АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ СМЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ
AUTOMATED SYSTEM FOR CONTROL AND DIAGNOSTICS OF REPLACEABLE ELEMENTS OF RADIO-ELECTRONIC EQUIPMENT

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности - к многоканальным многопараметровым автоматизированным измерительным системам (АИС), предназначенным для контроля работоспособности и диагностики неисправностей радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) сложных технических систем (СТС), включая системы вооружения и военной техники.
Радиоэлектронная аппаратура является важнейшей составной частью сложных технических систем, применяемых в различных предметных областях. Работоспособность РЭА в значительной степени обеспечивает работоспособность соответствующих изделий и реализацию заданных эксплуатационно-технических (для вооружений и военной техники, тактико-технических) характеристик. В связи с этим актуальной задачей является обеспечение требуемого уровня готовности РЭА к применению по назначению, т.е. современное выявление и устранение неисправностей.
Для обеспечения необходимого уровня ремонтопригодности РЭА современных СТС (включая изделия ВВТ) строят на основе совокупности конструктивных сменных элементов (КСЭ), представляющих собой печатные платы с установленными на них электрорадиоэлементами (интегральными схемами различной степени интеграции, транзисторами, диодами, резисторами и др.) в составе образца СТС могут использоваться от несколько сотен до несколько тысяч КСЭ различного типа. Соединение КСЭ между собой в составе СТС осуществляется с помощью краевых разъемов. Контакты разъемов используются как для подачи на входы КСЭ входных сигналов, так и для получения от КС, выходных сигналов.
и
э
В связи с этим распространенным способом контроля работоспособности КСЭ является подача на входы КСЭ через входные контакты краевого разъема комбинаций тестовых (испытательных) воздействий «у» с заданными параметрами и метрологическими характеристиками и измерение параметров совокупности сигналов отклика «х» с выходных контактов краевого разъема. Сравнение измеренных значений «х» параметров сигналов отклика с выходов КСЭ с эталонными значениями «х» этих параметров, измеренными для исправного (работоспособного) состояния данного типа КСЭ позволяет судить об исправности (работоспособности) или о исправности (неработоспособности) контролируемого образца КСЭ.
В связи со схемной сложностью КСЭ из состава современных СТС, для контроля их работоспособности требуется формирование достаточно большого количества комбинаций тестовых сигналов (особенно - для цифровых и комбинированных КСЭ), и также требуется измерение соответствующих комбинаций сигналов откликов. В целях обеспечения требуемой производительности и достоверности оценки состояния КСЭ, контроль их работоспособности и диагностику неисправностей осуществляют с применением специализированных многоканальных многопараметровых АИС, получивших наименование «Автоматизированная система контроля и диагностики (АСКД)».
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является АСКД по патенту RU 2222865 С1, 27.01.2004, применяемая за прототип.
Устройство и принцип действия АСКД, принятой в качестве прототипа, поясняется на структурной схеме фиг. 1.
1
m
1
k
1
n
В состав схемы фиг. 1 входят: объект контроля (конкретный тип КСЭ РЭА) 1, источники 2 тестовых воздействий y, …, y для данного типа объекта контроля 1, измерители 3 сигналов отклика x, …, x с выходов данного типа объекта контроля, компьютер 4, измерители 5 параметров внешних воздействий z, …, z на объект контроля 1.
Устройство-прототип создается и работает следующим образом.
В соответствии с характеристиками конкретного типа объекта контроля 1 (например, конкретного типа КСЭ РЭА) предварительно определяются количество «m» тестовых воздействий «у», подлежащих подаче на входы объекта контроля 1. На основе этого определяется количество «m» каналов тестовых воздействий «у», т.е. количество источников тестовых воздействий 2, которые должны входить в состав АСКД фиг. 1 и должны быть подключены к соответствующим входам «у» объекта контроля 1. После этого для каждого канала «у» источников тестовых воздействий 2 определяют тип тестового воздействия (например, постоянное напряжение, импульсные сигналы, высокочастотные сигналы) и требования к метрологическим характеристикам формируемых тестовых воздействий «у» (например, амплитуду сигналов и максимально допустимую погрешность формирования сигналов заданной амплитуды). На основании этого из доступных для уровня техники средств измерений выбирают соответствующие программно управляемые приборы 2, обеспечивающие (под управлением от компьютера 4) формирование необходимых типов сигналов тестовых воздействий «у» с требуемыми параметрами и метрологическими характеристиками.
