3. Основные характеристики аск

Свойства, возможности, достоинства и недостатки АСК можно оценить/сравнить с помощью характеристик/ критериев, которые позволяют установить степень удовлетворения предъявляемых к ним требований или сравнивать разные образцы. Для описания АСК используют следующие характеристики:

- быстродействие/производительность;

- достоверность результатов контроля;

- виды контроля;

- виды ТО, в которых применяется АСК;

- надежность;

- точность измерения контролируемых параметров;

- универсальность и гибкость программы контроля;

- форма представления результатов контроля;

- способы связи с ОК;

- конструктивное выполнение, масса, объем, габариты;

- количество операторов;

- экономические показатели;

- полнота/глубина контроля;

- степень автоматизации;

- диапазон внешних условий для нормального функционирования и т.д.

Большинство перечисленных параметров АСК имеют между собой прямые/косвенные связи и зависимости. Например, глубина контроля влияет на достоверность; степень автоматизации определяет быстродействие/ производительность и т.д. Учитывая, что практически трудно определить достоверность, эффективность и некоторые другие характеристики, то часто используют вспомогательные характеристики.

Рассмотрим подробнее основные характеристики АСК.

Быстродействие. Эту характеристику оценивают по среднему времени выполнения контроля всего ОК. Она зависит от внутренних качеств, характера ОК и вида контроля, который влияет на количество и точность измерения параметров. Этот критерий трудно четко определить на практике.

Расчет среднего времени контроля образца РЭА Т_К можно представить в виде

Т_К = Т_ВСП + Т_КП + Т_АН

где - Т_ВСП - среднее время выполнения вспомогательных операций (подключение/отключение кабелей для связи внешней АСК с ОК, включение источников питания, прогрев аппаратуры и т.д.). Для встроенных АСК Т_ВСП отражает только время на включение, прогрев и выключение, что позволяет более эффективно ее использовать. Среднее время подготовки АСК к работе зависит от физических свойств основных элементов системы и способов подключения к ОК. Диапазон изменения Т_ВСП лежит в пределах одной до десятков минут в зависимости от потребности предварительного прогрева АСК. В автономных АСК вспомогательные операции занимают 60% от общего времени контроля;

- Т_КП - среднее время контроля и поиска неисправностей зависит от скорости съема, передачи и обработки информации в АСК, сложности и совершенства алгоритма поиска мест повреждений;

- Т_АН - среднее время считывания/записи и анализа результатов контроля. Зависит от конструкции устройств отображения и формы представления информации о контроле. Время анализа результатов проверки занимают все больший удельный вес в общем времени контроля.

Скорость передачи и переработки информации зависит от быстродействия основных элементов АСК (анализирующие устройства - специализированные ЭВМ имеют быстродействие более 1000000 операц/с, преобразователи - более 40000 преобразован/с, коммутаторы - более 10000 измерен/с и т.п.).

При поиске места неисправностей надо контролировать вспомогательные параметры, что требует дополнительных затрат времени (обычно случайная величина). Величину Т_КП можно представить как:

Т_КП = Т_КО + Т_ПН ,

где - Т_КО - время контроля определяющих параметров величина постоянная для данного типа аппаратуры;

- Т_ПН - время поиска неисправностей (величина случайная).

Факторы, которые влияют на величину Тко, определяют в основном и среднее время поиска неисправностей Т_ПН.

Для определения общего среднего времени контроля РЭА Т_К удобно использовать выражение:

Т_К = Т_ВСП + Т_КО + Т_ПН + Т_АН

Быстродействие АСК можно также характеризовать информационным критерием - количеством перерабатываемой информации в единицу времени. Этот критерий удобен при анализе и согласовании внутренних характеристик АСК - скорости съема информации о параметрах, обработки информации в ЭВМ (или анализирующих устройствах) и записи (или выдачи на устройства отображения) результатов контроля.

