Автоматизированная система диагностирования электронных средств

· передача из ВП в модель входных данных;

· запуск симуляции;

· ожидание завершения процесса симуляции;

· считывание выходных данных для последующего использования (отображение, обработка, сохранение и т.д.).

Следует отметить особенности моделирования, выполняемого из ВП:

· принципиальная схема для моделирования должна быть подготовлена заранее в среде Multisim и сохранена в заданной папке;

· электрические соединения в принципиальной схеме не могут быть изменены;

· в процессе работы ВП с помощью функций пакета LabVIEW Multisim Connectivity Toolkit в принципиальной схеме может быть программно реализована замена однотипных электронных компонентов и изменение номинальных значений базовых элементов (резисторов, конденсаторов и индуктивностей).

Сопоставление результатов моделирования и измерений позволяет проверить адекватность используемой модели и при необходимости внести в модель необходимые коррективы.

Все используемые ВП в процессе создания программного комплекса диагностирования РЭС и их описание представлены в таблице:



Таблица. ВП пакета Multisim Connectivity Toolkit

ВП пакета Multisim Connectivity Toolkit	Описание
	ВП, позволяющие установить соединение со средой Multisim
	ВП позволяющие открывать, сохранять и создать новые пустые файлы Multisim, а также отобразить имя файла и схемы.
	ВП ввода/вывода, позволяющие получать, устанавливать и удалять элементы ввода/вывода во время моделирования.
	ВП, позволяющие управлять процессами запуска, паузы, остановки и возобновления моделирования.
	ВП, позволяющие изменять значения электронных компонентов схемы.
	ВП позволяющие обрабатывать ошибки моделирования, выводить версию подключенного Multisim, выводить отчет и Log моделирования.

На рис. 2.6 показана лицевая панель ВП и фрагмент блок-диаграммы (рис. 2.7), реализующий вышеописанный алгоритм функционирования программного комплекса.

При подготовке входного файла модели исследуемого РЭС для диагностирования в разработанном программном комплексе, следует учитывать, что в качестве входных данных схемы выступают источники питания, а в качестве выбранных КТ - установленные в схеме пробники (Probe) (рис. 2.8).



Рис. 2.6. Лицевая панель ВП автоматизированного диагностирования РЭС

Рис. 2.7. Фрагмент блок-диаграммы ВП программного комплекса

Лицевая панель ВП представлена в виде вкладок, такая форма отображения позволяет не загромождать пользователя, легко и быстро обучится работать с ней. Она содержит в себе ссылки, для указания путей к файлу схемы и файлу измерений, а также список ЭРЭ анализируемой схемы, с соответствующими типономиналами. По световым зеленым индикаторам можно судить о статусе коммутации LabVIEW и Multisim, и в случае возникновения ошибки моделирования, выводится сообщение в соответствующем окне.

Рис. 2.8. Выбор входных данных и контрольных точек

Во вкладке «Circuit Image» отображается изображение исследуемой схемы, собранной в Multisim. Вкладки «Transient Analysis», «DC анализ» и «AC анализ» отображают выбранного пользователем режима моделирования. Каждая вкладка соответствует своей задаче, на которой можно запускать и останавливать процесс моделирования, визуально видеть анализируемые сигналы, которые представлены в виде графиков (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Вкладка «Transient Analysis»

При создании программного комплекса была создана структура, хранящая данные, которые разбиты по их назначению: база неисправностей, составляющие КА, описание ЭРЭ, выбор режима анализа.

Структурное разбиение программного комплекса на модули соответствует требованиям и позволяет решать задачу автоматизированного диагностирования РЭС по электрическим характеристикам.



Выводы по главе 2

В главе 2 сформулированы требования к системе автоматизированного диагностирования РЭС с учетом взаимного влияния физических процессов, включающие в себя как функциональные, так и программные требования.

Разработана архитектура информационной системы диагностического моделирования РЭС с учетом взаимного влияния физических процессов в статическом, динамическом и частотном режимах, которая включает в себя описание концепции построения системы диагностирования, структуру и информационную модель.

Определены алгоритм функционирования, структура и состав программного комплекса автоматизированного диагностирования РЭС.



Глава 3. Методическое обеспечение диагностирования радиоэлектронных средств

На основе описанной ранее концепции, модели и программного обеспечения в главе разработана инженерная методика диагностирования РЭС.

Для экспериментальной проверки описанных теоретических положений создана соответствующая программа исследований. Приведен анализ результатов эксперимента.

3.1 Разработка инженерной методики диагностирования РЭС

Для применения разработанной модели и метода предложена методика. Она включает в себя описание этапов обеспечения диагностируемости РЭС на стадии проектирования и проведения диагностирования при производстве и эксплуатации. Методика реализована в формате IDEF0, которая соответствует [15].

