Классификация методов диагностирования

Все представленные п. 10.2 виды диагностического контроля, в зависимости от принципов формирования и получения признаков, по совокупности которых оценивается состояние объекта, могут быть реализованы прямыми и косвенными метода­ми. Прямые методы базируются на формировании указанных при­знаков по значениям основных параметров, характеризующих качество функционирования проверяемого объекта, а косвенные – на использовании для этой цели побочных явлений, возникающих при его функционировании.

Прямые методы диагностирования делятся на программные и аппаратные методы контроля, рациональное сочетание которых позволяет в значительной мере автома­тизировать процесс проведения проверок.

Программный контроль основан на реализации специальных про­грамм и логических методов, контролирующих работу системы в целом или отдельных её элементов. В зависимости от способа орга­низации программный контроль подразделяется на программно-логи­ческий, алгоритмический и тестовый.

Программно-логический контроль организуется на основе использо­вания избыточной исходной и промежуточной информации, посредством неод­нократной её переработки с последующим сравнением получен­ных результатов. Для обнаружения искажения информации достаточно обеспечить двукратную ее переработку. Контроль правильности переработки информации может быть произ­веден посредством проверки попадания полученного результата в заранее установленную область.

Преимущества программно-логического контроля:

· не требует специальной аппаратуры и поэтому может быть при­менен в любом объекте с программным управлением;

· позволяет надежно обнаруживать сбои.

Недостатки программно-логического контроля:

· снижение производительности объекта, что для многих случаев оказывается недопустимым;

· невозможность обнаружения неисправности;

· выявление сбоев не в момент их возникновения, а в конце этапа решения задачи;

· невозможность локализации места выявленной ошибки;

· затраты определенного объема памяти для хранения программ;

· возможность применения лишь при неискаженных исходных дан­ных, хранимых в устройствах памяти, или при использовании запоминаю­щих устройств с неразрушающейся информацией.

Алгоритмический контроль является разновидностью программно-логического контроля. При алгоритмическом контроле на основе анализа алгоритмов задач, реализуемых данным объектом, строится так называе­мый «усеченный» алгоритм, который используется для целей контроля. Усеченный алгоритм должен быть по своей длине и времени выполнения примерно на порядок меньше основного алгоритма. В остальном алгорит­мический контроль по своим свойствам аналогичен программно-логичес­кому контролю.

Алгоритмический контроль так же, как и программно-логический, позволяет с вероятностью, близкой к единице, обнаруживать сбои. Обна­ружение неисправностей зависит от вида основного и усеченного алгорит­мов. Если они незначительно отличаются один от другого по характеру выполняемых операций, то вероятность обнаружения неисправностей рез­ко снижается.

К недостаткам алгоритмического контроля, помимо тех, которые ха­рактерны для программно-логического контроля, следует отнести ограниченность его применения, так как не для каждого полного алгоритма мож­но построить усеченный алгоритм.

Тестовый контроль – это проверка объектов с помощью испытатель­ных программ. При выполнении теста вычислительная машина, исполь­зуемая в системе, осуществляет определенную последовательность дейст­вий над исходными данными, сравнивает полученные результаты и в слу­чае их несовпадения, фиксирует ошибку. Основная задача при составлении тестов – наиболее полный охват системы, её средств и отдельных элементов и режимов их работы подбором соответствующих примеров и сочетаний операций. В отличие от программно-логического контроля тестовый кон­троль сам по себе не позволяет устанавливать правильность выполнения объектом основной программы, так как в момент проведения теста решение возложенных на объект задач прерывается. Отсюда ясно, что тестовый контроль непосредственно в ходе работы объекта может использоваться только периодически. Он играет важную роль при ремонте объекта и про­верке его функционирования.

Испытательные программы, применяемые при тестовом контроле, по характеру работы делятся на контролирующие тесты и диагностические тесты.

Контролирующие – это тесты, применяемые для определения факта наличия неисправности в объекте.

Диагностические – это тесты, предназначенные для определения элемента или группы элементов объекта, в которых имеется неисправность.

Преимущество тестового контроля:

· позволяет автоматизировать процесс обнаружения и поиска неис­правностей, сводит к минимуму время на их устранение;

· не требует дополнительной аппаратуры, кроме некоторого объема памяти программ.

