автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Разработка метода диагностирования электрорадиоэлементов аналоговых функциональных узлов на этапе производства

м

О На правах рукописи

КАСЬЯН Константин Николаевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОРАДИОЭЛЕМЕНТОВ АНАЛОГОВЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УЗЛОВ НА ЭТАПЕ ПРОИЗВОДСТВА

Специальность: 05.12.17 - Радиотехнические н телевизионные системы н устройства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -1997

Работа выполнена на кафедре "Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы" Московского государственного института электроники и математики

Научный руководитель - действительный член Академии естественных наук РФ, доктор технических, наук, профессор Ю.Н. Кофаков

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Сычев Е.И.,

кандидат технических наук, доцент Несмелое B.C.

Ведущее предприятие: 22 ЦНИИИ МО РФ

Защита состоится М#РГА 1998 г. в часов на заседании диссертационного совета К063.68.04 Московского государственного института электроники и математики по адресу: 109028 Москва, Бол.Трехсвятительский пер., д.3/12

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГИЭМ

Автореферат разослан " ib" 99^г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Н.Н.Грачев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Серийное производство современных радиоэлектронных средств (РЭС) предполагает массовое изготовление радиоэлектронных функциональных узлов (РЭФУ) на платах печатного монтажа. Обеспечение высоких показателей качества и надежности этой продукции в настоящее время невозможно без применения на заводах-изготовителях разнообразных методов и средств диагностирования на каждом этапе технологического процесса, особенно на этапах изготовления печатных плат к печатных узлов, когда возникает наибольшее число производственных дефектов. Анализ ряда технологических процессов производства печатных узлов показал, что в среднем от 10 до 30% смонтированных РЭФУ, поступающих на операцию регулировки или проверки функционирования, являются дефектными и требуют определенного ремонта. Примерно 20% дефектов - это дефекты в виде отклонений действительных значений электрических параметров и режимов работы комплектующих электрорадиоэлементов (ЭРЭ) за допустимые пределы.

В настоящее время наиболее полно теория диагностирования разра-ботака для цифровых объектов. Известные методы диагностирования аналоговых РЭФУ если и позволяют оценить действительные значения некоторых параметров ЭРЭ, то не дают информации об их режимах работы. В тоже время, режимы работы ЭРЭ требуется строго контролировать. Кроме того, из-за взаимной компенсации отклонения электрических параметров ЭРЭ за пределы допусков могут не сказаться на контролируемых выходных характеристиках узла, однако электрические режимы работы элементов будут нарушены и их интенсивность отказа возрастет. Подобные дефекты являются скрытыми, и известными методами диагностирования не выявляются.

Эффективное выявление подобного рода дефектов в процессе производства РЭФУ может быть обеспечено лишь с применением ЭВМ путем автоматизированного контроля электрических параметров и режимов работы комплектующих ЭРЭ и предварительного обеспечения его диагностируемо-сти на стадии проектирования.

Поэтому актуальной является задача разработки математического, программного и методического средств диагностирования, позволяющих выявлять дефекты РЭФУ в виде выхода действительных значений электрических параметров и режимов работы комплектующих ЭРЭ за допустимые пределы, и повышения тем самым надежности радиоэлектронных средств (ЮС).

Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение надежности РЭФУ выявлением дефектов в виде выхода действительных зна-

чеиий электрических параметров и режимов работы комплектующих ЭРЭ за допуски на этапе производства функциональных умов.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать диагностическую модель, метод и алгоритм ее исследования для автоматизированного диагностирования электрорадиоэлемектов при производстве РЭФУ.

2. Разработать программный комплекс автоматизированного диагностирования электрорадиоэлементов при производстве РЭФУ.

•3. Разработать методическое обеспечение процесса диагностирования электрорадиоэлементов при производстве РЭФУ.

4. Экспериментально проверить и внедрить результаты работы.

Методы исследования. В процессе решения поставленных задач использованы принципы системного подхода, аппараты теории цепей, технической диагностики, теории параметрической чувствительности, оптимизации, принципы структурного программирования, численные методы решения систем уравнений и экспериментальные методы исследований.

Новые научные результаты. При решении задач, поставленных в диссертационной работе, получены следующие новые научные результаты:

1. Разработана новая диагностическая модель РЭФУ, состоящая из системы нелинейных уравнений, являющейся математической моделью функционального узла в базисе узловых потенциалов, целевой функции, в которую входят измеренные и расчетные значения выходных характеристик узла, выбранных на этапе проектирования РЭФУ с учетом обеспечения его диатостируемости, и уравнения, связывающие выбранные выходные характеристики и потенциалы в узлах схемы. Это позволяет, в отличие от других моделей, свести задачу диагностирования к минимизации целевой функции.