Исходными данными для диагностирования РЭС являются принципиальная схема устройства, тестовые сигналы (рис. 3.1).

В качестве ограничений выступают ограничения модели, методы, испытательное оборудование и программные средства. Например, применение метода справочников накладывает ограничения на диагностируемые типы неисправностей. Возможно диагностирование только таких дефектов как, обрыв и короткое замыкание.

При расчете электрической схемы используемая модель должна позволить описать все имеющиеся в схеме ЭРЭ, их типономинал, перечислять установленные контрольные точки. Электрическая модель должна быть адекватной для всех диагностируемых неисправностей. Используемые программные комплексы должны поддерживать необходимые модели и методы. Контрольно-измерительное оборудование должно иметь характеристики, которые позволяют с заданной точностью обеспечить генерацию тестовых сигналов и измерить электрические характеристики в контрольных точках. Эти ограничения распространяются на все этапы диагностирования.

Рис. 3.1. Контекстная диаграмма A0 верхнего уровня методики диагностирования РЭС

Методика реализуется на двух этапах жизненного цикла РЭС: этапа проектирования (блок А1 на рис. 3.2) и этапа эксплуатации (блок А2 на рис. 3.2).

На этапе проектирования формируется база неисправностей (рис. 3.3). При этом проектировщиками проделываются следующие работы:

- формирование электрической модели (блок А11) производится на основе описания электрической схемы РЭС;

Рис. 3.2. Дочерняя диаграмма описывающая блок А0

Рис. 3.3 Диаграмма, описывающая работы на стадии проектирования

- ввод в программу диагностики исследуемую электрическую модель и ее расчет для состояний РЭС, выбранных для верификации (блок А12). Состояния РЭС для верификации устанавливаются генерацией всевозможных перестановок дефектов ЭРЭ. При этом обязательно анализируется работоспособное состояние РЭС. Также необходимо, чтобы выбранные таким образом другие состояния внесенных для проверки неисправностей, не приводили к возникновению новых дефектов;

- верификация модели (блок А13) осуществляется на основе сопоставления смоделированных и измеренных характеристик РЭС. Необходимо обеспечить снятие максимально возможного числа характеристик, т.к. это позволит эффективно оценивать адекватность применяемых моделей и методов. Чтобы обеспечить необходимую точность моделирования при проведении верификации, необходимо использовать два основных способа - изменение структуры модели и распознавание электрических параметров РЭС. Увеличить точность моделирования возможно благодаря увеличению размерности модели [12].

- основываясь на результаты выполненной верификации, вносят в модель необходимые изменения с последующей проверкой (блок А14);

- проведение полного электрического расчета верификацированной модели (блок А15) выполняется для всего списка диагностируемых дефектов, с помощью разработанного в данной работе программного комплекса (см. главу 2). Данный список дефектов с одной стороны должен содержать в себе максимальное количество типов неисправностей, но с другой стороны необходимо учитывать, что чем больше размер справочник неисправностей, тем больше требуется определенных вычислительных мощностей при его составлении и последующем использовании при постановке диагноза. Список типов неисправностей формируется, основываясь на статистике по отказам элементов, критичности определенных дефектов, нужной глубины диагностики и т.д. В результате проведения полного электрического моделирования для всех состояний РЭС из сформировавшегося списка, при всевозможных тестовых воздействиях, получают значения электрических характеристик в контрольных точках (установившиеся значения напряжения или их зависимости от времени или частоты). Данные значения сохраняются в базе неисправностей.

В результате выполнения этих работ, сформировавшаяся база неисправностей является входной информацией для последующего шага диагностирования РЭС, заключающийся в выполнении следующих этапов (рис. 3.4):

- измерение напряжения в контрольных точках исследуемой схемы при помощи контрольно-измерительного оборудования;

- расчет критерия локализации для каждой неисправности производится разработанным программным комплексом автоматически;

- выбор неисправности на основе значения критерия локализации.

Выбирается тот дефект, значение критерия у которого минимально. В отдельных ситуациях для нескольких неисправностей значения критерия локализации могут быть близки к минимальному (возникает множество неоднозначностей). Тогда сделать вывод о наличии конкретной неисправности невозможно. Также возможен другой случай, при котором минимальный рассчитанный критерий локализации, выше определенного порогового уровня. Тогда сделать вывод о наличии конкретной неисправности также невозможно. Способ выявления множества неоднозначностей и необходимые действия по повышению степени локализуемости неисправностей описаны в п. 2.2.

Результатом последнего этапа служит выходная информация о поставленном диагнозе, т.е. о наличии конкретного дефекта или невозможности его определить при этих исходных данных используемым методом.



