СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕСТОВ ДЛЯ КОНТРОЛЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И ДИАГНОСТИКИ НЕИСПРАВНОЙ АППАРАТУРЫ
METHOD TO GENERATE TESTS FOR CONTROL OF OPERABILITY AND DIAGNOSTICS OF FAULTY EQUIPMENT

Техническое решение относится к области технической диагностики, в частности к автоматизированному контролю работоспособности и диагностики неисправностей радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и другой сложной аппаратуры с применением автоматизированных контрольно-диагностических установок на основе компьютерной техники и цифровой измерительной техники.
При реализации автоматизированного контроля работоспособности и диагностики неисправностей РЭА большую трудоемкость составляют работы по формированию контрольно-диагностических тестов. В целях сокращения трудозатрат по подготовке тестов используют различные способы автоматизированного формирования контрольно-диагностических тестов.
Известны способы формирования контрольно-диагностических тестов для автоматизированных контрольно-диагностических установок, диагностика неисправностей контролируемой РЭА в которых производится на основе сравнения измеренных сигналов отклика в промежуточных точках РЭА с эталонными сигналами отклика в тех же точках RU №2261471 C1 (G06F 11/22, G05B 23/00, опубл. 27.09.2005 г., Бюл. №27) для заведомо исправной РЭА. Недостатком данного способа является то, сформированные на его основе диагностические тесты непригодны для диагностики неисправностей сложной РЭА с повышенной плотностью монтажа электрорадиоэлементов (ЭРЭ) и с невозможностью доступа измерительными щупами контрольно-диагностических установок к контрольным точкам электрических цепей РЭА.
Данный недостаток устранен в способе формирования контрольно-диагностических тестов, использующих цифровые инфракрасные (тепловые) изображения контролируемой РЭА. Примером такого способа является способ по заявке №2009135652/09 от 25.09.2009, принятый за ближайший аналог.
При формировании диагностических тестов в качестве критериев исправного состояния РЭА в данном способе используются цифровые инфракрасные (тепловые) изображения исправного состояния эталонного (контрольного) образца данного типа РЭА. Сформированный с помощью тепловизионной (инфракрасной) цифровой видеокамеры тепловой портрет исправной РЭА заносится в память компьютера контрольно-диагностической установки и используется при последующей диагностике неисправностей образцов данного типа РЭА в качестве критерия исправности. Все отклонения тепловых портретов ЭРЭ на изображениях образцов данного типа РЭА в процессе последующей диагностики от эталонного изображения (теплового портрета) исправного состояния РЭА позволяют точно локализовать места неисправных ЭРЭ в конструкции РЭА и затем идентифицировать типы неисправных ЭРЭ для последующей их замены при ремонте РЭА.
Достоинством данного способа формирования тестов (принятого за прототип заявленного способа) является то, что он обеспечивает формирование и последующее использование диагностических тестов, позволяющих выявить и идентифицировать неисправные ЭРЭ без контакта с электропроводящими цепями РЭА и без нарушения влагозащитного покрытия контролируемых образцов РЭА. Сформированные по этому способу тесты позволяют производить диагностику неисправностей РЭА с высокой плотностью размещения ЭРЭ.
Недостатком данного способа формирование тестов, ориентированных на применение в контрольно-диагностических установках с тепловизионным способом диагностики неисправностей (в частности, в установках по изобретению по заявке №2009135652) является то, что он может быть использован только при наличии заведомо исправного (эталонного) образца РЭА.
В связи с этим данный способ не может быть использован для формирования тестов при выполнении опытно-конструкторских работ на стадиях изготовления опытных образцов РЭА, при начале освоения серийного производства новых типов РЭА, при войсковом ремонте составных частей систем вооружения и военной техники и в других случаях, когда по различным причинам отсутствуют заведомо исправные (эталонные) образцы данного типа РЭА (объектов контроля с применением контрольно-диагностических) установок.
Целью заявленного технического решения является устранение недостатков известного способа, а именно обеспечение возможности формирования диагностических тестов для тепловизионной диагностики неисправностей РЭА при отсутствии эталонных (заведомо исправных) образцов РЭА.
