3. Розробка ММ цифрового ТЕЗ на рівні функціонального вузла.

На першому кроці здійснюється заміна логічних елементів принципової схеми на еквівалентні логічні елементи з наступним отриманням еквівалентного функціоналу за умови збереження логічних взаємозв'язків. Для цього виконуються такі операції:

1. Вибір функціонального вузла. Для цього необхідно “рухатися” по схемі від елемента до елемента послідовно від входів до виходів.

2. Представлення булевої функції (функції, що приймає значення 1 або 0 і створюється з булевих операцій) обраного функціонального вузла.

3. Присвоєння відповідної змінної обраному функціональному вузлу (якщо він охоплений ЗЗ), який буде зберігати значення цього зв'язку.

4. Перевірка типу обраного функціонального вузла (елемент комбінаційного або послідовного типу), тобто чи зберігає функціональний вузол свій стан.

5. Спрощення формули, отриманої згідно з пунктами 1-4, за допомогою математичних формул булевої алгебри.

6. Перевірка отриманої формули на наявність у ній зайвих змінних.

На другому кроці здійснюється аналіз принципової схеми ТЕЗ на наявність ЗЗ та їх перетворення в еквівалентну схему (з представленими ЗЗ). Це дозволяє розробити математичну модель цифрового пристрою, що містить ЗЗ, а також здійснити блокове моделювання радіоелектронних схем (описувати частини схем як самостійні об'єкти).

На третьому кроці здійснюється розробка ММ цифрового ТЕЗ на функціональному рівні. Для цього здійснюється побудова узагальненого функціонала ТЕЗ, що складається з набору деяких підблоків, заданих на функціональному рівні відповідними функціоналами. Для побудови узагальненого функціонала ТЕЗ висуваються такі вимоги:

1. Зафіксувати рівень абстракції при розгляді предметних областей (побудови функціоналів).

2. Побудувати базу Fr, використовуючи ММ елементів на логічному рівні, а потім побудувати ММ об’єднань декількох елементів з бази Fr . Множина Fr є базою, в яку входять функціонали елементів на попередніх кроках. Це база елементарних логічних елементів (|&, |, |), об’єднана з базою елементів більш високого рівня.

При розгляді питання адекватності розробленої ММ використовується підхід так званих “змішаних моделей” схем. Це означає, що оскільки схема є комбінованою, то її адекватність слід доводити спочатку на найнижчому рівні, а потім “підніматися вгору” відповідно до рівнів ієрархії ТЕЗ, доводячи адекватність на більш високому рівні, виходячи з адекватності на попередніх рівнях.

Таким чином у другому розділі розроблено нову ММ цифрових ТЕЗ на основі математичного апарату мереж Петрі, що задовольняє сформульованим у роботі вимогам. Сутність моделі полягає у формалізованому описі процесу функціонування цифрових ТЕЗ на структурному і функціональному рівнях. На відміну від існуючих, дана модель є детермінованою і ієрархічною, що дозволяє врахувати відмови елементів, які охоплені ЗЗ.

Розроблена ММ передбачає побудову і поповнення бази даних типових логічних елементів і функціональних вузлів цифрових ТЕЗ, що дозволяє скоротити часові витрати при побудові ММ цифрових ТЕЗ, а також адаптувати побудовану ММ до удосконалених ТЕЗ.

Розглянуто формалізований опис типових видів несправностей на логічному і функціональному рівнях, який встановлює зв'язок між фізичною природою виникнення несправностей і математичного представлення їх прояву.

У третьому розділі розроблена методика побудови детермінованих ТП для контролю ТС цифрових ТЕЗ на основі модифікованого D-алгоритму. Розробка даної методики передбачає вирішення таких питань:

1. Формулювання основних вимог до ТП.

2. Розробка загальних правил формування ТП.

3. Розробка методики побудови ТП на основі модифікованого D-алгоритму.

4. Порівняльна оцінка довжини ТП, побудованої на основі розробленої методики.

5. Аналіз перспектив застосування розробленої методики до цифрових пристроїв, виготовлених на новій елементній базі.

Через складність структури цифрових ТЕЗ, що використовуються в РЕЗО, побудову ТП для них доцільно розпочати з його декомпозиції (поділу) на модулі (групи елементів, кожна з яких виконує окрему функцію) з використанням їх ММ. Декомпозиція цифрового ТЕЗ на модулі повинна здійснюватися таким чином, щоб його ММ була адекватна його структурі, з необхідною точністю описувала його функціонування і забезпечувала можливість контролю ТС.

