ISSN 0236-235X (P)
ISSN 2311-2735 (E)

Публикационная активность

(сведения по итогам 2017 г.)
2-летний импакт-фактор РИНЦ: 0,500
2-летний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования: 0,405
Двухлетний импакт-фактор РИНЦ с учетом цитирования из всех
источников: 0,817
5-летний импакт-фактор РИНЦ: 0,319
5-летний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования: 0,264
Суммарное число цитирований журнала в РИНЦ: 6012
Пятилетний индекс Херфиндаля по цитирующим журналам: 404
Индекс Херфиндаля по организациям авторов: 338
Десятилетний индекс Хирша: 17
Место в общем рейтинге SCIENCE INDEX за 2017 год: 527
Место в рейтинге SCIENCE INDEX за 2017 год по тематике "Автоматика. Вычислительная техника": 16

Больше данных по публикационной активности нашего журнале за 2008-2017 гг. на сайте РИНЦ

Вход


Забыли пароль? / Регистрация

Добавить в закладки

Следующий номер на сайте

1
Ожидается:
16 Декабря 2018

Средства автоматизации системы управления техническим диагностированием радиоэлектронной аппаратуры

Automatic means of operating system of communications-electronics equipment technical diagnosis
Статья опубликована в выпуске журнала № 1 за 2013 год. [ на стр. 103-108 ][ 04.03.2013 ]
Аннотация:Оперативность восстановления радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) в случае ее отказа зависит от эффективно-сти функционирования системы технического диагностирования (СТД), основной задачей которой является поиск места и причины отказа (локализация отказа). Опыт эксплуатации сложной РЭА показывает, что существующая СТД не обеспечивает требуемого времени локализации отказа. Одной из причин этого является недостаточный уровень подготовки обслуживающего персонала. С учетом того, что подготовка специалистов по эксплуатации техники практически не совершенствуется, а в результате реформирования военного образования может даже ухудшиться, необходим другой подход к решению данной проблемы. Очевидным направлением совершенствования СТД является создание автоматизированной системы управления техническим диагностированием. В свою очередь, это требует формализации процесса локализации отказа РЭА. В работе на основе анализа процесса локализации отказа аналоговой и цифровой РЭА авторами получены концептуальные положения, определяющие принцип локализации отказа. С учетом данных положений разработана структурно-функциональная модель, позволяющая формально описать процесс локализации отказа РЭА. На основе формализованного описания возможна автоматизация системы управления техническим диагностированием аппаратуры.
Abstract:The promptitude of communications-electronics equipment recovery (CEE) in the case of its failure depends on efficiency of technical diagnosis system (TDS) functioning, the main task of it is searching of the place and the reason of failure (fault isolation). Complicated CEE operational experience shows that existing TDS does not provide requested time for fault isolation. One of the reasons for this is the lack of operating staff qualification. Considering that training of specialists in technical maintenance almost does not upgrade and can even worsen due to military education reforming, another problem solving approach is needed. An obvious way to improve TDS is to create an automated technical diagnosis control system. And it requires to formalize the process of communications-electronics equipment fault isolation. In this article, based on the analysis of fault isolation process of analog and digital communications-electronics equipment, conceptual provisions defining the fault isolation principle are received. Considering these provisions, structural-functional model that allows to describe the CEE fault isolation process officially is developed. Based on the formal description, the automation of the technical diagnosis of the equipment system is possible.
Авторы: Игнатьев С.В. (pogrebnserg@mail.ru) - Ярославское высшее военное училище противовоздушной обороны, (филиал в г. Ярославль, Россия, Тихонов В.Б. (нет) - Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского, Ярославль, Россия, кандидат технических наук, Беглецов А.А. (нет) - Военное представительство МО РФ, Москва, Россия
Ключевые слова: формализованное описание процесса локализации отказа., структурно-функциональная модель аппаратуры, автоматизация, локализация отказа, техническое диагностирование радиоэлектронной аппаратуры
Keywords: formal description of fault isolation process, structural- functional model of equipment, automation, fault isolation, technical diagnosis of communications-electronics equipment
Количество просмотров: 6091
Версия для печати
Выпуск в формате PDF (5.29Мб)
Скачать обложку в формате PDF (1.21Мб)

Размер шрифта:       Шрифт:

При эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) возможен отказ, место и время появления которого практически невозможно предугадать. В этом случае возникает задача локализации отказа аппаратуры. Существует мнение, что современная РЭА практически полностью охвачена элементами контроля и диагностирования и решение данной задачи особого труда не составляет, однако опыт ее эксплуатации показывает, что в действительности это не так.

