Лекція № 5
Тема. Методи та засоби діагностування
інтелектуальних технологічних комплексів
План
1. Основні відомості про діагностування
інтелектуальних технологічних комплексів.
2. Комбінації і
стратегії систем тестування.
3. Алгоритм
пошуку несправностей за тестовим діагностуванням.
4.
Контроль і діагностування
багатопроцесорних систем.
5. Методологія
поетапного діагностування цифрових і мікропроцесорних пристроїв.
6. Особливості
моделювання на різних етапах життєвого циклу пристрою.
7. Інтелектуальне
діагностування МПП і систем.
1. Основні відомості про діагностування
інтелектуальних технологічних комплексів
Підвищення ефективності технологічних
комплексів (ТК) тісно пов'язане з оцінкою стану об'єкта, аналізом виробничих
ситуацій та прогнозуванням їхнього розвитку. Перші два етапи здійснюються
шляхом діагностування ТК. Діагностування – це процес виявлення та локалізації
несправностей об'єкта діагностування (ОД).
Існує кілька видів діагностування
(контролю):
1. Робоче технічне діагностування (робоче
діагностування) полягає в подачі на об'єкт робочих впливів;
2. Тестове технічне діагностування
(тестове діагностування) здійснюється шляхом подачі на об'єкт тестових впливів;
3. Експрес-діагностування проводять за обмеженої
кількості параметрів протягом заздалегідь встановленого часу;
4. Оперативне тестове діагностування
(оперативне діагностування) полягає в отриманні інформації про технічний стан
об'єкта за заздалегідь спланованою стратегією в процесі його функціювання;
5. Безперервне технічне діагностування
(безперервне діагностування) – це отримання інформації про технічний стан
об'єкта безперервно;
6. Періодичне технічне діагностування
(періодичне діагностування) – це отримання інформації про технічний стан
об'єкта через встановлені інтервали часу;
7. Самодіагностування здійснюється за
допомогою вбудованих засобів діагностування.
Часто застосовують функційне, тестове і
змішане діагностування.
8. Функційне діагностування. Вхідними
впливами на ОД є робочі впливи, передбачені робочим алгоритмом функціювання
об'єкта. Не слід плутати функційне діагностування з діагностуванням об'єкта під
час його функціювання (це більш загальне поняття). Функційне діагностування,
наприклад ТЕЗа чи окремого модуля, може проводитися не під час роботи системи,
частиною якої вони є, а за допомогою зовнішніх засобів через емуляцію роботи
цієї системи. По суті, це робоче діагностування. Функційне діагностування
поділяють на апаратне, програмне і змішане.
9. Тестове діагностування. На ОД подають
тестові впливи, які відрізняються від робочих. Вихідні реакції ОД і вхідні
впливи набувають специфічного характеру, невластивого робочим режимам об'єкта.
У тестовому діагностуванні розрізняють: загальне (структурне), покомпонентне та
комбіноване.
Тестове загальне (структурне)
діагностування здійснюють у цілому, контролюючи цілісність і правильність
монтажу, вихідні параметри ОД та правильність виконання відповідних функцій
всією структурою об'єкта. Тестові впливи подають на входи ОД через крайові
з'єднувачі, а відповідні реакції знімають з вихідної частини з'єднувачів, іноді
– з внутрішніх контрольних точок структури об'єкта.
Загальне (структурне) діагностування поділяють
на функційне тестування, параметричний контроль та функційно-параметричний
контроль, відомий також як «контроль технічного стану» або визначення
продуктивності комп'ютерної системи.
Тестове покомпонентне діагностування – це
послідовність перевірок кожного компонента структури за умови, що на нього не
впливають пов'язані з ним компоненти. У таких випадках діагностування
передбачає ідентифікацію несправностей (процес виявлення несправностей із
заданою точністю) елементів контрольованих компонентів. Цей процес поділяється
на етапи: констатація факту наявності несправності, визначення типу і класу
несправності та встановлення місця її прояву. У покомпонентному діагностуванні
виокремлюють такі види: поелементне, пофрагментне і змішане.
