Объектом технического диагностирования называется изделие, его составные части, техническое состояние которых подлежит определению. Техническое диагностирование представляет собой процесс определения технического состояния объекта диагностирования. Завершением процесса диагностирования является установление вида технического состояния. Различают следующие виды технического состояния: работоспособное и неработоспособное, исправное и неисправное, правильное функционирование и неправильное функционирование.
Объект должен удовлетворять требованиям, установленным технической документацией. Возникающие в объекте дефекты нарушают это соответствие. Задача диагностирования состоит в том, чтобы своевременно обнаружить дефекты, найти места и причины их возникновения, восстановить нарушенное дефектами соответствие объекта техническим требованиям.
Чтобы убедиться, что объект исправен, то есть, в нем нет ни одной неисправности, проводят проверки исправности. Исправленный объект всегда работоспособен и функционирует правильно.
Техническое диагностирование с целью определения мест, причин и вида дефектов объекта называется поиском дефектов.
Техническое диагностирование осуществляется с помощью технических средств.
Различают системы тестового диагностирования, когда на объект подают специально организованные тестовые воздействия от средств диагностирования и функционального диагностирования, когда на объект поступают только рабочие воздействия.
При поиске неисправности аппаратуру представляют в виде функциональной модели. Строят несколько функциональных моделей: для устройства в целом с глубиной поиска неисправности до блока или модуля, для каждого блока или модуля, с глубиной поиска до каскада или отдельного компонента.
Исходными данными для построения функциональной диагностической модели являются:
1) функциональная схема объекта контроля и диагностики;
2) принципиальная схема объекта контроля и диагностики;
3) описание процессов, протекающих в объекте диагностирования;
4) заданная глубина поиска неисправностей.
При построении функциональной модели пользуются следующими правилами:
1) в каждом функциональном элементе должны быть известны значения (номинальные допуски) входных и выходных параметров, их функциональная зависимость и способ контроля;
2) функциональный элемент модели объекта диагностирования считается неисправным, если при всех входных сигналах, лежащих в допустимых пределах, на его выходе появляется сигнал, значение которого выходит из допустимых пределов;
3) значения внешних входных сигналов всегда находятся в пределах допусков;
4) линии связи между функциональными элементами считаются абсолютно надежными;
5) любой функциональный элемент модели может иметь только один выходной сигнал при произвольном конечном числе входных сигналов. Если у блока несколько выходов, то такой блок разбивается на несколько блоков по числу контролируемых выходов. У каждого блока оставлены только те входы, которые формируют данный выход. Функциональная модель выполняется в виде графической схемы, на которой каждый функциональный элемент обозначается в виде прямоугольника с некоторым количеством входных сигналов (входных стрелок) и одним выходным сигналом (выходной стрелкой);
6) при выходе из допустимых пределов хотя бы одного из входных сигналов появляется выходной сигнал, который также выходит из допустимых пределов.
Выход любого функционального элемента можно соединять с любым числом входов, а вход любого элемента соединяют только с одним выходом.
Входы, не соединенные ни с одним выходом, называются внешними. Они передают внешнее воздействие на диагностируемый объект. Внешнее воздействие обозначается через xij, где i – номер функционального элемента, j – номер входа этого элемента. Вход функционального элемента обозначается zi, где i – номер функционального элемента.
Построение таблицы неисправностей или матрицы состояний
В системе маловероятно одновременное появление двух отказов. Для каждого элемента возможны два альтернативных исхода (исправен – неисправен).
Число различных состояний диагностируемой системы с учетом отказов одновременно одного функционального элемента сводится в таблицу состояний или матрицу неисправностей. Число строк матрицы равно числу функциональных элементов системы. Число столбцов равно числу выходных сигналов системы.
Пусть неисправен i-й функциональный элемент. Этому состоянию соответствует недопустимое значение выходного сигнала zi и на пересечении si строки и zi столбца записывается 0. Если при этом любой j-й функциональный элемент имеет так же недопустимое значение zj, то на пересечении si строки и zj столбца так же записывают 0. Если значение выходного сигнала в допуске, на пересечении записывают 1.
