Лекция 05_2_Методы контроля и диагностики цифровых систем

1.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ И
УСТРОЙСТВ
Жизненный цикл цифровой системы
Цифровой системе присущи иерархичность структуры, связь с
внешней средой, взаимосвязь элементов, из которых состоят подсистемы,
наличие управляющих и исполнительных органов и т.п.
При этом все изменения цифровой системы, начиная с момента ее
создания (возникновения необходимости ее создания) и кончая полной
утилизацией, образуют жизненный цикл (ЖЦ), характеризуемый рядом
процессов и включающий различные стадии и этапы.

2.

Жизненный цикл цифровой системы – это совокупность
исследования, разработки, изготовления, обращения, эксплуатации и
утилизации системы от начала исследования возможностей ее создания
до окончания использования по назначению.
Составляющими жизненного цикла являются:
- стадия исследования и проектирования цифровых систем, на которой
осуществляются исследования и отработка замысла, формирование
уровня качества, разработка проектной и рабочей документации,
изготовление и испытание опытного образца, разработка рабочей
конструкторской документации;

3.

- стадия изготовления цифровых систем, включающая:
технологическую подготовку производства; становление производства;
подготовку изделий к транспортировке и хранению;
- стадия обращения изделий, на которой организуется
максимальное сохранение качества готовой продукции в период
транспортировки и хранения;
- стадия эксплуатации, на которой реализуется, поддерживается и
восстанавливается качество системы, она включает: целевое
использование,
в
соответствии
с
назначением;
техническое
обслуживание; ремонт и восстановление после отказа.

4.

Стадии жизненного цикла цифровой системы
Поисковые исследования
Научно
исследовательские
работы (НИР)
1.
Постановка
научной 1. Разработка
проблемы
технического
задания на НИР
2. Анализ публикаций по 2. Формализация
исследуемой проблеме
технической идеи
Опытно-конструкторские
разработки (ОКР)
1.
Разработка
задания на ОКР
технического 1. Изготовление и
испытание
установочной
2. Разработка эскизного проекта
серии
3. Изготовление макетов
3. Теоретические
исследования и
разработка научных
концепций
(исследовательский
задел)
3. Исследование рынка
4. Техникоэкономическое
обоснование
Промышленное
производство
2. Корректировка
конструкторский
4.
Разработка
технического документации
проекта
(КД) по
результатам
5. Создание рабочего
изготовления и
проекта
испытания
установочной
6. Изготовление опытных
серии
образцов, их испытание
3. Серийное
7. Корректировка
производство
конструкторской
документации (КД) по
результатом
изготовления и
испытания опытных
образцов
8.
Техническая
производства
подготовка,
Эксплуатация
1. Приработка
2. Нормальная
эксплуатация
3. Старение
4. Ремонт или
утилизация

5.

Эксплуатация системы — стадия жизненного цикла, на которой
реализуется
(функциональное
использование),
поддерживается
(техническое обслуживание) и восстанавливается (техническое
обслуживание и ремонт) её качество.
Часть эксплуатации, включающая транспортирование, хранение,
техническое обслуживание и ремонт, называют технической
эксплуатацией.

6.

Основные задачи теории технической эксплуатации цифровых
систем
Теория технической эксплуатации систем рассматривает:
• математические модели деградационных процессов в работе систем,
старения и износа узлов,
• методы расчета и оценки надежного функционирования систем,
• теорию
диагностирования
и
прогнозирования
отказов
и
неисправностей в системах,
• теорию оптимальных профилактических мероприятий,
• теорию восстановления и методы увеличения технического ресурса
систем и т. д.

7.

На первом этапе исследования осуществляется решение следующих
задач:
- оптимальное управление эксплуатационными процессами,
- разработка оптимальных моделей эксплуатации цифровых систем,
- составление оптимальных планов организации техобслуживания,
- выбор оптимальных профилактических процедур,
- разработка методов эффективной технической диагностики и
прогнозирование технического состояния систем.

8.

Основная задача теории эксплуатации состоит в научном
прогнозировании состояний сложных систем или технических
устройств и выработке с помощью специальных моделей и
математических методов анализа и синтеза этих моделей рекомендаций по
организации их эксплуатации.
При решении основной задачи эксплуатации используется
вероятностно-статистический подход к прогнозированию и управлению
состояниями сложных систем и моделированию эксплуатационных
процессов.

9.

Техническая эксплуатация цифровых систем сводится к оптимизации
деятельности человеко-машинных систем и процедур управляющих
воздействий человека на функционирование систем.
Поэтому режимы эксплуатации цифровых систем можно различать в
зависимости от отношений человеко-машинной системы:
• предэксплуатационные режимы систем,
• эксплуатационные режимы систем,
• режимы технического обслуживания и режимы ремонта систем.
Режимы различаются определенными этапами и фазами, типом
процедур управляющих воздействий техперсонала на функционирование
систем.

10.

