Как выбрать оптимальный метод поиска неисправности

Лекция 7. Методы поиска и устранения неисправностей и причин неработоспособности в РЭА

Практические методы поиска и устранения неисправностей в РЭА, приведены без привязки к конкретному оборудованию. Под причинами неработоспособности подразумеваются ошибки разработчиков, монтажников и т.д. Методы являются взаимосвязанными между собой и почти всегда необходимо их комплексное применение. Порой поиск очень тесно связан с устранением.

Основные концепции поиска неисправностей.

1. Действие не должно наносить вреда исследуемому устройству.

2. Действие должно приводить к прогнозируемому результату:

— выдвижение гипотезы о исправности или неисправности блока, элемента.

— подтверждение или опровержение выдвинутой гипотезы и как следствие локализации неисправности;

3. Необходимо различать вероятную неисправность и подтвержденную (обнаруженную неисправность). Выдвинутую гипотезу и подтвержденную гипотезу.

4. Необходимо адекватно оценивать ремонтопригодность изделия. Например, платы с элементами в корпусе BGA имеют очень низкую ремонтопригодность, вследствие невозможности или ограниченной возможности применения основных методов диагностики.

Схема описания методов: суть метода возможности метода, достоинства метода, недостатки метода, применение метода

1. Выяснения истории появления неисправности. Суть метода:

История появления неисправности много может рассказать о локализации неисправности, о том какой модуль является источником неработоспособности системы, а какие модули вышли из строя в следствие первоначальной неисправности, о типе неисправного элемента. Также знание истории появления неисправности позволяет сильно сократить время тестирование устройства, повысить качество ремонта, надежность исправленного оборудования. Выяснение истории позволяет выяснить не является ли неисправность результатом внешнего воздействия, как то климатические факторы (температура, влажность, запыленность и пр.), механические воздействия, загрязнение различными веществами и пр.

Примеры: если неисправность сначала проявлялась редко, а затем стала проявляться чаще в течение недели или нескольких лет), то скорее всего неисправен электролитические конденсатор, электронная лампа или силовой полупроводниковый элемент чрезмерный разогрев которого приводит к ухудшению характеристик.

Если неисправность появилась в результате механического воздействия, то вполне вероятно ее удастся выявить внешним осмотром блока.

Если неисправность появляется при незначительном механическом воздействии, то ее локализацию следует начать с использования механических воздействий на отдельные элементы.

Возможности метода: Метод позволяет очень оперативно выдвинуть гипотезу о локализации неисправности.

Достоинства метода: нет необходимости знать тонкости работы изделия; оперативность; не требуется наличие документации.

Недостатки метода: необходимость получить информацию о событиях растянутых во времени, при которых вы не присутствовали, неточность и недостоверность предоставляемой информации; в некоторых случаях велика вероятность ошибки, и неточность локализации; требует подтверждения и уточнения другими методами.

2. Внешний осмотр. Суть метода:

Внешним осмотром зачастую пренебрегают, но именно внешний осмотр позволяет локализовать порядка 50% неисправностей. Особенно в условиях мелкосерийного производства. Внешний осмотр в условиях производства и ремонта имеет свою специфику. В условиях производства особое внимание необходимо уделять качеству монтажа. Качество монтажа включает в себя: правильность размещение элементов на плате, качество паянных соединений, целостность печатных проводников, отсутствие инородных включений в материал платы, отсутствие замыканий (порой замыкания видны только под микроскопом или под определенным углом ), целостность изоляции на проводах, надежное крепление контактов в разъемах. Иногда неудачный конструктив провоцирует замыкания или обрывы.

В условиях ремонта следует выяснить работало ли устройство когда-нибудь правильно. Если не работало (случай заводского дефекта), то следует проверить качество монтажа. Если же устройство работало нормально, но вышло из строя (случай собственно ремонта), то следует обратить внимание на следы тепловых повреждений электронных элементов, печатных проводников, проводов, разъемов и пр. Также при осмотре необходимо проверить целостность изоляции на проводах, трещины от времени, трещины в результате механического воздействие, особенно в местах где проводники работают на перегиб (например слайдеры и флипы мобильных телефонов). Особое внимание следует обратить на наличие загрязнений, пыли , вытекания электролита и запах. Наличие загрязнений может являться причиной не работоспособности РЭА или индикатором причины неисправности (например вытекание электролита).

Во всех случаях следует обратить внимание на любые механические повреждения корпуса, электронных элементов, плат, проводников, экранов и пр. пр.

Метод позволяет оперативно выявить неисправность и локализовать ее с точностью до элемента.

Достоинства метода: оперативность; точная локализация; требуется минимум оборудования; не требуется наличие документации (или наличие в минимальном количестве).

Недостатки метода: позволяет выявлять только неисправности имеющие проявление во внешнем виде элементов и деталей изделия; как правило требует разборки изделия, его частей и блоков.

2. Прозвонка. Суть метода:

Хотя данная методика имеет определенные недостатки она очень широко применяется в условиях мелкосерийного производства, в связи со своей простотой и эффективностью. Суть метода в том что при помощи омметра, в том или ином варианте, проверяется наличие необходимых связей и отсутствие лишних соединений (замыканий). На практике как правило достаточно проверить наличие необходимых связей и отсутствие замыканий по цепям питания. Отсутствие лишних связей также обеспечивается технологическими методами: маркировка и нумерация проводов в жгуте. Проверку на наличие лишних связей проводят в случае, когда есть подозрение на конкретные проводники, или подозрение на конструкторскую ошибку. Проводить проверку на наличие лишних связей чрезвычайно трудоемко. В связи с этим ее проводят как один из заключительных этапов, когда возможная область замыкания (например, нет сигнала в контрольной точке) локализована другими методами. Очень точно локализовать замыкание можно при помощи миллиомметра, с точностью до нескольких сантиметров.

Прозванивать лучше по таблице прозвонки, составленной на основании схемы электрической принципиальной. В этом случае исправляются возможные ошибки конструкторской документации и обеспечивается отсутствие ошибок в самой прозвонке.

Возможности метода: предупреждение неисправностей при производстве, контроль качества монтажа; проверка гипотезы о наличии неисправности в конкретной цепи.