2. На основе разработанной диагностической модели предложен метод диагностирования ЭРЭ при производстве РЭФУ, отличающийся от извест» ных методов ( разработанных Чемодановым Е.С., Увайсовым С.У., Харой Ю.В. и др.) тем, что он основан на получении действительных значений параметров и режимов работы ЭРЭ расчетным путем на основе экспериментально полученных выходных характеристик РЭФУ с применением метода оптимизации, что позволило определять действительные значения как электрических параметров всех ЭРЭ в схеме, так и их электрических режимов работы для сравнения с допустимыми значениями.

3. В соответствии с принципами системного подхода и структурного программирования, а также с учетом принципов вложенности, взаимозаменяемости и открытости разработан программный комплекс диагностирова-

лия ЭРЭ в аналоговых РЭФУ, отличающийся своей структурой и составом. В состав комплекса включены как уже разработанные ранее и входящие в состав подсистемы анализа электрических характеристик РЭС АСОНИКА-Э системы АСОНИКА программные модули, так и новые модули, позволяющие расширить возможности подсистемы в плане диагностирования.

4. Разработаны методика обеспечения диагностируемое-™ РЭФУ путем выбора эффективных тестовых входных воздействий и информативных контрольных точек измерений выходных характеристик, и методика автоматизированного диагностирования комплектующих ЭРЭ путем расчета их действительных значений но измеренным выходным характеристикам РЭФУ к сравнения с предельно-допустимыми значениями.

Практическая ценность работы состоит в том, что разработанные в ней программный комплекс и методическое обеспечение, включающее в себя методику проектирования с учетом обеспечения диагностируемое™ РЭФУ и методику автоматизированного диагностирования ЭРЭ на этапе производства РЭФУ позволяют:

- обеспечить диагностируемость РЭФУ на стадии его проектирования, к тем самым сократить сроки и трудоемкость выявления дефектов РЭФУ на стадии его производства;

- повысить надежность и качество аналоговых РЭФУ за счет своевременного выявления дефектов в виде отклонений действительных значений электрических параметров и режимов работы комплектующих ЭРЭ за допустимые пределы.

Реализация а внедрение результатов работы. Разработанные в диссертационной работе метод, модель, алгоритмы, программное и методическое обеспечение использовались при выполнении хоздоговорной научно-исследовательской работы № 100022 на кафедре "Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы" Московского государственного института электропики н математики.

Основные результаты диссертационной работы внедрены в практику проектирования и производства НПП "ИНЭЛС" (г.Москва) и ЗНИИРС (г.Запорожье), а также в учебный процесс Московского государственного института электроники и математики и Запорожского государственного технического университета.

Апробация результатов работы. Работа в целом и ее отдельные результаты докладывались и обсуждались на пяти международных и трех российских конференциях и семинарах, а также на научно-технических семинарах кафедры "Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы" МГИЭМс 1993 г. по 1997 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, в том числе 5 статей.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка литературы и приложений, включающих в себя акты внедрения и результаты расчетов.■.->••■

Работу консультировали к.т.н., доцент Увайсов С.У. (по технической диагностике), к.т.н., доцент Тумковский С.Р. (по теории оптимизации и численным методам решения систем уравнений) и к.т.н., доцент Жадное В.В. (по теории надёжности).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введения дано обоснование актуальности темы диссертационной работы и определена практическая направленность результатов и логическая связь глав диссертационной работы.

В первой главе исследован характер и предпосылки возникновения дефектов РЭФУ в виде выхода действительных значений электрических параметров и режимов работы ЭРЭ за допустимые пределы.

Анализ распределения дефектов ЭРЭ, комплектующих РЭФУ, по видам позволил сделать вывод, что значительная часть дефектов ЭРЭ - это дефекты в виде выхода действительных значений электрических параметров и режимов работы за пределы допусков.

Исследование характера к предпосылок возникновения нарушений электрических режимов ЭРЭ в схемах РЭФУ, комплектующих РЭС, показало, что наиболее характерным нарушением является несоблюдение требований нормативно-технической документации (НТД) к предельно-допустимым значениям электрических режимов работы ЭРЭ. Большая часть нарушений связана с несовершенством методологии оценки, электрических режимов работы ЭРЭ, ее несоответствием сложности современных РЭС, что порождает высокую общую трудоемкость оценки.