Режимы эксплуатации зависят в основном от качества элементной
базы систем, степени использования микропроцессорной техники в
составе аппаратуры, комплекса контрольно-измерительной аппаратуры,
степени обучения техперсонала, а также других обстоятельств, связанных
с обеспечением запасными элементами систем.
Кроме того, режимы эксплуатации обусловлены основными
требованиями, предъявляемыми цифровым системам: верностью
передачи информации, временем задержки в доставке информации,
надежностью доставки информации.
Эксплуатация систем — это процесс их использования по
назначению при поддержании систем в технически исправном состоянии,
который состоит из цепочки различных последовательных и
планомерных мероприятий: техобслуживания, профилактики, контроля,
ремонта и т. д.

11.

Техобслуживание систем характеризуют три основных этапа:
- профилактическое обслуживание,
- контроль и оценка технического состояния,
- организация техобслуживания.
Определить степень влияния отдельных этапов техобслуживания на
надежность систем весьма затруднительно, но известно, что они
оказывают существенное влияние на качество и надежность
функционирования систем.
Контроль и оценка технического состояния систем производится
контролем за качеством функционирования узлов систем, методами
технической диагностики отказов и неисправностей, а также реализацией
алгоритмов прогнозирования отказов в системах.

12.

Общие принципы построения системы технической эксплуатации
Общая задача системы технической эксплуатации (СТЭ) состоит в
обеспечении бесперебойного функционирования цифровых систем,
поэтому основным направлением развития СТЭ является автоматизация
важнейших технологических процессов эксплуатации.
Функциональной задачей технической эксплуатации является
выработка управляющих воздействий, компенсирующих влияние
внешней и внутренней сред с целью поддержания заданного технического
состояния цифровых систем.
Эта общая функция делится на две: общую эксплуатацию —
управление состоянием внешней среды и техническую эксплуатацию —
управление состоянием внутренней среды. При этом управление
состоянием внутренней среды заключается в управлении ее техническим
состоянием.

13.

Структурная схема автоматизированной системы технической
эксплуатации: ПНРМ — подсистема пусконаладочных и ремонтных
работ; СТХ — подсистема снабжения, транспортирования и хранения;
СОИСТЭ — подсистема сбора и обработки информации СТЭ; ТТД —
подсистема тестового технического диагностирования; ЭОСТЭ —
подсистема эргономического обеспечения СТЭ; УСТЭ — подсистема
управления СТЭ.

14.

АСТЭ состоит из двух подсистем: подсистемы технической
эксплуатации при подготовке и использовании цифровых систем (ТЭПИ)
и подсистемы технической эксплуатации при использовании цифровых
систем по назначению (ТЭИН).
Подсистема
ПНРМ
СТХ
СОИСТЭ
ТТД
ЭОСТЭ
УСТЭ
Основные функции
Организация пусконаладочных работ вновь вводимых цифровых
систем, а также текущего, среднего и
капитального ремонтов
Размещение и пополнение ЗИП, баз снабжения и заводов изготовителей ЗИП, транспортирование и хранение ЗИП
Планирование использования цифровых систем и ведение
эксплуатационной
документации,
сбор
и
обработка
эксплуатационных
данных,
разработка
рекомендаций
по
совершенствованию СТЭ
Определение технического состояния, обнаружение дефекта с заданной глубиной, взаимодействие с подсистемой функционального
технического диагностирования (ФТД)
Выполнение части функций ТТД, требующих участия человека,
обеспечение двухсторонней связи в системе «человек — машина»,
участие в проведении текущего ремонта, выполняемого без прекращения функционирования
Определение очередности выполнения задач ТТД, ЭОСТЭ для
конкретных условий, управление процессом восстановления,
обработка результатов выполнения задач ТТД и ЭОСТЭ, организация взаимодействия с другими элементами цифровых систем

15.

Наличие СТЭ позволяет значительно уменьшить время обнаружения
неисправностей в цифровых системах и на основе контрольной информации о состоянии систем предупреждать появление простоев в ее
работе. С этой целью организуются центры технической эксплуатации
цифровых систем.
В современных цифровых системах распространен статистический
метод обслуживания, который заключается в том, что ремонтновосстановительные работы начинаются после того, как качество
функционирования достигло критического значения.
Если при контроле за состоянием элементов систем появляются
признаки снижения качества функционирования, то они отключаются от
сети для восстановления работоспособности.

16.

Контроль функционирования цифровых систем осуществляется по
совокупности параметров, характеризующих их работоспособность.
Контроль функционирования цифровых систем осуществляется по
следующим характеристикам:
- верности передачи сообщений;
- времени передачи сообщений;
- вероятности своевременной доставки сообщений;
- среднему времени доставки сообщений и др.

17.

Алгоритм системы функциональной диагностики цифровой системы

18.

Задачи и классификация систем технической диагностики
Переход к широкому применению БИС, СБИС и МПК в цифровых
системах создал вместе с бесспорными преимуществами и ряд серьезных
проблем в их эксплуатационном обслуживании, связанных в первую
очередь с процессами контроля и диагностики.
Известно, что затраты на поиск и устранение неисправностей на этапе
производства составляют от 30% до 50% общих затрат на изготовление
устройств.
На этапе эксплуатации не менее 80% времени восстановления
цифровой системы приходится на поиск неисправного сменного
элемента.

19.