Достоинства метода: простота; не требуется высокая квалификация исполнителя; высокая надежность; точная локализация неисправности.

Недостатки метода: высокая трудоемкость; ограничения при проверке плат со смонтированными элементами и подключенных жгутов, элементов в составе схемы; необходимость получить прямой доступ к контактам и элементам.

4. Снятие внешних рабочих характеристик. Суть метода.

При применении метода изделие включается в рабочих условиях или в условиях имитирующих рабочие. Проверяют характеристики сравнивая их с необходимыми, характеристиками исправного изделия или теоретически рассчитанными.

Возможности метода: позволяет достаточно оперативно диагностировать изделие; позволяет примерно оценить расположение неисправности, выявить функциональный блок работающий не правильно, в случае если изделие работает не правильно.

Достоинства метода: достаточная высокая оперативность; точность, адекватность; оценка изделия в целом.

Недостатки метода: необходимость специализированного оборудования или, как минимум, необходимость собрать схему подключения; необходимость стандартного оборудования; необходимость достаточно высокой квалификации исполнителя.

Например: В телевизоре наличие изображения и его параметры, наличие звука и его параметры, энергопотребление, тепловыделение. В мобильном телефоне на тестере проверяют параметре RF тракта и по отклонению тех или иных параметров судят о исправности функциональных блоков. и т.д.

5. Наблюдение прохождения сигналов по каскадам.

Данный метод достаточно эффективен. К недостаткам следует отнести трудоемкость и неоднозначность результата.

Суть метода в том, что при помощи измерительной аппаратуры (осциллограф, тестер, анализатор спектра и др.) наблюдают правильность распространение сигналов по каскадам и цепям устройства. В цепях с обратными связями очень тяжело получить однозначные результаты, в схемах с последовательным расположением каскадов, пропадание правильного сигнала в одной из контрольных точек, говорит о возможной неисправности либо выхода, либо замыкания по входу, либо о неисправности связи.

В начале вычленяют встроенные источники сигналов (тактовые генераторы, датчики, модули питания и пр.) и последовательно находят узел в котором сигнал не соответствует правильному, описанному в документации или определенному при помощи моделирования. После проверки правильности функционирования встроенных источников сигналов на вход (или входы) подают испытательные сигналы и вновь контролируют правильность их распространения и преобразования. В ряде случаев для более эффективного применения метода требуется временная модификация схемы, т.е. если необходимо и возможно разрыв цепей обратной связи, разрыв цепей связи входа и выхода подозреваемых каскадов.

Возможности метода: оценка работоспособности изделия в целом; оценка работоспособности по каскадам и функциональным блоком.

Достоинства метода: высокая точность локализации неисправности; адекватность оценки состояния изделия в целом и по каскадам.

Недостатки метода: большая затрудненность оценки цепей с обратной связью; необходимость высокой квалификации исполнителя.

6. Сравнение с исправным блоком.

Сравнение с исправным блоком очень эффективный метод, потому что документированы не все характеристики изделия и сигналы не во всех узлах схемы. Суть метода заключается в том, что сравниваются различные характеристики заведомо исправного изделия и не исправного. Необходимо начать сравнение со сравнения внешнего вида, расположения элементов и конфигурации проводников на плате, отличие в монтаже говорит о том, что конструктив изделия был изменен и вполне вероятно допущена ошибка.

Возможности метода: оперативная диагностика в комбинации с другими методами.

Достоинства метода – оперативный поиск неисправностей, нет необходимости использовать документацию.

Недостатки метода: необходимость в наличии исправного изделия, необходимость в комбинации с другими методами

Суть метода в том, что моделируется поведение исправного и неисправного устройства и на основе моделирования выдвигается гипотеза о возможной неисправности и затем гипотеза проверяется измерениями.

Метод применяется в комплексе с другими методами для повышения их эффективности.

При устранении периодический проявляющейся неисправности необходимо применять моделирование для выяснения мог ли заменяемый элемент провоцировать данную неисправность. Для моделирования необходимо представлять принципы работы оборудования и порой знать даже тонкости работы.

Возможности метода: оперативное и адекватное выдвижение гипотезы о локализации неисправности.

Достоинства метода: возможность работать с исчезающими неисправностями, адекватность оценки.

Недостатки метода: необходим высокая квалификация исполнителя, необходима комбинация с другими методами.

8. Разбиение на функциональные блоки.

Для предварительной локализации неисправности весьма эффективно разбить устройство на функциональные блоки. Надо учитывать, что зачастую конструкторское разбиение на блоки не является эффективным с точки зрения диагностики так как один конструктивный блок может содержать несколько функциональных блоков или один функциональный блок может быть конструктивно выполнен в виде нескольких модулей.

Возможности метода: позволяет оптимизировать применение других методов.

Достоинства метода: ускоряет процесс поиска неисправности

Недостатки метода: необходимо глубокое знание схемотехники изделия

9. Временная модификация схемы.

Частичное отключение цепей применяется в следующих случаях:

— когда цепи оказывают взаимное влияние и не ясно какая из них является причиной неисправности,

— когда неисправный блок может вывести из строя другие блоки,

— когда есть предположение, что не правильная/неисправная цепь блокирует работу системы

Следует с особой осторожностью отключать цепи защиты и цепи отрицательной обратной связи, т.к. их отключение может привести к значительному повреждению изделия. Отключение цепей обратной связи может приводить к полному нарушению режима работы каскадов и в результате не дать желаемого результата. Размыкание цепе ПОС в генераторах естественно приводит к срыву генерации но может позволить снять характеристики каскадов.

Возможности метода: локализация неисправности в цепях с ОС, точная локализация неисправности.

Достоинства метода — позволяет более точно локализовать неисправность.

Недостатки метода: необходимость модифицировать систему, необходимость знания тонкостей работы устройства.

10. Включение функционального блока вне системы, в условиях моделирующих систему. По сути метод является комбинацией методов: разбиение на функциональные блоки и снятие внешних рабочих характеристик.