На основе исследования известных методов диагностирования показано, что их применение для выявления дефектов РЭФУ в виде выхода действительных значений электрических параметров и режимов работы ЭРЭ за допустимые пределы, приведет либо к неприемлемо большим затратам машинного времени на моделирование возможных неисправностей (методы справочников неисправностей), либо к моделям такой размерности (разложения реакции схемы на ортогональные полиномы или полиномы функциональных рядов Вольтерра-Вшшера и др.), что теряется их практическая ценность. Кроме того, эти методы эффективны лишь для схем с малой

нелинейностью и при малых отклонениях значений параметров от номиналов.

Анализ существующих отечественных и зарубежных систем автоматизированного контроля и диагностирования показал, что их особенностью является акцент на измерения, откуда вытекают сложность и большой перечень используемых приборов и контактных устройств, большой перечень измеряемых характеристик и трудоемкость их измерений. Кроме того, недостатком этих систем является невозможность диагностирования ими скрытых дефектов ЭРЭ, входящих в состав проверяемого РЭФУ из-за их жесткой ориентации лишь на контроль работоспособности узла, а также их направленность на выявление производственных дефектов в основном в виде обрывов или коротких замыканий.

Из известных программных комплексов, автоматизированное диагностирование РЭФУ позволяет проводить программный пакет "Design-ForTest Solution" фирмы "Mentor Graphics", входящий в САПР, предназначенную для проектирования микросхем, печатных плат и систем. Однако выявляемые с помощью описанного программного продукта дефекты - это дефекты в виде отказов элементов (обрыв или короткое замыкание). Выявление рассматриваемых в диссертационной работе дефектов в виде выхода действительных значений электрических параметров и режимов работы ЭРЭ за допуски представляет собой более сложную задачу, которая с помощью известных программных комплексов не решается.

С учетом проведенных исследований сформулирована цель диссертационной работы, которая заключается в повышении надежности аналоговых РЭФУ путем выявления дефектов в виде ухода действительных значений электрических параметров комплектующих ЭРЭ за допуски и нарушении их электрических режимов работы. Поставлены задачи диссертационной работы, которые необходимо решить для достижения поставленной цели и дан подробный перечень вопросов, решаемых в рамках основных задач:

1. Разработать метод диагностирования ЭРЭ на этапе производства РЭФУ.

Для этого необходимо:

- разработать диагностическую модель для диагностирования комплектующих ЭРЭ на этапе производства РЭФУ;

- разработать алгоритм обеспечения диагностируемое™ РЭФУ на этапе его проектирования;

- разработать алгоритм диагностирования ЭРЭ на этапе производства РЭФУ.

2. Разработать программный комплекс диагностирования ЭРЭ на этапе производства РЭОУ -

Для этого необходимо:

- определить состав и разработать алгоритм функционирования программного комплекса;

- разработать структуру входных и выходных данных;

- разработать программное и информационное обеспечение программного комплекса;

- провести тестирование программного комплекса.

3. Разработать методическое обеспечение процесса диагностирования ЭРЭ в аналоговых РЭФУ на этапе производства.

Дял этого необходимо:

- разработать методику обеспечения диагностируемое™ аналоговых РЭФУ на этапе их проектирования;

- разработать методику диагностирования ЭРЭ на этапе производства РЭФУ.

4. Экспериментально проверить и внедрить результаты работы.

Для этого необходимо:

- провести экспериментальное исследование опытных образцов РЭФУ с целью проверки и подтверждения практической применимости разработанных метода, модели, алгоритмов и программных средств диагностирования ЭРЭ в аналоговых РЭФУ на этапе производства;

- внедрить результаты диссертационной работы в инженерную практику проектирования и производства аналоговых РЭФУ на промышленных предприятиях и в учебный процесс высших учебных заведений.

Во второй главе разработан метод диагностирования для выявления дефектов в виде отклонений за допустимые пределы действительных значений электрических параметров и режимов работы ЭРЭ, комплектующих аналоговые РЭФУ. Блок-схема метода приведена на рисунке 1.

Данный метод охватывает как этап изготовления РЭФУ, так и этап его проектирования.

На этапе проектирования, с целью обеспечения диагностируемое™ РЭФУ, по его принципиальной электрической схеме и чертежам конструкции (блок 1) с помощью автоматизированной системы обеспечения надежности и качества аппаратуры АСОНИКА (блок 3) проводится расчет электрических характеристик РЭФУ.