С быстродействием АСК часто связывают понятие производительности/пропускной способности системы контроля, которое вводят в случае, если АСК предназначена для обслуживания группы ОК. Под производительностью понимают количество ОК, которое АСК может обслужить

- в единицу времени N₁ = 1 / [T_К(1 +   T_НО)]

- за заданное время (T_ЗАД) N₂ = T_ЗАД[T_К(1 +   T_НО)] ,

где - Т_К - среднее время контроля 1-го ОК;

- Т_НО - среднее время нейтрализации/устранения отказа, который появился в АСК при обслуживании группы ОК;

-  - интенсивность отказов АСК.

Под пропускной способностью БАСК обычно подразумевают среднее число параметров, которые проверены за единицу времени (например, минуту)

m = n/T_К,

где - n - общее число контролируемых параметров;

- Т_К - среднее время контроля n параметров с учетом времени на вспомогательные операции, считывание и анализ результатов контроля.

Полнота/глубина контроля. Этот параметр показывает какая часть проверяемой аппаратуры охвачена контролем. Показатель полноты контроля имеет вид:

П1 = N_K / N ,

где - N_K - число элементов, которые охвачены контролем;

- N - общее число элементов в ОК.

Ввиду того, что состояние каждого элемента описывают значения его параметров, то это выражение можно трактовать, как отношение числа контролируемых параметров к общему их числу, которые однозначно характеризуют ОК.

Каждый параметр содержит в себе определенное количество информации о состоянии ОК, поэтому для оценки полноты контроля можно использовать информационный критерий

П2 = I_К/I_О

где - I_К - количество информации о состоянии ОК в контролируемых параметрах;

- I_О - общее количество информации о состоянии ОК во всех параметрах ОК.

Рассмотренные критерии полноты (глубина/объем) контроля удобны при равнонадежности элементов ОК и примерно одинаковой ценности единицы информации каждого контролируемого параметра, но на практике эти условия не всегда выполняются, поэтому надо использовать критерий, который использует матаппарат теории вероятности. Таким критерием полноты контроля является отношение вероятности повреждения контролируемой части ОК к вероятности повреждения всего ОК, которые отнесены к некоторому промежутку времени (вместо отношения вероятностей повреждения можно использовать равноценное ему отношение интенсивностей отказов). Объем контролируемой части ОК в общем случае зависит от числа проверяемых параметров и их характера. В качестве определяющих/обобщенных параметров выбирают наиболее информационно емкие, т.е. которые охватывают наибольшее количество элементов ОК.

Достоверность. Эта характеристика отражает степень доверия к полученным результатам контроля. В ее формировании участвует большое количество факторов, где наиболее существенными являются:

- точность измерения контролируемых параметров;

- глубина контроля;

- надежность и помехоустойчивость работы всех устройств и элементов АСК;

- надежность ОК, которая выражена в виде законов распределения контролируемых параметров;

- установленные границы допусков на контролируемые параметры;

- принятая методика измерения параметров;

- способы накопления, регистрации и отображения результатов контроля;

- методы самоконтроля работы АСК и степень их совершенства;

- уровень квалификации оператора.

Достоверность является общей характеристикой АСК и требования к этому показателю, являются исходными для обоснования значений частных характеристик системы контроля (перечислены выше).

Определение и получение количественных критериев оценки достоверности имеет практический интерес, поэтому рассмотрим задачу контроля работоспособности с позиций общей теории проверки статистических гипотез. Пусть состояние ОК описывает значение параметра X, который характеризует качество объекта и его оценивают при контроле. Под воздействием различных производственных и эксплуатационных факторов значение этого параметра изменяется случайным образом от объекта к объекту и во времени. В результате параметр X можно рассматривать как случайную величину с плотностью распределения f(x). Для значений параметра X определена область (а, b), такая, что ОК считают работоспособным при выполнении условия

а < х < b (1).

Условие (1) называют условием работоспособности, а область (а, b) - допусковой. В соответствии с (1) о состоянии ОК можно высказать 2-е взаимоисключающие гипотезы:

Н₀ - ОК работоспособен; Н₀ - ОК отказал.