Поелементне діагностування передбачає
проведення допускового контролю для оцінювання параметрів кожного
електрорадіоелемента пристрою. Такий вид діагностування також називають
внутрішньосхемним параметричним контролем, внутрішньосхемним діагностуванням або
внутрішньосхемним контролем. Пофрагментне і змішане діагностування залежать від
об'єкта, до якого належать.
Тестове комбіноване діагностування
здійснюється шляхом послідовних структурних і покомпонентних перевірок як
об'єкта в цілому, так і його частин, компонентів і елементів за допомогою
спільних апаратурних засобів. Це спрощує процес тестування, наближаючи його до
робочих режимів функціювання пристрою, який діагностується, і полегшує пошук
несправностей різних класів і дефектів.
Змішане діагностування охоплює комбінації
різноманітних видів діагностування.
Засоби діагностування поділяють на такі
види:
1. Автоматичний засіб технічного
діагностування – функціонує без участі оператора;
2. Автоматизований засіб технічного
діагностування – працює з частковою участю оператора;
3. Вмонтований засіб технічного
діагностування – є складовою частиною об'єкта;
4. Зовнішній засіб технічного
діагностування – конструктивно відокремлений від об'єкта;
5. Бортовий засіб технічного
діагностування – як самостійний виріб входить до складу ОД;
6. Спеціалізований засіб технічного
діагностування – призначений для діагностування одного об'єкта або групи
однотипних об'єктів.
При застосуванні функційного методу
діагностування на об'єкт діагностування подаються робочі впливи, що передбачені
робочим алгоритмом функціювання об'єкта. Під час тестового структурного
(загального) діагностування на входи МПП подають тестові впливи, а на виходах
реєструють відповідні реакції, за якими аналізують правильність виконання
функцій, що реалізуються цифровою структурою пристрою.
Необхідними умовами здійснення
структурного методу діагностування є вимірювання та аналіз різноманітних
діагностичних параметрів ОД, а також виконання складних процедур і програм
перевірок, що ускладнює процедуру діагностування.
Суть тестового покомпонентного
діагностування полягає у послідовних перевірках кожного компонента структури
окремо, за умови виключення взаємного впливу пов'язаних з ним компонентів.
Компонентами в даному випадку є вмонтовані в друковану плату інтегральні схеми
та інші елементи.
Діалектично методи структурного і
покомпонентного тестування доповнюють один одного з точки зору повноти
діагностування та глибини пошуку несправностей. Тому їхня комбінація є
виправданою. Під час її реалізації структурні та покомпонентні перевірки поєднуються
відповідно до певних стратегій.
Найбільш повне поєднання методів
структурного та покомпонентного тестування реалізується в методі тестового
комбінованого діагностування обчислювальних пристроїв. При цьому комбіноване
тестування не слід ототожнювати з простим об'єднанням структурних і покомпонентних
перевірок. Тестове комбіноване діагностування має власну теорію, стратегію та
алгоритми.
Тестове комбіноване діагностування
полягає у проведенні послідовних структурних і покомпонентних перевірок як ОД у
цілому, так і його фрагментів і компонентів за допомогою спільних
апаратурно-програмних засобів. Це дозволяє спростити процес тестування, максимально
наблизивши його до робочих режимів обчислювального пристрою чи системи, які
діагностуються, забезпечуючи пошук несправностей різних класів і досягнення
необхідної глибини їхнього виявлення.
2.
Комбінації і стратегії систем тестування
Для підвищення ефективності процесу
діагностування у виробничих умовах використовують різні комбінації систем
тестування в межах однієї технологічної лінії та різні стратегії. Серед них –
послідовна (тандемна), паралельна та паралельно-послідовна (паралельно-тандемна).
За послідовної стратегії системи
покомпонентного діагностування (СПД) спершу виявляють статичні несправності. У
разі виявлення такі несправності усуваються в процесі усунення несправностей
(УН). Після цього об'єкт діагностування (ОД) надходить до системи структурного
діагностування (ССД) для перевірки за принципом «придатний – непридатний».
Під час паралельної стратегії систем
тестування спершу проводять відбракування за принципом «придатний –
непридатний» за допомогою ССД. Потім несправні ПКПСІ надходять до СПД для
ідентифікації статичних несправностей. Після їх усунення ПКПСІ повертаються для
повторного контролю за принципом «придатний – непридатний».
