Введение к работе
С ростом требований к качеству продукции высокотехнологичных отраслей промышленности возросли требования к точности и достоверности автоматизированных технологических испытаний (ТИ), при этом первоочередной задачей является определение технического состояния изделия (с указанием при необходимости места, вида и причины возникновения дефектов). Широкий динамический диапазон изменения величин, подлежащих ТИ, влечет за собой увеличение числа операций ТИ, что приводит к увеличению числа определяющих параметров.
Обеспечение высокого качества изделий приборостроения всегда было и остается актуальнейшей задачей. Ее решению во многом способствовало применение вероятностно - статистических методов, на которых основаны методы оптимального статистического контроля, расчета надежности сложных систем, оптимизации технического обслуживания. Однако непосредственный статистический анализ качества возможен далеко не всегда, поэтому значение научного подхода к проблеме повышения качества технологических испытаний в целом неуклонно возрастает.
Кроме того, необходимость повышения качества ТИ требует непрерывного совершенствования методов технической диагностики, а значит, и разработки новых методик испытаний.
Разнообразие номенклатуры, параметров и функций электронных приборов и устройств, дополнительные затраты из-за усложнения и миниатюризации приборов также свидетельствуют о необходимости и своевременности автоматизации ТИ. Необходимость создания высокоэффективных автоматизированных испытательных систем обусловлено отсутствием серийно выпускаемого оборудования для ТИ и современными возможностями агрегатирования устройств вычислительной, измерительной техники и специализированных аппаратных и программных средств.
Одним из важнейших требований, предъявляемых к автоматизированным системам технологических испытаний, является их отказоустойчивость и возможность эффективного выявления отказов. Для АСТИ характерно рассредоточение по узлам (компьютерам) задач и функциональных ресурсов (ФР). В связи с ограниченной кратностью резервирования задач и функциональных ресурсов при обеспечении отказоустойчивости АСТИ должны решаться задачи распределения задач и ФР между компьютерами и их перераспределения в случае возникновения отказов.
Результаты исследований, направленных на создание автоматизированных систем контроля, разработку теоретических основ, методов и средств проведения технологических испытаний изложены в работах отечественных и зарубежных ученых: Петрова Б.Н., Амосова Н.В., Темникова Ф.Е., Орнатского П.П., Новицкого П.В., Цапенко М.П., Бус-ленко Н.П., Ушакова И.А., Бондаревского А.С., Гнеденко Б. В., Данилина Н.С., Сретенского В.Н., Шмидта Н., Барлоу Р. и др. Проблемами развития теории испытаний и созданием контрольно-диагностических систем занимаются ведущие ученые и разработчики НИЦ ЦИАМ, НТЦ «Лидер», ЗАО НПО "Сенсор", "Druck", "Unomat", ФГУП ММПП "Салют", Научно- технический центр «Техническая диагностика и прецизионные измерения», Научно-производственное предприятие "ТестЭлек-тро", ФНПЦ "НИИ комплексных испытаний оптико-электронных приборов и систем" и многие другие.
Несмотря на значительные успехи, достигнутые в этой сфере, можно сказать, что существующие АСТИ не являются универсальными и ориентированы на достаточно узкую сферу применения. Не создан строгий программно-математический аппарат, до сих пор остаются открытыми вопросы, связанные с математической формализацией задачи выбора программно-аппаратной платформы, созданием эффективных механизмов обработки информации при проведении технологических испытаний; разработкой моделей обнаружения отказов и методов тестирования работоспособности систем. Таким образом, актуальными являются исследования, направленные на разработку методов повышения эффективности распределенных автоматизированных систем для технологических испытаний в приборостроении.
Цель работы заключается в развитии теории автоматизированных технологических испытаний, разработке методов и алгоритмов эффективной обработки информации при проведении технологических испытаний, создании методов и средств повышения отказоустойчивости проведения ТИ, разработке имитационных моделей процесса технологических испытаний.
Задачи исследований. Для достижения целей диссертационной работы необходимо решение следующих научных задач:
разработка формализованного математического аппарата для обоснованного выбора программно-аппаратной платформы АСТИ;
разработка моделей и алгоритмов эффективной обработки информации при проведении технологических испытаний;
разработка моделей обнаружения отказов, методик и алгоритмов
тестирования работоспособности систем;
- имитационное моделирование и экспериментальная проверка разра
ботанных научных положений, технических разработок и методов.