Заявленный технический эффект достигается тем, что перед началом формирования контрольно-диагностических тестов по конструкторской документации определяют перечень электрорадиоэлементов, входящих в состав РЭА, подлежащей контролю и диагностике. Натурные образцы ЭРЭ включают в соответствии с их нормальными режимами работы согласно паспортным данным. С помощью цифровой тепловизионной камеры получают цифровые тепловые портреты для исправных состояний каждого типа ЭРЭ, используемых в составе РЭА (подлежащей последующей диагностике неисправностей с помощью формируемых тестов). Затем для каждого включенного образца ЭРЭ имитируются его характерные неисправные состояния (например, короткие замыкания транзистора по цепи «коллектор-эмиттер» при электрическом пробое или нарушении целостности данной цепи и т.п.). С помощью цифровой тепловизионной видеокамеры получают цифровые тепловизионные портреты для характерных неисправных состояний каждого типа ЭРЭ, входящих в состав контролируемой РЭА. Полученные цифровые тепловые портреты для исправного и характерных неисправных состояний ЭРЭ идентифицируют соответствующими кодами, содержащими идентификатор типа ЭРЭ и типа состояния ЭРЭ. Идентифицированные тепловые цифровые портреты заносят в память компьютера контрольно-диагностической установки. Затем в память компьютера контрольно-диагностической установки вводят цифровой чертеж общего вида конструкции РЭА, содержащий позиционные изображения каждого ЭРЭ и обозначения типов ЭРЭ, находящихся в соответствующих позициях конструкции РЭА.
Изображения каждого типа ЭРЭ в цифровом конструкторском чертеже РЭА, помещенном в память компьютера контрольно-диагностической установки, заменяют на ранее полученные тепловые цифровые портреты исправного состояния ЭРЭ, соответствующего типа. Замену конструктивного изображения ЭРЭ в цифровом чертеже конструкции РЭА на соответствующий тепловой портрет данного типа ЭРЭ производят на основе совпадения идентификатора типа ЭРЭ на соответствующей позиции чертежа общего вида РЭА с идентификационном кодом типа ЭРЭ, которым был ранее идентифицирован тепловой портрет данного типа ЭРЭ. В результате замены в цифровом чертеже конструкции РЭА на каждой позиции будут помещены цифровые тепловые портреты ЭРЭ и таким образом будет сформирован эталонный цифровой портрет конструкции РЭА для исправного состояния, который далее используются при диагностике неисправностей. Аналогично могут быть получены тепловые портреты РЭА для характерных неисправных состояний ЭРЭ в соответствующих позициях конструкции РЭА.
Таким образом, обеспечивается формирование эталонных тепловых портретов для исправного состояния РЭА и для неисправных состояний - без использования натурных объектов РЭА, подлежащих диагностике неисправностей, т.е. достигается заявленный технический эффект.
При этом для повышения достоверности формирования цифровых тепловых портретов для исправного и характерных неисправных состояний ЭРЭ и последующей диагностики неисправностей при создании эталонных тепловых портретов образца изделия РЭА принимают меры по исключению влияния сторонних оптических и тепловых излучений на натурные образцы ЭРЭ и на объектив инфракрасной видеокамеры, используемой при формировании диагностических тестовых тепловых цифровых портретов изделия РЭА.
В некоторых случаях для отдельных ЭРЭ в составе схемы изделия РЭА печатная плата является своего рода радиатором в силу своих конструктивных особенностей. В связи с этим в подобных случаях для повышения достоверности формирования тепловых цифровых портретов для исправного и характерных неисправных состояний ЭРЭ при создании тепловых портретов ЭРЭ включенные в соответствии с паспортными данными ЭРЭ помещают на макетную печатную плату.
Исключение влияния сторонних излучений обеспечивают соответствующей экранировкой зоны съемки - например, применением сменных экранирующих кожухов (тубусов), устанавливаемых широкой стороной на края монтажной поверхности макетной печатной платы с ЭРЭ. Вершину (горловину) тубуса используют для установки объектива инфракрасной видеокамеры (аналогично способу-прототипу).
Последующее использование сформированных указанным способом диагностических тестов в составе соответствующих контрольно-диагностических установок производятся аналогично тестам на основе эталонных тепловизионных портретов по способу - ближайшему аналогу.
При этом формирование тестов для контроля исправности РЭА также производят без применения натурных образцов РЭА (например, с использованием математической модели исправного состояния РЭА или с использованием имитационной модели - в соответствии со способом формирования тестов по патенту RU №2261471 C1 (G06F 11/22, G05B 23/00, опубл. 27.09.2005 г., Бюл. №27).
Техническая реализация заявленного способа формирования тестов поясняется на фиг.1 и фиг.2.