При обнаружении неисправностей «подозреваемый» блок проверяется вне системы, что позволяет либо сузить круг поиска , если блок исправен, либо локализовать неисправность в пределах блока, если блок неисправен. При применении данного метода необходимо следить за корректностью создаваемых условий и применяемых тестов. Блоки могут быть плохо согласованный между собой на стадии разработки.

Возможности метода: проверка гипотезы о работоспособности той или иной части системы.

Достоинства метода: возможность испытания и ремонта функционального блока без наличия системы.

Недостатки метода: необходимость собирать схему проверки

11. Предварительная проверка функциональных блоков.

Очень широко применяется для профилактики неисправностей системы в условиях производства новых изделий. Функциональный блок предварительно проверяется вне системы, на специально изготовленном стенде (рабочем месте).

При ремонте, метод имеет смысл если для блока требуется не слишком много входных сигналов или иначе говоря не слишком трудно имитировать систему. Например, этот метод имеет смысл применять при ремонте блоков питания.

12. Метод замены.

Подозреваемый блок/компонент заменяется на заведомо исправный. И проверяется функционирование системый. По результатам проверки судят о правильности гипотезы в отношении неисправности. Возможны несколько случаев:

— когда поведение системы не изменилось, это означает что гипотеза не верна

— когда все неисправности в системе устранены, значит неисправность действительно локализована в замененном блоке

— когда исчезла часть дефектов, это может означать что устранена только вторичная неисправность и исправный блок вновь сгорит под воздействием первичного дефекта системы. В этом случае возможно лучшим решением будет вновь поставить замененный блок (если это возможно и целесообразно) и продолжить поиск неисправностей с тем чтобы устранить именно первопричину.

Например, неисправность блока питания может привести к неудовлетворительной работе нескольких блоков, один из которых выйдет из строй в результате перенапряжения.

13. Проверка режима работы элемента.

Суть метода в том, что проверяют соответствие токов и напряжений в схеме предположительно правильным, отраженным в документации, рассчитанным при моделировании, полученным при исследовании исправного блока. На основании этого делают заключение о исправности элемента.

Правильность логических уровней цифровых схем (соответствие стандартам, а также сравнивают с обычными, типичными уровнями), проверяют падения напряжений на диодах, резисторах (сравнивают с расчетным или со значениями в исправном блоке).

14. Провоцирующие воздействие.

Повышение или понижение температуры, влажности механическое воздействие. Подобные воздействия очень эффективно для обнаружения пропадающих неисправностей.

15. Проверка температуры элемента.

Суть метода проста, любым измерительным прибором (или пальцем) нужно оценить температуру элемента или сделать вывод о температуре элемента по косвенным признакам (цвета побежалости, запах горелого и пр.). На основании этих данных делают вывод о возможной неисправности элемента.

16. Выполнение тестовых программ.

Суть метода заключается в том, что на работающей системе выполняется тестовая программа которая взаимодействует с различными компонентами системы и предоставляет информацию о их отклике, либо система под управлением тестовой программы управляет периферийными устройствами и оператор наблюдает отклик периферийных устройств, либо тестовая программа позволяет наблюдать отклик периферийных устройств на тестовое воздействие (нажатие клавиши, реакция датчика температуры на изменение температуры и пр.).

Метод применим только для заключительного тестирования и устранения очень мелких недоработок.

Метод имеет существенные недостатки т.к. для исполнения тестовой программы ядро системы должно находиться в исправном состоянии, не правильный отклик не позволяет точно локализовать неисправность (может быть неисправна как периферия так и ядро системы, так и тест-программа).

К достоинствам метода следует отнести очень быструю оценку по критерию работает — не работает.

17. Пошаговое исполнение команд.

Этот метод можно классифицировать как одну из разновидностей «метода исполнения тестовых программ», но применение метода возможно на почти не работоспособной системе. Метод очень эффективен для отладки микропроцессорных систем на стадии разработки.

К недостаткам метода следует отнести очень большую трудоемкость. К достоинствам очень низкую стоимость необходимого оборудования.

18. Тестовые сигнатуры.

Если изделие/система имеет выход (множество выходов) и имеет вход (множество входов) и вход/выход могут работать в дуплексном режиме, то возможна проверка системы в которой сигнал с выхода, через внешние связи подается на вход. Анализируется наличие/отсутствие сигнала, его качество и по результатам дается оценка о работоспособности соответствующих цепей.

Тема: Способы поиска неисправности

Неисправное состояние– это состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований установленных нормативно технической документацией. Различают основные и вторичные неисправности.

Основная неисправность – это неисправность, при которой хотя бы один из её параметров выходит за пределы установленного эксплуатационного допуска. Следствием основной неисправностью является отказ – полное или частичное утрата работоспособности изделия.

Второстепенная неисправность – это если изделие не соответствует хотя бы одному из требований установленных в отношении второстепенных параметров. Второстепенные неисправности изделия не приводит к отказу.

Работоспособное изделие может быть неисправным и исправным. Исправное изделие всегда работоспособно; неисправное изделие может быть работоспособным и отказавшим. Отказавшее изделие всегда неисправно.

Неисправности в приборах могут быть механические и электрические; по внешним проявлениям неисправности – явными (очевидными), не явными (скрытыми).

Неисправное состояние изделий или его составных частей, вызывается внешними воздействиями превышающие уровни установленной технической документацией, а переход изделия из исправного состояния в неисправное называется повреждением.

Под отказом понимают не только потерю работоспособности прибора, но его ухудшение из-за изменения параметров.

Причина отказа – это воздействие приводящее изделие в не работоспособное состояние.

Признаки отказа – это непосредственные или косвенные воздействия на органы чувств оператора определенных состояний или процессов свойственных не работоспособному состоянию изделия (возникновение посторонних шумов, отсутствие выходного сигнала, перегрев, изменение показаний прибора).

Отказы подразделяются следующим образом:

а) по характеру изменения параметров до момента изготовления отказа:

· Внезапные – характеризуются скачкообразным изменением одного или нескольких параметров;

· Постепенные – вызываются постепенным изменением значений одного или нескольких параметров.

б) по взаимосвязи между собой отказы делят на:

· Зависимые – отказы обусловленные отказом другого элемента;

· Независимые – отказ одного элемента не обусловлен отказом другого элемента.