Априорные вероятности появления соответствующих событий

Р (Н₀) = _a^b f(х) dx; Р(Н₀) = _-^a f(х)dx + _b^ f(х)dx

Конечной целью контроля является как можно более точное деление ОК на эти 2 категории, но при реальном контроле неизбежно имеются ошибки. Поэтому вместо истинного значения случайной величины X наблюдают за реализацией другой случайной величины

Z = X + Y, (2)

где Y - случайная ошибка контроля.

Это приводит к замене условия (1) на другое:

a' < z < b' , (3)

где (а',b') - допусковая область значений случайной величины X, которая оычно не совпадает с областью (а,b).

Замена условия (1) на (3) приводит к ошибочным решениям, когда часть работоспособных ОК бракуют или отказавшие ОК считают работоспособными. Таким образом, при реальном контроле имеет место одно из 4-х несовместных событии (рис. 3):

h₁ - истинное и измеренное значения параметра в пределах допуска (а<х<b; a'<z<b');

Н₂ - истинное значение параметра в пределах пределах допуска, а измеренное за его

пределами (а<х<b; z>b' или z<а');

Н₃ - истинное значение параметра за пределами допуска, а измеренное в пределах

допуска (х<а или x>b; a'<z<b');

Н₄ - истинное и измеренное значения параметра за пределами допуска (х>b или х<а;

z>b' или z<а').

Рис. 3. Схема принятия решения при контроле

События Н₁ и H₄ соответствуют правильным решениям, которые приняты по результатам контроля, а события Н₂ и Н₃ - ошибочным. Ошибки, которые соответствуют событиям Н₂ и Н₃, называют соответственно ошибкам I и II рода.

Вероятности появления ошибок Р(Н₂) и Р(Н₃) являются естественной мерой недостоверности полученных результатов. Их можно использовать как критерий достоверности, но лучше для характеристики качества контроля использовать вероятность правильного решения

Д = Р(Н₁) + Р(Н₄) = 1 - Р(Н₂) - Р(Н₃). (4)

Иногда ошибки I и II рода очень неравноценны по ожидаемым последствиям, поэтому критерий (4) в этих случаях использовать нельзя, а степень доверия к решениям «ОК годен»/«ОК негоден» надо оценивать отдельно по соотношениям

Д_Г = Р(Н₁) : [Р(Н₁) + Р(Н₃)], Д_НГ = Р(Н₄) : [Р(Н₂) + Р(Н₄)] (5)

Совокупность показателей достоверности (4) и (5) позволяет оценить качество контроля. Для их определения надо знать вероятности появления событий Н_1, Н_2, Н_3, и Н₄, которые можно вычислить по известным законам распределения разделенных частей всего ОК.

Надежность. Надежность одна из основных характеристик технических устройств, а к надежности АСК предъявляют повышенные требования и уровень надежности элементов АСК должен соответствовать уровню надежности элементов ОК. Критерии и числовые характеристики надежности должны учитывать назначение технического устройства и характер решаемых задач. К АСК, как к информационно-измерительной системе, кроме общих, предъявляют требования по метрологической надежности.

Высокие показатели надежности необходимы для обеспечения заданной эффективности АСК и достоверности контроля. Кроме того, ненадежная аппаратура требует больших эксплуатационных расходов. Существует много методов и средств для создания аппаратуры с заданным уровнем надежности, где основными условиями являются:

- применение высоконадежных комплектующих;

- отработка схем, которые устойчивы к различным дестабилизирующим факторам;

- выбор благоприятных режимов и применение больших запасов электрической прочности;

- применение резервной аппаратуры.

В АСК обычно не передают сигналы большой мощности, что облегчает выбор высоконадежных комплектующих деталей (интегральные схемы, элементы микроэлектроники и т.д.). Это позволяет решать задачу выбора благоприятных температурных и электрических режимов и создания больших запасов электрической прочности. Задача конструкторов и разработчиков аппаратуры разработка устойчивых в работе схем.