Электрические характеристики РЭФУ в блоке 4 рассчитываются с целью выбора тестовых входных воздействий, которые обеспечивали бы большую чувствительность измеряемых выходных характеристик РЭФУ ко всем

7 срлштнин действительных •.шлчг.пии параметром и ркжи-мов раьотм тлпмеиток с шч:-

ДЕ.ЧЫ10.Д011УСТИМЫМИ

6 ОИРЕДЕЛНШГ

действительных знлчк-лшН

ПАРАМЕТРОВ П

режимов 1'л даты зга

-I выбор ТЕСТОВЫХ нход-пих поздиПст-Н1П1 II выход-

1ЫХ .характеРИСТИК

КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА

1 ПРИНЦИПИ-

АЛЬНАЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ

СХЕМА,

ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕ-

МЕНТОВ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

2

радиоэлектрон-

ный .функцио-

нальный узел

производство

Рис.I. Блок-схема мсгола лиапюсгироианиа

его внутренним электрическим параметрам, и выбора контрольных точек измерений выходных характеристик для однозначного определения множества параметров и режимов работы ЭРЭ (т.е. для обеспечения однозначности решений, получаемых в блоке б).

При проектировании составляется инструкция для производственника, который непосредственно проверяет изготовленные РЭФУ. В инструкцию заносятся тестовые входные воздействия, контрольные точки измерений выходных характеристик и граничные значения параметров и режимов работы элементов, а также указывается последовательность действий.

При диагностировании РЭФУ (блок 2) с помощью генераторов и хон-трольио-измерителыюй аппаратуры задаются тестовые входные воздействия и измеряются выходные характеристики (блок 5). Затем результаты измерений вместе с граничными значениями параметров и режимов работы элементов вводятся в ЭВМ, и по заложенной в ЭВМ программе, определяются действительные значения параметров и режимы работы элементов (блок 6).

Затем действительные значения параметров и режимов сравниваются с допустимыми (блок 7), которые были получены на стадии проектирования с учетом обеспечения требуемой точности и стабильности выходных характеристик РЭФУ, и выдается решение о наличии или отсутствии дефекта (блок 8). По результатам сравнения принимается решение о техническом состоянии узла.

Бели дефект элемента есть (блок 9), то выдается информация о том, параметр какого элемента вышел за допуск и рекомендация о его замене (возврат на этап производства РЭФУ).

Если все элементы РЭФУ не имеют дефектов и находятся в допустимых режимах работы, то его техническое состояние определяется ках исправное (блок 10).' Если же режим работы какого либо элемента нарушен (блок 11), то РЭФУ определяется как неисправный и выдаются рекомендации по устранению нарушения режима на этапе проектирования РЭФУ.

Описанный метод разработан на основе созданной в диссертационной работе специальной диагностической модели аналогового радиоэлектронного функционального узла. Диагностическая модель включает в себя математическую модель РЭФУ, рассматриваемую в базисе узловых потенциалов

(фш ) в 0 (1)

где 1ш - вектор узловых токов, размерности ш;

фп, - вектор узловых потенциалов, размерности т;

т - количество узлов в схеме.

и

Т.к. в общем случае число параметров достаточно велико, а число доступных узлов схемы РЭФУ, на которые можно подавать входные тестовые воздействия и измерять выходные характеристики существенно меньше числа недоступных узлов, задача определения значений параметров является оптимизационной задачей. При этом оптимизируются значения параметров ЭРЭ таким образом, чтобы максимально приблизить расчетные выходные характеристики к измеренным.

В качестве целевой функции оптимизации используется критерий минимума среднеквадратической ошибки

где Yj расч(<1). тм(ч) - соответственно расчетное и измеренное значения й выходной характеристики, М - число выходных характеристик.

Квадратичная функция не имеет изломов и разрывов и является дифференцируемой во всей области значений. Целеная функция преобразовывается с учетом разнородности выходных характеристик (они приводятся к относительной форме) и того, что каждая характеристика представляется определенным числом дискретов во временной или частотной области, поэтому предложенная диагностическая модель включает целевую функцию вида

где расч(Ч), Уд шм(ч) * соответственно расчетное и измеренное значения т-го отсчета^й выходной характеристики,

- число отсчетов .¡-й выходной характеристики.

Выходные характеристики, входящие в целевую функцию вычисляются через потенциалы в узлах схемы У|, _ (ф) в зависимости от вида выходкой характеристики (ток, напряжение, коэффициент передачи и др.).

Потенциалы в узлах схемы (¡> рассчитываются с помощью метода Ньютона-Рафсона и метода Ш разложения, требующего меньших вычислительных затрат по сравнению с методом Гаусса при многократных расчетах, что особенно эффективно при оптимизации. Расчет узловых потенциалов во временной области проводится с помощью метода циклического применения явной и неявной формул Эйлера, основными достоинствами ко-

м

2

И

(3)

порого является абсолютная устойчивость, второй порядок точности, надежность оценки погрешности аппроксимации на каждом шаге интегрирования, малый объем оперативной памяти, простота программной реализации.