1
k
Аналогично определяют состав и количество сигналов отклика x, …, x с выходов объекта контроля 1 (с выходных контактов данного типа КСЭ РЭА). Определяют типы сигналов отклика «х» по каждому выходу объекта контроля. Для каждого типа сигналов отклика «х» по каждому выходу объекта контроля 1 определяют требования к измеряемым параметрам сигналов отклика «х» и метрологическим характеристикам измерения этих параметров сигналов отклика (например, амплитуду сигналов отклика и максимально допустимую погрешность ее измерения). На основании этого из уровня техники выбирают соответствующие программно управляемые средства измерений 3 сигналов отклика «х», которые включают в состав АСКД фиг. 1-с подключением выходов этих измерителей 3 ко входам компьютера 4.
В процессе контроля на объект контроля 1 могут влиять неуправляемые внешние воздействия «z» - например, температура окружающей среды, влажность воздуха, внешние электромагнитные измерения и т.п. Для учета возможного влияния параметров внешних воздействий «z» на результаты контроля состояния объекта 1 в составе АСКД фиг. 1 предусмотрено применение соответствующих измерителей 5 внешних воздействий «z». Состав измерителей 5 внешних воздействий, требования к измеряемым параметрам этих воздействий «z» и к метрологическим характеристикам их измерений определяются из анализа условий, в которых проводится контроль объекта 1, а также от степени влияния этих воздействий на текущее техническое состояние объекта контроля 1 (например, конкретного типа КСЭ РЭА) и на достоверность оценки этого состояния с применением АСКД фиг. 1.
Принцип действия АСКД фиг. 1 по патенту RU 2222865 С1, 27.01.2004 состоит в следующем:
1
m
1. По программе контроля, предварительно введенной в компьютер 1, на источники тестовых воздействий 2 от компьютера подаются команды на формирование заданной комбинации тестовых воздействий y, …, y.
1
m
1
k
1
k
и
э
1
m
и
э
Источники тестовых воздействий 2 формируют соответствующие сигналы тестовых воздействий y, …, y и подают их на входы объекта контроля (например, на входные контакты КСЭ РЭА). В ответ на воздействие этих сигналов на выходах объекта 1 (на выходных контактах КСЭ РЭА) возникают сигналы отклика x, …, x с соответствующими параметрами. Измерители сигналов отклика 3 измеряют параметры выходных сигналов x, …, x, поступивших на их входы, и передают измерение значения этих параметров в компьютер 4. В компьютере 4 поступившие измеренные значения «х» сигналов отклика сравниваются с находящимися в памяти (предварительно введенными перед началом контроля) эталонными значениями «х» параметров этих сигналов для работоспособного состояния данного типа объекта контроля 1 (данного типа КСЭ РЭА). В случае совпадения значений этих параметров для всех комбинаций входных тестовых воздействий y, …, y объект контроля 1 является исправным. В случае несовпадения измеренного и эталонного значений (х≠х) параметров сигнала отклика объект контроля является неисправным.
Достоинством АСКД фиг. 1 по патенту RU 2222865 С1, 27.01.2004, принятой в качестве прототипа, является обеспечение требуемой производительности и достоверности контроля работоспособности конкретного типа объекта контроля 1.
Применительно к задачам контроля работоспособности и диагностики неисправностей КСЭ РЭА из состава СТС (в том числе - из состава современных образцов ВВТ) является узкая специализация данной АСКД на конкретный тип объекта контроля, т.е. на конкретный тип КСЭ РЭА. Количество каналов формирования тестовых воздействий 2, параметры и метрологические характеристики каждого формирователя тестовых воздействий 2 определяются составом входов конкретного типа объекта контроля (конкретного типа КСЭ РЭА). Количество измерителей сигналов отклика 3, требования к измеряемым параметрам сигнала отклика «х» и метрологическим характеристикам измерений определяются составом выходов (выходных контактов КСЭ РЭА) конкретного типа объекта контроля 1, а также требованиями к метрологическим характеристикам измерения сигналов отклика «х» для данного конкретного типа объекта контроля 1 (конкретного типа КСЭ РЭА).
Учитывая, что в составе РЭА современных СТС используются несколько сотен типов КСЭ РЭА, в случае создания АСКД фиг. 1 по патенту RU 2222865 С1, 27.01.2004 для контроля работоспособности всей номенклатуры КСЭ РЭА при ремонте одного образца СТС (одного образца ВВТ) потребуется применять соответствующее количество образцов АСКД фиг. 1, каждый из которых будет специализирован на контроль одного заданного типа КСЭ РЭА.