Контроль ТС цифрових ТЕЗ необхідно проводити з використанням інформації про ТЕЗ на структурному і функціональному рівнях.

Аналіз внутрішньої структури ВІС, НВІС і цифрових ТЕЗ різних типів дозволив виділити три основні класи керуючих впливів:

команди підготовки вихідних даних до перетворення вхідних впливів EI у вихідні реакції EO;

команди обробки, що визначають алгоритм перетворення EI в EO;

команди виводу реакцій ТЕЗ EO у зовнішнє середовище.

Під елементарною перевіркою (ЕП) будемо розуміти однократний, функціонально закінчений набір вхідних впливів, а також реакцію об'єкта контролю на цей вхідний вплив. Вираз, що описує ЕП, можна представити в наступному вигляді:

.

Елементарну перевірку без ВР будемо називати елементарним тестовим впливом (ЕТВ), тобто .

Відомо, що команди ВІС або цифрового ТЕЗ можуть містити в собі в якості складової частини інформаційні вхідні впливи (ІВВ), для виконання окремих команд обробки може знадобитися виконання декількох команд підготовки вихідних даних. З огляду на дану обставину, використовуючи математичну модель, розроблену в розд. 2, представимо вираз для ЕТВ у наступному вигляді:

,

де EU1 – команда підготовки вихідних даних; EU2 – команда обробки;

EU3 – команда виводу вихідних даних; n – кількість команд підготовки вихідних даних, необхідних для виконання EU2l; mi – кількість ІВВ, необхідних для виконання EU2i; z – кількість додаткових інформаційних вхідних впливів, необхідних для виконання EU2l.

Найбільшу діагностичну цінність мають ЕТВ, ВР яких має максимальну відстань по Хеммінгу (іншими словами, мають мінімальне “перекриття” між собою), тобто для таких ЕТВ виконується умова

,

де l – кількість ЕТВ у ТП; EiS и EjS – ЕТВ, які належать ТП; Ф – функціонал, який реалізує цифровий ТЕЗ.

Таким чином, при контролі ТС цифрових ТЕЗ на його входи необхідно подавати ЕТВ послідовно, один за другим, щоб забезпечити послідовну перевірку складових елементів ТЕЗ. Загальна кількість ЕТВ повинна забезпечити перевірку всього устаткування ТЕЗ із заданою достовірністю контролю ТС. Розташовувати ЕТВ у ТП слід з урахуванням максимуму інформативності і мінімуму “перекриття” перевірок між собою.

Нині РЕЗО 3-го і 4-го поколінь складаються з ТЕЗ, що містять елементи зі ЗЗ. Існуючі методики не дозволяють здійснювати контроль ТС таких ТЕЗ без фізичного розриву ЗЗ, що обмежує їх застосування.

Для подолання цього обмеження пропонується розробити модифікований D-алгоритм на базі розробленого Ротом D-алгоритму, сутність якого полягає в побудові множини ЕТВ для заданої несправності цифрового ТЕЗ у два етапи:

перший етап – D-прохід (прямій хід D-алгоритму),

другий етап – операція довизначення (зворотний хід D-алгоритму).

На першому етапі визначаються всі можливі шляхи транспортування заданої несправності цифрового ТЕЗ на його виходи. При наявності в схемі елементів, які охоплені ЗЗ, необхідно розглядати шляхи проходження сигналу по ланцюгах цієї схеми без самоперетинів. Це здійснюється потактово – для кожного можливого шляху проходження сигналу визначаються вимоги кожного такту (під вимогами мається на увазі перерахування необхідних значень на доріжках сполучень між послідовними елементами ТЕЗ) для того, щоб задана несправність проявилася на його виході. Хід алгоритму на даному етапі спрямований від заданої несправності до виходів ТЕЗ. Розгляд шляху із самоперетинанням не може привести до появи нових вимог транспортування несправності на виходи ТЕЗ порівняно з розглядом того ж шляху, але без зациклювань. При здійсненні зворотного ходу для елементів, які охоплені ЗЗ, задача зациклювання сигналу вирішується аналогічно, оскільки процес побудови ТП для виконання вимог проходження тестового сигналу після зациклення не може дати ніяких нових результатів.

На другому етапі, здійснюється зворотний хід – хід алгоритму, спрямований від виходів ТЕЗ до його входів. На даному етапі здійснюється визначення всіх можливих видів вхідних впливів (ВВ), які виявляють задану несправність за умови, що вони задовольняють вимогам, сформульованим на першому етапі. Це визначення здійснюється для кожного шляху проходження ЕТВ окремо. Для цього проводиться потактова операція довизначення з побудовою таблиці для кожного такту відповідно, при якій будується таблиця вимог для виконання вимог наступного такту (вимог попередньої таблиці).