Значения диагностируемых параметров рассчитываются методом Да-видона-Флетчера-Пауэлла (ДФП), который как и метод Ньютона основан на формуле

Ч1+1 = Чг • • ВСчО (4)

где Ц - вектор диагностируемых параметров, 1 - номер итерации оптимизации, Л - параметр шага оптимизации, § - градиент целевой функции, С - матрица Гесса, и обладает квадратичной скоростью сходимости, однако не требует расчета и обращения на каждой итерации матрицы Гесса и сходится для любого начального приближения.

Элементы вектора градиента целевой функции (3) определяются по формуле

где д^ ч» - функции чувствительности выходных характери-

стик по параметрам, рассчитываемые в подсистеме АСОНИКА-Э методом приращений.

Т.к. в процессе обеспечения диагностируемости узла, на диалюсти-руемые параметры приходится накладывать ограничения, а метод ДФП является методом безусловной оптимизации, был применен метод преобразованных параметров. Преобразованные варьируемые параметры q' связаны с исходными Ч таким образом, что при любом значения С^е [-■»,«] значение не выходит за заданные ограничения. Если на параметр £}п наложено ограничение ЧпогРн <<1п< Чя^в» то qn заменяется на

С1п-Чпогр„+ (ЧпСфв- чЛн) .Бт2^') (6)

Это позволяет проводить безусловную оптимизацию в пространстве параметров q*, не нарушая ограничений на q.

С учетом ограничений (6) элементы градиента целевой функции (3) вычисляются согласно формуле

В этой же главе предложены алгоритм обеспечения диагностируемо-сти РЭФУ на этапе его проектирования.

Задачей обеспечения диагностируемое™ в разработанном методе является задача нахождения глобального минимума целевой функции (3).

Проверка этого продадится следующим образом. Все параметры элементов узла задаются номинальными и рассчитываются соответствующие им номинальные выходные характеристики. Затем эти выходные характеристики подставляются в целевую функцию (3) в качестве измеренных, а начальные значения параметров ЭРЭ задаются отклоненными от номинальных случайным образом. Если в результате оптимизации значения параметров становятся равными номинальным, значит глобальный минимум найден. Для того, чтобы глобальный минимум был найден ю любой начальной точки необходимо:

- накладывать ограничения на возможные значения параметров ЭРЭ (обычно 2-3 допуска);

- включать в целевую функцию (3) дополнительные выходные характеристики.

При этом порядок выбора характеристик следующий. В первую очередь характеристики, снимаемые с внешних узлов схемы (входы, выходы, цепи питания) в функциональном режиме, затем характеристики, снимаемые с доступных внутренних узлов схемы. Если этих характеристик недостаточно, то на вход подаются тестовые воздействия и снимаются выходные характеристики с внешних или доступных внутренних узлов схемы. При этом тестовые входные воздействия должны быть безопасными для схемы, и выбираться с учетом возможностей контрольно-измерительной аппаратуры, которая будет применяться на этапе производства РЭФУ.

П

где производная от функции ограничения имеет следующий вид

дЯг}д Чп'=2. чпогр„) .СозСсь') .ЯшСсь')

(8)

Также в этой главе приведен алгоритм автоматизированного диагностирования комплектующих ЭРЭ на этапе производства РЭФУ, согласно которому с помощью контрольно-измерительной аппаратуры на узел подаются входные воздействия и измеряются выходные характеристики, выбранные на этапе обеспечения диагностируемое™, а затем по измеренным характеристикам рассчитываются значения параметров и режимов работы, которые сравниваются с допустимыми.

В третьей главе представлены результаты разработки программного комплекса диагностирования ЭРЭ в аналоговых РЭФУ, в основу математического обеспечения которогоПоложены разработанные метод, модель и алгоритм диагностирования.

В главе отражены следующие вопросы создания программного комплекса: анализ основных требований к комплексу; разработка структурной схемы и алгоритма функционирования комплекса; программная реализация комплекса.

На основе анализа требований, предъявляемых к программному комплексу получена структура, разработан алгоритм функционирования и определен состав комплекса, который приведен на рисунке 2.

Структурное разбиение комплекса на ряд функциональных блоков выполнено в соответствии с основными задачами, которые решаются программным комплексом в процессе его функционирования с целью обеспечения диагностируемое™ РЭФУ на стадии его проектирования или диагностирования комплектующих ЭРЭ в процессе производства функционального узла.

