Способ формирования диагностических тестов
METHOD FOR GENERATION OF DIAGNOSTIC TESTS

Заявляемое техническое решение к области диагностики технических систем и может быть использовано при формировании эффективных диагностических тестов технических систем (в частности, радиоэлектронной аппаратуры) различной степени сложности. Создает возможность поэтапного создания качественных диагностических тестов.
Известен способ формирования диагностических тестов, основанный на использовании эталонного образца диагностируемого изделия по книге: Надежность и эффективность в технике. Справочник в 10 т. Т. 9. Техническая диагностика. Под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1987, с. 177-178. - [1]. Сущность этого способа заключается в подаче на входы эталонного образца контролируемой аппаратуры наборов входных сигналов, соответствующих реальным сочетаниям входных сигналов, для каждой штатной ситуации (штатного набора входных сигналов) измеряют сигналы, возникающие на выходах эталонного образца и в характеристических (контрольных) промежуточных точках эталонного образца данного вида аппаратуры, измеренные значения сочетаний входных сигналов, значений сочетаний выходных сигналов и значений сочетаний сигналов в промежуточных контрольных точках фиксируют для последующего использования при диагностике состояния и диагностике неисправностей данного типа радиоэлектронной аппаратуры.
Достоинством способа [1] является простота формирования диагностических тестов, что позволяет в дальнейшем определить состояние контролируемых изделий данного типа (по принципу: исправен/неисправен) по совпадению эталонных выходных сигналов и выходных сигналов проверяемого образца изделий данного типа - для одних и тех же сочетаний входных (тестовых) сигналов.
Недостатками способа [1] является применение для формирования диагностических тестов последовательности входных сигналов, поступающих на входы диагностируемого изделия только в процессе его штатной работы. Однако такие последовательности, как правило, не обеспечивают как оптимальность процесса контроля, так и требуемые полноту диагностирования и глубину поиска места отказа.
Известен способ формирования диагностических тестов, основанный на использовании специализированного языка для создания тестов по ГОСТ Р 55692-2013: МОДУЛИ ЭЛЕКТРОННЫЕ. Методы составления и отладки тест-программ - [2]. Сущность этого способа заключается в разработке на специализированном языке тестовой программы, описывающей последовательность входных сигналов и соответствующих им выходных сигналов, обеспечивающих контроль неисправности цифровой радиоэлектронной аппаратуры.
Достоинством способа [2] является простота и гибкость формирования диагностических тестов, что позволяет формировать тесты требуемого уровня качества.
Недостатком способа [2] является то, что формирование тестов - это длительная, сложная и кропотливая работа, требующая большого внимания, терпения и усидчивости. Другим недостатком этого способа является ограниченная область применения, невозможность формирования тестов при отсутствии эталонных образцов изделий.
Известен «Способ предварительной оценки качества диагностических тестов» по патенту РФ: RU 2475821 C1 от 20.02.2013 г., МПК G06F 11/22, G05B 23/00 - [3], заключающийся в том, что на основе описания внутренних частей диагностируемого изделия формируют эквивалентную эталонную модель соединений, для полученной эталонной модели диагностируемого изделия формируют комбинации входных тестовых сигналов, для каждой комбинации входных тестовых сигналов определяют параметры сочетаний выходных сигналов, при этом на входы полученной эталонной модели диагностируемого изделия задают соответствующие сочетания входных сигналов в соответствующей последовательности заданной в оцениваемом диагностическом тесте, для каждого сочетания задаваемых входных сигналов, кроме первого, определяют параметры сочетаний сигналов отклика на выходах эталонной модели диагностируемого изделия и в характерных промежуточных точках между эталонными моделями составных частей изделия и, сравнивая сигналы отклика, полученные для предшествующего сочетания задаваемых входных сигналов, определяют наличие изменения значений сигналов отклика, вычисляют предварительную эффективность диагностического теста, принимают предварительное решение о достаточном качестве оцениваемого диагностического теста, в результате которого оцениваемый диагностический тест отправляют на доработку или принимают в эксплуатацию.
Недостатком аналога [3] является то, что он не предназначен для непосредственного создания (формирования) диагностических тестов.