В целом затраты, связанные с обнаружением, поиском и устранением
неисправности возрастают в 10 кратном размере при прохождении
неисправности через каждый технологический этап и от входного
контроля интегральных микросхем до выявления отказа на этапе
эксплуатации обходятся в 1000 раз дороже.

20.

Общие задачи контроля и диагностики цифровых систем и ее
составных частей обычно рассматриваются с точки зрения основных
стадий разработки, производства и эксплуатации.
Наряду с общими подходами к решению этих задач имеются и
существенные различия, обусловленные специфическими особенностями
присущими этим стадиям.
На стадии разработки цифровых систем решаются две задачи
контроля и диагностики:
1. Обеспечение контролепригодности цифровой системы в целом и ее
составных частей.
2. Отладка, проверка исправности и работоспособности составных
частей и цифровой системы в целом.

21.

При контроле и диагностике в условиях производства цифровой
системы обеспечивается решение следующих задач:
1. Выявление и отбраковка дефектных компонентов и узлов на ранних
этапах изготовления.
2. Сбор и анализ статистической информации о дефектах и типах
неисправностей.
3. Снижение трудоемкости и, соответственно, стоимости контроля и
диагностики.

22.

Контроль и диагностика цифровой системы в условиях эксплуатации
имеют следующие особенности:
1. В большинстве случаев достаточна локализация неисправностей на
уровне конструктивно-съемного узла, как правило, типового элемента
замены (ТЭЗ).
2. Высока вероятность появления к моменту ремонта не более одной
неисправности.
3. В большинстве цифровых систем предусмотрены некоторые
возможности контроля и диагностики.
4. Возможно ранее обнаружение предотказовых состояний при
профилактических осмотрах.

23.

Для объекта, подлежащего техническому диагностированию должны
быть установлены вид и назначение системы диагностирования.
Основные области применения систем диагностирования:
а) на этапе производства объекта: в процессе наладки, в процессе
приемки;
б) на этапе эксплуатации объекта: при техническом обслуживании в
процессе применения, при техническом обслуживании в процессе
хранения, при техническом обслуживании в процессе транспортировки;
в) при ремонте изделия: перед ремонтом, после ремонта.

24.

Системы диагностирования предназначаются для решения одной или
нескольких задач: проверки исправности; проверки работоспособности;
проверки функционирования: поиска дефектов.
При этом составляющими системы диагностирования являются:
объект технического диагностирования (ОТД), под которым
понимают объект или его составные части, техническое состояние
которых подлежит определению;
средства
технического
диагностирования,
совокупность
измерительных приборов, средства коммутации и сопряжения с объектом.
Техническое диагностирование (ТД) осуществляется в системе
технического диагностирования (СТД), которая представляет собой
совокупность средств и объекта диагностирования и при необходимости
исполнителей, подготовленная к диагностированию и осуществляющая
его по правилам, установленным документацией.

25.

Система технического диагностирования работает в соответствии с
алгоритмом ТД, который представляет совокупность предписаний о
проведении диагностирования.
Условия проведения ТД, включающие состав диагностических
параметров (ДП), их предельно допустимые наименьшие и наибольшие
предотказовые значения, периодичность диагностирования изделия и
эксплуатационные параметры применяемых средств, определяют режим
технического диагностирования и контроля.

26.

Диагностический параметр (признак) - параметр, используемый в
установленном порядке для определения технического состояния объекта.
Системы технического диагностирования (СТД) могут быть
различными по своему назначению, структуре, месту установки, составу,
конструкции, схемотехническим решениям. Они могут быть
классифицированы по ряду признаков, определяющих их назначение,
задачи, структуру, состав технических средств:
- по степени охвата ОТД;
- по характеру взаимодействия между ОТД и системой технического
диагностики и контроля (СТДК);
- по используемым средствам технического диагностирования и
контроля; по степени автоматизации ОТД.

27.

По степени охвата системы технического диагностирования могут
быть разделены на локальные и общие.
Под локальными понимают системы технического диагностирования,
решающие одну или несколько задач - определения работоспособности
или поиск места отказа.
Общими – называют системы технического диагностирования,
решающие все поставленные задачи диагностики.

28.

По используемым средствам технического диагностирования
системы ТД можно разделить на:
системы с универсальными средствами ТДК (например ЭВМ);
системы со специализированными средствами (стенды, имитаторы,
специализированные ЭВМ);
системы с внешними средствами, в которых средства и ОТД
конструктивно отделены друг от друга;
системы со встроенными средствами, в которых ОТД и СТД
конструктивно представляют одно изделие.

29.

По степени автоматизации системы технического диагностирования
можно разделить на:
автоматические, в которых процесс получения информации о
техническом состоянии ОТД осуществляется без участия человека;
автоматизированные, в которых получение и обработка информации
осуществляется с частичным участием человека;
неавтоматизированные (ручные), в которых получение и обработка
информации осуществляется человеком-оператором.
Аналогичным образом могут классифицироваться и средства
технического диагностирования: автоматические; автоматизированные;
ручные.
Применительно к объекту технического диагностирования системы
диагностики должны: предупреждать постепенные отказы; выявлять
неявные отказы; осуществлять поиск неисправных узлов, блоков,
сборочных единиц и локализовать место отказа.

30.

