4. Организация диагностирования. Безусловные и условные диагностические эксперименты

Прежде всего, отметим, что выше описанный иерархический подход обычно составляет основу не только проектирования средств диагностирования, но и основу их организации. При этом уровневые средства диагностирования формируют заключение о техническом состоянии на основе собственной информации и информации от средств диагностирования предшествующих уровней.

При обсуждении организации диагностирования часто используют понятия «диагностического эксперимента» и «проверки» (элементарной проверки). Надо сказать, что эти понятия носят относительный характер, как, например, понятия «система» и «элемент».

Будем называть диагностическим экспериментом совокупность проверок, в результате которых формируется заключение о техническом состоянии объекта.

Причиной выделения определенной части диагностического эксперимента в элементарную проверку может послужить различие в типе используемых СД, локализованность применения СД в рамках некоторого временного интервала или в рамках некоторого конструктивного или функционального узла и т.п.

Можно выделить два основных подхода к организации диагностического эксперимента – безусловный и условный.

Безусловные алгоритмы технического диагностирования (таблица функций неисправностей)

В этом случае при каждом запуске диагностического эксперимента используются все элементарные проверки, и решение о техническом состоянии объекта принимается по результатам всех этих проверок. При использовании безусловного диагностического эксперимента удобно применять для его описания таблицу, которую обычно называют таблицей функций неисправности (табл. 4.1).

Таблица 4.1.

Проверки	Отказы
	e0	e1	…	eN
			…
			…
…
			…

С каждой строкой этой таблицы соотнесена одна из проверок, а с каждым столбцом – один из отказов системы, а точнее, одно из технических состояний системы. Причем первый столбец соотнесен с работоспособным состоянием системы. В клетку (i,j) помещается реакция на i-ую проверку для системы, находящейся в j-ом техническом состоянии. Ясно, что, если j-ый столбец отличается от первого столбца, соответствующего работоспособной системе, то j-ый отказ обнаруживается в данном диагностическом эксперименте, в противном случае – нет. Если j-ый столбец отличается от всех других столбцов, то j-ый отказ диагностируется в данном диагностическом эксперименте. Если j-ый и k-ый столбцы совпадают, то это означает, что соответствующие отказы неразличимы или, как говорят, эквивалентны в рамках данного диагностического эксперимента. Пользуясь этим правилом, можно все множество отказов разбить на классы эквивалентных.

При разработке диагностического эксперимента стараются по возможности оптимизировать результат. Например, ставят целью построить эксперимент, содержащий минимальное число проверок. Возможен и другой подход, если проверки характеризуются, например, разной стоимостью реализации, можно формировать эксперимент с минимальной стоимостью.

Условные алгоритмы технического диагностирования (теория вопросников)

В этом случае последовательность и перечень используемых проверок может уточняться на каждом шаге в зависимости от полученных к этому шагу результатов.

При использовании условного диагностического эксперимента удобно применять для его описания граф (рис. 4.17), который обычно называют диагностическим деревом или деревом решений.

Вершины в этом графе сопоставляются с проверками, а ребра отмечаются получаемыми на эти проверки реакциями и определяют порядок диагностического эксперимента. При построении условного эксперимента также можно ставить вопрос о его оптимизации.

Принцип раскрутки диагностического ядра. Сосредоточенное и распределенное диагностическое ядро

Очень часто условный эксперимент организуется по принципу «раскрутки диагностического ядра». При этом диагностический эксперимент разбивается на последовательные шаги. На каждом шаге в аппаратуре выделяются две части, играющие роли средств и объекта диагностирования для данного шага. При положительном исходе проверки на последующем шаге при необходимости объект включается в состав средств и т.д. На первом шаге роль средств диагностирования выполняет так называемое диагностическое ядро, т.е. незначительная часть аппаратуры, в отношении которой делается предположение об априорной работоспособности. Данное предположение может подкрепляться резервированием этой аппаратуры.

Таблица 4.2.

Отказавшая система	Проверки
	12	34	23	41
1	-	0	0	1
2	1	0	-	0
3	0	-	1	0
4	0	1	0	-

При организации диагностирования распределенных систем, состоящих из набора локальных систем, возможны варианты, называемые сосредоточенным и распределенным диагностическим ядром. В первом случае (рис. 4.18а) одна и та же локальная система, чья аппаратура принята за ядро, используется для диагностирования всех остальных локальных систем. Как вариант может быть использована раскрутка ядра, когда локальная система ядра используется на первом шаге для проверки ядра второй системы. Далее процесс диагностирования может распараллеливаться (рис.4.17 б), когда первая система проверяет ядро третьей, а вторая – ядро четвертой и т.д. Во втором случае процесс диагностирования сразу распадается на параллельные ветви (рис. 4.18 в). Например, первая система проверяет вторую, а третья – четвертую, после чего вторая проверяет третью, а четвертая – первую. Из таблицы 4.2, где приведены результаты проверок такого эксперимента (0 – принято решение о работоспособности, 1 – принято решение о неработоспособности, «-» - может быть принято любое решение) видно, что при отказе любой из систем принимается правильное решение.

Обсудим вопрос о примерном составе диагностического ядра, например, некоторой интегрированной навигационной системы (рис. 4.19). Эта система, кроме нескольких навигационных систем, содержит в своем составе цифровой вычислительный комплекс для комплексной обработки информации (ЦВК КО), прибор связи с потребителями и автоматизированное рабочее место штурмана (АРМШ). Все системы обмениваются информацией через магистральный канал обмена. Прежде всего, отметим, что принцип раскрутки диагностического ядра обычно используется в отношении средств ТД. При этом он определяет последовательность применения имеющихся средств диагностирования. Однако его можно использовать и в отношении средств ФД для определения правил анализа имеющейся диагностической информацией. Рассмотрим первый случай как наиболее распространенный, причем сначала лишь в отношении одной из систем интегрированной НС. При этом важно понимать, что обычно достаточными для целей диагностирования средствами визуализации в виде монитора в интегрированной НС располагает лишь АРМШ. В общем случае любую локальную НС можно представить как состоящую из двух подсистем – измерительной и вычислительной. Эти подсистемы упрощенно представлены на рис. 4.20, где ЦП – центральный процессор, АМ – адаптер магистралей, МО – модуль обмена через магистральный канал интегрированной НС. В современных системах при реализации средств диагностирования и тем более при реализации средств ТД центральную роль играет вычислительная подсистема. При этом средства ТД оформляются как некоторые программы, которые хранятся во флэш-памяти и исполняются процессором после их загрузки в ОЗУ. Отсюда сразу становится ясно, что в диагностическое ядро войдут используемые на первом шаге раскрутки части флэш-памяти, ЦП и ОЗУ. Обычно программу первого шага стараются сделать, как можно, меньше, использовав в ней команды процессора, базовые для следующего шага раскрутки. Таковыми могут быть, например, команды сложения, условного перехода и пересылки. Для того чтобы у оператора интегрированной НС появилась уверенность в работоспособности ядра, результаты его самотестирования могут выводиться на монитор. Если так поступить для каждой системы интегрированной НС, то в состав ядра системы войдет также и модуль обмена. На рис. 4.20 все модули системы, участвующие в диагностическом ядре, отмечены кружком. Если процедуру раскрутки осуществлять независимо во всех системах интегрированной НС, то приN системах будем иметь N «слабых» мест (диагностических ядер). Если после проверки диагностического ядра одной из систем произвести с его использованием проверку остальных диагностических ядер, то «слабое» место будет одно, что является предпочтительным.