Спосіб контролю технічного стану цифрових об’єктів діагнозу зі складною внутрішньою структурою

JMKB6G06F 9/22,11/30 Спосіб контролю технічного стану цифрових tt зі складною внутрішньою структурою Винахід відноситься до способів контролю технічного стану цифрових об'єктів діагнозу зі складною внутрішньою структурою і може знайти широке застосування для об'єктів радіоелектронної техніки четвертого та п'ятого поколінь. Організація контролю технічного стану для цифрових об'єктів діагнозу (ОД) зі складною внутрішньою структурою (ВІС, НВІС, цифрові ТЕЗи 4-го покоління) досить складна, причому на сучасному етапі розвитку радіоелектронної техніки цілком не вирішені питання цієї організації. Зокрема, необхідно вишукувати нозі шлячи аналізу й уявлення ОД для прийняття рішення про технічний стан з достовірністю не нижче заданої. В даний час відомий спосіб контролю технічного стану цифрових об'єктів діагнозу (Жердев Н.К., Креденцер Б.П., Белоконь Р.Н. Контроль устройств на интегральных схемах. - К.: Техніка, 1986. - 160 а). Суть цього способу полягає в наступному. Шина живлення є загальною для всіх складових ОД логічних елементів (ЛЕ). При переключенні ЛЕ з одного стану в інший спостерігається значний ріст струму в шині живлення і складні перехідні процеси в ньому, що викликають появу комплексного сигналу, що складається з імпульсу переключення вихідного каскаду з одного стану в інший, імпульсу впливу, трансформованого в шину живлення, і імпульсу струму квазікороткого замикання Таким чином, у динамічному режимі, фіксуючи факт зміни струму в шині живлення ЛЕ, можна судити про його працездатність. Факт зміни струму в шині живлення виявляється як реакція зміни параметра ОД на імпульсний вхідний сигнал, тобто виділяють квазікороткі імпульси, порівнюючи їхню кількість з еталонним із наступним прийняттям рішення про технічний стан. Вадою цього способу с неможливість при проведенні контролю технічного стану цифрових об'єктів зі с кг одною внутрішньою структурою прийняти рішення про технічний стан з високою достовірністю за припустимий час. Задачею винаходу є здійснення контролю технічного стану об'єктів діагнозу зі складною внутрішньою структурою з достовірністю не нижче заданої за припустимий час. Поставлена задача вирішується шляхом розробки нового способу контролю технічного етапу цифрових об'єктів діагнозу зі складною внутрішньою структурою, що включає виділення образу, сформованого у результаті накладення квазікорсіхих імпульсів у шині живлення об'єкта діагнозу, порівняння отриманого образу з еталонним, вирізання вікон з отриманого образу, побудову функції належності й прийняття рішення про технічний стан об'єкта діагнозу з використанням правил нечіткого виводу. Як інформацію щодо працездатності складних цифрових ОД будемо використовувати дані про протікання енергодкнамічного процесу в шині живлення цього ОД і його вихішму реакцію. Під даними про характер протікання енергодинамічіїого иропесу будемо розуміти такі параметри як амплітуда, тривалість і форма "одразу", що характеризують складні перехідні процеси в шині живлення ОД. Далі під-ОД будемо розуміти ВІС. Струм живлення будь-якої ВІС залежить від її стану, тому при переході ЇЇ з одного стану в інший змінюється загальний струм схеми, яка контролюється. Розглянемо перехідні процеси, що відбуваються в ВїС, на основі протікання в ній енергодинамічного процесу. В 1С притаманні наступні властивості: велика кількість ЛЕ (десятки, сотні тисяч, виконаних в одній гібридній або монолітній схемі); короткі сполучні лінії між елементами; стійкий статичний і динамічний зв'язок між ЛЕ; високий ступінь розгалуженості (топологія) міжелементних з'єднань; наявність зворотніх зв'язків. Зазначені властивості приводять до складних перехідних процесів, що протікають в шині живлення ВІС при подачі на неї тестових діянь. На підставі вищевикладених властивостей можна зробити висновок про те, що практично немо5кливо домогтися побудови такої тестової послідовності, при якій утворився б одномірний шлях спрацьовування п ЛЕ в складних ОД. Для інтегральних схем малої інтеграції на основі енергодинамічного методу були розроблені спектральний і автокореляційний методи аналізу, що передбачали одномірний шлях спрацьовування ЛЕ, на якому побудовані раніше розроблені методи рішення задач технічної діагностики. Представимо процес функціонування ВТС у просторовій системі координат з урахуванням вищевикладених властивостей і