На фиг.1 приведена структурная схема автоматизированной контрольно-диагностической установки (для которой предназначены формируемые тесты), подключенная к образцам ЭРЭ соответствующего типа изделия РЭА согласно конструкторской документации.
На фиг.2 поясняются особенности взаимного расположения монтажной поверхности макетной платы с ЭРЭ и видеокамеры, а также принцип защиты (экранировки) от влияния побочных излучений на формирование эталонных изображений изделия РЭА.
Установка по фиг.1, используемая для формирования контрольно-диагностических тестов по заявленному способу, аналогична по составу установкам для контроля и диагностики изделий РЭА, в которых в последующем должны использоваться формируемые тесты, и включает:
- макетную плату 1 с установленными на ней ЭРЭ соответствующего типа согласно конструкторской документации образца изделия РЭА, для которого формируются тесты;
- комплект источников 2 входных тестовых сигналов (включая источники электропитания), выходы которых подключены к ЭРЭ на макетной плате 1;
- комплект измерителей 3 параметров электрических сигналов отклика;
- ЭВМ 4 контрольно-диагностической установки, кодовый выход которой подключен к входам управления источников 2 входных тестовых сигналов, а входы подключены к кодовым выходам измерителей 3 параметров электрических сигналов отклика и к выходу цифровой инфракрасной видеокамеры 5;
- цифровая инфракрасная видеокамера 5, установленная над макетной платой с ЭРЭ 1 (см. фиг.2) с помощью сменного кожуха (тубуса) 6, который обеспечивает защиту макетной платы с ЭРЭ 1 от воздействия сторонних излучений, а также обеспечивает установку объектива цифровой видеокамеры 5 на расстоянии «H» таким образом, чтобы макетная плата 1 с установленными на ней ЭРЭ (интегральными схемами, транзисторами, резисторами, диодами и др.) полностью находилась в поле съемки «α» объектива инфракрасной видеокамеры 5.
Комплект источников 2 и комплект измерителей 3 необходим для имитации реального режима работы ЭРЭ в составе схемы РЭА согласно паспортным данным ЭРЭ.
После подготовки установки фиг.1 с учетом фиг.2 к работе и подключения каждого очередного ЭРЭ на макетной плате 1 согласно паспортным данным ЭРЭ получают эталонный тепловой снимок (в инфракрасном диапазоне) ЭРЭ 1.
Полученный снимок идентифицируют типом ЭРЭ и записывают в базу данных. В базу данных помещают цифровой чертеж общего вида РЭА (объекта контроля). В каждой позиции чертежа РЭА изображен чертеж ЭРЭ, который заменяется на его тепловое изображение из базы данных. В результате последовательностей замены всех изображений ЭРЭ на цифровом чертеже РЭА (объекта контроля) на цифровые тепловые портреты этих ЭРЭ получают синтезированный цифровой тепловой эталонный тепловой портрет РЭА (объекта контроля).
Для каждой комбинации входных тестовых сигналов с помощью математической модели РЭА определяют активированные ЭРЭ в составе схемы РЭА, их позиции на чертеже и формируют эталонный тепловой портрет РЭА для каждой входной тестовой комбинации.
Формирование контрольно-диагностических тестов по заявленному способу с применением установки по фиг.1 с учетом фиг.2 производят циклически. При этом выполняют операции в следующей очередности:
1) занесение в базу данных ЭВМ 4 математических моделей ЭРЭ РЭА (объекта контроля), математической модели всей РЭА и цифрового чертежа общего вида РЭА, содержащего позиционные изображения каждого ЭРЭ и обозначение, идентифицирующее данный тип ЭРЭ, находящегося в соответствующей позиции конструкции цифрового чертежа РЭА;
2) на основе математической модели РЭА (объекта контроля) в целом с учетом математических моделей ЭРЭ и параметров режимов работы для ЭРЭ согласно паспортным данным имитируются параметры входных тестовых сигналов от источников 2, определяются параметры эталонных выходных сигналов отклика РЭА в целом и определяются позиции активированных ЭРЭ для каждой тестовой комбинации;
3) исправные образцы ЭРЭ каждого типа, входящих в состав РЭА (объекта контроля), устанавливают на монтажную (макетную) плату, включают согласно паспортным данным, подают на ЭРЭ от источников 2 необходимые сигналы (согласно штатной работе ЭРЭ в составе РЭА) и ранее рассмотренным способом получают эталонные тепловые портреты для каждого характерного состояния ЭРЭ;
4) эталонные цифровые тепловые портреты ЭРЭ заносят в базу данных компьютера установки;
5) выводят на монитор компьютера установки цифровой чертеж РЭА (предварительно введенный в базу данных);
6) для каждой позиции ЭРЭ на изображении чертежа общего вида РЭА (выведенном на экране) на основе идентифицирующих данных типа ЭРЭ извлекают из базы данных тепловые портреты данного ЭРЭ и заменяют этими тепловыми портретами конструкторские изображения ЭРЭ для данной позиции чертежа РЭА;
7) повторяют позиции 5 и 6 до замены всех конструкторских изображений ЭРЭ на их тепловые портреты (до последней позиции на чертеже РЭА);
8) помещают сформированный эталонных цифровой тепловой портрет РЭА для каждой комбинации входных тестов в память компьютера;
9) продолжают этапы 6, 7 и 8 до перебора всех комбинаций входных контрольных тестов, после чего контрольно-диагностические тесты будут полностью сформированы и пригодны для диагностики неисправностей натурных образцов РЭА (аналогично способу - ближайшему аналогу).