Застосування паралельно-послідовної
стратегії передбачає спочатку проведення контролю за принципом «придатний –
непридатний» за допомогою першої ССД. Вироби, які не пройшли контроль,
надходять на СПД для ідентифікації статичних несправностей. Після їх усунення
вони передаються на іншу ССД для повторного контролю за принципом «придатний –
непридатний» та ідентифікації окремих класів динамічних несправностей.
Реалізація тестування ПКПСІ за допомогою
системи комбінованого діагностування (СКД) значно спрощує процес тестування.
Конфігурація технологічної лінії залишається незмінною для всіх стратегій. До
її складу входять СКД та дільниця (технологічне місце) усунення несправностей.
Тестування з послідовною стратегією
виконується на СКД, контроль за принципом «придатний – непридатний» не
здійснюють. Спочатку виявляють і усувають статичні несправності. У разі
відсутності таких несправностей, ті ж операції проводять для динамічних несправностей
і на основі цього роблять висновок про придатність виробу. Ця стратегія
найефективніша, коли кількість статичних і динамічних несправностей досить
велика, а вироби випускаються порівняно невеликими серіями.
У паралельній стратегії тестування ПКПСІ,
що реалізується на СКД, розрізняють два типи.
У першому типі проводять контроль за
принципом «придатний – непридатний». Відбраковані вироби підлягають
ідентифікації та усуненню статичних несправностей. Після цього вони повторно
проходять контроль за принципом «придатний – непридатний». Ця стратегія найефективніша,
якщо динамічні несправності мають незначну питому вагу, а вироби виробляються
великими серіями.
За другої стратегії тестування ПКПСІ
проводять контроль за принципом «придатний – непридатний». У відбракованих
виробах ідентифікують і усувають статичні несправності. На основі цього роблять
висновок про придатність виробу. Така стратегія найефективніша, коли ігнорують
ідентифікацію динамічних несправностей, що призводить до необґрунтованих втрат
за різної серійності виробництва ПКПСІ.
Стратегії тестового комбінованого
діагностування є простішими і ефективнішими порівняно зі стратегіями поетапного
застосування систем структурного і покомпонентного діагностування. Це
досягається завдяки використанню лише однієї системи діагностування – СКД у
процесі діагностування ПКПСІ. Такий підхід дозволяє уникнути необхідності
передавати вироби від однієї системи до іншої для тестування, що в свою чергу
зменшує кількість операторів і обслуговуючого персоналу.
Комбінації ССД і СПД в основному
орієнтовані на ідентифікацію статичних несправностей. Використовуючи стратегії
СКД і одночасно ідентифікуючи статичні та динамічні несправності, можна
підвищити достовірність контролю та діагностування ПКПСІ.
3. Алгоритм пошуку несправностей за
тестовим діагностуванням
Для розроблення алгоритмів пошуку несправностей
за тестового комбінованого діагностування ПКПСІ застосовують такий ієрархічний
підхід:
1. Розподіл на рівні: поділ системи на
декілька рівнів, де кожен рівень містить свої компоненти і функції;
2. Діагностика на рівні: здійснення
діагностування кожного рівня окремо для ідентифікації несправностей;
3. Ідентифікація компонентів: визначення
несправних компонентів на кожному рівні шляхом послідовних перевірок;
4. Комбіноване тестування: поєднання
результатів діагностування на різних рівнях для досягнення високої точності
виявлення несправностей.
Цей підхід дозволяє ефективно
ідентифікувати та усувати несправності, забезпечуючи високу достовірність і
точність діагностування. При цьому:
1. Визначення несправних ПКПСІ
здійснюється шляхом відбракування виробів за принципом «придатний –
непридатний». Для цього проводять структурне тестування ОД, подаючи тестові
впливи, що максимально наближені до робочих. Тестові послідовності складають на
основі інформації про алгоритм роботи пристрою, що спрощує їх створення;
2. Визначення несправних фрагментів ПКПСІ
певних функційних вузлів здійснюється шляхом тестування фрагментів структури
пристроїв (фрагментів ТЕЗів). Для цього подають сигнали тестових впливів, які
генеруються відповідно до часової діаграми роботи цих фрагментів, і зчитують
відповідні реакції в запланований момент. Модель фрагмента складається на
алгоритмічному або функціональному рівні, що спрощує складання тестових
послідовностей;
3. Визначення несправних компонентів і
елементів у фрагменті структури ПКПСІ здійснюється шляхом
покомпонентно-структурного тестування, особливо для компонентів з високим
рівнем інтеграції, таких як ВІС і НВІС. Тестову програму для діагностування
розробляють на основі моделей цих компонентів.