К недостаткам тестового контроля можно отнести следующее:

· невозможность обнаружения сбоев, так как в момент проверки работы объекта тестами сбой может не появиться;

· обнаружение отказов (неисправностей) производится не в момент их возникновения, а с запаздыванием, равным в среднем половине перио­да, с которым пропускаются контролирующие тесты;

· снижается производительность объекта, так как на время прохождения теста объект прекращает работу по основной программе.

Аппаратный контроль – это контроль, который функциони­рует непрерывно в процессе всего времени работы объекта параллельно с решением основной задачи и реализуется посредством введенного в его структуру контрольного оборудования.

По принципам практической реализации аппаратного контроля его можно разделить на: контроль по модулю, контроль с использованием корректирующих кодов, аппаратно-микропрограммный и мажоритарный контроль.

Достоинства аппаратного контроля:

· позволя­ет обнаружить как отказы (неисправности), так и сбои в момент их возникновения или с не большим запаздыванием;

· способность устранять последствия сбоев непосредственно в про­цессе работы автоматическим переводом в режим повторения опреде­ленного участка программы;

· способность автоматически локализовать место неисправности с точностью до функционального элемента (более точная локализация осуществляется с помощью диагностических тестов);

· практически не снижает производи­тельности средств объекта, так как контрольные операции осуществляются параллельно с основным процессом обработки и передачи информации.

Недостатком аппаратного контроля является необходимость введе­ния дополнительной контрольной аппаратуры, которая сама может слу­жить источником неисправностей и сбоев в работе.

Контроль по модулю является наиболее распространенным из всех методов аппаратного контроля. Он основан на использовании контрольных символов, являющихся остатками от делении данных чисел на некоторый модуль. При контроле функционирования больших систем этот метод кон­троля обычно используют на этапах хранения, пересылки и переработки информации, представленной в дискретном (числовом, цифровом) виде. На любом из этих этапов контроль по модулю позволяет обнаружить оди­ночную ошибку с вероятностью, равной единице, и многократные ошибки с меньшей вероятностью.

Контроль с использованием корректирующих кодов применяется в том случае, когда требуется осуществить не только обнаружение, но и ис­правление ошибки, которая может появиться при передаче двоичной ин­формации. Корректирующие коды образуются путем добавления дополни­тельных контрольных разрядов к информационным разрядам кода числа или команды. Корректирующая способность кода определяется числом контрольных разрядов. Сущность этого метода контроля состоит в установлении между ин­формационными и контрольными разрядами определенных зависимостей, по конкретному значению которых и восстанавливается значение инфор­мационных разрядов.

Аппаратно-микропрограммный контроль используется, как правило, для оперативной проверки правильности реализации сложных программ обработки информации, представленной в дискретном виде, когда вся про­грамма предварительно может быть разбита на ряд независимых по кон­тролю микропрограмм. Этот метод реализуется посредством специальной аппаратуры, обеспечивающей фиксацию факта появления сбоя, прерыва­ние процесса обработки информации, повторение всех операций микропрограммы, при контроле которой был зафиксирован сбой, и формирова­ние сигнала либо на продолжение обработки информации, если при по­вторной реализации микропрограммы сбой отсутствовал, либо на выпол­нение диагностического контроля, если число повторений микропрограм­мы, в которой произошел сбой, превысит заранее установленное значение.

Мажоритарный контроль основан на принципах голосования «два из трех», «три из пяти» и т.д. и сводится к сравнению информации, полу­чаемой на выходе идентичных устройств, включенных параллельно и реа­лизующих одну и ту же функцию, и к отключению того из них, которое выдало информацию, отличную от входной информации остальных уст­ройств. Данный метод контроля требует применения большого количества дополнительного оборудования и применяется лишь в исключительных случаях, когда функциональный отказ системы может привести к чрезвы­чайно тяжелым последствиям (большому материальному ущербу, гибели людей).

Косвенные методы диагностирования, базируются на реализации человеком-оператором эвристических решающих правил по совокупности его визуальных, акустических и тактильных восприятий, а также на комплексной оценке результатов инструментальных изме­рений различных видов сигналов (акустических, электромагнитных и т.д.), относящихся к разряду побочных явлений, сопутствующих работе прове­ряемого объекта.

Комбинированный метод в различных сочетаниях может вклю­чать в себя как прямые, так и косвенные методы. Он наиболее характерен для больших систем, где главенствующая роль при реализации процедуры принятия решения отводится человеку.