в) по характеру времени нарушения работоспособности отказы делят на:

· Сбой – самоустраняющиеся отказ, приводящий к временному нарушению работоспособности изделия;

· Перемежающийся отказ – это многократно возникающий сбой одного и того же характера.

г) по причинам возникновения отказов делят на:

· Конструкционный отказ – это отказ, возникающий в результате нарушения установленных правил конструирования;

· Производственный отказ – возникает по причине нарушения установленного технологического процесса изготовления или ремонта изделия.

· Эксплуатационный отказ – проявляется в результате нарушения установленных правил, условий эксплуатаций изделия.

Отказы, происходящие вследствие не предвиденного отклонения внешних условий работы или при длительном воздействии внешнего разрушающего фактора, относят к отказом по причине внешних воздействий. По вине личного состава происходят отказы вызванные нарушением правил эксплуатации из-за недостаточности опыта и слабых навыков в эксплуатации прибора, а иногда по дисциплинированности отказа.

Отказы неисправности КИПиСА увеличивают трудоёмкость их обслуживания, особенно большие трудозатраты расходуются на поиск неисправности, установление причины и устранения, а так же на мероприятиях по предупреждению неисправности.

Важной характеристикой безотказности изделий является интенсивность отказов ʎ(l). В зависимости интенсивности отказов от времени эксплуатации можно показать следующей диаграммой, которое разбивается на три участка:

① — время при работе оборудования.

Для ① участка характерно снижение эффективности отказов – это объясняется быстрым выявлением ненадёжных элементов.

Для ② участка – это период когда отказность стабилизируется.

③ участок показывает резкое увеличение отказов из-за выработки. Этот период желательно из эксплуатации исключать.

Средняя наработка на отказ – это математическое ожидание наработки до первого отказа T₀= , где P(t) –вероятность безотказной работы.

В сложных изделиях результирующей поток отказов равен сумме потоков отказов отдельных устройств и считается простейшим.

Основной характеристикой потока отказов является параметр потока отказов. Это плотность вероятности возникновения отказа восстановленного изделия в рассматриваемый момент времени. Для восстанавливаемых изделий применяется показатель наработки на отказ.

Тема: Способы поиска неисправности

Из затраченного времени на устранение неисправности 64% занимает поиск и причина возникновения неисправности. Поэтому разрабатываются меры по правильному выбору последовательности операции поиска, что позволяет обеспечить более быстрое определение неисправности и его устранения.

При выполнении работ по поиску устранения неисправности придерживаются следующим технологиям:

1. Выяснения внешнего проявления отказа;

2. Внешний осмотр изделия;

3. Проверка устройств и органов управления, питания, блокирования сигнализации;

4. Поиск и устранение отказов в основных цепях;

5. Проверка работоспособности.

Процесс поиска неисправности содержит две стадии:

· Выбор последовательности проверки элементов;

· Выбор методики проведения отдельных операций проверки.

Поиск может производиться по заранее определенной последовательности проверки. В зависимости от этого различают следующие методы проверок:

1. Метод последовательных поэлементных проверок заключается в том, что элементы изделия при поиске неисправности проверяются поодиночке в заранее установленной последовательности. Если очередной проверяемый элемент оказался исправным, то проверяют следующий. При обнаружении неисправного элемента поиск прекращается, элемент заменяется (ремонтируется) и изделие проверяется на работоспособность. Если процесс проверки на отказ не подтверждает изделие –считается исправным. Если изделие не работает, продолжает поиск неисправного элемента с точки замены предыдущего отказавшего элемента.

Недостаток метода – сравнительное большое число проверок. Припроверки не использовать функциональные связи отдельных элементов, но при этом метод универсален, так как независимый от функциональной схемы.

2. Метод последовательных групповых проверок заключается в том, что все элементы изделия с учётом их функциональных связей разбиваются на отдельные группы и при этом контролируется исправность каждой группы в целом. Последовательность проведения проверок определяется результатом предыдущей проверки. По мере проведения проверок численность подлежащих элементов проверок уменьшается.

При данном методе поиска неисправности необходимо знать параметры в контролируемых точках, а так же типы измерительных приборов и правило эксплуатации. После устранения обнаруженной неисправности прибор подлежит проверки. Если неисправность не проявляется, то прибор исправен. Если неисправность не устранена, то прибор подлежит более углубленной проверки. Данный метод называют методом средней точки. Разбивать схему необходимо учитывая функциональные связи отдельных элементов.

3. Групповой метод проверок. При данном методе различают исключением и без исключения.

· Проверки с исключением состоит в том, что заключение работоспособности одной из групп элементов делается на основании проверки других групп.

· Проверки без исключенияконтролируется работоспособностью всех групп.

На конечном этапе всегда проводится проверка без исключения, что устраняет ошибок.

Достоинство: сокращение времени поиска неисправности, но метод требует знание функциональных связей отдельных элементов.

4. Метод комбинированных проверок заключается в одновременном изменении нескольких параметров. Делается заключение о неисправном элементе. Для удобства использования данного метода составляется таблица контролируемым параметров.

Достоинство: относительное малое время поиска неисправности.

При поиске неисправности, кроме выбора метода и программы поиска неисправности, необходимо выбрать методику способы проверку исправности отдельных элементов. Наиболее распределены следующие способы проверок:

· Контрольное переключение и регулировки;

· Изоляция блока или каскада;

Внешний осмотр

Внешний осмотр подразумевает использование зрения, слуха, обоняния. Они позволяют контролировать состояние монтажа СА кабелей, отдельных элементов, блоков, печатных плат. А так же позволяет определять работу ряда агрегатов, реле на слух.

Преимущество такого вида проверок в простате, но возможности определения неисправного элемента ограничены.

Неисправность может быть определена только при явно выраженных признаков. Это изменение цвета элемента под воздействием температуры, искрение, появление дыма и запаха обгорание проводов. Кроме этого часто встречаются взаимозависимые отказы, которые обнаруживаются внешним осмотром, но требуют дополнительной проверки для выявления истиной причины отказа.