На даному етапі здійснюється визначення всіх можливих видів ВВ, які виявляють задану несправність за умови, що вони задовольняють вимогам, сформульованим на першому етапі. Це визначення здійснюється для кожного шляху проходження ЕТВ окремо. Для цього здійснюється потактова операція довизначення з побудовою таблиці для кожного такту відповідно, при якій будується таблиця вимог для виконання вимог наступного такту (вимог попередньої таблиці).

Перевагою модифікованого D-алгоритму є те, що він дозволяє отримати детерміновану ТП, використання якої сприяє скороченню часу контролю ТС цифрових ТЕЗ, які містять елементи зі зворотними зв'язками.

Таким чином, модифікований D-алгоритм дозволяє розробляти детерміновані ТП для контролю ТС цифрових ТЕЗ, що містять елементи, які охоплені зворотними зв'язками.

Методика побудови детермінованих ТП складається з трьох етапів:

1. Побудова множини ЕТВ для типових функціональних вузлів і узагальнених функціоналів цифрових ТЕЗ, які покривають типові несправності на функціональному рівні.

2. Визначення груп ЕТВ із множини ЕТВ цифрового ТЕЗ, для яких існує ЕТВ, що належать усім ЕТВ, які входять у групу.

3. Побудова детермінованої, раціональної ТП для контролю технічного стану цифрового ТЕЗ.

Перший етап складається з 5-ти кроків.

На першому кроці здійснюється декомпозиція ТЕЗ на типові функціональні вузли. Результатом першого кроку є декомпозиція ТЕЗ, представлена у вигляді схеми, що складається з типових функціональних вузлів.

На другому кроці здійснюється побудова ММ типового функціонального вузла на рівні логічного елемента. Результатом другого кроку є ММ типового функціонального вузла на рівні логічного елемента.

На третьому кроці на основі модифікованого D-алгоритму здійснюється побудова множини ЕТВ для контролю ТС типового функціонального вузла, що покривають типові несправності на рівні логічного елемента. Результатом третього кроку є побудова за допомогою модифікованого D-алгоритму групи ЕТВ для контролю ТС кожного із складових типового функціонального вузла ТЕЗ на рівні логічного елемента.

На четвертому кроці визначається узагальнений функціонал на основі розроблених ММ для типових функціональних вузлів, який описує ТЕЗ. Визначення узагальненого функціонала ТЕЗ відбувається на базі розробленої ММ, де i-му елементу ТЕЗ відповідає функціонал fi. Результатом четвертого кроку є побудова узагальненого функціонала ТЕЗ.

На п'ятому кроці здійснюється побудова ТП множини ЕТВ узагальненого функціонала цифрового ТЕЗ на функціональному рівні, що покривають типові несправності на функціональному рівні. Результатом п'ятого кроку є побудова на основі модифікованого D-алгоритму групи мінімальних ТП для контролю ТС цифрових ТЕЗ на функціональному рівні.

На другому етапі визначаються групи, в які входять ЕТВ із множини ЕТВ цифрового ТЕЗ, для яких існує ЕТВ, що належить усім ЕТВ, у групі. Для визначення цих груп ЕТВ, що перетинаються, здійснюється побудова N-1-ої таблиці можливих перетинань ЕТВ mi, елементи якого входять у дане перетинання. Перетинання виконується згідно з таким правилом: 00 = 0x = x0 = 0, 11 = 1x = x1 = 1, xx = x. Випадки 10 та 01 дають “неправду” і означають, що перетин неможливий.

Для кожного ТЕЗ визначається множина елементів, які потрібно перевірити на існування дефектів O={Oi}, і множина дефектів ТЕЗ ТЭЗ S={Si}, i I, де I є множиною, що індексує елементи ТЕЗ, які потрібно перевірити на існування дефекту. Під дефектом ТЕЗ Si розуміється дефект i-го елемента ТЕЗ.

Таким чином, таблиці перетинів будуються лише для ЕТВ, що покривають несправності елементів множини О.

Результатом другого етапу є побудовані таблиці перетинів груп ЕТВ, що покривають типові несправності ТЕЗ.

На третьому етапі здійснюється побудова раціональної, детермінованої ТП для контролю ТС цифрових ТЕЗ згідно з наступними правилами:

1. Першому обов'язковому ВВ відповідає перетин елементів множини ЕТВ M1, що “покриває” максимальну кількість типових несправностей ТЕЗ: , де S – множина заданих типових несправностей ТЕЗ.