ЭЛЕМЕНТЫ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ И ПРОБЛЕМЫ
ПОВЫШЕНИЯ ИХ НАДЕЖНОСТИ
Цифровые системы, основные критерии их надежности
Основной задачей современных цифровых систем является повышение
эффективности и качества передачи информации.
Решение этой задачи развивается в двух направлениях: с одной стороны, совершенствуются методы передачи и приёма дискретных
сообщений для увеличения скорости и достоверности передаваемой
информации при ограничении затрат, с другой стороны, разрабатываются новые методы построения цифровых систем,
обеспечивающие высокую надежность их работы.

31.

Такой подход требует разработки цифровых систем, реализующих
сложные алгоритмы управления в условиях случайных воздействий с
необходимостью
адаптации
и
обладающих
свойством
отказоустойчивости.
Применение для этих целей БИС, СБИС и МПК позволяет обеспечить
высокую эффективность каналов передачи информации и способность в
случае отказа быстро восстановить нормальное функционирование
цифровых систем.
В дальнейшем под современной цифровой системой будем
понимать такую систему, которая строится на основе БИС, СБИС и
МПК.

32.

Структурная схема цифровой
системы приведена на.
Передающая часть цифровой
системы
осуществляет
ряд
преобразований
дискретного
сообщения
в сигнал
.

33.

Совокупность операций, связанных с преобразованием передаваемых
сообщений в сигнал, называется способом передачи, который можно
описать операторным соотношением
где
- оператор способа передачи;
- оператор кодирования;
- оператор модуляции;
- случайный процесс возникновения сбоев и отказов в
передатчике.
Появление сбоев и отказов в передатчике приводит к увеличению
числа ошибок в цифровой системе. Вследствие этого необходимо таким
образом проектировать передатчик, чтобы увеличение числа ошибок
было достаточно малым.

34.

Пути повышения надежности цифровых систем
Современные цифровые системы, представляют собой сложные
территориально распределённые технические комплексы, выполняющие
важные задачи по своевременной и качественной передаче информации.
Техническое обслуживание и обеспечение необходимых ремонтновосстановительных работ для сложных цифровых систем является важной
проблемой.
При выборе цифровых систем необходимо убедится, что их
производители готовы осуществить техническую поддержку в течении не
только гарантийного, но и всего срока службы, т.е. до наступления
предельного состояния. Таким образом, при принятии решения о
приобретении цифровых систем операторам необходимо учитывать
долговременные затраты на ее техническое обслуживание и ремонт.

35.

Качество предлагаемых услуг, а также размеры затрат, которые несёт
операторская компания в своей деятельности, в значительной степени
зависит от подготовки и организации процесса технического
обслуживания и ремонта цифровых систем. Поэтому задача
совершенствования методов технического обслуживания и ремонта,
территориально распределённых цифровых систем приобретает всё
большую актуальность.
Известно, что требования международных стандартов в области
качества обязывают оператора связи как поставщика услуг включать в
область системы качества – техническое обслуживание и ремонт
цифровых систем.

36.

Как показывает международный опыт развитых стран, в которых уже
пройдён период массовой цифровизации сети телекоммуникаций и
внедрения принципиально новых услуг, эффективно эта задача решается
созданием развитой инфраструктуры организационно-технической
поддержки, включающей в себя также систему сервис центров и
центры ремонта.
Поэтому поставщики цифровых систем должны организовать центры
сервисного обслуживания для осуществления гарантийного и
послегарантийного обслуживания своего оборудования, текущей её
эксплуатации и ремонта.

37.

Обычно структура системы сервис центров включает в себя:
- главный сервис центр, координирующий работу всех остальных
сервис центров и имеющий возможность выполнять наиболее сложные
виды работ;
- региональные сервис центры;
- службы технического сервиса оператора связи.
Однако, как показывает практика, наряду с высоким качеством
поставляемого оборудования и его широкими функциональными
возможностями возникает и ряд проблем:
- недостаточное развитие (а в ряде случаев отсутствие) сети сервисного
обслуживания поставляемых цифровых систем;
- поставщиков цифровых систем больше, чем сервис центров;
- высокая стоимость ремонта цифровых систем .

38.

В
этой
связи
к
поставщикам
необходимо
предъявлять
соответствующие требования по организации технического обслуживания
поставляемого оборудования и срокам замены неисправных узлов
цифровых систем.
Так как уровень удобства функций технического обслуживания
цифровых систем варьируется от системы к системе, то и работа с
различными
системами
требует
разной
степени
подготовки
обслуживающего персонала. Как показывает практика, по-разному строят
фирмы поставщики телекоммуникационного оборудования и свою
стратегию организации сервисной поддержки:
- создание главного сервис центра технической поддержки;
- создание развитой сети региональных центров поддержки;
- поддержка через сеть дистрибьюторов и своё представительство;
- поддержка силами дилерской сети.

39.

В настоящее время существует большое разнообразие форм, методов и
видов технического обслуживания. Услуги заказчикам предоставляются в
четырёх различных формах:
- самообслуживание силами самих заказчиков;
- обслуживание на месте эксплуатации оборудования;
- обслуживание в центрах, производящих не ремонт, а замену;
- обслуживание в центрах ремонта.