Способ контрольных

Переключений и регулировок

Требует оценки внешних признаков неисправности катушек, анализа схем, использование органов переключение, сигнальных лампочек, строенных приборов, автоматы защиты. При этом имеется возможность определить неисправный узел блок или тракт. При этом можно определить совокупность элементов выполняющих определенную функцию изделия (преобразовательный или индикаторный блоки, блоки защиты или коммутации, передающий).

Достоинство способа: быстрая и простая проверка предложением о состоянии схемы прибора.

Недостаток: ограниченность, так как позволяет определить участок неисправности, а не контрольное место повреждений.

Дата добавления: 2018-04-04 ; просмотров: 1370 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Методы для обнаружения и диагностика неисправностей применительно IoT

Текущая промышленная тенденция в отношении автоматизации и промышленных предприятий ведет нас к все более и более сложным системам. В свою очередь простой системы может приводить к огромным финансовым потерям. В некоторых случаях поломка одной детали может привести к разрушению целой системы без возможности восстановления. В связи с этим возникает необходимость разработки Обнаружения и Диагностики Неисправностей (ОДН), которая может предотвратить и локализовать неисправности, при этом повышается производительность систем. Диагностика заключается в обнаружении ненормального функционирования по данным датчиков. Обычно данные от датчиков бывают сильно зашумленными или поврежденными, с шумами сети передачи данных, соответственно алгоритмы ОДН также должны быть устойчивы к выбросам.

Давайте рассмотрим методы ОДН, Рис. 1. Методы ОДН : подходы, которые используют аналитическую физическую модель системы и подходы, полагающиеся только на системные наблюдения. Использование методов диагностики с моделями кажется трудным и дорогостоящим из-за менее удовлетворительных характеристик. Кроме того, существует несколько промышленных приложений, в которых модель трудно или невозможно получить из-за повышенной сложности или нескольких конфигураций, задействованных в производственном процессе.

Рис. 1. Методы ОДН

Описание проблемы

В ОДН основной трудно решаемой задачей является установка порога, который определяет неисправности. В случае установки низкого порога обнаружения, система будет генерировать достаточно много ложных тревог. При ложной тревоге отправляется обслуживающий персонал или организуется не плановая замена частей системы, а в совокупности определенные ложные тревоги приведут к огромным затратам. С другой стороны, установка очень высокого порога обнаружения может привести к риску не обнаружения неисправности и привести к остановке производства. Также неисправность системы может повлияет на жизнь и здоровье людей, что крайне не допускается. Поэтому следует учитывать множество неопределенностей: неопределенности, связанные с отсутствием знаний о процессе, неточности данных в датчиках, которые могут содержать шум или отсутствовать данные, связанные с погрешностями неправильной обработки.

В наши дни система становится очень сложной и бывает сложно определить аналитическую модель системы, а модели машинного обучения (ML) справляются с этой задачей достаточно неплохо. Сформировались некоторые требования ML-моделей, такие как: необходимость качественных данных (отсутствующие или зашумленные данные), возможность рассмотреть несколько типов переменных (дискретных или непрерывных), способ учесть время для динамической системы и способность обобщить, чтобы модель могла найти решение с новым наблюдением. Но кроме этих требований есть производственный момент, при котором руководство хочет модели, которые были бы объяснениями, а не черным ящиком. Дальше мы посмотрим ML алгоритмы для ОДН.

Подходы к машинному обучению

Применение IoT-систем во всех областях создает огромное количество данных. Кроме того, эти системы становятся все более и более сложными, и трудно запустить аналитическую модель с хорошими результатами. Использование моделей ML становится очевидным и логичным решением для диагностирования этих систем.

Цель данной статьи — мы хотим показать несколько методов машинного обучения для ОДН. Мы рассмотрим популярные методы машинного обучения в ОДН, такие как метод опорных векторов (англ. SVM, support vector machine), искусственная нейронная сеть (ИНС), нечеткая нейронная сеть (англ. FNN, fuzzy neural network), деревья решений, Байесовская сеть доверия (англ. BNN, bayesian belief network).

Метод опорных векторов

Метод опорных векторов показывает хорошие результаты относительно других алгоритмов с небольшим объемом обучающих данных, также применяется при отказе аналоговой цепи диагностика с использованием вейвлет-преобразования в качестве препроцессора с высокой точностью классификации. Это один из наиболее популярных методов обучения, который применяется для решения задач классификации и регрессии.

Основная идея метода заключается в построении гиперплоскости, разделяющей объекты выборки оптимальным способом. Алгоритм работает с тем предположением, что чем больше расстояние (зазор) между разделяющей гиперплоскостью и объектами разделяемых классов, тем меньше будет средняя ошибка классификатора. Количество опорных векторов увеличивается с усложнением задачи. Однако у SVM есть недостатки:

Неустойчивость к шуму: выбросы в исходные данные становятся опорными объектами-нарушителями и напрямую влияют на построение разделяющей гиперплоскости;

Не описаны общие методы построения ядер и спрямляющих пространств, наиболее подходящих для конкретной задачи;

Нет отбора признаков;

При попытке использования в мультиклассовой задаче качество и скорость работы падают.

В последнее время набирает популярность обучение с частичным привлечением учителя для ОДН HVAC (отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха). Используя только несколько неисправных обучающих выборок, SVM решает задачу обнаружения и диагностирования компонентов нагрева.

Также можно отметить метод релевантных векторов (Relevance Vector Machine, RVM). В отличие от SVM данный метод дает вероятности, с которыми объект принадлежит данному классу. Т.е. если SVM говорит «x принадлежит классу А», то RVM скажет «x принадлежит классу А с вероятностью p и классу B с вероятностью 1-p«.

Искусственная нейронная сеть (ИНС)

ИНС — это мощный инструмент, способный выполнять задачи классификации и регрессии. ИНС можно рассматривать как взвешенные ориентированные графы, в которых нейроны являются узлами, и связи между узлами являются взвешенными связями. Это обучение регулирует веса, а также функции активации для принятия желаемого поведения. Используются два типа обучения: контролируемое обучение с учителем и без учителя.

Обучение с учителем: цель состоит в том, чтобы определить синаптические веса из помеченных примеров. Сеть параметров изменяется, чтобы минимизировать ошибки между целевым выводом (предоставленным экспертом) и фактическим выводом в сеть. Метод обратного распространения ошибки (англ. backpropagation) — это пример контролируемого алгоритма обучения.