Рис. 3.4. Диаграмма, описывающая работы на стадии производства и эксплуатации

3.2 Разработка программы проведения экспериментальных исследований

С целью проверки описанного в магистерской диссертации метода, программного комплекса и инженерной методики диагностирования РЭС, были проведены экспериментальные исследования, в которых проверялось выявляемость дефектов ПУ РЭС при электрическом диагностировании. Экспериментальные исследования проводились на примере экспериментального ПУ обыкновенного транзисторного усилителя с общим эмиттером, который создавался для имитации различных дефектов ЭРЭ усилителя путем переключения тумблеров (рис. 3.5). В качестве сопряженного аппаратного средства ввода-вывода для снятия экспериментальных данных использовался цифровой осциллограф фирмы Tektronix.

Рис. 3.5. Конструкция экспериментального транзисторного усилителя с ОЭ

Принципиальная электрическая схема усилителя приведена на рис 3.6.

Рис. 3.6. Принципиальная электрическая схема усилителя с ОЭ

Основные технические характеристики осциллографа:

- Полоса пропускания 500 МГц

- Частота дискретизации в режиме реального времени до 40 Гвыб./с по одному каналу до 20 Гвыб./с по двум и до 10 Гвыб./с по трем и четырем каналам

- Длина записи осциллограмм с использованием функции MultiView Zoom™ -- до 500 млн точек

- Максимальная скорость захвата входного сигнала с использованием функции FastAcq™ >250 000 осциллограмм в секунду

- Скорость захвата в режиме FastFrame™ с использованием сегментированной памяти FastFrame™ >310 000 осциллограмм в секунду

- Выбираемые пользователем фильтры ограничения полосы пропускания для повышения точности измерений низкочастотных сигналов

Основные параметры усилителя:

- усиление слабого сигнала 100,7 дБ;

- усиление слабого тока 79 дБ;

- максимальный коэффициент усиления 384,6 дБ;

- сопротивление нагрузки 1 кОм;

- напряжение питания 10 В;

- амплитуда источника сигнала 5 мВ;

- частота источника сигнала 1 кГц.

В схему усилителя для проверки вносились различные виды дефектов путем всевозможных переключений тумблеров.

Порядок проведения экспериментального исследования:

1. Создание модели электрической схемы транзисторного усилителя с ОЭ.

2. Создание базы всевозможных неисправностей.

3. Внесение в схему усилителя дефекта №1.

4. Снятие осциллограмм в контрольных точках.

5. Определение дефекта по базе неисправностей.

6. Повтор пунктов 3 - 5 для других видов дефектов.



3.3 Описание экспериментального исследования

На первом этапе была собрана электрическая принципиальная схема исследуемого транзисторного усилителя в программе Multisim с идентичными значениями параметров ЭРЭ исследуемого образца. Учитывая специфику диагностируемого ПУ, в качестве контрольной точки, с которой необходимо получать данные во время моделирования, была выбрана точка выхода усилителя и помечена специальной меткой «Probe_OUT». Данная схема была сохранена в формате программы Multisim в папке проекта.

На следующем этапе для расчета базы всевозможных неисправностей в программном комплексе был выбран режим моделирования «Transient Analyses». Программа считала с входного файла список ЭРЭ с соответствующими типономиналами, а также список контрольных точек, в результате чего сгенерировала таблицу всевозможных состояний каждого ЭРЭ, необходимую для моделирования в выбранном режиме (рис. 3.7). Таблица состоит из значений типономинала каждого ЭРЭ схемы, дефекта вида «КЗ» и «Обрыв».

На следующем этапе в исследуемом образце ПУ был переключен тумблер в режим дефекта «КЗ» элемента R5 и снята осциллограмма в контрольной точке при помощи цифрового осциллографа фирмы Tektronix. Данная осциллограмма была занесена в программный комплекс для последующего поиска соответствий в базе неисправностей.

В результате моделирования и вычисления критерия локализации программный комплекс выдал заключение о месте и виде дефекта (рис. 3.8).

Таким образом, результаты экспериментальной проверки подтверждают, что предложенный метод и программное обеспечение удовлетворяют заложенным изначально требованиям.

Рис. 3.7. Таблица состояний ЭРЭ

Рис. 3.8. Результат работы программного комплекса



Выводы по главе 3

В главе 3 разработана инженерная методика диагностирования ПУ РЭС по электрическим характеристикам ЭРЭ. Методика предназначена для применения предложенной концепции построения системы диагностирования и моделей на практике. Данная методика представлена в формате IDEF0.

Разработана программа проведения экспериментальных исследований, которые подтверждают повышение достоверности диагностирования с помощью описанной концепции, методического и программного обеспечения по сравнению со стандартным методом справочников.