Каждый блок структурной схемы представляет собой набор программных модулей, объединенных в блок, с точки зрения функционального назначения. Программные модули решают частные задачи по реализации отдельных методов и вычислительных процедур. Блочно-модульная структура комплекса позволяет эффективным образом дополнять комплекс другими функциональными блоками и программными модулями, расширяющими его возможности, а также использовать уже имеющиеся блоки, входящие в состав системы АСОНИКА.

При разработке программного комплекса реализована возможность его функционирования в составе подсистемы анализа и обеспечения электрических характеристик РЭС АСОНИКА-Э системы АСОНИКА, разработанной в МГИЭМ на кафедре РТУиС. .

Программная реализация комплекса выполнена на языке С++ с учетам принципов объектно-ориентированного программирования и с использованием определенных частных решений и практических рекомендаций,

УПРАВЛЯЮЩАЯ ПРОГРАММА КОМПЛЕКСА

ВВОД И ОБРАБОТКА ИСХОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ

Транслятор

исходной

»■формации

Редактор походной информации

Программа графического ввод» схемы

Программа ввода измерении* значений вы-холпых характеристик

Программа ваода допусков на параметры н ре-анмы работы

Программа задания о раяачений на диагностируемы* параметры

Программа задания параметров оптимизации

ФОРМИРОВАЛИ Е ДИАГПОста-ЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РЭФУ

Программа формирование математической модели РЭФУ

Программа

формирования функций па' раметрическо й чувствительности ВЫ' годных характеристик РЭФУ к изменению значепия диягноствру емых параметров

Программа формирована я целевой функяиэ

Программа формирования функций параметр ическо Й чувств!!-тельпести целевой функция к изменению значений диагностируемых параметров

РЕШЕНИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РЭФУ

Программа решения систем уравнений

Программа расчета функций параметрической чувствительности выходных характеристик РЭФУ к изменению значения диагностируемых параметров

Программа расчета целевой функции

Программа расчета градиента целевой функция

Программа расчета значений диагностируемых параметров

Программа расчета электрических режимов работы ЭРЭ

ВЫВОД И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

Программа вывода рассчитанных значений диагностируемых параметров в электрических режимов работы ЭРЭ

Программа сравнения рассчитанных значений диагностируемых параметров н электрических режимов рабе ты ЭРЭ с пре-аельно-допустЕмымн

Программа интерпретации результатов диагностирования

Рис.2.

Состав программного комплекса диагностирования

которые позволили повысить эффективность работы комплекса с точки зрения затрат оперативной памяти ЭВМ и затрат машинного времени, необходимых при функционировании комплекса.

К ним прежде всего следует отнести учет разреженности матриц дифференциальных проводимостей путем хранения и выполнения операций только с ненулевыми элементами данных матриц, квазиоптимальное упорядочение уравнений с целью минимизации количества заполнений, получаемых при LU-разложении, применение метода продолжения решения по параметру для решения систем нелинейных алгебраических уравнений с целью повышения алгоритмической надежности.

Разработанная версия программного комплекса обладает следующими основными характеристиками:

L Комплекс позволяет: еще на этапе проектирования РЭФУ проанализировать к, -путем выбора необходимых тестовых входных воздействий и дополнительных контрольных точек измерения выходных характеристик РЭФУ обеспечить его диагностируемое«,; на этапе производства РЭФУ по его измеренным выходным характеристикам рассчитать действительные значения электрических параметров и режимов работы комплектующих ЭРЭ, сравнить их с их предельно-допустимыми значениями, и по результатам сравнения классифицировать техническое состояние узла как исправное или неисправное.

: При этом ограничения на типы ЭРЭ, параметры которых можно диагностировать связаны с библиотекой математических моделей элементов, заложенной в подсистеме анализа и обеспечения электрических характеристик АСОНИКА-Э, которая в свою очередь является открытой с точки зрения возможности ее дополнения математическими моделями новых элементов.

2, Затраты машинного времени при работе комплекса определяются моделью ЭВМ, видом выполняемого расчета, размерностью решаемой задачи и составляют от нескольких секунд до десятков минут.

3. Ограничения, накладываемые на условия эксплуатации и область применения комплекса: функционирование комплекса может осуществляться на ЭВМ типа IBM PC/AT для операционной системы WINDOWS-95. При этом количество узлов в электрической модели РЭФУ не должно превышать 50.

Для практического использования программного комплекса диагно-спфования ЭРЭ при производстве аналоговых РЭФУ разработан комплект эксплуатационной документации.

В четвертой главе диссертационной работы представлены результаты разработки методического обеспечения диагностирования ЭРЭ в аналоговых РЭФУ, включающего в себя:

- методику автоматизированного обеспечения диагностируемости РЭФУ на этапе его проектирования;

- методику автоматизированного диагностирования комплектующих ЭРЭ на этапе производства РЭФУ.