Без учителя: входные данные не содержат информации о желаемом результате; обучение осуществляется с правилами, которые изменяют параметры сети в соответствии с входными данными. Алгоритм обучения ассоциативной памяти для сетей Хопфилда является тому примером. Квантовые сети Хопфилда используются для диагностики множественных неисправностей аналоговых схем с использованием вероятностного механизма. Затем образцы неисправностей квантуются и стандартно ортогонализируются для подачи в квантовую нейронную сеть Хопфилда. Системный подход, использующий механизм квантовой ассоциативной памяти и принцип квантовой суперпозиции, дает хорошее объяснение вероятности множественных неисправностей.

Кроме того, ИНС можно использовать для создания нейронной модели с целью имитации нормального поведения системы и дополнительных моделей для имитации различных условий неисправности. Затем нейронные модели размещаются параллельно с отслеживаемой системой, и обнаружение неисправностей достигается путем сравнения выходных данных нейронных моделей с выходными данными реальной системы. Классификация неисправностей основана на простом пороговом тесте остатков, сформированных путем вычитания выходных данных каждой нейронной модели из соответствующих выходных данных реальной системы. Для оценки остатков используется байесовская сеть. Сила ИНС — в их способности аппроксимировать и распознавать закономерности. В диагностических приложениях они показали большие перспективы в областях, где присутствуют шумы и ошибки. Однако ИНС требует больших вычислительных ресурсов, что делает сходимость обычно медленной во время обучения и склонна к переобучению, а также требует большого разнообразного набора данных для обучения.

Нечеткая нейронная сеть

Приложения для диагностики в основном включают гибридные нечеткие нейронные модели, в которых нейронные сети и нечеткие системы объединены в одну систему. Наиболее распространенные нечеткие нейронные сети основаны на двух типах моделей: моделях Тагаки Сугено Канга (ТСК) и Мамдани, в сочетании с алгоритмами нейронного

обучения. Существует два основных применения нечетких нейронных сетей в мониторинге. Эти применения чаще всего основаны на изучении остатков, которые генерируются разницей оцененного сигнала, полученного нейро-нечетким наблюдателем, с фактическими значениями сигнала. Затем эти остатки классифицируются и оцениваются с помощью нечеткой нейронной сетью.

Нейро-нечеткое обучение и адаптация нечетких моделей ТСК используются для остаточной генерации, в то время как для остаточной оценки используется нейро-нечеткий классификатор для моделей Мамдани. Такая сеть может быть использована для обнаружения и изолирования неисправности промышленной газовой турбины, уделяя особое внимание неисправностям, возникшим в исполнительной части газовой турбины. Более того, нечеткая нейронная сеть применяется для обучения отображения причин неисправности. Результаты показывают, что этот метод может точно диагностировать множественные неисправности. Последовательная нечеткая кластеризация нечетких нейронных сетей на динамической основе разработана и успешно применяется для мониторинга высокоскоростного процесса фрезерования. Он может последовательно изучать модель, адаптироваться к вариациям и предоставлять оценку или прогноз состояния процесса. Это облегчает ненавязчивую диагностику неисправностей. Нечеткая нейронная сеть имеет преимущества над ИНС, так как нечеткая нейронная сеть обладает способностью представлять неопределенности, присущие человеческому знанию, с помощью лингвистических переменных, и это надежно в отношении возможных нарушений в системе. Тем не менее, для обучения нечеткой нейронной сети необходимо включать знание эксперта в этой области, чтобы установить правила, а обучение требует больших вычислительных ресурсов.

Деревья решений

Деревья решений являются одним из наиболее эффективных инструментов интеллектуального анализа данных и предсказательной аналитики, которые позволяют решать задачи классификации и регрессии.

Они представляют собой иерархические древовидные структуры, состоящие из решающих правил вида «Если . то . ». Правила автоматически генерируются в процессе обучения на обучающем множестве и, поскольку они формулируются практически на естественном языке (например, «Если объём продаж более 1000 шт., то товар перспективный»), деревья решений как аналитические модели более вербализуемы и интерпретируемы, чем, скажем, нейронные сети.

Поскольку правила в деревьях решений получаются путём обобщения множества отдельных наблюдений (обучающих примеров), описывающих предметную область, то по аналогии с соответствующим методом логического вывода их называют индуктивными правилами, а сам процесс обучения — индукцией деревьев решений.

В обучающем множестве для примеров должно быть задано целевое значение, так как деревья решений являются моделями, строящимися на основе обучения с учителем. При этом, если целевая переменная дискретная (метка класса), то модель называют деревом классификации, а если непрерывная, то деревом регрессии.

Основополагающие идеи, послужившие толчком к появлению и развитию деревьев решений, были заложены в 1950-х годах в области исследований моделирования человеческого поведения с помощью компьютерных систем. Среди них следует выделить работы К. Ховеленда «Компьютерное моделирование мышления» и Е. Ханта и др. «Эксперименты по индукции».

Существует несколько алгоритмов обучения деревьев решений на основе данных, включая ID3, C4.5 и CART.

В ОДН деревья решений можно использовать для анализа распространения телеметрии в ветряных турбинах с помощью алгоритма обучения дерева решений и обнаружения отказов, повреждений и аномальных операций. Они обучают набор классификаторов дерева решений Bagged на наборе данных с морской ветряной электростанции, состоящей из 48 ветряных турбин, и используют его для автоматического выделения путей, связывающих сбои из-за чрезмерной вибрации с их возможными первопричинами.

Алгоритм CART используется для введения дерева решений в диагностическую стратегию для вентиляционных установок. Детектор установившегося состояния и регрессионная модель включены в стратегию для повышения интерпретируемости разработанной диагностической стратегии. Показано, что с помощью этой стратегии можно достичь хороших диагностических показателей.