40.

В настоящее время не существует единой концепции сервисного
обслуживания.
1. Одни операторские компании придерживаются мнения, что
главной задачей является ускорение ремонта, что достигается заменой
плат и даже блоков, которые затем проходят полный цикл контроля и
восстановления их работоспособности в центрах ремонта, оснащённых
комплектом современного диагностического оборудования.
2. Другие операторские компании предпочитают переходить к
ремонту на уровне элементов, для локализации неисправностей
которых они используют новейшие диагностические средства высокой
функциональной сложности.

41.

В настоящее время известны следующие основные направления работ
по повышению надежности функционирования цифровых систем:
1. В первую очередь надежность повышается за счет использования
высоконадежных компонентов. Это направление сопряжено со
значительными затратами средств и обеспечивает лишь решение задачи
безотказности, но не ремонтопригодности.
Односторонняя ориентация при создании систем на достижение
высокой безотказности (за счет использования более совершенной
элементной базы и узлов) в ущерб ремонтопригодности, во многих
случаях не приводит, в конечном счете, к повышению коэффициента
готовности в реальных условиях эксплуатации. Это связано с тем, что
даже высококвалифицированные специалисты с использованием
традиционных технических средств диагностики тратят на поиск и
локализацию неисправностей в сложных современных цифровых
системах до 70-80% активного времени ремонта.

42.

2. Вторым направлением повышения надежности является
дублирование или резервирование технических средств и каналов
связи. Это направление требует вложения больших экономических и
трудовых затрат, что в конечном итоге ведет в ряде случаев к
неоправданному расточительству, кроме того, в этом случае должна быть
обеспечена повышенная надежность самих переключающих устройств.

43.

3. Это направление связано с улучшением эксплуатационных и
технических
характеристик,
путем
улучшения
показателей
ремонтопригодности средствами технической диагностики.
Необходимо отметить, что в существующих цифровых системах
отсутствуют средства, которые позволили бы оперативно осуществлять
селектирование
канальных
ошибок
от
ошибок,
вызванных
аппаратурными источниками в передающей и приемной частях (модемах,
кодеках, устройствах синхронизации и т.д.).
В таких цифровых системах обнаружение факта отказа, поиск и
локализация аппаратурных источников неисправностей производится в
режиме «Авария связи».

44.

Структурная схема элемента цифровой системы передачи информации,
с контрольными точками. Устройство управления и контроля, наряду с
основными устройствами преобразования сигналов (УПС) и защиты от
ошибок (УЗО), также контролирует детектор качества сигналов (ДКС),
устройство сопряжения (УС) и оконечное оборудование данных (ООД).

45.

Одной из основных задач является оценка состояний качества
дискретных каналов, которые классифицируются как работоспособное и
неработоспособное состояние.
Известно, что качество дискретных каналов оценивается качеством
передачи информации по каналам:
- методом оценки через вторичные статистические характеристики
сигналов (искажений элементов, сигналов стирания ошибок);
- методом оценки через параметры сигналов;
- методом оценки через параметры помех.

46.

Результаты этих оценок используются как для диагностики
технического состояния канала передачи данных, так и для повышения
верности принимаемой последовательности сигналов.
Подсистема технической диагностики состоит из аппаратных и
программных средств, обеспечивающих оценку информативных
диагностических
признаков,
позволяющих
путем
обработки
диагностической информации с заданной вероятностью, и глубиной
диагностировать технические состояния цифровых систем.

47.

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ ЦИФРОВЫХ
СИСТЕМ
Особенности современных цифровых систем как объекта контроля
и диагностики
Особенности контроля и диагностики цифровых плат с БИС и СБИС
характеризуется следующим:
- широким диапазоном характеристик БИС и СБИС;
- количеством контрольных тестов, которое может достигать несколько
тысяч;
- цифровые платы с БИС и СБИС имеют магистральный принцип
организации, что требует обеспечения обмена данными по 4, 8, 16 разрядным шинам за один период тактовой частоты, а также
одновременный многоканальный контроль;

48.

- магистральные шины в большинстве БИС и СБИС имеют
двунаправленный режим работы, поэтому контрольное оборудование
должно обеспечивать переключение с передачи на приём в течение
одного периода тактовой частоты;
- цифровые платы с БИС и СБИС могут иметь в интерфейсных схемах
несколько двунаправленных каналов ввода-вывода;
- так как временные характеристики играют важную роль, то операции
контроля должны производится на частоте, близкой к рабочей частоте до
10 – 20 МГц.

49.

Микропроцессорные системы (МПС) также имеют ряд особенностей,
которые не позволяют использовать традиционное оборудование:
- описание схем затруднено, так как их функции, в MПС реализуются
микропрограммами, хранящимися в ПЗУ. Работа этих схем скрыта в
алгоритме программы;
- аналогичные трудности возникают в связи с динамичностью работы
MПС, в которых импульсные сигналы обычно действуют в течение
нескольких микросекунд, а затем исчезают. Поэтому нужно знать, не
только где смотреть, но и когда смотреть;
- параллельная структура шин, к которым подключено сразу несколько
устройств по схеме ИЛИ затрудняет обнаружение источника
неисправностей.