Методы исследования. Решение основных задач диссертационной работы основано на использовании методов математического анализа, теории вероятностей, статистических гипотез, массового обслуживания, математической статистики, дифференциального и интегрального исчисления.
Научная новизна. В диссертации содержится совокупность научно обоснованных технических разработок, направленных на создание методов и средств повышения эффективности автоматизированных систем технологических испытаний, имеющих существенное значение для повышения быстродействия и качества обработки информации при проведении технологических испытаний, повышения эффективности проведения тестовых испытаний и выявления отказов.
При проведении исследований в рамках данной диссертационной работы получены новые научные результаты:
предложена аналитико-математическая четырехуровневая формализация функциональной структуры АСТИ;
предложен математический аппарат для расчета интенсивности информационных потоков в системе;
разработаны математические модели оценки производительности центрального процессора, объема оперативной памяти и быстродействия автоматизированных систем, позволяющие обоснованно выбрать программно-аппаратные средства АСТИ по критерию экономической эффективности;
на основе предложенных моделей разработана методика выбора вычислительных ресурсов системы;
разработана модель состояний автоматизированных систем для технологических испытаний и обоснована необходимость введения в состав систем непрерывно работающих устройств контроля и диагностики для выявления отказов, а также уменьшения вероятности поступления требований за счет спорадической передачи сообщений;
предложен способ спорадической передачи информационных сообщений в АСТИ и метод кластеризации датчиков, обеспечивающие снижение интенсивности передаваемой информации на 1-2 порядка;
на основе концепции редеющих импульсных потоков совместно с теорией регрессионного анализа предложена методика определения ожидаемого числа отказов при технологических испытаниях;
предложены способ обнаружения и поиска единичного отказа, а также алгоритм полного тестирования элементов системы по критерию минимального времени поиска отказавшего элемента в АСТИ;
разработана имитационная модель процесса технологических испытаний для шести функциональных компонентов АСТИ и 12 технологических операций, на основе которой определены аппаратные требования к наиболее загруженному компоненту- центральной рабочей станции : процессор Intel Р4 1700 MHz, ОЗУ-1024 Мб, ПЗУ- 40 Гб;
разработан контрольно-экспериментальный стенд, предназначенный для динамической автономной поверки и диагностики функциональных устройств АСТИ, и предложена методика поверки и диагностики основных функциональных устройств системы.
Практическая значимость работы состоит в разработке методов повышения эффективности автоматизированных технологических испытаний приборов и систем управления сценическим освещением театральных и концертных сцен, выпускаемых серийно фирмой ООО "Дуэт Ко" под торговой маркой "Green Town Light" (сертификаты соответствия № РОСС RU.AE68.B 11492, № РОСС RU.ME28.B01637, № РОСС RU.ME28.B01639).
Разработанные технические решения делают возможным их применение для создания высокоэффективных автоматизированных систем для технологических испытаний в приборостроении, авиационной промышленности, энергетике, микроэлектронике и др.
Предложенная методика определения ожидаемого числа отказов при технологических испытаниях была апробирована в процессе ТИ микроконтроллеров Infineon 40 МГц, используемых при разработке цифровых диммерных блоков DD12-16A (децимальный номер ЮКМЕ 2.940.339-05), DD16-16A (децимальный номер ЮКМЕ 2.940.339-11), обеспечила повышение быстродействия до 25% и позволила обоснованно спланировать гарантийное обслуживание и подтвердить индивидуальный показатель надежности изделий.
Разработана экспериментальная методика и алгоритм контроля основных функциональных характеристик системы и экспериментально подтверждено, что предложенные способы информационных обменов обеспечивают повышение их эффективности примерно в 3 раза.
Достоверность определяется корректным применением теории логического синтеза схемотехнических структур и алгоритмов, подтвержденных данными экспериментальных испытаний АСТИ. Теоретиче-
ские предложения и расчеты автора в соответствии с впервые выведенными соотношениями по повышению эффективности информационных обменов за счет спорадической обработки сообщений характеризуются высокой степенью сходимости с результатами измерений при имитационном моделировании.