Деревья решений визуально более интуитивно понятны, проще и легче усваиваются и интерпретируются инженерами. В отличие от других методов классификации, с классификаторами дерева решений можно выполнять анализ первопричин неисправностей на основе данных; можно проследить путь от конечного состояния до инициирования, путь, который следует последовательности и хронологии взаимосвязи событий. Деревья решений очень устойчивы к зашумленным и неполным данным. Однако для них необходимо использовать параметр обрезки, чтобы уменьшить необходимость переобучения.

Байесовская сеть доверия

Байесовская сеть доверия (англ. Bayesian Belief Network, BBN) — важная вероятностная графическая модель, которая может эффективно решать различные проблемы неопределенности на основе вероятностного представления информации и логических выводов. Байесовская сеть доверия — вероятностная графическая модель, представляющая набор случайных величин и их условных зависимостей через ориентированный ациклический граф. Такая сеть состоит из качественной и количественной частей.

Качественная часть — это направленный ациклический граф, в котором узлы представляют системные переменные, а дуги символизируют зависимости или причинно-следственные связи между переменными.

Количественная часть состоит из условной вероятностной таблицы, которая представляет отношения между каждым узлом и его родителями.

Процедуры диагностики неисправностей с байесовской сетью доверия состоят из моделирования структуры BBN, моделирования параметров BBN, вывода BBN, идентификации неисправностей, а также проверки и верификации. Сообщалось о нескольких методах построения структурных моделей BBN для диагностики неисправностей. Три основных метода включают причинно-следственные связи, алгоритмы сопоставления или структурирование обучения. Кроме того, параметрами являются априорная вероятность корневых узлов и условная вероятность листовых узлов. Эти вероятности могут быть получены из экспертных знаний и опыта, а также статистических результатов исторических, смоделированных и экспериментальных данных.

Алгоритмы могут быть основаны на анализе наблюдаемого поведения системы и сравнении его с набором поведенческих паттернов, созданных на основе различных неисправных состояний. Сопоставляя с образцом, можно сформулировать оценку апостериорного распределения байесовской вероятностной модели. Когда диагностика неисправностей связана с временными, системными или сложными системами, неизбежны трудности со статическими BBN. Поэтому для решения этих проблем используются некоторые другие типы BBN, такие как динамическая байесовская сеть и объектно-ориентированная байесовская сеть.

Динамическая байесовская сеть — это экстенсиональные BBN с переменными, зависящими от времени, и их можно использовать для моделирования временной эволюции динамических систем. Таким образом, используется байесовская сеть, которая моделирует систему электроснабжения для интегральных схем. При этом обрабатывается изменяющаяся динамика сбоя, развитие сбоя и мощность сбоя. Динамическая байесовская сеть используется для моделирования процесса динамической деградации электронных продуктов, а цепи Маркова используются для моделирования переходных отношений четырех состояний, то есть отсутствия неисправности, переходной неисправности, прерывистой неисправности и постоянной неисправности. Кроме того, методология диагностики неисправностей может идентифицировать неисправные компоненты и различать типы неисправностей в разное время.

Объектно-ориентированная байесовская сеть обеспечивает подход для достижения иерархического представления модели, и каждый уровень соответствует уровню абстракции, показывая инкапсулированные узлы для текущего уровня объекта. Такой подход снижает сложность построения BBN и повышает вероятность повторного использования моделей. Методология диагностики неисправностей в реальном времени сложных систем с повторяющимися структурами предложена с использованием объектно-ориентированной байесовской сети. При возникновении неисправностей предлагаемая система диагностики неисправностей на основе объектно-ориентированной байесовской сети может сообщать о неисправностях и предупреждениях. Для указанной системы с определенной ситуацией оператор может ввести некоторую известную информацию об опыте в дополнительные информационные уровни подсетей дополнительной информации и отказов по общей причине.

BBN интуитивно понятен пользователю в плане взаимодействия между переменными модели. Это полезно для моделирования неопределенности и может быть легко использовано для моделирования иерархических уровней множественных причин и следствий с данными из множества источников, которые обычно встречаются в производственных системах. Основная проблема обучения BBN заключается в построении древовидной структуры, и для решения этой проблемы было предложено несколько методов, включая экспертное мнение.

Обсуждения

В процессе диагностики система развивается в недетерминированной среде, что требует учета неопределенностей, которые включают зашумленные измерения, недостающие данные, неизвестность и изменчивость системы. Как правило, корректность работы модели машинного обучения в основном зависит от качества используемых данных.

Основная проблема диагностических систем в промышленных приложениях — это оценка неисправностей с неполными наблюдениями. В промышленной практике необходимо иметь дело с неполными наборами данных и неизвестными измерениями, при этом постоянно требуя полезной и надежной информации для поддержки принятия решений.

Сложность этого вопроса зависит от механизма обмена данных и информативности базы данных процессов. Есть много подходов к решению этих проблем, таких как удаление неполных данных или оценка недостающих данных. Однако некоторые инструменты машинного обучения могут обрабатывать непосредственно неполные данные. Например, BBN может работать неполными наблюдениями. Фактически, он использует вероятности для оценки степени нашей неопределенности, а иногда использует алгоритмы максимизации ожидания для изучения параметров, когда в наборе данных есть некоторые недостающие данные.

Важной частью машинного обучения является способность модели к обобщениям. Действительно, модель, которая слишком сложна по сравнению с проблемой, которую мы хотим моделировать, будет учиться на выбросах, включенных в набор данных; следовательно, модель может быть переобученной, неспособной к обобщениям и допускать множество ошибок при новом наблюдении. По этой причине в некоторых методах используются методы отсечения, например, деревья решений и нейронные сети.

Цель техники обрезки — остановить тренировку, чтобы избежать переобучения. Кроме того, большинство этих методов — это контролируемые методы, которые используют знания эксперта для постановки диагноза. Главный недостаток контролируемых методов состоит в том, что модели известен только тип обнаруженных неисправностей. Тем не менее, с новой ошибкой некоторые модели могут выполнять отклонение неоднозначности или отклонение расстояния, чтобы восполнить недостаток знаний о системе и адаптироваться к развитию системы.