Полученная матрица неисправностей используется при разработке программ поиска неисправностей.
Основные способы построения алгоритмов поиска неисправностей
При построении алгоритма способом последовательного функционального анализа предварительно определяются, исходя из назначения информационной системы, основные параметры, характеризующие исправность системы. Последовательно контролируя сигналы на выходе каждого элемента системы, можно определить неисправный элемент.
Способ последовательного функционального анализа прост, нагляден. Полученный с использованием этого способа алгоритм поиска неисправностей не оптимален ни во времени, ни по средним затратам.
Способ половинного разбиения используется при разработке алгоритмов поиска неисправностей в информационных системах с последовательно соединенными элементами.
Диагностируемая информационная система, состоящая из N последовательно включенных элементов, неработоспособна из-за отказа i-го элемента (i = 1, 2, … , N). Целесообразно контролировать такой выходной сигнал, который разбивает объект диагностики пополам. Каждый последующий параметр для контроля выбирается аналогично, т. е. делят пополам образующуюся систему после выполнения предыдущей проверки, в зависимости от результатов её исхода.
Способ построения алгоритма поиска неисправностей на основе информационного критерия позволяет выбрать минимальное количество контролируемых параметров и определить последовательность их контроля.
Исходные данные для этого способа задаются в виде функциональной модели диагностируемой системы и таблицы неисправностей. Таблицы составляются в виде транспонированной матрицы состояний, где столбцы соответствуют всем возможным состояниям диагностируемого объекта, а строки – выходным сигналам функциональных элементов. Контроль может иметь два исхода: параметр в допуске – 1, или параметр не в допуске – 0.
Диагностируемый объект разделяется на N элементов, вероятности состояний которых одинаковы.
P(S1) = P(S2) = … = P(SN) = 1/N.
Энтропия системы с равновозможными состояниями:
Результат контроля k-го параметра диагностируемого объекта даёт некоторое количество информации о нем.
Количество информации измеряют уменьшением энтропии исследуемой системы,
Ik = H0 – Hk,
где Hk – средняя условная энтропия диагностируемого объекта при условии контроля k-го выходного сигнала; Ik – количество информации.
Поскольку, в результате контроля принимаются лишь два решения, то средняя энтропия:
где и – вероятности положительного и отрицательного решений; и – энтропии, соответствующие диагностируемому объекту после выполнения контроля выходного сигнала Zk.
Вероятности и находятся по матрице состояний, как отношение числа единиц M и нулей N – M к общему числу состояний N в k-й строке.
; .
Тогда
Контроль k-го выходного сигнала дает следующее количество информации: Последовательно вычисляем значения Ik (где k = 1, 2, …, N) и по убывающей определяем значимость выходного сигнала Zk.
Первым контролируется сигнал Zk, дающий наибольшее количество информации.
После контроля 1-го параметра определяем количество информации, получаемое при контроле каждого оставшегося параметра относительно состояния, характеризующегося энтропией Условная энтропия
где – вероятность положительного решения при контроле параметра Zn; m1 – количество единиц в n-й строке таблицы состояний относительно m единиц в k-й строке, m2 – количество единиц в n-й строке относительно N – m нулей k-й строки.
;
Выражение для вычисления количества условной информации имеет вид:
По максимуму условной информации выбирается второй контролируемый параметр. По такой же схеме выбираются остальные параметры.
и 
– вероятности положительного и отрицательного решений; 
и 
– энтропии, соответствующие диагностируемому объекту после выполнения контроля выходного сигнала Zk.
и 
находятся по матрице состояний, как отношение числа единиц M и нулей N – M к общему числу состояний N в k-й строке.
; 
.
Условная энтропия
– вероятность положительного решения при контроле параметра Zn; m1 – количество единиц в n-й строке таблицы состояний относительно m единиц в k-й строке, m2 – количество единиц в n-й строке относительно N – m нулей k-й строки.
;