В качестве основных критериев надежности АСК используют такие показатели:

- среднее время безотказной работы или среднее время наработки на один отказ Т_О;

- среднее время восстановления отказов Т_В;

- среднее время работы без сбоев Т_СБ;

- среднее время нейтрализации отказа Т_НО;

- вероятность безотказной работы АСК в течение заданного времени t P(t);

- вероятность завершения проверки ОК/группы ОК в течение заданного времени Т_К Р(Т_К);

- коэффициент готовности АСК К_Г.

Существуют методы расчета показателей надежности на стадии проектирования и изготовления аппаратуры и методы статистической оценки показателей надежности по опыту эксплуатации.

Для нейтрализации влияния ненадежной работы АСК на показатели достоверности контроля используют различные методы самоконтроля, где основными являются:

- программный. Использует тесты для проверки устройств и блоков АСК, которые обрабатывают информацию. Тесты обеспечивают максимальную полноту самоконтроля элементов АСК;

- схемный/аппаратный. Использует дополнительное оборудование для проверки АСК. Например, разновидностью схемного метода самоконтроля является применение кодов с обнаружением и устранением ошибок.

В современных АСК используют оба метода самоконтроля и их различные комбинации. Большое распространение получил комбинированный метод самоконтроля по эталонным сигналам, когда ОК отключают от АСК, а на вход АСК подают калиброванные/эталонные сигналы от специальных генераторов. Эти сигналы проходят через измерительную и обрабатывающую части АСК и сравниваются с заранее записанными величинами.

Применение методов самоконтроля или их комбинаций требует наличия аппаратной, временной и информационной избыточности. Например, самоконтроль по эталонным сигналам требует наличия дополнительных генераторов, а программные методы - дополнительной памяти в запоминающем устройстве для размещения тестов. Методы самоконтроля увеличивают общее время контроля и объем оборудования АСК на 10..15%.

Чаще всего АСК контролируют перед началом и в конце работы, но при необходимости большинство АСК можно в любой момент переключить в режим самоконтроля.

АСК должна обладать качествами помехоустойчивости и помехозащищенности. Помехоустойчивость и помехозащищенность влияет на такие показатели надежности - среднее время работы АСК без сбоев, вероятность завершения проверки ОК за заданное время, вероятность безотказной работы АСК на протяжении указанного времени и т.п. При создании АСК часто используют такие приемы повышения помехоустойчивости и помехозащищенности:

- схемная фильтрация полезных сигналов;

- статистическая обработка результатов измерения, т.е. многократное измерение контролируемых параметров с последующим усреднением серии измерений;

- одновременная фильтрация и статистическая обработка сигналов.

Степень автоматизации. Высокая степень автоматизации контроля определяет высокое быстродействие средств контроля, которое влияет на эффективность обслуживания ОК. Стремление перейти к более полной автоматизации контроля приводит к созданию сложных и дорогостоящих АСК. Задачу выбора оптимальной степени автоматизации решают путем применения критериев экономической эффективности.

Уровень развития электроники и средств автоматики обеспечивает рациональную автоматизацию на уровне 60..70% всех операций, которые выполняют при контроле. Например, БАСК военно-транспортного самолета С-5А (MADAR, США) автоматически контролирует 600 параметров, а 400 - вручную. Такое сочетание автоматического и ручного контроля позволило создать АСК с приемлемой массой и габаритами для установки ее на борту. Расчеты показали, что полная автоматизация контроля всех параметров увеличила бы массу АСК в 5 раз, но оптимальный уровень автоматизации будет расти по мере развития и внедрения в АСК новых средств автоматики и микроэлектроники.

Наиболее употребимым критерием оценки степени автоматизации является показатель степени автоматизации, который отражает долю общего времени контроля Т_К, которое приходится на автоматические операции

А = (Т_К - Т_РО)/Т_К,

где - Т_К - среднее время контроля 1-го ОК;

- Т_РО - среднее время выполнения ручных операций при контроле 1-го ОК.

