СПОСОБ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ТЕСТОВ
METHOD FOR PRELIMINARY ASSESSMENT OF QUALITY OF DIAGNOSTIC TESTS

Изобретение относится к области диагностики технических систем и может быть использовано при оценке эффективности диагностических тестов технических систем (в частности - радиоэлектронной аппаратуры) различной степени сложности.
Известен способ формирования диагностических тестов, основанный на использовании эталонной модели 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 и полнота 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 ограниченная область применения, невозможность формирования тестов при отсутствии эталонных образцов изделий и недостаточная достоверность формируемых тестов.
Прототипом предлагаемого изобретения является «Способ формирования диагностических тестов» по патенту РФ: RU 2261471 C1 от 27.09.2005 г., МПК G05F 11/22, G05B 23/00 - [2]. 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, обеспечивает возможности формирования тестов при отсутствии эталонных образцов объектов контроля. 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 оптимальность процесса контроля, так и необходимую глубину диагностирования. В связи с этим для проведения процедуры диагностирования применяются специально созданные диагностические тесты.
Назначением диагностических тестов является обнаружение максимально возможных неисправностей диагностируемых изделий. Это достигается обеспечением прохождения изменяющейся информации через максимально возможное количество цепей диагностируемых изделий.
Качество каждого диагностического теста определяется по результатам проведения натурных экспериментов (испытаний) на диагностируемом изделии путем внесения в него искусственных неисправностей и определение реакции на эти неисправности анализируемого теста, а также по результатам реальной эксплуатации. Данная процедура кропотливая, монотонная, длительная, требует большого внимания, терпения и усидчивости. Это обуславливает необходимость сокращения временных и материальных затрат на проведение оценки качества диагностических тестов. В качестве одного из путей решения этой проблемы предлагается определять степень покрытия каждым тестом информационных цепей диагностируемых объектов еще до проведения испытаний. После анализа степени покрытия диагностируемого объекта конкретным тестом можно провести предварительную оценку качества этого теста и принять решение о готовности анализируемого теста к использованию при проведении испытаний для оценки его эффективности (качества) или об отправке анализируемого теста на доработку.
В способе-прототипе «определяют параметры сочетаний сигналов отклика на выходах эталонной модели диагностируемого изделии в характерных промежуточных точках между эталонными моделями составных частей изделия» [2], 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 объекта конкретным тестом и, соответственно, способ-прототип не позволяет произвести предварительную оценку качества теста. Другим недостатком способа-прототипа является использование последовательности входных векторов, поступающих на входы диагностируемого изделия только в процессе его штатной работы.
Указанные недостатки ставят задачу создания возможности предварительной оценки качества диагностических тестов.
Задача решается тем (сущность предлагаемого изобретения), что в способе заключающимся 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 формируются 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 (входные воздействия) 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,
- количество изменений значений параметров сигналов в каждой цепи эталонной модели диагностируемого изделия подсчитывают с помощью ЭВМ и заносят в базу данных,
- на основании данных о количествах изменений значений параметров сигналов во всех цепях эталонной модели диагностируемого изделия после подачи в модели диагностируемого изделия всех входных воздействий из оцениваемого диагностического теста вычисляют предварительную эффективность этого теста (степени покрытия тестом информационных цепей диагностируемого изделия) по формуле:
где N - количество цепей, доступ к которым осуществляется через выходы эталонной модели и характерные промежуточные точки между эталонными моделями составных частей изделия,
изм
N - количество из N цепей, в которых произошло хотя бы одно изменение значений параметров сигналов,
- для каждого выхода эталонной модели диагностируемого изделия и каждой характерной промежуточной точки между эталонными моделями составных частей изделия визуально отображают признак изменения информации (того, изменились ли информация) параметров сигналов в них за время прохождения оцениваемого диагностического теста,
- на основании значения предварительной эффективности К оцениваемого диагностического теста, а также визуально отображения признаков изменения параметров сигналов на выходах эталонной модели диагностируемого изделия и характерных промежуточных точках между эталонными моделями составных частей изделия принимают предварительное решение о достаточном качестве оцениваемого диагностического теста, в результате которого оцениваемый диагностический тест отправляют на доработку или направляют на экспериментальную проверку.