4. Контроль і діагностування
багатопроцесорних систем
Тестове діагностування багатопроцесорних
систем (БПС) може здійснюватися різними способами. Найпоширенішим з них є
організація діагностування БПС за допомогою ядра.
Ядро – це сукупність
апаратних і програмних засобів, які забезпечують реалізацію тестового
діагностування систем. Ядро
завжди вважається справним. Існує декілька типів ядер, серед яких виділяють
плаваюче, жорстке, централізоване та розподілене.
Плаваюче ядро – це
ядро з непостійним складом.
Жорстке ядро має постійний склад. Централізоване ядро організовується на одному
заздалегідь визначеному справному комп’ютері. Розподілене ядро може бути
організоване на будь-якому комп’ютері комп’ютерної системи (КС), навіть на
неперевіреній. Істинний стан системи визначається під час взаємних перевірок.
Найпоширенішими є БПС із централізованим
ядром, які будують з використанням спеціального обслуговуючого сервісного
процесора, призначеного для контролю або діагностування системи та підтримання
працездатності основної системи, зокрема центрального процесора. Як
обслуговуючий процесор використовують автономний комп’ютер з власною
конструкцією. Щоб зменшити ймовірність спільних відмов обслуговуючого та
основного процесора, їх часто функційно та конструктивно відділяють один від
одного. Обслуговуючий процесор має своє окреме програмне забезпечення, яке
сумісне з програмним забезпеченням основного процесора, але не контролюється
ним.
Апаратура обслуговуючого процесора
включає контролер (пристрій керування) з засобами порівняння кодових
комбінацій, набір адаптерів для взаємодії обслуговуючого процесора з пристроями
основної системи, один або кілька пультів керування з дисплеями. До системи
можуть також входити дистанційні пульти керування, пов'язані з обслуговуючим
персоналом через модеми для передавання сигналів через канали зв'язку. Вони
розташовані в центрі обслуговування різних обчислювальних систем.
Класифікація
моніторів.
Монітори створюються на основі різних методів
вимірювань та засобів їх реалізації. Серед них виділяють трасуючий і вибірковий
методи.
Трасуючий метод полягає в реєстрації
подій і відповідності моментам зміни стану обчислювальної системи. До таких
подій належать початок і кінець завдання, етапи виконання завдання, процесорна
обробка, звернення до зовнішньої пам'яті тощо. Монітори, які вимірюють процес
функціонування системи за допомогою цього методу, називаються трасуючими.
Монітор реєструє події у вигляді
подвійного набору даних Т, що складається з послідовності записів S1, S2, S3
тощо, які відповідають послідовності подій. Він записує момент виникнення
події, імена процесу та ресурсу, з якими ця подія пов’язана, а також параметри
події, наприклад, кількість переданих байтів даних. Використання пристрою
системи може бути представлено у вигляді діаграм.
Функцією вибіркового методу є реєстрація
стану обчислювальної системи у визначені моменти часу через проміжки d. У
моменти 
, де 
=
1, 2, 3…, вибірковий монітор фіксує стан системи, записуючи дані з керуючих
таблиць у відповідні записи. Можна також фіксувати електричні сигнали, що
відображають стан пристроїв системи у визначені моменти. Отримані дані
дозволяють оцінити тривалість процесів, розміри ресурсів, а також ймовірність
станів.
Тривалість станів визначається як 
, де 
–
кількість вибірок, за яких був зафіксований даний стан, а – загальна
кількість вибірок, яка визначає тривалість процесу вимірювань. Головна перевага
вибіркового монітора полягає в можливості вимірювання великої кількості швидких
процесів за умов обмеженої швидкості.
Залежно від виконуючих функцій монітори
поділяються на універсальні та спеціалізовані. Універсальні монітори реєструють
всі події або більшість з них. Обсяг даних, що вимірюється, є досить великим і
становить 107 і більше байт на один процес. Універсальні монітори
використовуються в окремих випадках, наприклад, для оцінки конкретних системних
або прикладних процесів.