50.

Таким образом, можно указать на общие особенности цифровых плат
на базе БИС, СБИС и МПК, определяющих сложность их контроля:
- повышенная сложность объекта контроля;
- ограниченный допуск к контролируемым узлам;
- шинная организация;
- необходимость контроля в реальном масштабе времени;
- микропрограммное управление МП;
- неполнота контроля комплектующих БИС и СБИС;
- влияние на устойчивость функционирования МПС входных
проводимостей БИС, СБИС и элементов конструкции;
- высокая стоимость обнаружения и устранения дефектов и др.

51.

Анализ моделей неисправности цифровых устройств
Основным состоянием цифрового устройства является исправное –
такое состояние устройства, при котором оно удовлетворяет всем
требованиям технической документации. В противном случае устройство
находится в одном их неисправных состояний.
Если установлено, что цифровое устройство неисправно, то решается
вторая задача: осуществляется поиск неисправности схемы, цель которого
– определение места и вида неисправности.
Неисправности цифрового устройства появляются в результате
применения неисправных компонентов, возникновения разрывов или
коротких замыканий в межкомпонентных соединениях, нарушение
условий эксплуатации схемы, наличие ошибок при проектировании и
производстве, а также ряд других факторов.

52.

В большинстве случаев рассматриваются следующие виды
неисправностей:
Константные неисправности: константный нуль и константная
единица, что означает наличие постоянного уровня логического нуля или
логической единицы на входах и выходе неисправного логического
элемента.
Неисправности
типа
«короткое
замыкание»
(мостиковые
неисправности) появляются при коротком замыкании входов и выходов
логических элементов и подразделяются на два вида: неисправности,
вызванные коротким замыканием входов логического элемента, и
неисправности типа обратной связи.

53.

Инверсные неисправности описывают физические дефекты цифровых
схем, приводящие к появлению фиктивного инвертора по входу или
выходу логического элемента, входящего в данную схему.
Неисправности типа «перепутывание» заключаются в перепутывании
связей цифровой схемы и вызываются ошибками, возникающими при
проектировании и производстве цифровых схем, которые изменяют
функции, выполняемые схемой.

54.

Жизненный цикл цифровых систем в период, их технической
эксплуатации который, можно характеризовать через интенсивность
отказа
На кривой можно выделить три характерные области:
I. предэкслуатационная тренировка и испытания.
II. нормальная эксплуатация.
III. старение, износ и утилизация.

55.

В первый период предэксплуатационных испытаний выявляются в
основном большинство производственных дефектов и неисправностей.
Они составляют до 70 – 80% отказов системы в целом.
Во второй период система проходит нормальную эксплуатацию,
поэтому наблюдаются отказы и неисправности с минимальной
интенсивностью.
В третьем периоде
резко возрастает в виду деградационных
процессов, и система нуждается в капитальном ремонте или в
утилизации.

56.

Характер и вид отказов в эти три периода технической эксплуатации
систем в основном разнотипные: если в первый период превалируют
производственные ошибки, то в третьем – наблюдается резкое отклонение
численных значений основных параметров элементов, обусловленные
процессами деградации и устраняемые в определённой мере способом
регулировок и подстроек.
Анализ причин и видов отказов в разные временные отрезки позволяет
активно вмешиваться в производственный процесс и минимизировать
погрешности за счет влияния человеческого фактора (проводить обучение
техперсонала, снабдить их прогрессивной контрольно-измерительной
техникой и т.д.).

57.

Интенсивность отказов отдельных элементов цифровых систем
имеет следующие пределы:
ИС – 0.1· 10-6
Диод – (0,2 – 0,5) ·10-6
Центральный процессор – 152·10-6
Транзистор – (0,05 – 0,30) ·10-6
Резистор – (0,01 – 0,1)·10-6
Печатающее устройство – 420·10-6
Пайка – 0,0001·10-6
ОЗУ – 300·10-6
НМД – 250·10-6
НМЛ – 350·10-6
Разъёмы – (2,0 – 3,5) · 10-6

58.

В зависимости от сложности и трудоёмкости локализации дефектов
время его обнаружения колеблется в широких пределах.
Наличие дефектов значительно увеличивает стоимость производства,
ухудшает качество и надежность функционирования схемы.
Распределение дефектов по разным этапам технологического процесса
следующее:
1. Входной контроль изделий – 1,9 ÷3,2% .
2. Комплектование – 0,9 ÷ 1,2% .
3. Подготовка и формовка элементов – 0,8 ÷1,0% .
4. Сборка – 3 ÷ 4% .
5. Пайка – 5 ÷ 6% .
6. Межоперационные перемещения изделий – 0,4 ÷ 0,6% .

59.

В целом до 20% печатных узлов содержат те или иные дефекты,
которые необходимо выявлять и исправлять.
Испытания показывают, что:
- короткие замыкания печатных проводников – 34%;
- обрывы печатных проводников – 27%;
- неправильная ориентация – 15%;
- пропущенные и ошибочно установленные элементы – 17%;
- дефектные элементы – 5%, а прочие дефекты - 2% .

60.