Таким образом, техническим результатом от использования изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно:
использование в качестве входной информации специально созданных диагностических тестов;
обеспечение возможности предварительной оценки качества диагностических тестов.
Введение в предлагаемое изобретение отличительного признака: «на входы полученной эталонной модели диагностируемого изделия задают соответствующие сочетания входных сигналов (входные воздействия) в соответствующей последовательности заданной в оцениваемом 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.
Введение «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», что необходимо для определения факта изменения информации во время выполнения теста на выходах диагностируемого изделия и в его характерных промежуточных точках.
Введение «количество изменений значений параметров сигналов в каждой цепи эталонной модели диагностируемого изделия подсчитывают с помощью ЭВМ и заносят в базу данных» и введение «на основании данных о количествах изменений значений параметров сигналов во всех цепях эталонной модели диагностируемого изделия после подачи в модели диагностируемого изделия всех входных воздействий из оцениваемого диагностического теста вычисляют предварительную эффективность этого теста по формуле:
где N - количество цепей, доступ к которым осуществляется через выходы эталонной модели и характерные промежуточные точки между эталонными моделями составных частей изделия,
изм
N - количество из N цепей, в которых произошло хотя бы одно изменение значений параметров сигналов» необходимы для вычисления количественной оценки качества анализируемого теста.
Введение «для каждого выхода эталонной модели диагностируемого изделия и каждой характерной промежуточной точки между эталонными моделями составных частей изделия визуально отображают признак изменения информации (того, изменились ли информация) параметров сигналов в них за время прохождения оцениваемого диагностического теста» необходимо для качественной оценки качества анализируемого теста.
Введение «на основании значения предварительной эффективности К оцениваемого диагностического теста, а также визуально отображения признаков изменения параметров сигналов на выходах эталонной модели диагностируемого изделия и характерных промежуточных точках между эталонными моделями составных частей изделия принимают предварительное решение о достаточном качестве оцениваемого диагностического теста, в результате которого оцениваемый диагностический тест отправляют на доработку или направляют на экспериментальную проверку» необходимо для принятия решения о предварительной оценке качества анализируемого диагностического теста.
На фиг.1 условно изображена радиоэлектронная схема, играющая роль диагностируемого изделия.
1
6
На фиг.2 - схема электрических соединений между контактами устройств Y, … Y на фиг.1.
2
5
На фиг.3 - полнофункциональная модель схемы диагностируемого изделия на фиг.1 с включением моделей устройств Y, …, Y в соответствующие места модели электрических соединений на фиг.2.
На фиг.4 - схема включения модели по фиг.3 для предварительной оценки качества диагностических тестов заявленным способом.
На фиг.5 - визуальное представление реального объекта диагностирования.
Практическая реализация способа поясняется на фиг.1÷5.
Для этой цели в качестве примера диагностируемого изделия используется радиоэлектронная схема, представляющая собой разветвленную по входу логическую цепь, имеющую в своем составе 6 электрорадиоэлементов, обозначенных на фиг.1 условными обозначениями Y1, …, Y6.
Устройства Y1 и Y6 представляют собой входной и выходной разъемы. Устройства Y2, …, Y5 представляют собой соответствующие логические интегральные схемы (с логическими функциями, изображенными внутри контуров обозначений этих устройств на схеме фиг.1).
Схема электрических соединений между контактами устройств Y1, …, Y6 изображена на фиг.2. Реализация электрических соединений по этой схеме в виде электрических проводников между соответствующими контактами будет представлять собой физическую модель электрических соединений изделия, представленного на фиг.1.
2
5
Внутренние свойства каждого активного устройства (Y, …, Y), входящего в состав изделия фиг.1, могут быть представлены эквивалентными функциональными моделями. В данном случае функции устройств, входящих в изделие фиг.1, могут характеризоваться следующими описаниями логических функций:
1
2
2
3
5
где a, a - сигналы на входных контактах (1, 2) устройств Y, Y и Y;
5
2
3
5
а - сигнал на выходных контактах (5) устройств Y, Y и Y;
1
3
4
4
b, b, b - сигналы на входных контактах (1, 3 и 4) устройства Y;
5
4
b - сигнал на выходном контакте (5) устройства Y.
2
5
Модели устройств Y, …, Y должны по своим параметрам полностью соответствовать свойствам и параметрам реальных устройств того же типа.
2
5
Как производится включение моделей устройств Y, …, Y в соответствующие места в модель электрических соединений фиг.2 условно показано на фиг.3. В результате этого получаем полнофункциональную модель схемы аппаратуры фиг.1, для которой требуется оценить эффективность заданного теста.
Схема включения модели на фиг.3 для оценки эффективности диагностических тестов заявленным способом представлена на фиг.4. Блок формирования входных воздействий 1 под управлением от ЭВМ 2 формирует входные воздействия i-го теста для аппаратуры фиг.1. Формируемые входные сигналы подаются на входы эталонной модели 3 (фиг.3). Реакция эталонной модели 3 на каждую комбинацию тестовых входных воздействий будет проявляться в виде комбинации выходных сигналов на выходах модели 3, которые фиксируются блоком определения сигналов отклика 4.
2
3
4
Одновременно с фиксацией выходных сигналов блок определения сигналов отклика 4 фиксирует параметры сигналов отклика модели (по фиг.3) изделия с выходов моделей устройств Y, Y и Y (являющихся промежуточными контрольными точками схемы фиг.1).
Сигналы отклика на каждую комбинацию входных тестов анализируются ЭВМ 2 и заносятся в память. В дополнении к этому ЭВМ 2 для каждой k-й цепи эталонной модели диагностируемого изделия подсчитывается количество изменений значений параметров сигналов, произошедших после подачи всех входных воздействий i-го теста и определяет эффективность i-го теста K, в соответствии с выражением (1).
Процесс определения эффективности i-го теста K показан в таблице 1, столбцы которой содержат:
t=s(s=1…5) - значения сигналов в цепях устройства фиг.1, после подачи t-го входного воздействия;
Σt(t=2…5) - количество изменений сигналов, произошедших в цепях устройства фиг.1, за период времени, начиная с начала теста и завершая подачей t -го входного воздействия;
изм
П - признак наличия изменения сигналов, произошедших в цепях устройства фиг.1, за времени прохождения теста (начиная с начала теста и завершая подачей последнего 5-го входного воздействия: «+» - изменение было, «-» - изменения не было.
Таблица 1
Цепи
j=1
j=2
Σ<sub>2</sub>
j=3
Σ<sub>3</sub>
j=4
Σ<sub>4</sub>
j=5
Σ<sub>5</sub>
П<sub>изм</sub>
Входные цепи
Y<sub>1-1</sub>-Y<sub>2-1</sub>
0
1
1
0
2
0
2
1
3
+
Y1-2-Y<sub>2-2</sub>
1
0
1
1
2
0
3
0
3
+
Y<sub>1-3</sub>-Y<sub>3-1</sub>
1
1
0
1
0
0
1
1
2
+
Y<sub>1-4</sub>-Y<sub>3-2</sub>
1
0
1
0
1
0
1
1
2
+
Y<sub>1-5</sub>-Y<sub>4-4</sub>
1
1
0
0
1
0
1
1
2
+
Y<sub>1-6</sub>-Y<sub>5-2</sub>
1
0
1
1
2
0
3
1
4
+
Цепи с промежуточными контрольными точками
Y<sub>2-5</sub>-Y<sub>4-1</sub>
1
1
0
1
0
1
0
1
0
-
Y<sub>3-5</sub>-Y<sub>4-3</sub>
0
1
1
1
1
1
1
0
2
+
Y<sub>4-5</sub>-Y<sub>5-1</sub>
0
0
0
1
1
1
1
1
1
+
Y<sub>5-5</sub>-Y<sub>6-2</sub>
1
1
0
0
1
1
2
0
3
+
изм
Из таблицы 1 видно, что N=10, N=9 и следовательно эффективность теста равна K=0,9.