Эффективность эксплуатации РЭА определяется уровнем подготовки обслуживающего персонала, то есть глубиной знания аппаратуры и основных принципов локализации отказа, умением использовать внешние панели устройств при настройке и проверке технического состояния, опытом эксплуатации аппаратуры. Однако подготовка специалистов по эксплуатации техники (обслуживающего персонала) практически не совершенствуется, а в условиях реформирования военного образования может даже ухудшиться. В результате существующий уровень подготовки персонала, обслуживающего сложную РЭА, не соответствует требуемому.

Одним из подходов к снижению влияния данного несоответствия является применение системы поддержки принятия решения технического диагностирования, другими словами, автоматизированной системы управления техническим диагностированием. В свою очередь, это требует разработки методологического подхода к формализации процесса локализации отказа РЭА.

Для формализованного описания процесса локализации отказа РЭА необходимо проанализировать процесс локализации отказа аппаратуры, разработать диагностическую модель РЭА, обеспечивающую формализованное решение задачи локализации отказа, и математический аппарат поддержки принятия решения при локализации отказа на основе данной диагностической модели.

Анализ процесса локализации отказа РЭА выполнен с использованием работ [1–5]. Принципиальные различия в построении аналоговой и цифровой частей, и в первую очередь их контрольно-диагностических составляющих, позволяют говорить о наличии различных подходов к локализации отказа.

В работе конструкций аналоговых устройств заложены основные принципы обработки сигналов, например выделение сигнала цели и ракеты из состава принятого радиолокатором, усиление сигнала, получение информации о координатах и параметрах движения цели и ракеты. Функциональная часть аналоговых устройств представляет собой строго последовательные тракты прохождения сигналов через обрабатывающие устройства. Контрольно-диагностическая часть в недостаточной мере обеспечивает своевременную фиксацию отказа аппаратуры. При этом следует отметить, что в аналоговой части аппаратуры достаточно сильно развита система доступа к контрольным точкам с помощью органов управления и контроля, расположенных на внешних панелях блоков. Она обеспечивает настройку и контроль параметров, определяющих работоспособность аппаратуры. Применительно к радиотехническим системам анализ локализации отказа аналоговой части аппаратуры представляет собой следующую последовательность действий:

–      распознавание функциональной задачи, которую не выполняет РЭА;

–      определение ряда параметров, различным образом связанных с данной функциональной задачей;

–      проверка выбранных параметров и определение среди них параметров с отклонениями от требований нормативно-технической документации;

–      определение функций (сигналов), участвующих в формировании этих параметров;

–      определение элементов замены, отвечающих за формирование функций (считается, что именно они являются источником отказа);

–      проверка правильности локализации отказа.

Основной задачей цифровой части РЭА является организация вычислительного процесса с данными, которые представляют собой, как правило, оцифрованные сигналы, поступающие с аналоговой части аппаратуры. Цифровая часть выполнена в виде функциональных узлов, объединенных в модули со строго распределенными задачами: долговременное хранение информации, оперативное хранение информации, организация обмена с внешними и внутренними абонентами, выполнение арифметических, логических и других операций. В отличие от аналоговой части изделия контрольно-диагностическая составляющая цифровой части является наиболее развитой. Она содержит аппаратурный и программный контроль. В совокупности оба контроля обеспечивают требуемую глубину проверки техники компенсацией недостатков одного вида контроля достоинствами другого. Для цифровой части РЭА локализация отказов выглядит следующим образом:

–      проверка технического состояния изделия;

–      проверка технического состояния модулей и межмодульных связей;

–      анализ содержимого регистров состояния (словосостояния, диагностики);

–      локализация функционально законченного узла модуля;

–      локализация неработоспособных элементов в аппаратуре;

–      анализ отказа.

В результате общего анализа получаем следующие концептуальные положения:

1)    РЭА создается для решения функциональной задачи;

2)    функциональные задачи связаны с параметрами работоспособности РЭА;

3)    параметры работоспособности РЭА связаны с функциями ее элементов;

4)    РЭА имеет строго иерархическую структуру;

5)    функция реализуется посредством физической структуры (элемента аппаратуры);

6)    отказ аппаратуры означает невыполнение функциональной задачи, нахождение параметра работоспособности за пределами допуска и отсутствие функции элемента аппаратуры.

Данные положения будем использовать для решения задачи формализованного описания процесса локализации отказа.