Аналогичные данные по другой технологии показывают, что:
- поток годных печатных узлов – 67%, а 33% - дефектные.
Виды дефектов следующие:
- короткие замыкания – 50%;
- отсутствие элементов – 20%, а неверно установленные элементы – 10%;
- неисправности активные –10%, а пассивные – 10%.
Виды дефектов интегральной микросхемы следующие:
- поверхностные дефекты ИС – 38,9%;
- дефекты корпуса – 26%;
- дефекты выводов – 10,3%;
- дефекты соединений – 5,2%;
- дефекты металлизации – 6,6%;
- объёмные дефекты в - 6,6%;
- дефекты в окисле – 6,4%.

61.

В результате появления дефекта наблюдаются отказы или сбои.
Отказ системы (устройства) - это полная или частичная утрата
системой (устройством) работоспособности, на восстановление которой
необходимо произвести ремонт (замена) неисправного элемента, блока
или устройства.
Таким образом, сложная система может иметь огромное множество
состояний, которые условно разделяются на работоспособные и
неисправны состояние.

62.

Каждое состояние системы обычно задаётся вероятностными
параметрами или разрабатываются разной степени сложности
математические модели, степень адекватности которой реальному
процессу иной раз невозможно установить никакими измерениями.
В неработоспособном состоянии какие-то функциональные параметры
системы выходят за пределы нормы.
Поэтому при помощи технической диагностики получается
информация о техническом состоянии системы с целью управления этим
состоянием и возвращением системы в работоспособное состояние.

63.

Граф технического состояния системы

64.

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ
ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ
Логические зонды и токовые индикаторы
Конструктивная компоновка современных цифровых систем включает
сменные цифровые платы, заменяемые при ремонте.
Поиск неисправностей в таких устройствах при использовании
традиционной
контрольно-измерительной
аппаратуры
не
дает
приемлемых результатов, а в ряде случаев является практически
невозможным.

65.

Традиционной контрольно-измерительной аппаратурой являются
осциллографы, которые позволяют наблюдать на экране форму и
последовательность сигналов и измерять их параметры.
Для контроля редких и однократных сигналов применяются
запоминающие осциллографы, которые имеют достаточно высокую
скорость записи, однако они имеют конечное время воспроизведения
регистрирующих сигналов.
Более совершенными являются цифровые осциллографы, которые
преобразуют исследуемый сигнал в цифровую форму и записывают
полученные данные в быстродействующее ЗУ.

66.

Несмотря на широкие возможности осциллографов, применение их
при диагностировании цифровых устройств ограничено длиной входных
последовательностей импульсов.
Если длина входных последовательности равна десяткам или сотням
тактовых интервалов, наблюдение ее на экране осциллографа становится
практически невозможным.
При этом изменение одного бита данных в цифровых устройствах
может сделать всю цифровую систему неработоспособной.

67.

Сложные контрольно-диагностические средства позволяют проводить
диагностику в цифровой плате с точностью до нескольких возможных
источников неисправностей.
Это объясняется тем, что функциональный контроль осуществляется
со стороны определенных контактов схемы (внешних выводов или
разъемов).
При этом некоторые точки являются недоступными, в связи, с чем
возникает неопределенность диагностики неисправностей.
Логические зонды позволяют контролировать уровень постоянного
или переменного напряжения в исследуемой точке схемы. При этом
индикатор расположен непосредственно на приборе, а сами логические
зонды используются для измерения логических состояний внутренних
узлов цифровой платы.

68.

В большинстве случаев на этапе эксплуатации цифровые платы
лакированы и нет возможности обеспечить гальваническую связь
средств диагностики с самим объектом диагностики.
В этих случаях поиск несправных элементов, осуществляемых с
помощью различных средств диагностики сопряжен с нарушением
лакокрасочного покрытие цифровой платы.
Принимая во внимание высокую плотность используемого печатного
монтажа, это может привести к коротким замыканиям проводников или
выводов интегральных микросхем (ИМС).

69.

Для контроля токов в проводниках плат печатного монтажа и ИМС,
защищенных изоляционным покрытием применяются бесконтактные
индикаторы импульсных токов, осуществляющих индикацию без разрыва
токопроводящих проводников и нарушения изоляции.
Эти индикаторы могут применятся для поиска замыканий, разрывов
цепи, неисправностей в схемах монтажной логики и в шинах с тремя
состояниями.

70.

Метод бесконтактного измерения импульсных токов, основанный на
применении миниатюрных магниточувствительных элементов,
устанавливаемых в непосредственной близости от проводников с
измеряемым током.
Бесконтактный контроль тока обеспечивает возможность съема
информации практически с любых внутренних точек проверяемой
цифровой платы.
При этом активизация используемых цепей обеспечивается
генератором стимулирующих импульсов, а регистрация протекающих
токов – бесконтактным токовым индикатором, измеряющим амплитуду
любого импульса в импульсной последовательности.

71.

Логические анализаторы
Общими контрольно-измерительными приборами, нашедшими
применение, как на стадии проектирования, так и на стадии производства
и эксплуатации цифровых устройств являются логические анализаторы.
Эти приборы позволяют зарегистрировать и отобразить в
кодированном
виде
последовательность
логических
состояний
исследуемых узлов, цифровой платы не нарушая их естественного
функционирования.

