Интегро-дифференциальная кодо-импульсная модуляция в задачах повышения надежности в аппаратуре Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Дианов В. Н., Гевондян Т.А., Белоусов И.М., Люминарская Е.С

Москва, Московский государственный индустриальный университет

ИНТЕГРО-ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ КОДО-ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ В ЗАДАЧАХПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ В АППАРАТУРЕ

Развитие элементной базы, усложнение программного обеспечения решаемых задач и ужесточение условий эксплуатации современной аппаратуры (вычислительная техника, датчики, исполнительные механизмы, оптико-телевизионные комплексы и т.д.) требуют совершенствования существующих и поиска новых подходов в повышении ее качества. Особенно много проблемных вопросов возникает при создании высококачественной аппаратуры для объектов ракетной, космической и авиационной техники, в частности при обеспечении высоких требований безотказности и долговечности в условиях воздействиях сверхнизких и сверхвысоких (до сотен градусов) температур и высоких уровней нагрузок [1] . Среди перечня отказов аппаратуры самым проблемным для контроля и диагностики следует признать перемежающиеся отказы, называемые также кратковременными, скрытыми, плавающими, самоустраняющимися или мерцающими отказами. Такие отказы приводят к сбоям в работе всего оборудования и могут привести не только к существенным материальным потерям, но и к человеческим жертвам. Под сбоем понимают самоустраняющееся нарушение нормального функционирования аппаратуры вследствие кратковременных воздействий на некоторый элемент (или совокупность элементов) внешних и внутренних факторов.

После сбоя аппаратура длительное время может работать нормально, но при этом может быть искажена информация при операциях передачи, хранения или обработки.

Проблемой сбоев в аппаратуре как у нас в стране, так и за рубежом занимаются уже несколько десятков лет начиная с 60-х гг. ХХ в. Но пока эта проблемаполностью не решена. Более того, в последнее время ей уделяется повышенное внимание. Так, например, одной из важнейших характеристик автономной системы навигации в создаваемой сегодня международной станции является её устойчивость к сбоям, причем приоритетность задач обеспечения высокой надёжности по параметру сбоев выше приоритетности задач управления объектами, классически стоявших на первом месте по приоритетности [2] .

При разработке аппаратуры, имеющей в своем составе большое (до несколькихдесятков тысяч) число потенциальных источников сбоя (многоконтактные соединители, контактирующие устройства больших интегральных схем(БИС) и сверхбольших интегральных схем(СБИС), печатные проводники, линии связи -интерфейсные шины, шины электропитания и заземления и т. д.), ключевой проблемой кардинального повышения качества является диагностика сбоев, непосредственно связанная с обнаружением и регистрацией источников сбоев в аппаратуре.

Анализ отечественных и зарубежных исследований по данному вопросу показал, что существуют многочисленные методы контроля, направленные не на выявление и устранение источников сбоя, а на результаты их проявления, при этом устраняется не сама причина (в данном случае источник сбоев), а её следствие (т.е. ошибка, вызванная сбоем), оставляя тем самым потенциальную возможность существования в аппаратуре скрытых дефектов.

Принципиальная особенность новой концепции резкого повышениякачества аппаратуры за счет исключения воздействия на нее сбоев состоит в том, что, в отличие от всех ранее используемых подходов к решению данной проблемы, обнаруживаются и регистрируются не места сбоев, а источники сбоев [3] . В зависимости от принципов формирования и получения информативных признаков, по совокупности которых оценивается сбойное состояние элементов аппаратуры как источников сбоев, предложены различные методы обнаружения и регистрации источников сбоев, имеющие значительный отечественный приоритет .

Причинами сбоев в пассивных элементах (ПЭ) современной радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) могут быть как различные внешние воздействия (вибрации, силовые электрические поля, температурные и химические воздействия), так и многочисленные скрытые дефекты аппаратуры, ускоренно приводящие к её деградации.

Из всех рассмотренных перспективных направлений развития вопросов изучения и исследования сбоев в современных системах автоматики особо хотелось бы отметить направление разработки сбоеустойчивой аппаратуры для космических аппаратов.

Появление новых свойств пассивных элементов радиоэлектронной аппаратуры в узком (приграничном) слое их промежуточного состояния между «исправно» и «неисправно», в частности, таких как дифференцирование, интегрирование сигналов ивыполнение несвойственных этим элементам по техническим условиям функций, по аналогии с распространённым понятием «интеллектуальные датчики» такие свойства элементов названы интеллектуальными. Приведен пример использования их при управлении исполнительными механизмами (электрическими двигателями), используемых, в частности, в системах управления защитой атомных электростанций [4].

Выводы

Рассмотрены и предложены методы активной диагностики сбоев аппаратуры, позволяющие обнаруживать и регистрировать источники сбоев по совокупности новых информативных признаков. Методы интеллектуальной диагностики сбоев фиксируют скрытые дефекты датчиков и исполнительных механизмов как в функции сбойности кода ЭВМ, так и в параметрах самих объектов.Предложена концепция комплексного решения задачи повышения надёжности и качества на основе «бессбойности», позволяющая вести проектирование, создание и эксплуатацию аппаратуры на новом уровне.

Авторывыражают благодарность академикам РАН В.К.Левину и Ю.Г.Евтушенкои члену-корреспонденту РАН П.П. Пархоменко за помощь и поддержку в развитии данного направления исследований.

ЛИТЕРАТУРА

1. Андреев А.И., Баюков А.В. Проблемные вопросы создания высоконадёжной радиоэлектронной аппаратуры для ракетной, космической и авиационной техники, вытекающие из требований комплекса государственных стандартов «Мороз-6». // Межд. НТК «Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных электронных и лазерных технологий». Матер.конф.Ч. 1.С. 45 — 47. Моск-ва-Сочи, 2001.

2. Бодин А.Б., Дутов Е.Н., Почукаев В.Н. Задачи автономной системы навигации. // Космонавтика и ракетостроение. 2000. С.35 — 40.

3. Дианов В.Н., Северцев Н.А., Евтушенко Ю.Г. Свойство пассивных элементов радиоэлектронной аппаратуры увеличивать количество считываемой информации о системе под воздействием электрических колебаний. Открытие в области теории надежности, теории безопасности (диплом №47-S). Решение Президиума Российской Академии Естественных Наукот 23 декабря 2011г.

4. Дианов В.Н., Северцев Н.А., Яковлев О.В., Люминарская Е.С., Белоусов И.М., Дианова Е.В. Устройство диагностирования межканальной неустойчивости в реакторе с обнаружением и регистрацией скрытых дефектов. Патент РФ на полезную модель №113410, 2012. Бюл.№4.