Прототипом заявляемого технического решения является «Способ формирования диагностических тестов» по патенту РФ: RU 2261471 C1 от 27.09.2005 г., МПК G05F 11/22, G05B 23/00 - [4]. Способ заключается в том, что на основе описания внутренних частей диагностируемого изделия формируют эквивалентную эталонную модель соединений, в разрывы эквивалентной эталонной модели соединений включают предварительно подготовленные эталонные модели составных частей данного диагностируемого изделия, для полученной эталонной модели диагностируемого изделия формируют комбинации входных тестовых сигналов с заданными сочетаниями параметров сигналов и с заданными последовательностями подачи входных сигналов, для каждой комбинации входных тестовых сигналов определяют параметры сочетаний выходных сигналов, при этом на входы полученной эталонной модели диагностируемого изделия задают соответствующие сочетания входных сигналов в соответствующей последовательности, отражающей реальную штатную работу диагностируемых изделий, для каждого сочетания задаваемых входных сигналов определяют параметры сочетаний сигналов отклика на выходах эталонной модели диагностируемого изделия и в характерных промежуточных точках между эталонными моделями составных частей изделия заносят с помощью ЭВМ значения параметров сигналов отклика, полученные с выходов эталонной модели и с промежуточных точек эталонной модели диагностируемого изделия, вместе с параметрами соответствующих тестовых входных сигналов в базу данных, повторяют процесс подачи входных тестовых сигналов и определения параметров эквивалентных выходных сигналов до полного перебора всех состояний эталонной модели диагностируемого изделия, сформированную совокупность входных тестовых сигналов и связанных с ними критериальных эквивалентных выходных сигналов используют для диагностики состояний реальных изделий и диагностики неисправностей составных частей изделий.
Способ-прототип [4] обеспечивает возможности формирования тестов при отсутствии эталонных образцов диагностируемых изделий. При этом в способе-прототипе для формирования диагностических тестов используются последовательности входных векторов (сочетаний входных сигналов), поступающих на входы диагностируемого изделия только в процессе его штатной работы. Однако такие последовательности, как правило, не обеспечивают как оптимальности процесса контроля, так и необходимой глубины диагностирования.
Другой недостаток способа-прототипа заключается в следующем. В нем «определяют параметры сочетаний сигналов отклика на выходах эталонной модели диагностируемого изделия в характерных промежуточных точках между эталонными моделями составных частей изделия» [4], т.е. способ-прототип обеспечивает получение информации, на основании которой в дальнейшем может быть проведена предварительная оценка качества теста. Однако в данном способе не предполагается использования этой информации для определения степени покрытия диагностируемого изделия конкретным тестом, и, соответственно, способ-прототип не позволяет произвести предварительную оценку качества теста.
Указанные недостатки аналогов [1], [2] и прототипа [4] обуславливают необходимость повышения качества и эффективности способов формирования диагностических тестов.
Сущность заявляемого технического решения состоит в следующем. Способ формирования диагностических тестов, основанный на формировании комбинаций входных тестовых сигналов с заданными сочетаниями параметров сигналов и с заданными последовательностями подачи входных сигналов, а также на определении параметров сочетаний выходных сигналов для каждой комбинации входных тестовых сигналов, при этом на основе описания внутренних частей данного типа изделий формируют эквивалентную эталонную модель соединений, в разрывы эквивалентной эталонной модели соединений включают предварительно подготовленные эталонные модели составных частей данного типа изделий, задают на входы полученной эталонной модели диагностируемых изделий соответствующие сочетания входных сигналов, для каждого сочетания задаваемых входных сигналов определяют параметры сочетаний сигналов отклика на выходах эталонной модели диагностируемого изделия и в характерных промежуточных точках между эталонными моделями составных частей изделия, заносят с помощью ЭВМ значения параметров сигналов отклика, полученные с выходов эталонной модели и с промежуточных точек эталонной модели диагностируемого изделия, вместе с параметрами соответствующих тестовых входных сигналов в базу данных, сформированную совокупность входных тестовых сигналов и связанных с ними критериальных эквивалентных выходных сигналов используют для диагностики состояния реальных изделий и диагностики неисправностей составных частей изделий, при этом:
- перед подачей данных на входы эталонной модели диагностируемого изделия осуществляют группировку всех входов диагностируемого изделия на подмножества по признаку - каждому подмножеству подключен один типовой функциональный узел и каждому такому узлу ставится в соответствие один из имеющийся в базе данных программных модулей - логических интерфейсов,
- при этом каждый логический интерфейс характеризуется множеством свойственных ему операций и совокупностью входных и выходных данных, называемых сигналами логического интерфейса, поступающих и (или) выдаваемых в (из) него при выполнении операций,
- далее на входы полученной эталонной модели диагностируемых изделий задают соответствующие сочетания входных сигналов в последовательности, заданной в разработанном диагностическом тесте,
- при этом данную последовательность формируют на ЭВМ путем обработки скрипта, представляющего собой последовательность операций логических интерфейсов,
- после формирования диагностического теста определяют значение его предварительной эффективности и принимают решение о достаточном качестве сформированного диагностического теста, в результате принятого решения диагностический тест отправляют на доработку или принимают в эксплуатацию (при его требуемом уровне качества).