Согласно четвертому и пятому концептуальным положениям, модель аппаратуры должна нести информацию о взаимном расположении и функциональном назначении элементов аппара- туры. Модель, обеспечивающую выполнение данных требований, будем называть структурно-функциональной моделью. Ее назначением является описание структуры (составляющих элементов) и функций (назначений составляющих элементов) РЭА – вплоть до сигналов (входных и выходных). Для создания структурно-функцио­нальной модели аппаратуры необходимо решить задачу формализации РЭА, то есть осуществить переход от конкретных разнотипных элементов изделия к формальным (абстрактным) однотипным. Наиболее просто данная задача решается с использованием графов. В общем понятии граф – это система точек, некоторые из которых соединены отрезками. Точки именуются вершинами, а отрезки – ребрами. В качестве математического представления графов, как правило, используют матрицы смежности вершин, матрицы смежности ребер и матрицы инцидентности [5]. Существуют и другие способы описания графов, однако они не учитывают функциональное назначение элементов и ограничиваются лишь описанием их взаимного расположения. Следствием этого является отсутствие возможности идентификации элементов графа по функциональным признакам и идентификации состояния графа как объекта определенного функционального назначения. Таким образом, построение структурно-функциональной модели РЭА подразумевает решение двух частных задач [4]:

–      переход от РЭА к графу (данный переход должен обеспечить представление элементов РЭА в виде элементов графа и функций (сигналов) элементов РЭА в виде функций элементов графа);

–      создание модели графа, описывающей как взаимное расположение элементов, так и их функциональное назначение.

Для решения первой частной задачи представим типовые элементы замены аппаратуры вершинами, а электрические связи между ними – ребрами. Ребра ориентируем в соответствии с направлением прохождения сигналов в аппаратуре. Электрические узлы разветвления и объединения также представим в виде вершин графа.

Для примера рассмотрим простейшую схему (рис. 1), в которой присутствуют основные варианты электрических связей элементов: разветвление, объединение, а также прямая и обратная связи.

Соответствующий схеме структурный граф (СГ) изображен на рисунке 2.

Таким образом, для любой РЭА можно построить соответствующий СГ, используя правило: вершины графа представляют собой структурно неделимые на данном уровне иерархии элементы изделия и электрические узлы разветвления и объединения, а ребра – электрические связи между ними.

Вторая частная задача построения структурно-функциональной модели РЭА решается в три этапа [4]:

1) описание элементов СГ и их взаимного расположения;

2) описание функционального назначения элементов графа;

3) совмещение результатов первого и второго этапов.

Первый этап. Допустим, имеется граф из n+m+1 элементов (рис. 3), в котором Sn+m+1 – вершина; s1, s2, … si, …, sn – входящие в вершину ребра; sn+1, sn+2, … sn+g, …, sn+m – выходящие из вершины ребра. В общем случае n¹m. Очевидно, что семейство входящих ребер связано с семейством выходящих ребер и элементом связи является вершина. Используя основные операторы алгебры высказываний, формально опишем семейства ребер с помощью оператора логического сложения Ú, а их взаимосвязь – с помощью оператора логического умножения &.

Оператор эквиваленции Û установит соответствие между вершиной и ребрами с учетом их взаимосвязи:

Sn+m+1Û (s1Ús2Ú…ÚsiÚ…Úsn) &

& (sn+1Úsn+2Ú … Úsn+gÚ … Úsn+m).                      (1)

Выражение (1) можно прочитать следующим образом: Sn+m+1 – это вершина, которая устанавливает взаимосвязь между ребрами s1, s2, …, si, …, sn и sn+1, sn+2, …, sn+j, …, sn+m.

Аналогичным образом можно описать ребро графа.

Набор связанных определенным образом элементов будет представлять собой систему из уравнений вида (1).

Второй этап. Опишем элемент графа следующим уравнением:

F=S*(A),                                                                   (2)

где F – множество значений функции; S* – функция элемента; A – множество определений функции.

В общем случае функциональным предназначением s* элемента графа s будем считать отображение множества A в F:

                                                  (3)

или

  (4)

Третий этап. Совместим уравнения (1) и (4) следующим образом:

(5)

Поясним справедливость такого совмещения. В левой части выражения (5) элемент графа sn+m+1 предназначен для выполнения функции s*n+m+1, следовательно, sn+m+1 и s*n+m+1 неразрывно связаны друг с другом. При этом несостоятельность одного из них неминуемо влечет за собой несостоятельность другого. Математически это реализуемо с помощью оператора логического умножения &.

В правой части выражения (5) элемент графа si соединен с элементом sn+m+1 в целях создания для последнего определения функции ai. Аналогичным образом элемент графа sg соединен с элементом sn+m+1 в целях приема от последнего значения функции fg. Математически неразрывная связь между si и ai, а также sg и fg реализуема с помощью оператора логического умножения &. Оператор  назовем оператором логического перемещения. Он выполняет одновременно два действия – отображение и логическое умножение, то есть () & (&). Причем () указывает, какое воздействие производится, а (&) – как оно воздействует.