Спеціалізовані монітори реєструють окремі
події або стани, що спрощує процес вимірювань. Вони широко використовуються для
обліку виконаних робіт і оцінювання завантаженості ресурсів, а також як
постійні вимірювальні засоби для діагностування систем протягом усього часу їх
роботи.
Для діагностування комп’ютерних систем
використовують програмні монітори, реалізовані у вигляді програми, яку виконує
сама комп’ютерна система. Залежно від їх розташування в комп’ютерній системі
програмні монітори поділяються на вбудовані та автономні.
Вбудований програмний
монітор – це набір програм, інтегрованих в операційну систему. Він має статус керуючої програми і
призначений для надання основної інформації про систему.
Автономний програмний монітор – це набір
прикладних програм операційної системи, які дозволяють фіксувати широкий спектр
подій під час трасуючого та вибіркового методів вимірювань. Цей тип
монітора призначений для надання розширених відомостей про систему.
Також існують апаратурні монітори, які представляють собою
комплекс технічних і програмних засобів, призначених для діагностування
процесів функціонування комп’ютерних систем. Монітор аналізує електричні
сигнали, що відображають стан окремих блоків і пристроїв системи, отримуючи
інформацію про їх стан. Вимірювання здійснюють у визначених точках блоків і
пристроїв за допомогою зондів. Дані вимірювань записують на певні носії та
аналізують, а їх оперативні оцінки використовують для контролю правильності функціонування.
5. Методологія поетапного діагностування
цифрових і мікропроцесорних пристроїв
Всі пристрої проходять через етапи
проектування, виробництва та використання. Виробництво можна поділити на
частини – основні, допоміжні та обслуговуючі процеси. Основні процеси – це ті,
що безпосередньо пов'язані з виробництвом, проектуванням і використанням
пристроїв. Варто звернути особливу увагу на поступовий процес діагностики Ц і
МПП.
Процес діагностики Ц і МПП включає кілька
послідовних операцій, і може бути лінійним, циклічним або комбінованим.
Лінійний технологічний
процес діагностики – це послідовний ланцюг операцій. Циклічний процес – це замкнута
послідовність операцій. Комбінований
процес діагностики включає послідовний ланцюг операцій з паралельними
розгалуженнями або замкнутими ланцюгами.
Основні принципи технологічного процесу
діагностики Ц і МПП включають: можливість реалізації, розумну достатність і
раціональність (економічна ефективність), поетапну наступність та ієрархічність
реалізації.
Основною частиною технологічного процесу
діагностики Ц і МПП є технологічна діагностична операція. Це частина процесу
діагностики, що виконується над одним або декількома об’єктами, на одному
робочому місці, за участю одного або кількох експертів або розробників.
Технологічні процеси діагностики Ц і МПП
базуються на відповідних методах. Найпоширеніші з них: функційний, тестовий і
змішаний методи.
Методи тестової діагностики зазвичай
реалізуються за допомогою зовнішніх засобів щодо МПП. Внутрішні засоби
діагностики використовуються для контролю функцій, які має виконувати МПП.
Вибір методу діагностики залежить від
рівня моделі мікропроцесорного пристрою як об’єкта діагностики. Основні
принципи моделювання Ц і МПП як об'єктів діагностики включають багаторівневе
моделювання МПП, синтез математичної моделі МПП або цифрових пристроїв за їх
фрагментами, які можна подавати на різних ієрархічних рівнях, а також опис
компонентів підвищеного ступеня інтеграції (ВІС і НВІС) за допомогою
структурних моделей на етапах виробництва і експлуатації.
Основні цілі моделювання:
1. Створення детального формалізованого
опису технологічного процесу діагностики Ц і МПП;
2. Визначення послідовності та взаємозв'язків
технологічних діагностичних операцій;
3. Отримання необхідних значень
діагностичних параметрів об’єктів діагностики;
4. Вибір критеріїв для оптимізації
моделей діагностики з метою подальшої оцінки ефективності технологічного
процесу.
6. Особливості моделювання на різних
етапах життєвого циклу пристрою
Моделювання процесу діагностики Ц і МПП
здійснюється на етапах проектування, виробництва та використання пристрою.