Личный вклад автора. Все основные результаты получены автором лично. Главными из них являются:
формализация функциональной структуры АСТИ, включающая четыре уровнях детализации: функциональных задач, функций системы, общих и частных функций устройств;
математический аппарат для расчета интенсивности информационных потоков в системе и ее функциональных компонентах;
математические модели оценки производительности центрального процессора, объема оперативной памяти и быстродействия автоматизированных систем;
методика выбора вычислительных ресурсов системы по критерию экономической эффективности;
модель состояний автоматизированных систем для технологических испытаний;
способ автоматизированного спорадического контроля параметров при проведении технологических испытаний;
методика определения ожидаемого числа отказов и расчета структуры ЗИП для невосстанавливаемых элементов автоматизированной системы для технологических испытаний;
способ обнаружения и поиска отказов, а также алгоритм полного тестирования элементов системы по критерию минимального времени поиска отказавшего элемента в АСТИ;
имитационная модель процесса технологических испытаний;
контрольно-экспериментальный стенд, предназначенный для динамической автономной поверки и диагностики функциональных устройств системы, методика поверки и диагностики основных функциональных устройств системы.
-автор диссертации принимал активное участие в разработке требований и методик испытаний автоматизированных систем для технологических испытаний светотехнического оборудования.
Внедрение результатов работы.
- в контрольно-экспериментальный стенд (децимальный номер
ЮКМЕ2.940.400), предназначенный для автономной проверки и диаг-
ностики функциональный устройств системы контроля и диагностики оборудования, выпускаемого предприятием ООО "ЭЛИС ПЛЮС", с использованием тестеров стандартного (DMX-512) цифрового сигнала, тестового ПО и ПЭВМ;
при разработке и тестовых испытаниях цифровых диммерных блоков DD12-16A (децимальный номер КЖМЕ 2.940.339-05), DD16-16A (децимальный номер ЮКМЕ 2.940.339-11), выпускаемых серийно фирмой ООО "Дуэт Ко" под торговой маркой "Green Town Light", предназначенных для плавного регулирования освещенности на театральных и концертных сценах. Внедрение выполнялось в рамках регламентной эксплуатации в составе системы управления сценическим освещением концертного зала ФГОУ ВПО "Орловский государственный институт искусств и культуры " в соответствии с Госконтрактом №30 от 13.11.2007;
учебный процесс кафедры ИПОВС Московского государственного института электронной техники.
Все работы по реализации и внедрению проводились под руководством или при непосредственном участии автора.
Диссертационная работа проводилась с целью достижения результатов, соответствующих " Приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники Российской Федерации " и решению проблем " Критических технологий Российской Федерации ".
На защиту выносятся :
формализация функциональной структуры АСТИ;
методика расчета интенсивности информационных потоков в системе и ее функциональных компонентах;
математические модели оценки производительности центрального процессора, объема оперативной памяти и быстродействия автоматизированных систем;
методика выбора вычислительных ресурсов системы по критерию экономической эффективности;
модель состояний автоматизированных систем для технологических испытаний;
способ автоматизированного спорадического контроля параметров при проведении технологических испытаний;
способ эффективного обнаружения и поиска отказов, алгоритм полного тестирования элементов системы по критерию минимального времени поиска отказавшего элемента в АСТИ;
имитационная модель процесса технологических испытаний;
- контрольно-экспериментальный стенд, методика поверки и диагностики основных функциональных устройств системы;
-результаты имитационного моделирования, экспериментальных исследований и внедрения материалов диссертационной работы .
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были доложены на научно-технической конференции "Пути повышения эффективности создания ГАП в приборостроении и микроэлектронике" (г. Москва, Зеленоград, МИЭТ, 1985 год), научно-практической конференции "Совершенствование теории и практики экономического анализа в промышленности" (г. Донецк, 1985 год), научно-технической конференции "Опыт и перспективы развития ГПС в приборостроении и микроэлектронике" (г. Москва, Зеленоград, МИЭТ, 1986 год), зональной конференции "Функционально-стоимостной анализ в обеспечении качества, снижении себестоимости продукции в ресурсосбережении" (г. Пенза, 1987 год), Всероссийской межвузовской научно-практической конференции "Актуальные проблемы информатизации. Развитие информационной инфраструктуры, технологий и систем" (г. Москва, Зеленоград, МИЭТ, 2008 год), Всероссийской межвузовской научно- технической конференции "Микроэлектроника и ин-форматика-2009" (г. Москва, Зеленоград, МИЭТ, 2009 год).
Публикации. Основные положения диссертационного исследования полностью отражены автором в 20 опубликованных печатных работах, в том числе трех статьях в ведущих научных журналах, утвержденных ВАК. Без соавторов опубликовано 12 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 182 страницы основного текста, включая 39 рисунков, 10 таблиц, а также список литературы из 113 наименований и 3 приложения. Общий объем работы составляет 213 страниц.