Целью заявленного изобретения является обеспечение возможности контроля работоспособности и диагностики неисправностей полной номенклатуры КСЭ РЭА из состава образца СТС (образца ВВТ) с применением одного экземпляра АСКД, обладающей расширенными функциональными возможностями по сравнению с прототипом.
Поставленная цель достигается тем, что перед созданием АСКД проводится предварительный анализ параметров тестовых воздействий и параметров сигналов отклика по всей номенклатуре КСЭ РЭА, для которой предназначена создаваемая АСКД. В процессе анализа производится группировка сигналов по типам, параметрам и метрологическим характеристикам для оптимизации требований к составу источников тестовых воздействий 2 и к составу измерителей сигналов отклика. Группировка сигналов тестовых воздействий и сигналов отклика производится поэтапно.
2. Определяется полная номенклатура (полный перечень типов) КСЭ РЭА, подлежащих контролю работоспособности с применением создаваемой АСКД.
i
j
i
j
3. По каждому типу КСЭ РЭА (путем измерений или на основе анализа документации) определяется состав входных «A» и выходных «B» сигналов, параметры каждого сигнала (амплитуда, частота, длительность), метрологические характеристики их формирования (для входных сигналов «A») или измерения (для выходных сигналов «B»), а также распределение этих сигналов по контактам разъемов данного типа КСЭ РЭА.
i
j
4. Производят группировку однотипных входных (A) и выходных (B) сигналов. Например, сигналы в виде уровней напряжения постоянного тока, импульсных сигналов, высокочастотных сигналов.
5. По каждой группе однотипных сигналов (например, напряжение постоянного тока) определяют значения параметров для каждого типа КСЭ РЭА и метрологические характеристики формирования (для входных сигналов) или измерения (для выходных сигналов) параметров этих сигналов - соответственно.
i
j
6. На основе сравнения значений параметров и метрологических характеристик по каждому типу сигналов, используемых во всех типах КСЭ РЭА, определяют максимальные требования (например, максимальное значение амплитуды напряжения постоянного тока и максимальное значение максимально допустимой погрешности формирования (измерения), которым будут удовлетворять характеристики формирователей данного типа сигналов тестовых воздействий и характеристики измерителей параметров сигналов отклика (A и B - соответственно).
i
b
j
a
i
b
7. На основе анализа всех типов КСЭ РЭА определяют типы КСЭ РЭА, в которых используются наибольшее количество на входных сигналах A и N выходных сигналах B (каждого типа сигналов). На основе этого определяют требования к N количеству однотипных каналов формирования тестовых воздействий A и количеству «N» каналов измерения сигналов отклика.
В результате получают требования к выбору количества измерительных приборов для формирования однотипных сигналов и общее количество измерительных приборов для формирования всей совокупности различных типов измерительных приборов, обеспечивающих формирование любой комбинации сигналов тестовых воздействий, которая необходима при контроле работоспособности любого типа КСЭ РЭА заданной номенклатуры. Аналогично получают требования к выбору типов измерительных приборов, обеспечивающих измерение параметров любой комбинации сигналов отклика с выходов любого типа КСЭ РЭА из заданной номенклатуры КСЭ РЭА.
При этом каждый измерительный прибор, подлежащий использованию в составе АСКД в качестве формирователей сигналов тестовых воздействий или в качестве измерителей сигналов отклика должны иметь метрологические характеристики (диапазон формирования / измерения параметров, погрешности формирования / измерения сигналов), удовлетворяющие требованиям контроля работоспособности любого типа КСЭ РЭА (т.е. удовлетворять требованиям и метрологическим характеристикам групп однотипных сигналов, установленных ранее согласно п. 6.
Выбранные указанным способом программно управляемые измерительные приборы (формирователи сигналов тестовых воздействий и измерители сигналов отклика) подключаются к компьютеру согласно фиг. 2 (аналогично АСКД-прототипу) и конструктивно объединяются в единую конструкцию данной полнофункциональной АСКД фиг. 2.
a
a
b
Количество каналов формирования тестовых сигналов N (количество типов сигналов - с учетом максимального количества N однотипных сигналов для отдельных типов КСЭ РЭА) и количество каналов измерения сигналов отклика N (количество типов сигналов отклика - с учетом максимального количества однотипных сигналов отклика для отдельных типов КСЭ РЭА) будет несколько превышать общее количество входных и выходных сигналов для любого типа КСЭ РЭА заданной номенклатуры. Однако это будет значительно (в сотни раз - с учетом количества типов КСЭ РЭА в современных СТС) меньше, чем требуется в случае контроля работоспособности всей заданной номенклатуры КСЭ РЭА (сотни типов) с применением специализированных АСКД (прототипа) по патенту RU 2222865 С1, 27.01.2004.