Разработанная методика обеспечения диагностируемости РЭФУ на этапе его проектирования позволяет на ранних этапах стадии проектирования обеспечить диагностируемость РЭФУ путем выбора эффективных тестовых входных воздействий и измеряемых выходных характеристик, достаточных для однозначного определения действительных значений всех диагностируемых электрических параметров комплектующих ЭРЭ и их электрических режимов работы.

Разработанная методика автоматизированного диагностирования комплектующих ЭРЭ на этапе производства РЭФУ позволяет, подав входные воздействия и измерив выходные характеристики РЭФУ, выбранные на этапе обеспечения его диагностируемости, выявить дефекты в виде отклонений действительных значений электрических параметров или режимов работы комплектующих ЭРЭ за допустимые пределы.

Разработанное методическое обеспечение основано на использовании программного комплекса диагностирования в составе подсистемы АСОНИ-КА-Э системы АСОНИКА и ориентировано на применение аппаратных средств, используемых при традиционных методах неразрушающего выходного контроля РЭФУ, что не требует дополнительных материальных затрат, и позволяет только за счет некоторых временных затрат (анализ схемы на ЭВМ) существенно повысить глубину диагностирования (до значения параметра элемента и его режима работы), и тем самым позволяет выявлять дефекты, которые традиционными методами диагностирования не выявляются.

В данной главе приведены также результаты исследований по проверке правильности разработанных метода, алгоритма и программных средств и по оценке точности разработанной модели.

Эксперименты проводились на примерах пассивного фильтра нижних частот, транзисторного усилителя промежуточной частоты и решающего устройства системы автопоиска (плата НЧ и автоматики). Были собраны макеты перечисленных РЭФУ, причем перед установкой действительные значения параметров элементов были предварительно измерены. Затем в исследуемые РЭФУ вносились различные неисправности в виде отклонений дей-

ствительных значений параметров ЭРЭ за пределы допускав (элементы с другими номиналами), подавались входные воздействия и измерялись выходные характеристики, предварительно выбранные на этапе обеспечения диагностируемое™ узлов. Далее по измеренным выходным характеристикам определялись значения параметров. Исследования показали, что все внесенные неисправности однозначно распознаются. При этом погрешности определения действительных значении параметров элементов не превысили 2.5% для фильтра и 5% для усилителя и платы НЧ и автоматики.

Полученные в диссертационной работе результаты внедрены в процесс проектирования и производства на предприятиях НЛП "ИНЭЛС" (г.Москва), ЗНИИРС (г.Запорожье) и в учебный процесс МГИЭМ и ЗГТУ.

В заключении сформулированы основные выводы по диссертационной работе в целом.

В приложении к диссертации приведены акты внедрения результатов работы и результаты расчетов с помощью программного комплекса диагностирования.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В процессе решения задач, поставленных в диссертационной работе получены следующие основные результаты:

1. На основе проведенного обзора технологического процесса производства аналоговых РЭФУ показана необходимость контроля электрических параметров и режимов работы комплектующих ЭРЭ на основных этапах производства РЭФУ, особенно на этапах изготовления печатных плат и печатных узлов, когда возникает наибольшее число производственных дефектов.

2. Обоснована возможность применения оптимизационного метода для определения значений параметров ЭРЭ и выявления неисправного элемента в пределах данного функционального узла.

3. В соответствии с принципами системного подхода разработан метод диагностирования ЭРЭ в аналоговых РЭФУ на этапе производства, основанный на получении действительных значений параметров и режимов работы ЭРЭ расчетным путем на основе экспериментально полученных выходных характеристик РЭФУ с применением метода оптимизации, что позволило определять действительные значения как электрических параметров всех ЭРЭ в схеме, так и их электрических режимов работы для сравнения с допустимыми значениями.

4. В рамках предложенного метода диагностирования разработана диагностическая модель РЭФУ, отличающаяся от известных тем, что она включает систему уравнений, являющуюся математической моделью функционального узлз в базисе узловых потенциалов, целевую функцию, в которую входят измеренные и расчетные значения выходных характеристик узла, выбранных на этапе проектирования РЭФУ с учетом обеспечения его диагностируемое™, и уравнения связи выходных характеристик с потенциалами в узлах схемы. Это позволяет свести задачу диагностирования к минимизации целевой фупкцин. При этом классификация технического состояния РЭФУ осуществляется по признаку попадания или непопадания действительных значений электрических параметров и режимов работы ЭРЭ в пределы, установленные их предельно-допустимыми значениями.