ранжуванням складових її ЛЕ за початком часу протікання перехідних процесів в шині живлення при подачі на вхід ВІС тестових діянь. На фіг. 1 зображений процес функціонування ВІС у просторовій системі координат, де на осі х дано значення параметра ранжування логічної мережі ВІС за початком часу виникнення перехідних процесів в шині живлення ЛЕ; на осі z дано значення параметра, що вказує на кількість одночасно спрацьовуючих ЛЕ на вхідний перепад напруги; на осі у дано значення амплііуди кидків струму в шині живлення ВІС. Параметр t, представлений на фіг.1, є часовим параметром протікання складних перехідних процесів у ВІС. При подачі на вхід складного ОД тестових діянь у залежності від топології зв'язків всередині здійснюється одночасне або майже одночасне (зрушене на невеликий проміжок часу) переключення декількох ЛЕ. Це приводить до того, що в шині живлення будуть виникати складні перехідні процеси (образ) в результаті накладення комплексних сигналів від різних ЛЕ. Розглянемо випадок, коли виникає несправність у ВІС. Відомо, що ймовірність появи несправностей елементів ВІС високої кратності порівняні з ймовірностями появи одиночних несправностей. Кратність несправності - це число елементів діагностуємого об'єкта, що одночасно можуть бути несправними. Це приводить до того, що несправності в ВІС будуть виявлятися в динамічному режимі і знайдуть свій відбиток на епюрах по осі t в якості зміни амплітуди, тривалості і форми образу складних перехідних процесів в шині живлення. Такий образ буде відрізняіися від еталонного образу контрольованої ВІС. Це дає можливість при використанні аналого-цифрового перетворювача здійснити опрацювання образу в цифровому вигляді, а також використовувати канал аналізу вихідних реакцій для прийняття рішення про технічний стан з достовірностю не нижче заданої. Контроль технічного стану ОД необхідно проводити не менше ніж при двох рівнях напруги живлення: номінальному U H, при якому всі складові його елементи працюють стійко; граничному иг, при якому справні елементи його працюють стійко, а несправні (або ті, що знаходяться в передвїдмовному стані) втрачають свою працездатність і викликають відмову ОД. Гранична напруга живлення и„ повинна бути меншою UH виходячи з того, що при иг > UH можуть відбутися необоротні процеси, що приводять до відмови ОД. Інформацією про наявність несправності в ОД при використанні методу "хитання" напруги живлення є: затримка сигналу на виході ОД, побудованого тільки на елементах пам'яті; перекручування сигналу на виході ОД, побудованого на комбінаційних елементах; затримка і перекручування сигналу на виході ОД, побудованого на комбінаційних елементах і елементах пам'яті. Знімання інформації в шині живлення здійснюють через фільтр. Параметри перехідного ланцюга фільтра, що складається з радіоелектронних компонентів, і вхідного ланцюга пристрою виділення й опрацювання образу підбираються такими, щоб забезпечувалася передача образу єнергодинамічного процесу в складних ОД без перекручування. Прийняття рішення про технічний стан складного ОД на основі протікання в ньому єнергодинамічного процесу здійснимо в чотири етапи. Перший етап - етап виділення образу, сформованого в результаті накладення квазікоротких імпульсів в шині живлення ОД, і вихідної реакції од. Другий етап - етап порівняння. На цьому етапі здійснюється порівняння образу контролюємого ОД з його еталонним образом. При порівнянні здійснюється "вирізання вікон" з образу контролюємого ОД, яким властиві відмінності параметрів, характеризуючих цей образ (амплітуда, тривалість і форма), від еталонного образу цього ОД. Третій етап - етап побудови функції належності. На цьому етапі визначається ступінь належності параметрів, що характеризують "вирізане вікно" контролюємого ОД, до його еталонних параметрів, що характеризують "вікно образу", при рівнях напруги UH і І)г. Тснує багато методів побудови функцій належності (на основі парних порівнянь, інтервальних оцінок, з використанням статистичних даних, параметричного підходу і т.