Таким образом, реализация заявленного изобретения, согласно которого каналы АСКД фиг. 1 имеют метрологические характеристики, удовлетворяющие требованиям контроля работоспособности одновременно всех типов КСЭ РЭА заданной номенклатуры и обеспечивающих формирование и измерение необходимых комбинаций сигналов для любого типа КСЭ РЭА, обеспечивает достижение заявленного технического результата, а именно - обеспечение возможности контроля работоспособности и диагностики неисправностей полной номенклатуры КСЭ РЭА из состава образца СТС (образца ВВТ) с применением одного экземпляра АСКД фиг. 2, обладающей расширенными возможностями по формированию комбинаций тестовых воздействий и по измерению комбинаций сигналов отклика, удовлетворяющими требованиям контроля и диагностики любого типа КСЭ РЭА заданной номенклатуры.
Для достижения указанного результата необходимо устранить еще одно противоречие. В законченной конструкции АСКД конструктивное положение выходов каналов формирования тестовых воздействий (выходные контакты АСКД) и входов каналов измерения сигналов отклика (входные контакты АСКД) фиксированы и представлены контактами соединительного разъема (разъемов) АСКД. Положение входных и выходных контактов (номера контактов) в разъемах разных типов КСЭ РЭА может отличаться между собой. В связи с этим для подключения к АСКД фиг. 2 разных типов КСЭ РЭА, имеющих разное распределение входных и выходных сигналов по контактам разъемов, а также разные присоединительные характеристики (типы краевых разъемов, габариты), должны применяться переходные коммутационные устройства (соединители, адаптеры). Данные устройства будут обеспечивать непосредственное электрическое соединение соответствующих выходов каналов формирования тестовых сигналов АСКД с входными контактами конкретного типа КСЭ РЭА, а также соединение соответствующих выходных контактов КСЭ РЭА со входами каналов измерения сигналов отклика АСКД.
В АСКД по патенту RU 2222865 С1, 27.01.2004 (прототипе) предусмотрено измерение параметров «z» неуправляемых внешних воздействий (температуры окружающей среды, электромагнитных излучений и др.), оказывающих влияние на результаты оценки текущего состояния объекта контроля 1. В дальнейшем подразумевается введение коррекций в полученные оценки результатов контроля на основе известных функциональных зависимостей показателя «w» качества (состояния) объекта контроля 1 от значений внешних воздействующих факторов. В случае контроля работоспособности КСЭ РЭА подобные зависимости имеют весьма сложный характер, который во многих случаях проблематично установить и использовать.
Для исключения данного недостатка прототипа в заявленной АСКД фиг. 2 контроль работоспособности и диагностику неисправностей КСЭ РЭА предусмотрено производить в условиях, исключающих влияние внешних воздействующих факторов на техническое состояние образца КСЭ РЭА. Это достигается, путем размещения образца АСКД фиг. 2 в закрытом, отапливаемом экранированном помещении (например, в технологическом отсеке экранированного кузова-контейнера мобильного ремонтно-диагностического комплекса.
При установлении факта неисправности КСЭ РЭА необходимо осуществить диагностику, локализацию и идентификацию неисправностей КСЭ РЭА методом внутрисхемной диагностики. В этом случае подключение соответствующего канала измерения сигналов отклика (в соответствии с типами сигналов в контрольных точках схемы КСЭ РЭА) в АСКД фиг. 2 предусмотрено осуществлять с помощью измерительных щупов. Измерительный щуп обеспечивает контакт с заданной контрольной точкой КСЭ РЭА и передачу сигнала отклика с этой контрольной точки на вход соответствующего канала измерения сигналов отклика. Поступивший сигнал измеряется и сравнивается в памяти компьютера с эталонными значениями параметров сигналов в данной точке, полученных ранее для работоспособного (исправного) образца КСЭ РЭА данного типа. По результатам сравнения формируется оценка исправности контролируемой части схемы КСЭ РЭА и осуществляется локализация неисправного электрорадиоэлемента.
Техническая реализация источников тестовых воздействий 2, измерителей сигналов отклика 3 и компьютера 4 осуществляется путем выбора соответствующих типов устройств, известных из уровня техники (например, аналогичных для АСКД-прототипа) и удовлетворяющих ранее указанным требованиям к реализации контроля и диагностики КСЭ РЭА заданной номенклатуры.