Сформированные заявленным способом контрольно-диагностические тесты используют следующим образом.
Собирают контрольно-диагностическую установку в составе, аналогичном фиг.1 и фиг.2, только в качестве изделия 1 используют натурный образец РЭА, подлежащий контролю и диагностике.
С помощью источников входных сигналов 2 на входы изделия РЭА 1 подают комбинации входных тестовых сигналов с параметрами, полученными ранее по результатам формирования контрольных тестов на основе математического моделирования схемы РЭА. С помощью измерителей 3 измеряют параметры сигналов отклика с выходов изделия РЭА 1 и сравнивают их (с помощью программного обеспечения в компьютере 4) с параметрами эталонных сигналов отклика (полученными при формировании контрольных тестов с использованием математической модели схемы РЭА). В случае совпадения измеренных параметров сигналов отклика изделия РЭА 1 с эталонными параметрами (из базы данных компьютера 4) изделие РЭА 1 квалифицируют как исправное. В случае несовпадения хотя бы одного из сигналов отклика с эталонным сигналом изделие РЭА 1 квалифицируют как неисправное и переходят к диагностике неисправностей.
При диагностике неисправностей (как и при использовании тестов, сформированных по способу - ближайшему аналогу) подают от источников 2 на изделие РЭА 1 комбинацию входных тестовых сигналов, по которой при контроле выявлена неисправность. С помощью цифровой инфракрасной видеокамеры 5 получают тепловой портрет неисправного состояния изделия РЭА 1. Полученный тепловой портрет (визуально на мониторе и с помощью программы цифровой обработки изображений) сравнивают с эталонным цифровым портретом изделия РЭА 1 для той же комбинации входных тестовых сигналов.
В результате сравнения выявляют позиции ЭРЭ в составе измеренного с помощью инфракрасной видеокамеры 5 теплового портрета РЭА, в котором тепловой портрет ЭРЭ не совпадает с эталонным изображением. Эти ЭРЭ и являются неисправными.
Сформированные заявленным способом контрольно-диагностические тесты обеспечивают такую же полноту и достоверность контроля работоспособности и диагностики неисправностей ЭРЭ в составе РЭА, как и тесты, сформированные по способу - ближайшему аналогу.
Таким образом, доказана реализация заявленного технического эффекта, а именно формирование контрольно-диагностических тестов для диагностики неисправностей РЭА на основе эталонных тепловых портретов, полученных методом синтеза тепловых портретов отдельных ЭРЭ (без использования натурных образцов заведомо исправных РЭА - объектов контроля).
Благодаря заявленному способу существенно снижается стоимость работ по разработке диагностических тестов. Тепловые портреты ЭРЭ формируются и записываются в базу данных один раз и используется многократно для всех типов РЭА, в составе которых используются данные типы ЭРЭ.
Еще одним положительным результатом является расширение сферы применения контрольно-диагностических установок и методов диагностики, которые были ранее недоступны при формирований тестов по известному способу (на ранних стадиях проектирования - при контроле опытных образцов РЭА, при освоении производства новых типов РЭА, при войсковом ремонте РЭА из состава ВВТ и др.).