Экономическая целесообразность. Экономические показатели внедрения АСК в эксплуатацию являются решающим фактором, который определяет достоинства средства контроля. К сожалению, показатели экономической целесообразности не всегда достаточно обоснованы. Например, считалось, что стоимость и расходы на эксплуатацию АСК должны быть сопоставимы со стоимостью комплекта заменяемой КПА при условии, что АСК обеспечит более высокую достоверность контроля и заметно снизит время контроля, а в противном случае ее внедрение экономически неоправдано. Такой подход недостаточно полно учитывает преимущества автоматизации контроля, т.к. сокращение времени контроля уменьшает непроизводительный расход технического ресурса ОК, а повышение достоверности контроля уменьшает ущерб от эксплуатации неисправной техники и ошибочное бракование исправных ОК.

Экономическую целесообразность внедрения АСК в эксплуатацию определяют следующие расходы:

- стоимость АСК;

- стоимость эксплуатационных расходов на содержание АСК;

- стоимость содержания инженерно-технического персонала (ИТС), который обслуживает ОК с помощью АСК;

- стоимость комплекта КПА, которую заменяют на АСК;

- эксплуатационные расходы на содержание комплекта КПА;

- стоимость содержания инженерно-технического персонала, который обслуживает ОК с помощью КПА;

- стоимость сэкономленного технического ресурса ОК из-за применения АСК С_ТР;

- стоимость предотвращенного ущерба из-за повышения достоверности контроля С_Д;

- стоимость сэкономленных сил и средств из-за повышения коэффициента готовности ОК С_Г.

Стоимость эксплуатационных расходов и содержания ИТС и численные значения компонент С_ТР, С_Д, С_Г, растут с течением времени, поэтому ими надо оперировать в одном периоде эксплуатации.

Обычно считают, что внедрение АСК в эксплуатацию позволит сократить штат и снизить требования к уровню квалификации обслуживающего персонала.

Р

Саск

ис. 4. Зависимости коэффициента использования технического ресурса К_ИТР, коэффициента готовности Кг и достоверности контроля Д от стоимости АСК (С_АСК)

Опыт эксплуатации КПА/АСК и РЭА показал, что за время жизни КПА/АСК (5..10 лет) общая стоимость сэкономленного ресурса РЭА и предотвращенного ущерба составляет n-кратную стоимость КПА/АСК. Это соотношение позволяет оценить какую часть из общих расходов на создание новых видов РЭА нужно выделить на создание КПА/ АСК.

Форма представления результатов контроля. Результаты контроля должны иметь форму удобную для анализа (одно из требований к АСК), но это требование не имеет числового критерия. Известно, что быстродействие/ производительность АСК прямо зависит от времени считывания и анализа результатов контроля. Быстродействие АСК влияет на коэффициент готовности и использование обслуживаемого ОК, т.е. на экономические показатели АСК. Форма представления результатов влияет также на достоверность и должна быть согласована с классом АСК и видами контроля/ режимами работы АСК.

Все формы представления результатов контроля можно разделить на 2 вида:

- индикацию. Различные виды световой и звуковой сигнализации (сигнальные лампы, световые табло с текстовой информацией, цифровые индикаторы и т.п.). Например, после проверки РЭА на табло выдают номера параметров, которые вышли за допуски;

- формы документирования результатов контроля. Их делят на документирование в аналоговой и цифровой форме (часто выдают на бумагу). Расшифровка результатов в аналоговой форме требует много времени, специального оборудования и навыков, а при цифровой форме результаты выдают в виде массивов данных, где представлены номера ОК и параметров, величина измеренного параметра и т.д. Для сокращения времени считывания и анализа иногда вместо величины параметра выдают величину и знак отклонения от номинального значения, а параметры, которые вышли за допуски выделяют другим цветом.

Результаты контроля могут быть сохранены в виде файла для дальнейшей обработки и прогнозирования ТС ОК.

7