Особливості моделювання на етапі проектування пов'язані з специфікою
діагностичних операцій. Для пристроїв, змонтованих на друкованих платах
(картриджах), ці діагностичні операції включають:
1. Вибір тестопридатних мікропроцесорних
комплектів (наборів мікросхем системної логіки) інтегральних схем (ІС);
2. Розробка фрагментів тестових структур
пристрою на базі спеціальних ІС;
3. Розробка методик компонування
елементів і компонентів пристроїв, враховуючи вимоги контролю і діагностики
(необхідна кількість контрольних точок, транспортування несправностей на вихід
структури пристрою чи на контрольні точки для спостереження їх прояву);
4. Вибір додаткових контрольних точок для
діагностики пристрою;
5. Декомпозиція структури (цифрової, аналого-цифрової)
пристрою з метою реалізації обраного методу діагностики;
6. Аналіз і вибір міжкомпонентних та
міжфрагментних зв’язків (ліній, шин, магістралей) для діагностики пристрою.
Діагностичні операції поділяють на три
групи:
1. Діагностичні операції для розроблення
загальної моделі процесу діагностики. Це група загальних операцій (E), які є
спільними для всіх етапів життєвого циклу пристрою або системи;
2. Операції, пов'язані зі специфікою
моделювання процесу діагностики на етапі проектування. Ці операції формують
множину (Eосп);
3. Усі діагностичні операції, що
використовуються у процесі діагностики пристроїв на етапі проектування,
утворюють множину (Eпр). Моделювання процесу діагностики включає вибіркове
поєднання загальних діагностичних операцій із множини (Eвиб) та діагностичних
операцій із множини (Eосп). У підсумку, це створює ланцюжок діагностичних
операцій, який описує множину (Eпр), що є об'єднанням операцій для процесу
діагностики пристроїв на етапі проектування.
Діагностичні операції на етапі
виробництва Ц і МПП, пов'язані зі специфікою моделювання, включають:
1. Вхідний контроль компонентів пристрою
для виявлення несправностей, таких як невиконання функцій, незадовільні робочі
характеристики тощо;
2. Візуальний контроль пристроїв для
виявлення механічних пошкоджень, неправильної орієнтації мікросхем,
незмонтованих компонентів та інших подібних проблем;
3. Програмний контроль за принципом
«придатний – непридатний» для перевірки правильності функціонування об’єкта
діагностики та відбракування несправних пристроїв;
4. Виявлення детермінованих
несправностей;
5. Ідентифікація статичних несправностей,
таких як коротке замикання, обриви, константні («=0» чи «=1») і логічні
несправності;
6. Ідентифікація динамічних
несправностей, зокрема тих, що виникають через «змагання» сигналів або завад
під час перемикання груп елементів;
7. Ідентифікація несправностей,
пов'язаних із шинною структурою пристрою;
8. Виявлення випадкових несправностей;
9. Повторний програмний контроль за
принципом «придатний-непридатний» після усунення виявлених несправностей.
Діагностичні операції на етапі
виробництва Ц і МПП поділяють на три групи:
1. Діагностичні операції, зазначені під час
створення загальної моделі діагностики. Вони входять до множини E. Основна їх
особливість у тому, що частина або всі вони можуть бути частиною діагностичних
операцій на будь-якому етапі життєвого циклу пристрою;
2. Діагностичні операції, характерні лише
для етапу виробництва. Це елементи множини Eосв;
3. Усі діагностичні операції, що
використовуються у процесі діагностики на етапі виробництва. Це елементи
множини Eвир.
Моделювання процесу діагностики пристроїв
на етапі виробництва включає вибіркове поєднання загальних діагностичних
операцій (з множини E) з операціями специфічними для виробництва (з множини
Eосв). Це створює ланцюг діагностичних операцій (множина Eвир), який визначає
послідовність операцій на етапі виробництва Ц і МПП.
Стратегія діагностики Ц і МПП базується
на виборі послідовності діагностичних операцій. Вибір стратегії ґрунтується на
застосованому методі діагностики та відповідних апаратних і програмних засобах.