Таким образом, техническим результатом от использования изобретения является устранение недостатков прототипа и аналогов, а именно заявленный способ позволяет:
- создавать тесты при отсутствии эталонных образцов диагностируемых изделий;
- формировать последовательности сочетаний входных сигналов, обеспечивающих требуемые полноту диагностирования и глубину поиска места отказа, не ограниченных только сигналами, поступающими на входы диагностируемого изделия в процессе его штатной работы;
- производить предварительную оценку качества диагностических тестов.
Отличительный признак формулы изобретения: «перед подачей данных на входы эталонной модели диагностируемого изделия осуществляют группировку всех входов диагностируемого изделия на подмножества по признаку - каждому подмножеству подключен один типовой функциональный узел и каждому такому узлу ставится в соответствие один из имеющихся в базе данных программных модулей - логических интерфейсов» - позволяет указать способ структурирования подмножеств входов диагностируемого изделия, необходимого для формирования входных воздействий.
Введение отличительного признака: «при этом каждый логический интерфейс характеризуется множеством свойственных ему операций и совокупностью входных и выходных данных, называемых сигналами логического интерфейса, поступающих и (или) выдаваемых в (из) него при выполнении операций» - необходимо для понимания термина «логический интерфейс».
Введение отличительного признака: «далее на входы полученной эталонной модели диагностируемых изделий задают соответствующие сочетания входных сигналов в последовательности, заданной в разработанном диагностическом тесте» - необходимо для снятия ограничения способа-прототипа, связанного с использованием последовательности входных векторов, поступающих на входы диагностируемого изделия только в процессе его штатной работы.
Отличительный признак: «при этом данную последовательность формируют на ЭВМ путем обработки скрипта, представляющего собой последовательность операций логических интерфейсов» - отображает суть предлагаемого способа в части уменьшения временных затрат. Сокращение временных затрат достигается тем, что разработчик тестов оперирует при составлении теста высокоуровневыми понятиями «операция логического интерфейса» вместо низкоуровневого двоичного (шестнадцатеричного) представления сочетаний входных сигналов.
Отличительный признак: «после формирования диагностического теста определяют значение его предварительной эффективности и принимают решение о достаточном качестве сформированного диагностического теста, в результате принятого решения диагностический тест отправляют на доработку или принимают в эксплуатацию (при его требуемом уровне качества)» - позволяет указать итерационный процесс формирования диагностического теста, необходимый для получения теста требуемого уровня качества.
Практическая реализация способа поясняется ниже.
На графических материалах представлены:
Фиг. 1 - Структура диагностируемого изделия с z логическими интерфейсами.
Фиг. 2 - Пример представления диагностируемого изделия с шестью логическими интерфейсами в программной реализации заявленного способа.
Фиг.3 - Отражение значений сигнала f_control, к которому привязан логический интерфейс CLOCK, в вектора, подаваемые в диагностируемое изделие.
Фиг. 4 - Пример описания входных воздействий теста в терминах логических интерфейсов.
Фиг. 5 - Входные воздействия теста, сформированные в результате применения заявленного способа.