ін.). Побудова функції належності на основі параметричного підходу грунтується на застосуванні параметрів дрібно-лінійного перетворення, що відповідає нечіткому модифікатору. За допомогою такого перетворення формується вихідний нечіткий терм. Побудова функції належності припускає використання трьох • точок, що характеризують лінгвістичну. перемінну й утворюють терм технічного стану ОД, причому деякі з цих точок за визначенням можуть як належати, так і не належати значенню лінгвістичної перемінної. Розглянемо побудову функції належності на основі параметричного підходу. Побудову функції належності необхідно здійснювати по черзі для кожного параметра образу , що характеризує "вікно образу" контролюємого ОД при рівнях напруги UH i V2. Значення параметрів, що характеризують лінгвістичні перемінні ОД, визначаються виходячи з проведених випробувань. Дамо визначення термам лінгвістичних перемінних станів цифрових ОД, значення яких будемо використовувати для побудови функцій належності на основі параметричного підходу. "Справний стан" - це такий стан, при якому значення параметрів, що характеризують "вікно образу", визначають критерій контролюємого ОД. "Передвідмовний стан" - це такий стан, при якому значення параметрів, що характеризують "вікно образу", визначають критерій граничного стану контрольованого ОД. "Досить ймовірно, що ОД у справному стані" - це такий стан, при якому значення параметрів, що характеризують "вікно образу", знаходяться між значеннями параметрів, що визначають справний стан і значеннями параметрів, що визначають передвідмовний стан контрольованого ОД. "Повна відмова" - це такий стан, що приводить до повної нездатності об'єкта виконувати необхідні функції. "Не передвідмовний стан" - це такий стан, який визначає технічний стан ОД та являє собою модифікатор терму "Передвідмовний стан", отриманого за допомогою модифікатора "не". Розглянемо побудову дрібно-лінїйного перетворення лінгвістичної перемінної "технічний стан" цифрового ОД, зображеної на фіг. 2: на осі ординат визначається точка |і=1 проти того значення параметра, який безумовно належить даним термам (точки А, С, D, Е, В); на носії (вісь х) інформації про значення параметрів (амплітуди або тривалості), що характеризують технічний стан ОД, зліва і справа від проекцій точок А, С, D, Е, В відзначаються значення параметрів "вікна образу", найближчі до цих проекцій, що безумовно не належать даним термам (точки Р, К, L, М, N, 0; відзначені на осі х и прямій /и =1 точки з'єднуються відрізками прямих; штрихуванням відзначається частина терму, що відноситься до побудованого перетворення. Побудовані терми визначають технічний стан ОД. Терм QEco визначає "Справний стан", терм ND - "Досить ймовірно, що ОД у справному стані", терм МС°о - "Передвідмовний стан", терм KBL - "Не передвідмовний стан" і терм АР - "Явна відмова". При побудові функції належності на основі параметричного підходу передбачається, що є параметричний опис термів t і t\ а також двох значень деякої лінгвістичної перемінної. Один з термів може являти собою модифікацію (обмеження) іншого: /'=«(/), де w - обмеження на / (типу "більше, ніж", "менше, ніж", "більш того", "не менше цього" та ін.). Завдання полягає в тому, щоб, використовуючи параметри термів t \ (z i , z V :(0)1,6)2ущ), описати перехід від t до t\ Графіки основних видів функцій належності являють собою трикутну та S - образну криві. S - образну криву можна розглядати як вироджений випадок трикутної. При цьому один з параметрів zj або z 3 прагне до безконечності. Таким чином, завдання полягає у тому, щоб описати перехід від трикутної функції належності до виродженної і навпаки. Розглянемо дрібно-лінійне відображення прямої на себе, вид якої визначається такою формулою: (1) yz + S Безконечна множина перетворень виду (1), де а,/?,/,£ - дійсні числа, являє собою модулярну групу, де зворотні перетворення і здобуток дрібно-лінійних відображень також є дрібно-лінійними. гт т-1 Перетворення Т т • СССО + Р , зворотнє Г, утворюється, якщо рівняння z = усол-З вирішити відносно со, тобто yz-a Таким чином, при параметричному представленні функцій належності задача опису переходів від одного терму t :(zj,22,23) до іншого ґ \(а>\,а>2>тъ) вирішується безпосереднім визначенням чотирьох параметрів - коефіцієнтів дрібно-лінійного перетворення згідно наступним виразам: - zx ) + ш г (о ъ г х (г г -z 3 ); ~z 2 ) + ^ift>3( z 3 ~z x ) Ці коефіцієнти при підстановці в (2) визначають зворотній перехід від г до t. Розглянемо перехід від терму t з трикутною функцією належності до терму г з S - образною функцією належності, що є характерним для технічного стану ОД. Для дрібно-лінійних перетворень цьому випадку відповідає перехід однієї з крайніх заданих точок у положення безкінечно віддаленої точки. Якщо zi=oo, то параметри дрібно-лінійного перетворення будуть мати