72.

Процесс контроля логических схем с помощью традиционных
приборов отличается значительной трудоемкостью, а в некоторых случаях
практически не осуществим по нижеследующим причинам:
1) невозможность наблюдения логических процессов, проходящих
одновременно в нескольких точках;
2) трудности контроля одноразовых процессов и длинных логических
последовательностей;
3) неопределенности момента измерения, трудности в синхронизации
измерительных приборов, отсутствие логических синхронизации;
4) неудобные для логического анализа формы представления
информации;
5) невозможность выборочного контроля процессов, протекающих в
цифровой плате.

73.

Особенности, характерные для логических анализаторов:
1) возможность наблюдения и обработки сигналов одновременно по
нескольким каналам;
2) параллельная регистрация и запоминания данных по всем каналам;
3) нормирование входных сигналов по логическим уровням;
4) возможность регистрации коротких по сравнению с периодом
повторения сигнала импульсных помех;
5) возможность декодирования и сравнения полученных данных с
эталонными.

74.

Логические анализаторы характеризуются числом каналов емкостью
памяти, частотой записи, способами синхронизации и запуска, формами
представления данных.
В наиболее общем виде логический анализатор состоит из следующих
блоков:
- компаратора уровней входных сигналов (КУ),
- запоминающего устройства (ЗУ),
- логического компаратора (КЛ),
- генераторов задержки (ГЗ) и синхросигналов (ГСС),
- переключателя режима (ПР),
- устройства запуска УЗ и управления визуальным выводом УУВВ;
- дисплея (индикатора) (Д).

75.

76.

Поступающие на входные каналы анализатора сигналы в момент
поступления синхроимпульса передаются на компаратор уровней
входных сигналов, где распределяются в зависимости от величины
напряжения по логическим уровням.
Сформированное компаратором уровней входное слово поступает на
входы ЗУ и логического компаратора. ЗУ организовано таким образом,
что каждое новое слово сдвигает предыдущее, а крайнее слово
вытесняется и теряется.

77.

Процесс записи информации в память продолжается до тех пор, пока
не осуществятся условия запуска прибора. Условия запуска определяют
область процесса, протекающего в цифровой системе, которую требуется
исследовать, и задаются оператором с пульта управления.
Область исследований задается комбинационным способом,
определенным состоянием или последовательностью состояний.
Логический компаратор предварительно программируется на
обнаружение определенной последовательности сигналов.

78.

При возникновении на входах анализатора кодовой комбинации,
совпадающей с заданной, логический компаратор выдает сигнал
генератору задержки, который программно задает время начала или
окончания записи входных сигналов в ЗУ.
После окончания цикла записи анализатор переводится в режим
воспроизведения.
Устройство управления визуальным выводом транслирует содержимое
памяти на экран дисплея в виде таблиц состояний, временных диаграмм
или в особой графической форме.

79.

В некоторых
анализаторах вместо дисплея
используются
осциллографы, подключаемые к анализатору через внешние входы
управления ЭЛТ, либо стандартное видеоконтрольное устройство.
Многие анализаторы могут сопрягаться с ЭВМ, автоматически
программироваться ею и обмениваться с ней информацией.
По структуре, принципу действия, назначения, все типы логических
анализаторов могут быть отнесены к одному из следующих классов:
а) анализаторы временных и логических соотношений (АВЛС);
б) анализаторы логических состояний (АЛС);
в) микропроцессорные анализаторы (МА).

80.

АВЛС в основном предназначены для контроля длительностей
переходных процессов, анализа гонок в цифровых схемах, проверки
временных соотношений в сложных цифровых устройствах.
Они отличаются значительным быстродействием (запись информации
с частотой до 200 МГц), что обеспечивает им высокую разрешающую
способность. Объем памяти находится в пределах 512-2048 бит на канал.
Число входных каналов колеблется от 4 до 16.
Переход из состояния в состояние отображается с помощью
направленного отрезка линии, соединяющего точки, соответствующие
начальному и следующему за ним состоянием.

81.

АЛС предназначены для проверки логики работы отдельных цифровых
устройств и имеют ограниченное применение при системном анализе.
Быстродействие их соизмеримо с быстродействием объектов контроля и
находится в пределах 4-20 МГц.
Число каналов составляет 16-32, объем памяти колеблется от 16 до 64
бит на канал, реже до 128-256 бит.
Наличие у всех анализаторов цифровой задержки позволяет
компенсировать малый объем памяти повторным пропусканием теста со
сдвигом момента запуска на требуемое число тактов.
Отображение информации осуществляется в виде таблиц состояний,
графов автомата, и значительно реже в форме идеализированых
временных диаграмм.

82.

Микропроцессорные анализаторы предназначены для исследования
цифровых систем в целом на системном уровне. Основные отличия
микропроцессорных анализаторов заключаются в условиях запуска,
избирательности и режимах отображения.
Запуск МА может быть осуществлен по последовательности кодовых
наборов, что позволяет точнее задать исследуемую область программы.
Анализатор может исключить сбор многих необязательных данных, что
позволяет упростить контроль последовательностей, имеющих большую
длину.