2. Другому обов'язковому ВВ відповідає перетин елементів множини ЕТВ M2, яка покриває множину типових несправностей ТЕЗ , де B2 така, що , , j1, 2.

N. N-му обов'язковому ВВ відповідає перетин елементів множини ЕТВ Mт, що покриває множину типових несправностей ТЕЗ таку, що , , .

Результатом третього етапу є побудова раціональної, детермінованої ТП для контролю ТС цифрового ТЕЗ відповідно розроблених правил.

Таким чином, розроблено нову методику побудови детермінованих ТП для контролю ТС цифрових ТЕЗ на основі модифікованого D-алгоритму. Сутність модифікації полягає в обмеженні зациклювання проходження сигналу через елементи, які охоплені ЗЗ, і установці цих елементів у визначений стан. Це визначає новизну методики, яка дозволяє здійснювати побудову ТП як на логічному, так і на функціональному рівнях, автоматизувати процес розробки ТП для контролю ТС цифрових ТЕЗ, здійснювати побудову ТП для контролю ТС цифрових ТЕЗ, що містять елементи зі ЗЗ.

Розроблена методика дозволяє будувати і поповнювати базу даних ТП для типових функціональних вузлів, яка дає можливість здійснювати переход на більш високий рівень інтеграції цифрових елементів.

У четвертому розділі розроблена методика контролю ТС цифрових ТЕЗ безпосередньо на місці дислокації РЕЗО, проведена оцінка переваг розробленої методики порівняно з існуючими, розроблені технічні рішення, які направлені на виготовлення та експлуатацію пристрою контролю ТС.

Узагальнення результатів дисертаційної роботи дозволило розробити методику контролю ТС цифрових ТЕЗ, які містять елементи з ЗЗ, безпосередньо на місці дислокації РЕЗО. Основним призначенням методики є проведення ефективних у нинішніх умовах організаційно-технічних заходів, що дозволять достовірно виділяти несправні цифрові ТЕЗ із групи (15-20) підозрюваних безпосередньо на місці дислокації РЕЗО. Це забезпечується автоматизацією процесу контролю ТС цифрових ТЕЗ із використанням ієрархічної ММ і методики побудови ТП для контролю ТС цифрових ТЕЗ.

Застосування методики контролю ТС цифрових ТЕЗ безпосередньо на місці дислокації РЕЗО доцільно розділити на два етапи: підготовчий етап і етап експлуатації.

Підготовчий етап здійснюється завчасно до проведення контролю ТС цифрових ТЕЗ, на місці дислокації РЕЗО. На підготовчому етапі відбувається почергова декомпозиція цифрових ТЕЗ на типові функціональні вузли, розробка еквівалентної функціональної схеми ТЕЗ на основі математичного апарату мереж Петрі, декомпозиція типового функціонального вузла на типові логічні елементи, розробка ММ типового функціонального вузла, розробка ТП для контролю ТС типового функціонального вузла, розробка ММ цифрового ТЕЗ, розробка ТП для контролю ТС цифрового ТЕЗ.

Отримані дані підготовчого етапу є вихідними для створення бази даних, (математичних моделей, тестових послідовностей), використання якої дозволить скоротити час проведення контролю ТС цифрових ТЕЗ безпосередньо на місці дислокації РЕЗО на етапі експлуатації при заданій достовірності.

На етапі експлуатації за результатами роботи підготовчого етапу здійснюється контроль ТС підозрюваних у несправності групи (15-20) цифрових ТЕЗ, що виділила система вбудованого контролю РЕЗО. Використовуючи інформацію з бази даних, використовується програма визначення ТС цифрових ТЕЗ, основними кроками якої є:

1. Завантаження інформації з бази даних про ТЕЗ, у пристрій визначення ТС цифрових ТЕЗ.

2. Подача ТП на підозрюваний ТЕЗ.

3. Порівняння значень вихідних реакцій ТЕЗ, що перевіряється, з еталонними.

4. Прийняття рішення про технічний стан ТЕЗ, що перевіряється.

Структурна схема пристрою контролю ТС цифрових ТЕЗ зображена на рис. 2.

Рис. 2. Структурна схема пристрою контролю ТС цифрових ТЕЗ безпосередньо на місці дислокації РЕЗО

Вона складається з двох незалежних частин, кожна з яких може бути виготовлена з урахуванням потреб замовника та їх функціональної зв’язаності: діагностичних засобів (ДЗ) та інформаційної частини (ІЧ).