В рассматриваемом способе все входы X диагностируемого изделия
представляются в следующем виде:
где p - количество входов диагностируемого изделия;
j
x - j-й вход диагностируемого изделия;
i
X - i-e подмножество входов X;
n - количество подмножеств входов диагностируемого изделия;
i
L, - i-й логический интерфейс (ЛИ) диагностируемого изделия;
L - множество ЛИ диагностируемого изделия;
i
B - количество входов i-го логического интерфейса;
ih
i,
l - h-й вход i-го L.
i
i
i
Группировка множества входов X на подмножества X (выражение (1А) осуществляется на подмножества по признаку - каждому подмножеству подключен один типовой функциональный узел. Каждому такому узлу ставится в соответствие один из имеющихся в базе данных программных модулей, называемый логическим интерфейсом. Другими словами, происходит привязка каждого из логических интерфейсов L к соответствующему подмножеству X (выражение (2)).
j
i
j
Для каждого типового функционального узла логический интерфейс создается и записывается в базу данных заранее. Каждый вход диагностируемого изделия x должен входить в одно из подмножеств входов X (выражение (1В)), к которому подключен один из функциональных узлов диагностируемого изделия и, соответственно, вход диагностируемого изделия x должен быть привязан к одному из логических интерфейсов (выражение (2А)).
Структура представления диагностируемого изделия с использованием ЛИ приведена на фиг. 1. Как и в реальном диагностируемом изделии, так в его эталонной модели к «невидимой» части (см. фиг. 1) нет прямого доступа, т.е. на нее невозможно напрямую подать тестовые воздействия. Однако она на них реагирует опосредованно.
Отдельный логический интерфейс характеризуется набором типовых операций, которые он выполняет, и совокупностью входных и выходных данных, называемых сигналами логического интерфейса, поступающих в него (выдаваемых из него) при выполнении операций этого ЛИ:
i
i,j
i
где O - множество типовых операций O, свойственных L,
i
i,j
i
C - количество типовых операций O, свойственных L,
i
i
i
K - множество сигналов логического интерфейса L, поступающих (выдаваемых) на него при выполнении операций O.
i,j
i
i,j
При выполнении одной типовой операции O, логического интерфеса ЛИ L в него поступают (из него выдаются) подмножество сигналов K.
i
В качестве логических интерфейсов могут быть использованы счетчик, регистр, память, физические интерфейсы и т.п. Так, например, логический интерфейс «Счетчик» - L имеет следующее наполнение (см. выражение (3)):
где m - разрядность данных, загружаемых в счетчик,
R - операция обнуления счетчика,
I - операция увеличения содержимого счетчика на 1,
D - операция уменьшения содержимого счетчика на 1,
L - загрузка слова данных в счетчик.
Примером использования логических интерфейсов в реальном диагностируемом изделии может служить 8-разрядная память, подключенная к краевым разъемам изделия, реализованная при помощи 8 одноразрядных микросхем памяти. Если они объединены по линиям адреса, данных и управления соответственно, то тогда 8 соответствующих входных сигналов изделия могут быть привязаны к одному ЛИ «Память». Другой пример - в диагностируемом изделии имеется 6 микросхем 4-разрядных счетчиков, связанных параллельной загрузкой и включенных последовательно. В этом случае они представляют собой 24-разрядный счетчик с возможностью параллельной загрузки. Если эти 6 микросхем счетчиков связаны с краевыми разъемами диагностируемого изделия, то тогда 24 соответствующих входных сигналов изделия могут быть привязаны к одному ЛИ «Счетчик».
i
i
i
i
i
Для каждого i-го логического интерфейса L, применяемого в диагностируемом изделии, в процессе привязки уточняется перечень операций O (см. выражения (3), (4) и (6)), а также разрядность данных m и состав используемых сигналов K (см. выражение (5)). Например, для ЛИ «Счетчик» в зависимости от реализации счетчика возможны различные варианты наполнения L. Некоторые наполнения L для 24-разрядного счетчика приведены в таблице 1.
Пример представления диагностируемого изделия с шестью ЛИ (Clock - 1 ЛИ, Группа сигналов - 5 ЛИ) в программной реализации рассматриваемого способа представлен на фиг. 2. Логический интерфейс CLOCK («Тактовые импульсы») определяет последовательность тактовых импульсов, подаваемых в диагностируемое изделие. В примере на фиг.2 этот интерфейс привязан ко входу диагностируемого изделия, на который подается сигнал f_control.