Основне завдання діагностики Ц і МПП на
етапі експлуатації – контроль працездатності пристрою та виявлення дефектних
компонентів і елементів у разі його несправності. Важливо, що цей контроль
здійснюється безпосередньо на місці використання пристрою. Якщо є резервний
справний пристрій, він замінює несправний.
Глибокий аналіз несправностей проводять
здебільшого у діагностичних лабораторіях. Для контролю працездатності
використовують здебільшого програмні засоби, а для виявлення несправних
компонентів і елементів – як програмні, так і апаратні засоби. Це слід враховувати
при моделюванні процесу діагностики на етапі експлуатації.
Особливості моделювання процесу діагностики на етапі
експлуатації включають такі діагностичні операції:
1. Регулярний візуальний огляд пристроїв
на наявність механічних та інших пошкоджень;
2. Програмний контроль під час увімкнення
в мережу живлення або при проведенні профілактичних робіт;
3. Контроль та діагностика за допомогою
діагностичних програм операційних систем безпосередньо на місці використання
пристрою;
4. Контроль та діагностика за допомогою
програм виробників пристроїв, що здійснюється безпосередньо на місці
використання;
5. Контроль та діагностика за допомогою
програм виробників пристроїв у спеціалізованих діагностичних лабораторіях;
6. Контроль та діагностика пристроїв за
допомогою програм фірм-розробників у спеціалізованих діагностичних
лабораторіях.
Ці діагностичні операції можуть бути
розбиті на підоперації нижчого рівня, залежно від типу пристрою і виявлених
несправностей.
Під час експлуатації можуть виявлятися
недоліки та помилки, що залишилися з попередніх етапів моделювання. Для їх
виправлення інформація про ці недоліки передається до відділів, що займаються
проектуванням і виробництвом Ц і МПП.
7. Інтелектуальне діагностування МПП і
систем
Складові
інтелектуального діагностування.
У методах інтелектуальної діагностики МПП
та систем найбільший інтерес викликають самонавчання, експертні системи, штучні
нейронні мережі та нечітка логіка.
Проте під час розробки цих систем важливо
враховувати елементи, які входять у процес прийняття рішень людиною: цілі,
факти, правила, механізми висновків і спрощення.
На початковому етапі проектування засобів
та процесу діагностики обчислювальної техніки необхідно чітко визначити цілі,
спираючись на інформацію про об’єкт діагностики (ОД). Потрібно уточнити клас
завдання, яке потрібно вирішити, а також обрати відповідну форму та терміни
опису.
Визначення фактів є важливим етапом
інтелектуальної діагностики МПП і систем. По-перше, потрібно вибрати тільки
необхідні факти, а по-друге, вказати їх відносну важливість (вагу). Це
допомагає досягти поставлених цілей. Чим більша вага факту, тим важливіший він
для вирішення завдання. Далі переходять до визначення конкретних даних про ОД і
призначення значень відомим змінним. Факти подають у певній формі: ті, що
містять конкретну інформацію, стають даними і заносяться у базу даних, а ті, що
будуть використовуватись у майбутньому процесі діагностики МПП і систем,
зберігаються в комп’ютері автоматизованої системи діагностики як база знань.
Правила, які є складовими штучного
інтелекту, допомагають системі діагностики правильно оцінювати дані та досягати
поставлених цілей. Вони узагальнюють кілька фактів і роблять їх використання
більш зручним та ефективним.
Механізм висновку реалізується за
допомогою способів прямого і зворотного ланцюгів міркувань. У випадку прямого
ланцюга міркування йде від даних до логічного висновку. А зворотний ланцюг
працює навпаки: спочатку є висновок, а потім шукають дані, які його
підтверджують.
Механізм спрощення керує пошуком
додаткових правил для перевірки мети, аж поки не будуть перевірені всі можливі
способи досягнення мети діагностики ОД. Також він ігнорує непотрібні міркування
для діагностики.
Основними компонентами інтелектуалізації
процесу діагностики МПП і систем є:
1. Визначення цілей проектування засобів
і процесу діагностики;
2. Визначення підходів для досягнення цих
цілей;
3. Визначення фактів, необхідних для
досягнення цілей;
4. Досягнення цілей за допомогою правил і
механізму висновків;
5. Отримання конкретних даних про об'єкт
діагностики (ОД);
6. Документування нових фактів для
перевірки цілей за допомогою механізму висновків.