5. Разработан алгоритм обеспечения диагностируемое™ РЭФУ на этапе его проектирования, отличающийся от известных возможностью целенаправленного изменения входных тестовых воздействий и контрольных точек измерений выходных характеристик РЭФУ, а при необходимости и изменений конструкции для достижения его диагностируемо««.

6. Разработан алгоритм диагностирования ЭРЭ, комплектующих РЭФУ, отличающийся последовательным анализам выходных характеристик РЭФУ и параметров его математической модели, ирн котором значения характеристик являются исходными данными для расчета параметров.

7. В соответствии с принципами системного подхода и объктно-ориентированного программирования, а также с учетом принципов вложенности, взаимозаменяемости и открытости разработан программный комплекс диагностирования ЭРЭ в аналоговых РЭФУ на этапе производства, отличающийся своей структурой и составом. В состав комплекса включены как разработанные ранее и входящие в состав подсистемы анализа электрических характеристик РЭС АСОНИКА-Э системы АСОНИКА программные модули, так и новые модули, позволяющие расширить возможности подсистемы в плане диагностирования.

8. Разработано методическое обеспечение процесса автоматизированного диагностирования ЭРЭ в аналоговых РЭФУ в составе:

- методики обеспечения диагностируемое™ РЭФУ путем выбора эффективных тестовых входных воздействий и информативных контрольных точек измерений выходных характеристик;

- методика автоматизированного диагностирования комплектующих ЭРЭ при производстве РЭФУ, отличающееся возможностью локализации неисправности до уровня значения параметра или режима работы элемента.

и позволяющее проводить как обеспечение диагностируемое™ РЭФУ, так и само диагностирование'ЭРЭ с помощью одного программного комплекса.

9. Выполнены исследования по проверке разработанных метода, алгоритмов, программных и методических средств диагностирования ЭРЭ в аналоговых РЭФУ, и подтверждена правомерность их применения в практике проектирования и производства.

10. Результаты диссертационной работы внедрены в практику инженерного проектирования и диагностирования аналоговых РЭФУ на предприятиях и в учебный процесс вузов, использовались при выполнении научно-исследовательских работ, проводимых кафедрой РТУиС МГИЭМ в 19931997гг.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Касьян К.Н. Диагностика скрытых дефектов радиоэлектронных функциональных узлов. В кн.: Ы научная сессия, посвященная дню радио. Тезисы докладов, часть I.-М.: Радио и связь, 1996-с. 105-106.

2. Касьян К.Н., Комраков СЛ., Суднищиков Р-Н. Разработка методики обнаружения скрытых дефектов функциональных узлов РЭС. Научно-техническая конференция студентов, .аспирантов и молодых специалистов МГИЭМ. Тезисы докладов.- М.: МГИЭМ, 1997.- с.85.

3.Касьян К.Н. Информационная технология схемотехнического проектирования широкополосных усилителей. Международная студенческая школа-семинар "Новые информационные технологии в образовании". Тезисы докладов,- Гурзуф: 1993.- с. 117- И 8.

4. Касьян К.Н. Исследование особенностей транзисторных усилителей СВЧ, как объектов схемотехнического проектирования. Вторая международная студенческая школа-семинар "Новые информационные технологии". Тезисы докладов.- Гурзуф: 1994.- с.136.

5. Кофанов Ю.Н., Увайсов С.У., Касьян К.Н. Методика выявления скрытых дефектов интегральных схем и аппаратуры/ Надежность и контроль качества, 1994-X» 11,с.19-31.

6. Жадное В.В., Мазница Е.М., Касьян К.Н. Подсистема анализа и обеспечения показателей надежности и качества АСОНИКА-К/ Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 1995,- Кб 2, с.63.

7. Кофанов Ю.Н., Увайсов С.У., Касьян К.Н. Информационная технология выявления скрытых дефектов функциональных узлов РЭА/ Информационные технологии в проектировании и производстве, 1996,- № 1-2, с.68-74.

8. Кофанов Ю.Н., Увайсов С.У., Касьян К.Н. Повышение надежности приборов выявлением скрытых дефектов/ Измерительная техника, 1996.- № 2, с.19-31.

9. Касьян К.Н. Методика обеспечения диагностируемости радиоэлектронных функциональных узлов на стадии их проектирования/ Радиоэлектроника, телекоммуникации и информатика. Сборник научных трудов. Под ред. Л.Н.Кечиева. Выпуск 1,- М.: МГИЭМ, 1997,- с.42-44.

ГПдписано до лруку 04.01.98. Формат 60x84 1/16, 1.3 п.л. Тираж 100 прим. Зам. №1 330600 м.Запор'1жжя, ЗДТУ, Друкарня, вул.Гоголя, 64