Логический интерфейс GROUP_SIG («Группа сигналов») задает периодическое изменение сигналов группы с заданным периодом, в которой происходит инкрементирование или декрементирование числового представления группы.
ПРИМЕЧАНИЕ. Временные отрезки в логических интерфейсах измеряются в количестве сочетаний входных сигналов (векторах), одновременно подаваемых в диагностируемое изделие. Например, для подачи одного периода тактового импульса в диагностируемое изделие необходимо передать два вектора (фиг. 3): один с логическим «0», а другой - с логической «1».
После привязки входов к ЛИ (см. выражение (2)) производится формирование векторов V, подаваемых в диагностируемое изделие (фиг. 1):
где N - количество векторов создаваемого диагностического теста;
p - количество входов диагностируемого изделия.
i
i
Процесс формирование векторов V осуществляется на ЭВМ путем выполнения скрипта, задающего типы используемых ЛИ L и последовательность выполнения их типовых операций O. Пример скрипта, описывающего правила формирования входных воздействий диагностического теста в терминах ЛИ, представлен на фиг. 4.
Вектора V, формируемые после выполнения вышеприведенного скрипта (см. фиг. 3) в программной реализации заявленного способа, представлены на фиг. 5.
e
o
o
Сформированные вектора V подают на входы X полученной эталонной модели диагностируемого изделия. Для каждого вектора V (см. выражение (7)) определяют параметры сочетаний сигналов отклика на выходах эталонной модели диагностируемого изделия W и в характерных промежуточных точках между эталонными моделями составных частей изделия W:
где W - множество откликов эталонной модели диагностируемого изделия на подаваемые в нее векторов V,
o
T - количество выходов диагностируемого изделия,
i
T - количество характерных промежуточных точек между эталонными моделями составных частей изделия, с которых снимаются сигналы отклика,
oe,do
o
w - сигнал, снимаемый с d-го выхода диагностируемого изделия в его e-м отклике;
ie,di
i
w - сигнал, снимаемый с d-й характерной промежуточной точки диагностируемого изделия в его e-м отклике.
Процесс формирования векторов V, их подачи в эталонную модель диагностируемого изделия и фиксация ее откликов W продолжается, пока не достигнуто требуемое значение предварительной эффективности создаваемого теста [3]:
где Ц - количество цепей в диагностируемом изделии;
изм
Ц - количество цепей, в которых произошло хотя бы одно изменение значений параметров сигналов в процессе «обработки» векторов V, подаваемых в эталонную модель диагностируемого изделия.
Полученные значения сигналов отклика W вместе с параметрами соответствующих тестовых входных сигналов (векторов) V заносят с помощью ЭВМ в базу данных.
Совокупность (V, W) заранее определенных входных воздействий V и соответствующих реакций W представляет собой тест, который в дальнейшем используют для диагностики состояния диагностируемого изделия и диагностики неисправностей составных частей изделия.
Таким образом, заявленный способ формирования диагностических тестов предоставляет новый, более высокий уровень абстракции для описания входных воздействий по сравнению с использованием низкоуровневого двоичного (шестнадцатеричного) представления входных тестовых воздействий в способе-прототипе. Это позволяет существенно сократить временные затраты на разработку тестов.
Заявленный способ обеспечивает в равной степени формирование диагностических тестов как на основе физических моделей (моделей электрических соединений, моделей составных частей аппаратуры), так и на основе адекватных им математических моделей. При этом сущность реализации способа и его эффективность не зависят от способа реализации модели.
Для дополнительно объяснения (другими словами) заявляемый способ состоит в выполнении следующих действий.
1. Производят анализ схемного решения диагностируемого изделия, по результатам которого осуществляют группировку множества входов на подмножества по признаку - каждому подмножеству подключен один типовой функциональный узел (счетчик, шина, память, тактовый импульс, сигнал сброса и т.д.). Каждый вход диагностируемого изделия должен быть привязан к одному из логических интерфейсов.