В результате получаем, что отсутствие выражения с правой либо с левой стороны знака  влечет за собой отсутствие всей правой части выражения (5), то есть

              (6)

или

(7)

В общем случае структурный граф из k элементов опишется системой из k уравнений:

      (8)

где q, r, …, n – количество элементов si, обеспечивающих формирование набора определений ai для элементов s1&s1*, s2&s2*, …, sk&sk* соответственно; h, t, …, m – количество элементов sg, обеспечивающих получение набора значений fg для элементов s1&s1*, s2&s2*, …, sk&sk* соответственно.

Перейдем от функций типовых элементов замены РЭА (сигналов на входах и выходах) к функциям элементов графа (ai и fg), а также от самих элементов РЭА к элементам графа. В результате получим структурно-функциональную модель аппаратуры, которая представляет собой систему уравнений (8).

Из четвертого, пятого и шестого концептуальных положений вытекает, что исходными данными для локализации отказа РЭА должны быть значения функций элементов аппаратуры на требуемом уровне иерархии структуры. Формально эти данные можно представить в виде вектора подозреваемых (в отсутствии) значений функций:

,                                                       (9)

где Вuпфq – q-й элемент вектора подозреваемых значений функций; u – уровень иерархии элементов аппаратуры [5].

Вектор Впф представляет собой матрицу в один столбец. Его содержимое позволяет сформировать математическую модель СГ, характеризующего предполагаемое состояние изделия. Формирование основывается на изменениях, вносимых в системы уравнений (8). Если установлено, что некоторые значения функций подозреваются в невыполнении, то на основе эталонной системы (8), описывающей РЭА в работоспособном состоянии, можно получить систему предполагаемого состояния, которая описывает аппаратуру в неработоспособном состоянии. Для этого приравняем в выражениях системы (8) значения подозреваемых в невыполнении функций к нулю.

Для получения элементов S&S* СГ, в котором определены отсутствующие значения функций, необходимо из правой части системы уравнений, описывающей СГ изделия в работоспособном состоянии, поэлементно вычесть правую часть системы уравнений, описывающей СГ изделия в предполагаемом состоянии. Данное действие осуществляется следующим образом. Из правой части каждого уравнения эталонной системы поэлементно вычитается правая часть соответствующего уравнения предполагаемой системы.

В общем случае подозреваемые в неработоспособности элементы аппаратуры при известном векторе подозреваемых значений функций определяются выражением

    (10)

где Sэталk&S*k – k-й элемент системы уравнений, описывающий элемент СГ изделия в работоспособном состоянии (эталонная система); Sпредk&S*k – k-й элемент системы уравнений, описывающей элемент СГ изделия в предполагаемом состоянии (предполагаемая система); Sподk&S*k – k-й элемент системы уравнений, описывающий элемент СГ изделия в неработоспособном состоянии (подозреваемая система) [7].

Таким образом, общий концептуальный подход к локализации отказа РЭА позволил разработать структурно-функциональную модель аппаратуры (8) и с ее помощью формально описать процесс локализации отказа (10), который заключается в следующем. Оператор формирует вектор подозреваемых в невыполнении функций (9). На его основе из эталонной системы путем приравнивания к нулю соответствующих функций формируется подозреваемая система. Подозреваемая система, позволяющая перейти к неработоспособным элементам, получается как разность эталонной и предполагаемой систем. Выполнение вышеуказанных действий на ЭВМ позволит в кратчайшие сроки выдавать обслуживающему персоналу подозреваемые в неработоспособности тепловых элементов замены РЭА.

В результате средства автоматизации системы управления техническим диагностированием включают структурно-параметрическую модель РЭА и формализованное описание процесса локализации отказа РЭА.

Литература

1.     Джейкокс Дж. Руководство по поиску неисправностей в электронной аппаратуре; [пер. с англ. А.И. Зильбермана]. М.: Мир, 1989. 176 с.

2.     Давыдов П.С. Техническая диагностика радиоэлектронных систем. М.: Радио и связь, 1988. 256 с.

3.     Оре О. Теория графов. М.: Наука, 1980. 336 с.

4.     Клемин А.А., Игнатьев С.В. Структурно-функциональ­ная модель радиоэлектронной аппаратуры // Актуальные проблемы вузов ВВС: Межвуз. сб. науч. тр. Вып. 11. М.: МО РФ, 2001.

5.     Игнатьев С.В. Об одном подходе к формализованному описанию процесса локализации отказа радиоэлектронной аппаратуры // Актуальные вопросы разработки и внедрения информационных технологий двойного применения: Тез. докл. V Всеросс. науч.-практич. конф. Ярославль, 2004.


Постоянный адрес статьи:
http://www.swsys.ru/index.php?page=article&id=3393&lang=
Версия для печати
Выпуск в формате PDF (5.29Мб)
Скачать обложку в формате PDF (1.21Мб)
Статья опубликована в выпуске журнала № 1 за 2013 год. [ на стр. 103-108 ]

Возможно, Вас заинтересуют следующие статьи схожих тематик: