Тестовое и функциональное диагностирование

Техническая диагностика и прогнозирование ресурса оборудования. Основные понятия и определения

Техническая диагностика – отрасль научно-технических знаний, сущность которой составляют теория, методы и средства обнаружения и поиска дефектов объектов технической природы. Под дефектом следует понимать любое несоответствие свойств объекта заданным, требуемым или ожидаемым его свойствам. Обнаружение дефекта есть установление факта его наличия или отсутствия в объекте. Поиск дефекта заключается в указании с определённой точностью его местоположения в объекте.

Основное назначение технической диагностики состоит в повышении надежности объектов на этапе их эксплуатации, а также в предотвращении производственного брака на этапе изготовления объектов и их частей. Повышение надёжности обеспечивается улучшением таких показателей, как коэффициент готовности, коэффициент технического использования, время восстановления работоспособного состояния, а также ресурс или срок службы и наработка до отказа или наработка на отказ для резервированных объектов с восстановлением. Кроме того, диагностическое обеспечение позволяет получать высокие значения достоверности правильного функционирования объектов. Предотвращение производственного брака достигается правильной организацией диагностирования на операциях входного контроля комплектующих изделий и материалов и контроля технологических процессов изготовления объектов, включая выходной контроль последних.

Требования, которым должен удовлетворять изготовленный (новый) или эксплуатируемый объект, определяются соответствующей нормативно-технической документацией.

Объект, удовлетворяющий всем требованиям нормативно-технической документации, является исправным или, говорят, что он находится в исправном техническом состоянии.

Для условий эксплуатации практически важным является понятие работоспособного технического состояния объекта. Объект работоспособен, если он может выполнять все заданные ему функции с сохранением значений заданных параметров в требуемых пределах.

Также существенным является понятие технического состояния правильного функционирования объекта. Правильно функционирующим является объект, значения параметров которого в текущий момент реального времени применения объекта по назначению находятся в требуемых пределах.

Неисправное и неработоспособное техническое состояние, а также техническое состояние неправильного функционирования объекта могут быть детализированы путем указания соответствующих дефектов, нарушающих исправность, работоспособность или правильность функционирования и относящихся к одной или нескольким составным частям объекта, либо к объекту в целом.

Обнаружение и поиск дефектов являются процессами определения технического состояния объекта и объединяются общим термином «диагностирование». Таким образом, задачами диагностирования являются задачи проверки исправности, работоспособности и правильности функционирования объекта, а также задачи поиска дефектов, нарушающих исправность, работоспособность или правильность функционирования.

Диагностирование технического состояния любого объекта осуществляется теми или иными средствами диагностирования. Средства могут быть аппаратурными или программными; в качестве средств диагностирования может также выступать человек-оператор, контролёр, наладчик. Средства и объект диагностирования, взаимодействующие между собой, образуют систему диагностирования. Различают системы тестового и функционального диагностирования. В системах тестового диагностирования на объект подаются специально организуемые тестовые воздействия. В системах функционального диагностирования, которые работают в процессе применения объекта по назначению, подача тестовых воздействий, как правило, исключается; на объект поступают только рабочие воздействия, предусмотренные его алгоритмом функционирования.

Выбор или разработка средств тестового диагностирования должны осуществляться с учётом многих факторов: наличия серийного выпуска требуемых средств, наличия подходящих средств на заводе-изготовителе объекта, массовости выпуска объекта и его сложности, требуемой производительности средств и т.п.

Тестовое и функциональное диагностирование

Особенности решения задач диагностирования определяются, в первую очередь, особенностями объектов. В технической диагностике принято выделять два класса объектов: дискретные и аналоговые.

Для первого периода развития технической диагностики дискретных объектов характерным было стремление получать оптимальные или оптимизированные решения на основе представления комбинационных объектов таблицами функций неисправностей, а последовательностных объектов – таблицами переходов – выходов. Основной моделью дефектов был класс константных неисправностей, а основными методами построения тестов – методы перебора вариантов.

Для второго периода развития характерны отказ от указанных «рафинированных» постановок задач построения тестов, переход к структурным и структурно-аналитическим моделям дискретных объектов и к новым методам обработки этих моделей, отказ от оптимизации тестов. К этому же периоду относится развитие вероятностных методов построения тестов.

Третий период развития связан с появлением больших и сверхбольших интегральных схем, микропроцессорных наборов и других изделий высокого уровня интеграции. Высокая размеренность задач привела к необходимости функционального представления дискретных объектов на макроуровне, рассмотрения функциональных неисправностей взамен константных, широкого применения вероятностного подхода к построению тестов и т.п. Существенно более широкое, чем в дискретной технике, многообразие физических принципов реализации аналоговых объектов затрудняет разработку общих теоретических и методических подходов к диагностированию технического состояния объектов этого класса. В качестве широко применяемых диагностических моделей аналоговых объектов можно назвать их логические модели и графы причинно-следственных связей.

Содержательно задача построения теста состоит в том, чтобы найти (вычислить, выбрать, назначить) такую совокупность и, возможно, последовательность входных воздействий, при подаче которой на объект диагностирования получаемые ответы объекта в заданных контрольных точках позволяют сделать заключение о его техническом состоянии. Проверяющие тесты предназначены для проверки исправности или работоспособности объекта, а тесты поиска дефектов – для указания места и, возможно, причин дефектов, нарушающих исправность или работоспособность объекта диагностирования. Тесты могут быть детерминированными или вероятностными.

В качестве тестовых могут быть использованы входные воздействия, являющиеся рабочими при применении объекта по назначению. Это имеет место при организации тестового диагностирования аналоговых объектов, в частности тогда, когда последние представлены их логическими моделями или графами причинно-следственных связей. Составленные таким образом тесты называются функциональными. Средства функционального диагностирования дискретных объектов являются чаще всего встроенными средствами контроля. Обычные средства контроля обладают тем недостатком, что для проверки их исправности или работоспособности необходимо периодическое или эпизодическое тестирование с имитацией неисправностей контролируемых объектов. В решении задач функционального диагностирования аналоговых объектов, представляющих собой системы с обратными связями, находят применение методы, основанные на введении дополнительных (избыточных) переменных для получения при исправном состоянии объекта константных значений сигналов в специально организуемых контрольных точках.