Ці дві частини узгоджують свою роботу за допомогою блоку сполучення, призначеного для передачі команд керування з ІЧ на ТЕЗ і транспортування вихідних реакцій з ТЕЗ в ІЧ.

Новизна методики полягає в тому, що в її основі лежить ієрархічна ММ цифрових ТЕЗ на структурному і функціональному рівнях і алгоритм побудови детермінованих ТП. Методика дозволяє автоматизувати процес контролю ТС цифрових ТЕЗ з використанням бази даних типових логічних елементів і функціональних вузлів. Це дає можливість істотно скоротити час контролю підозрюваних у несправності цифрових ТЕЗ за рахунок побудови раціональної, детермінованої ТП.

Розроблено технічні рішення направлені на виготовлення та експлуатацію пристрою контролю ТС цифрових ТЕЗ безпосередньо на місці дислокації РЕЗО. Розроблено структурну схему і програмне забезпечення пристрою контролю ТС цифрових ТЕЗ, що містить елементи з ЗЗ, що відповідають пред'явленим вимогам.

В результаті проведення техніко-економічного аналізу методики контролю ТС цифрових ТЕЗ РЕЗО визначено, що річні витрати на відновлювальні роботи об'єктів скорочуються більше, ніж на 15-20 %.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі проведено теоретичне узагальнення і нове вирішення актуальної наукової задачі – розробки методики контролю ТС цифрових ТЕЗ, які містять елементи зі ЗЗ, безпосередньо на місці дислокації РЕЗО на основі математичного апарату мереж Петрі і модифікованого D-алгоритму.

При проведенні дисертаційного дослідження отримана сукупність нових наукових і практичних результатів, які відображають сутність вирішеної в дисертаційній роботі задачі.

Основним науковим результатом роботи є розроблена методика контролю ТС цифрових ТЕЗ, які містять елементи з ЗЗ, безпосередньо на місці дислокації РЕЗО.

Розробка цієї методики стала можливою завдяки одержанню двох інших наукових результатів: ієрархічної ММ цифрових ТЕЗ на основі математичного апарату мереж Петрі і методики побудови ТП для контролю ТС цифрових ТЕЗ на основі модифікованого D-алгоритму.

Наведені вище наукові результати є новими. Їх новизна визначається тим, що вперше для контролю ТС цифрових ТЕЗ запропоновано використовувати нову методику контролю ТС цифрових ТЕЗ, які містять елементи з ЗЗ, безпосередньо на місці дислокації РЕЗО. Сутність даної методики полягає у тому, що для цифрового ТЕЗ будується ієрархічна ММ на основі математичного апарата мереж Петрі, а потім при використанні модифікованого D-алгоритму будується ТП для контроля ТС данного ТЕЗ. Модифікація D-алгоритму полягає в обмеженні зациклювання проходження сигналу через елементи, охоплені ЗЗ, і встановленні цих елементів у визначений стан, що дозволяє виявляти відмови елементів, охоплених ЗЗ.

Розроблена методика відрізняється від відомих тим, що вона дозволяє автоматизувати процес побудови ТП для контролю ТС цифрового ТЕЗ із використанням бази даних типових логічних елементів і функціональних вузлів, суттєво скоротити час контролю підозрюваних у несправності цифрових ТЕЗ за рахунок побудови детермінованої ТП і виявляти відмови елементів, охоплених ЗЗ.

З використанням отриманих наукових результатів розроблені структурна схема і програмне забезпечення пристрою контролю ТС цифрових ТЕЗ безпосередньо на місці дислокації РЕЗО, що відрізняється відносно невеликою вартістю, простотою у виготовленні й використанні і малому часі контролю.

Достовірність результатів забезпечена коректними постановками задач, використанням сучасного апробованого математичного апарату і підтверджена збігом результатів теоретичних розрахунків за допомогою розроблених моделей з результатами моделювання.

Слід зауважити, що отримані в дисертації нові наукові результати можуть мати подвійне застосування, тобто вони можуть бути використані для контролю ТС цифрових ТЕЗ, застосовних не тільки на місці безпосередньої дислокації РЕЗО, але і для проведення контролю ТС складних цифрових пристроїв радіоелектронної апаратури народногосподарського призначення, які містять елементи з ЗЗ.

Таким чином, розроблена в дисертації методика контролю ТС цифрових ТЕЗ, які містять елементи з ЗЗ, є результатом вирішення сформульованої наукової задачі, що науково обґрунтовує можливість і доцільність розробки відносно простих і дешевих пристроїв