В качестве объекта диагностирования был использован транзисторный усилитель с ОЭ. В схему усилителя вносился дефект, и затем проводилось диагностирование предложенным методом. Результаты проведения экспериментов показали эффективность метода создания базы неисправностей, учитывающей всевозможные состояния каждого ЭРЭ, что позволило повысить достоверность диагностирования.



Заключение

При решении задач, поставленных в диссертационной работе, получены результаты:

1. Проведен анализ методов диагностирования электронных средств применяемых в настоящее время, который показал, что одним из самых удобных для применения на практике методов является метод справочников.

2. Проведен анализ наиболее распространенных инструментальных средств моделирования и диагностирования электронных средств.

3. Обоснована актуальность, определена цель и поставлены задачи исследования.

4. Описана концепция построения системы диагностирования электронных средств, ее структура и информационная модель, в которой было заложено все основные свойства и информационные связи при автоматизированном диагностировании с учетом взаимного влияния протекающих физических процессов, и отражена взаимосвязь подмоделей для приема, обработки, хранения и передачи данных.

5. Сформулированы требования к системе автоматизированного диагностирования электронных средств с учетом взаимного влияния физических процессов, включающие в себя как функциональные, так и программные требования.

6. Разработан алгоритм функционирования, структура и состав программного комплекса автоматизированного диагностирования РЭС.

7. Используя среду графического программирования LabVIEW разработан программный комплекс автоматизированного диагностирования электронных средств по электрическим характеристикам элементов.

8. Разработана инженерная методика диагностирования ПУ РЭС по электрическим характеристикам ЭРЭ.

9. Проведены экспериментальные исследования эффективности разработанных программно-методических средств на примере обыкновенного транзисторного усилителя с ОЭ.



Список литературы

1. Бесшейнов А.В., Иджеллиден С.Б. Инструментальное средство для формирования базы характерных неисправностей радиоэлектронных устройств. // Сборник научных трудов. Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов института, посвященная 40-летию МИЭМ. - М.: МИЭМ, 2002.

2. Бэндлер Д. У., Салама А. Э. Диагностика неисправностей в аналоговых цепях //тр. ин-та инженеров по электротехнике и радиоэлектронике. - 1985. - Т. 73. - №. 8. - С. 35-87.

3. Воловиков В. В. Разработка метода комплексного моделирования физических процессов при автоматизированном проектировании бортовых электронных устройств: дис. - М.: [Моск. гос. ин-т электроники и математики], 2004.

4. Воловикова Е.В. Метод диагностирования радиоэлектронных функциональных узлов по электрическим характеристикам с учетом температур комплектующих элементов /Дисс. канд. техн. наук. - М.: МИЭМ, 2010. - 152 с.

5. Воловикова Е.В. Метод обеспечения диагностируемости радиоэлектронных устройств на стадии проектирования. // Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ. Тезисы докладов. - М.: МИЭМ, 2007 - с. 290.

6. Глазунов Л. П., Смирнов А. Н. Проектирование технических систем диагностирования //Л.: Энергоатомиздат. - 1982. - С. 168

7. Глориозов Е.Л., Ссорин В.Г., Сыпчук П.П. Введение в автоматизацию схемотехнического проектирования. -- М.; Сов. радио, 1976, 224 с.

8. Городов В.А. Электрический контроль печатных плат и узлов //Электроника: Наука. Технология. Бизнес. - 2004. - №7. - С. 68 - 71.

9. ГОСТ 23563-79. Техническая диагностика. Контролепригодность объектов диагностирования. Правила обеспечения. -- М.: 1979.

10. ГОСТ 23564-79. Техническая диагностика. Показатели диагностирования. -- М.: 1979.

11. ГОСТ 26656-85. Техническая диагностика. Контролепригодность. Общие требования. -- М.: 1985.

12. Дрейзин В.Э., Кочура А.В. Управление качеством электронных средств: учеб. пособие для студентов вузов //В.Э. Дрейзин, А.В. Кочура-М.: Академия. - 2010. - Т. 288 с.

13. Исмаил-Заде М.Р. Интеграция программных и аппаратных средств диагностирования электронных средств // Междисциплинарная курсовая работа. - М.: НИУ ВШЭ, 2014. - 30 с.

14. Исмаил-Заде М.Р., Иванов И.А., Тихонов А.Н. Архитектура информационной системы диагностического моделирования // Качество. Инновации. Образование. 2014, № 12. - С. 81 - 87.

15. IDEF Р. Д. Методология функционального моделирования IDEF0 //М.: Госстандарт России. - 2000.

16. National Instruments. Введение в Multisim. Трехчасовой курс.

17. www.labview.ru

18. www.ni.com/white-paper/14836/en/

19. www.ostec-electro.ru/katalog/

Размещено на Allbest.ru

...