Елементи самонавчання штучного інтелекту
в автоматизованих системах діагностики почали використовувати раніше за інші
технології. Самонавчання тісно пов'язане з навчанням і доповнює його в системах
технічної діагностики. Тобто те, що не вдається досягти безпосереднім
навчанням, намагаються досягти самонавчанням, особливо коли не вистачає знань
для опису поведінки об'єкта діагностики (ОД).
Реалізація цих принципів може бути
представлена автоматизованою системою поелементного діагностування (АПД).
Адаптація АПД передбачає автоматичне поповнення системи потрібною інформацією
про ОД і за її надходженням зміну змісту тест-векторів. Те саме стосується і
несправностей. Принцип самонавчання дозволяє оптимізувати пошук дефектів шляхом
накопичення знань та забезпечити необхідні зміни в алгоритмах функціонування
системи.
Самонавчання системи діагностики
здійснюється за різними стратегіями. Серед них: індуктивне навчання на основі
дерева прийняття рішень, аналітичне навчання, навчання з поясненням
несправностей, навчання за аналогією, навчання на основі теорій штучних нейронних
мереж тощо. Найефективнішою є комбінована стратегія, яка поєднує елементи
кількох стратегій та знання експерта про несправності ОД зі знаннями,
отриманими з математичної моделі об'єкта.
Експертні системи технічної діагностики
орієнтовані на завдання, які може вирішити лише експерт у сфері технічного
діагностування МПП і систем. Для створення експертної системи технічної
діагностики МПП і систем потрібно вирішити такі завдання:
1. Визначення цілей роботи експертної
системи діагностики;
2. Вибір способів представлення фактів і
знань з технічної діагностики конкретного класу мікропроцесорних пристроїв і
систем;
3. Вибір способу опису функцій, які
виконує об'єкт діагностики (ОД) під час тестування, та заходи для спрощення
цього опису;
4. Вибір способу взаємодії оператора з
системою діагностики;
5. Вибір платформи та мови програмування
для реалізації експертної системи діагностики;
6. Визначення методів і способів розвитку
експертної системи діагностики на основі нововиявлених фактів або зміни
існуючих правил.
Зібрані дані про діагностування ОД
подають у формі таблиць і графіків.
Ще один важливий компонент для
моделювання та розробки процесу діагностики МПП і систем — це штучні нейронні
мережі. У технічній діагностиці обчислювальних пристроїв і систем можна
використовувати штучні нейронні мережі як з зворотними зв'язками, так і без
них.
Системи тестового діагностування (СД)
складаються з керуючої ЕОМ (КЕОМ), генератора тестових дій (Г) і блоку
проміжної буферної пам’яті (БП) для збереження відповідних реакцій. КЕОМ
створює блок тест-векторів і записує їх у генератор. За командою від КЕОМ
генератор на основі записаних тест-векторів формує сигнали тестових впливів,
які через паралельні незалежні канали надходять на об'єкт діагностики (ОД). На
виходах ОД з'являються сигнали відповідних реакцій, які фіксуються у БП.
У системах тестового комбінованого
діагностування блоки генератора (Г) і буферної пам'яті (БП) інтегровані. Це
дозволяє змінювати напрямок передачі інформації до об'єкта діагностики (ОД) у
кожному такті синхронізатора. В одному такті сигнал тестового впливу подається
на ОД, а у наступному такті той же канал використовується для прийому сигналу
відповідної реакції.
Вбудовані засоби тестування цифрових
структур мають подібну структуру, але система діагностики є частиною основної
апаратури.
На основі штучних нейронних мереж без зворотних
зв'язків можна створювати тестові системи, де генератор і буферна пам'ять
працюють в одному напрямку щодо об'єкта діагностики (ОД).
Найбільше
зацікавлення викликає побудова систем діагностики цифрових структур на основі
штучних нейронних мереж із зворотними зв'язками. Це дозволяє системі
самонавчатись, використовуючи еталон. Маючи еталонний цифровий пристрій,
система під час під'єднання його як об'єкта діагностики (ОД) сама генерує тест.
У випадку несправного ОД система автоматично визначає місце прояву
несправностей, а їх опис заноситься до бази даних.