Информация об отсутствии изменения сигналов n-й цепи (n=1, N) свидетельствует о том, что при наличии неисправностей в ней эти неисправности обнаружены не будут. Таким образом, еще до применения тестов можно предварительно оценить эффективность диагностических тестов, обнаружить в диагностируемом объекте участки аппаратуры, не охваченные тестом, и проанализировать причины этого. К таким причинам относятся:
- неиспользуемые цепи, например, «висящий» контакт микросхемы;
- цепь может относиться к цепям питания или заземления;
- цепь не охвачена тестом ввиду недостаточно уровня качества теста.
Анализ объекта диагностирования фиг.1 и процесса прохождения теста
2
2
2
таблицы 1 показал, что эффективность теста К=0,9, а не К=1, связана с недостаточным уровнем качества теста, в котором ни в одном j-м входных воздействий не происходит подача на входные контакты (1, 2) устройства Y фиг.1 комбинации сигналов «11», следствием чего не происходит изменения сигнала на выходном контакте (5) устройства Y за время прохождения всего теста. По этой причине неисправность устройства Y данным обнаружена не будет. Для устранения этого недостатка и повышения эффективности теста необходимо доработать тест в части комбинации сигналов «11» на входные контакты (1, 2) устройства Y2.
Реальный объект диагностирования в виде платы ячейки с серой маской (для большей наглядности) показан на фиг.5, где:
1 - экранная форма программы, 2 - отображение объекта контроля с визуальным представлением степени покрытия оцениваемым тестом информационных цепей диагностируемого объекта, 3 - увеличенное представление одного из радиоэлементов диагностируемого объекта, 4 - радиоэлементы диагностируемого объекта. У радиоэлементов красным цветом обозначены контакты, в которых не было зафиксировано изменение информации при прохождения теста, зеленым - контакты, в которых произошло изменение информации.
По результатам анализа может быть принято решение о достаточном предварительном уровне эффективности теста или о необходимости доработки теста.
Таким образом, заявленный способ предварительной оценки качества диагностических тестов обеспечивает возможность на основе моделей получить достоверные данные о степени охвата тестом цепей диагностируемого объекта, позволяющие принять решение о достаточном уровне эффективности теста или о необходимости проведения доработки теста.
Предложенный способ обеспечивает в равной степени оценку качества 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.
В качестве блоков 1 формирования тестовых сигналов (представленных на фиг.4) в случае объектов диагностики в виде радиоэлектронной аппаратуры (фиг.1) могут использоваться соответствующие генераторы кодовых комбинаций, генераторы импульсов, генераторы сигналов специальной формы и т.п., известные из уровня техники. В качестве блоков 4 определения параметров сигналов отклика могут использоваться цифровые осциллографы, логические анализаторы, сигнатурные анализаторы и другие соответствующие измерительные устройства, известные из уровня техники.
В случае использования математических эталонных моделей блоки 1, 3, 4 (фиг.4) реализуются в составе ЭВМ 2 в виде соответствующих программных продуктов, адекватных по функциям их реальным физическим эквивалентам.
Представленный способ визуально продемонстрирован на фиг.5, на котором показана практическая реализация данного способа.
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. Патент РФ: RU 2261471 C1 от 31.03.2004 г., МПК G05F 11/22, G05B 23/00, Способ формирования диагностических тестов - прототип.