2. Каждому найденному функциональному узлу ставят в соответствие один из имеющийся в базе данных программных модулей, называемый логическим интерфейсом. Для каждого типового функционального узла логический интерфейс создают и записывают в базу данных заранее.
3. Разрабатывают скрипт, задающий правила формирования входных сигналов. Скрипт представляет собой последовательность операций логических интерфейсов, привязанных к диагностируемому изделию, для которого разрабатывается диагностический тест.
4. Путем обработки скрипта на ЭВМ формируют последовательность сочетаний входных сигналов, которую подают на входы эталонной модели диагностируемого изделия.
5. Для каждого сочетания задаваемых входных сигналов определяют параметры сочетаний сигналов отклика на выходах и в характерных промежуточных точках эталонной модели диагностируемого изделия.
6. Последовательность сочетаний входных сигналов и соответствующие им отклики на выходах и в характерных промежуточных точках эталонной модели диагностируемого изделия представляет собой диагностический тест, который с помощью ЭВМ заносят в базу данных.
7. Для полученной версии диагностического теста определяют значение его предварительной эффективности. В случае если качество теста не соответствует требуемому уровню, то тест отправляют на доработку. Данный процесс продолжают до тех пор, пока не будет получен тест требуемого качества.
Реализация способа позволяет разрабатывать диагностические тесты при отсутствии эталонных образцов диагностируемых изделий, сократить время формирования тестов по сравнению с аналогами и прототипом и создать тест требуемого (необходимого) качества.
Полагаем, что предложенный «Способ формирования диагностических тестов» обладает всеми критериями изобретения, так как совокупность ограничительных и отличительных признаков формулы изобретения является новым для таких способов и, следовательно, соответствует критерию "новизна", так как предложенный способ может быть осуществлен на всех типах существующих изделиях цифровой радиоэлектронной аппаратуры.
Совокупность признаков формулы изобретения предложенного способа неизвестна на данном уровне развития техники и не следует общеизвестным правилам разработки диагностических тестов технических систем (в частности, радиоэлектронной аппаратуры) различной степени сложности, а именно:
- производится группировка входов диагностируемого изделия на подмножества по признаку - каждому подмножеству подключен один типовой функциональный узел (счетчик, шина, память, тактовый импульс, сигнал сброса и т.д.);
- каждому такому функциональных узлу ставится в соответствие один из имеющихся в базе данных программных модулей (предварительно разработанный для каждого из функциональных узлов), называемый логическим интерфейсом;
- каждый логический интерфейс характеризуется множеством свойственных ему операций и совокупностью входных и выходных данных - сигналов логического интерфейса, поступающих и (или) выдаваемых в (из) него при выполнении операций;
- входные воздействия теста генерируются на ЭВМ путем обработки скрипта, описывающего правила формирования сочетаний входных тестовых сигналов;
- скрипт представляет собой последовательность операций логических интерфейсов, привязанных к диагностируемому изделию, для которого разрабатывается диагностический тест;
- для каждого сочетания входных сигналов при помощи эталонной модели диагностируемого изделия определяется отклик диагностируемого изделия на его выходах и в характерных промежуточных точках, которые заносятся в базу данных;
- процесс формирования диагностического теста осуществляется итерационно до тех пор, пока не будет создан тест требуемого качества.
Разработка, конструирование и внедрение предложенного «Способа формирования диагностических тестов» не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей. Способ разработан заявителями, и в настоящее время по его признакам (заявленной формулы изобретения) производится формирование тестов и их использование для диагностируемых изделий, что доказывает соответствие критерию "промышленная применимость".
Литература
1. Надежность и эффективность в технике. Справочник в 10 т. Т. 9. Техническая диагностика / Под ред. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1987, с. 177-178.
2. ГОСТ Р 55692-2013. МОДУЛИ ЭЛЕКТРОННЫЕ. Методы составления и отладки тест-программ.
3. Патент РФ 2475821 C1 от 20.02.2013 г., МПК G06F 11/22, G05B 23/00. Способ предварительной оценки качества диагностических тестов.
4. Патент РФ 2261471 C1 от 31.03.2004 г., МПК G05F 11/22, G05B 23/00. Способ формирования диагностических тестов. Прототип.