наступний вигляд: а= - й'2 )• Якщо Z3 = со, то параметри дрібно-лінійного перетворення будуть мати наступний вигляд: S= У випадку, коли обидва терми описуються тільки двома параметрами, тобто коли функція належності представляється S - образною або просто похилою прямою, має місце лінійне відображення прямої у наступному вигляді: L:x->ax + /?, а*0. (3) Параметри перетворення (3) мають наступний вигляд: х2-хх ' х2~хг Зворотній перехід (// —> х) здійснюється згідно з наступною формулою: На фіг. 2 зображені якісні оцінки модифікованих термів (штрихові лінії), отримані при використанні параметричного підходу на основі вищенаведених формул. При проведенні контролю технічного стану використовуються модифіковані терми для кожного параметра, який характеризує "вікно образу" контролюємого ОД. У результаті порівняння параметрів "вікна образу" контролюємого ОД з модифікованими термами визначається функція належності для кожного параметра при рівнях напруги UH і Uг, на основі яких здійснюється прийняття рішення про технічний стан ОД. Четвертий етап - етап прийняття рішення про технічний стан ОД. Існує багато методів прийняття рішення при неточних вихідних даних (на основі нечіткого опису системи і виходів, неточності та неозначеності опису виходів, в умовах означеності, з використанням правил нечіткого виводу та ін.). Розглянемо метод прийняття рішення з використанням правил нечіткого виводу. Модель процесу прийняття рішень грунтується на методі багатокритерійного вибору альтернатив, що характерно для опису технічного стану ОД. Альтернатив опису технічного стану може бути дуже багато. Потужність множини альтернатив залежить від кількості діагностичних параметрів оцінки технічного стану, достовірності та часу прийняття рішення. Серед всіх альтернатив опису технічного стану при прийнятті рішення можуть бути нечіткі судження щодо переваг, наданих на основі композиційних правил агрегованних описів. Множина рішень про технічний стан ОД може характеризуватися набором критеріїв Х\^Хі* ..-, X р,тобто множиною лінгвістичних перемінних з базової множини U\,U2, ..-, Up відповідно. Наприклад, лінгвістична перемінна Х\ являє собою "амплітуду вирізаного вікна образу" контролюємого ОД при UH, а лінгвістична перемінна Х 2 ~ "амплітуду вирізаного вікна образу" контролюємого ОД при ІІг. Множина критеріїв з відповідними значеннями характеризує уявлення особи, яка приймає рішення, щодо задоволеності (прийнятності) рішення. Ця "задоволеність" також є лінгвістичною перемінною. Тоді модель прийняття рішення можна записати у вигляді: dl: "Якщо Хі=НИЗЬКА і Х2^ДРЪРЕ, то ОД у Метані, В( справний". У загальному вигляді лінгвістична модель буде визначатись так: dl: "ЯкщоХ,=Ап іХ2=А2іі... Хр=Арі, то ShBi", Де . Арі - нечітка множина, ступінь належності елементів якої є число з інтервалу [0, 1]; S - лінгвістична перемінна задоволеності рішення; В;'- значення лінгвістичної перемінної задоволеності рішення. Позначимо перетинання (Хі~Ацг\Х2~ А2іс\ ... Хі=Арі ) через X=At. Операції перетинання нечітких множин відповідає операція визначення мінімуму їхніх функцій належності, тобто Чї 1 42 2А І де ju^.. (и А - значення належності елемента и,- нечіткій множині Ау. Тоді модель прийняття рішення можна записати у наступному вигляді: dl: "Якщо Х=А19 то 5=Д\ (4) Для надання спільності міркуванням позначимо базову множину U або V через W. Тоді Aj - нечітка підмножина W, у той час як В! - нечітка підмножина одиничного інтервалу І. Тоді імплікація нечітких множин (4) визначається таким чином: МИ (®> 0 = min 0> 0 - МА () + MB (Ш і є Д де Н- нечітка підмножина на Wх /. Аналогічним способом висловлення dit М(Ла) = Ц^-\ Тоді крапкове значення для множини А буде мати наступний вигляд: = —— m \M(Aa )da, де «max - значення, при якому А мас максимум в одному з станів ОД. При виборі альтернатив для кожної з них знаходиться задовільність і обчислюється відповідна крапкова оцінка. Кращою вважається альтернатива з найбільшим її значенням. Заявлений спосіб дозволяє здійснити контроль технічного стану з достовірністю не нижче заданої за припустимий час. . 11 Спосіб контролю технічного стану цифрових ОД зі складною внутрішньою структурою Фігура 1. Автори: /Рєзніков М.І. Пампуха І.В. Власюк В.М. ич С.В. Мацьовитий О.Л. 12 Спосіб контролю технічного стану цифрових ОД зі складною внутрішньою структурою D Р К L N Е Q 6 М Фігура 2. Автори: Рєзніков М.І. Пампуха І.В. Власюк В.М. ович С.В. Мацьовитий О.Л.