Техническая реализация установки фиг.1 и фиг.2, используемой для формирования тестов по заявленному способу, обеспечивается с применением типовых серийно выпускаемых технических средств, известных из уровня техники и аналогичных средствам, используемым при реализации способа-прототипа. При этом для формирования тестов используется установка такого же состава, как и для последующего контроля и диагностики образцов изделия РЭА с использованием тестов, сформированных заявленным способом (а также того же состава, что и для реализации известного способа).
В качестве макетной платы используются монтажная плата, изготовленная из того же материала, что и РЭА - объекта контроля (например, фольгированный стеклотекстолит). Для получения эталонных тепловых портретов ЭРЭ используются заведомо исправные ЭРЭ тех типов, которые указаны в спецификации РЭА - объекта контроля.
В качестве источников 2 входных тестовых электрических сигналов могут быть использованы программно-управляемые источники электропитания, генераторы параллельных кодовых комбинаций сигналов, программно-управляемые генераторы импульсов, генераторы сигналов специальной формы, программируемые генераторы высокочастотных сигналов и другие программно-управляемые приборы, известные из уровня техники (аналогичные используемым при реализации способа - ближайшего аналога) и обеспечивающие имитацию реальных входных сигналов в соответствии с требованиями технических условий на данный тип ЭРЭ контролируемого изделия 1.
В качестве измерителей 3 параметров сигналов отклика с выходов ЭРЭ 1 (в зависимости от типа контролируемого изделия РЭА) могут использоваться известные из уровня техники логические анализаторы, цифровые осциллографы, анализаторы спектра и другие измерительные приборы (аналогичные используемым для этих целей при реализации способа - ближайшего аналога и удовлетворяющие по метрологическим и эксплуатационным характеристикам требованиям технических условий на данный тип контролируемого изделия).
В качестве ЭВМ 4 в составе устройства, фиг.1, могут использоваться типовые серийные персональные компьютеры, оснащенные необходимыми интерфейсами для подключения источников 2 входных тестовых сигналов, измерителей 3 параметров сигналов отклика и инфракрасной видеокамеры 5, обладающие необходимым быстродействием и объемом памяти.
В качестве цифровой инфракрасной видеокамеры 5 могут использоваться образцы серийных цифровых видеокамер инфракрасного диапазона, аналогичные используемым в составе промышленных тепловизоров и других устройств аналогичного назначения с разрешающей способностью, обеспечивающей достоверное получение изображений (тепловых портретов) наименьших по размерам ЭРЭ (резисторов, транзисторов, диодов, интегральных схем) на расстоянии «H» от поверхности макетной платы с ЭРЭ 1 согласно фиг.2. Минимальное значение расстояния «H» должно выбираться таким, чтобы наименьший поперечный размер ЭРЭ на поверхности изделия соответствовал нескольким градациям разрешающей способности инфракрасной видеокамеры, т.е. обеспечивалось бы надежное наблюдение ЭРЭ минимальных размеров.
Кожух (тубус) 6 для размещения цифровой видеокамеры 5 может быть выполнен в простейшем случае из раскроя металлического листа с формированием конструкции в виде полой пирамиды (см. фиг.2) с размещением объектива инфракрасной видеокамеры 5 в вершине тубуса 6, как это показано на фиг.2. Нижний размер тубуса 6 должен быть таким, чтобы он закрывал всю поверхность контролируемого изделия 1 с расположенными на ней ЭРЭ.
В качестве инфракрасной видеокамеры 5 могут использоваться серийные цифровые инфракрасные видеокамеры, обладающие необходимой чувствительностью, разрешающей способностью и имеющие интерфейс для подключения к ЭВМ 4. Примерами таких инфракрасных видеокамер могут служить, в частности, инфракрасные камеры VOCORDNetCam серии L и Н (поставщик в России: ЗАО «Вокорд Телеком»), инфракрасная видеокамера Micro Vista-NIR (поставщик в России: ООО «СЕДАТЕК») и др., имеющие разрешение не меньше 1280×1024 пикселей (что позволяет получить цифровые тепловые портреты достаточно малых ЭРЭ).
Принцип получения инфракрасных изображений (тепловых портретов) изделий известен из уровня техники и широко используется в составе тепловизоров различного целевого назначения (см., например, «Неразрушающий контроль и диагностика». Справочник: Под ред. Клюева В.В. - М.: Машиностроение, 2005, стр.537…543).
Таким образом, заявленный способ формирования тестов обеспечивает получение указанного ранее технического эффекта по устранению недостатков известного способа и реализуется на основе типовых технических средств, известных из уровня техники.