Кроме того, в процессе диагностики датчики генерируют числовые данные, и не все инструменты машинного обучения используют эти числовые данные напрямую. Однако большинство методов машинного обучения работают только с непрерывными переменными, например, метод опорных векторов и ИНС. С другой стороны, другие методы используют дискретные переменные; это случай деревья решений и BBN. В деревьях решений C4.5 поддерживает числовые целевые переменные. Для других алгоритмов, таких как ID3 и CART, они используют дискретные переменные или преобразуют непрерывные переменные в интервал. BBN обычно используют дискретную случайную величину, а иногда можно включить случайную непрерывную переменную, если она имеет гауссовское распределение вероятностей.

Нечеткая нейронная сеть — единственный метод, который может обрабатывать различные типы данных (числовые и символьные). Фактически, он преобразует количественные и качественные значения в нечеткое множество. Оптимальный процесс диагностики заключается в создании модели, способной обрабатывать числовые или символьные данные, при этом оператор может использовать свои знания, улучшая диагностику.

Сложные или гибридные системы характеризуются множеством реконфигураций, несколькими режимами работы и регулярным изменением количества датчиков, особенно в IoT-системах: добавлением или удалением одного или нескольких датчиков. Диагностика гибридных динамических систем требует совместного использования непрерывной динамики и дискретной динамики. В этом случае для диагностики в данном контексте нам потребуются надежные инструменты с изменением моделей и системы измерения.

Заключение

Этот обзор приложения машинного обучения для диагностики неисправностей демонстрирует, что методы машинного обучения могут быть очень полезным инструментом для обнаружения и диагностики неисправностей. Этой статьей мы показали, что один метод не позволяет учесть все характеристики, которые требуются при диагностики системы. Некоторые методы могут дополнять другие, для улучшения системы ОДН. IoT ведет к огромному объему, разнообразию и высокой скорости передачи данных. Более того, возникает необходимость проектировать облака для хранения данных. Однако есть некоторые проблемы, такие как безопасность и масштабируемость. Таким образом, важно построить систему ОДН для уменьшение расходов и простоев системы.

В этой статье было много обзоров и теории без практики и кода. Но в будущем мы планируем написать статью про байесовские сети доверия с практической стороны с примерами кода, способную поставить надежный диагноз и с включение знание эксперта.

Вследствие увеличения сложности систем и необходимости уменьшения затрат на их поддержание традиционные методы ОДН (обнаружение и диагностика неисправностей) не справляются со своей задачей. С другой стороны, эксперты в этой области не сильно доверяют методам, основанным на машинном обучении и глубоком обучении, или, говоря по-другому — методам BlackBox. В свою очередь, при GreyBox методах возможно вводить знание эксперта в систему и более или менее объяснять, как были получены результаты. В связи с этим в статье мы рассмотрим методы ОДН и примеры их применения в IoT системах.

Материал подготовлен в рамках курса «Промышленный ML на больших данных».

Также скоро пройдет двухдневный бесплатный онлайн-интенсив «Как вывести модель в продакшн с помошью AWS? Теория и подготовка». На нем можно узнать, как использовать lambda и нюансы работы с IoT данными; а также научиться выводить модель в продакшн без сложных настроек системы. Записаться можно здесь.

Методы поиска и устранения неисправностей. А также причин неработоспособности электронных устройств.

Здесь я планирую описать практические методы поиска и устранения неисправностей в электронике, по возможности, без привязки к конкретному оборудованию. Под причинами неработоспособности подразумеваются выход из строя элемента, ошибки разработчиков, монтажников и т.д. Методы являются взаимосвязанными между собой, и почти всегда необходимо их комплексное применение. Порой поиск очень тесно связан с устранением. В процессе работы над текстом стало выясняться, что методы очень взаимосвязаны и зачастую имеют схожие черты. Может быть, можно сказать, что методы дублируют друг друга. Тем не менее, было принято решение не объединять схожие методы в один, чтобы осветить проблемы с разных сторон и более полно описать процесс поиска и устранения неисправности.

Основные концепции поиска неисправностей.

1.Действие не должно наносить вреда исследуемому устройству.

2.Действие должно приводить к прогнозируемому результату: — выдвижение гипотезы о исправности или неисправности блока, элемента и пр. — подтверждение или опровержение выдвинутой гипотезы и, как следствие, локализации неисправности;

3. Необходимо различать вероятную неисправность и подтвержденную (обнаруженную неисправность), выдвинутую гипотезу и подтвержденную гипотезу.

4. Необходимо адекватно оценивать ремонтопригодность изделия. Например, платы с элементами в корпусе BGA имеют очень низкую ремонтопригодность вследствие невозможности или ограниченной возможности применения основных методов диагностики.

5. Нужно адекватно оценивать выгодность и необходимость ремонта. Зачастую ремонт не выгоден с точки зрения затрат, но необходим с точки зрения отработки технологии, изучения изделия или по каким-то иным причинам.

Схема описания методов:

• Суть метода
• Возможности метода
• Достоинства метода
• Недостатки метода
• Применение метода

1. Выяснения истории появления неисправности.

Суть метода: История появления неисправности очень много может рассказать о локализации неисправности, о том, какой модуль является источником неработоспособности системы, а какие модули вышли из строя вследствие первоначальной неисправности, о типе неисправного элемента. Также знание истории появления неисправности позволяет сильно сократить время тестирования устройства, повысить качество ремонта, надежность исправленного оборудования. Выяснение истории позволяет выяснить, не является ли неисправность результатом внешнего воздействия, как то: климатические факторы (температура, влажность, запыленность и пр.), механические воздействия, загрязнение различными веществами и пр.

Возможности метода: Метод позволяет очень оперативно выдвинуть гипотезу о локализации неисправности.

Достоинства метода:

• Нет необходимости знать тонкости работы изделия;
• Сверхоперативность;
• Не требуется наличие документации.

Недостатки метода:

• Необходимость получить информацию о событиях, растянутых во времени, при которых вы не присутствовали, неточность и недостоверность предоставляемой информации;
• Требует подтверждения и уточнения другими методами; в некоторых случаях велика вероятность ошибки и неточность локализации;

Применение метода:

• Если неисправность сначала проявлялась редко, а затем стала проявляться все чаще ( в течении недели или нескольких лет), то, скорее всего, неисправен электролитический конденсатор, электронная лампа или силовой полупроводниковый элемент, чрезмерный разогрев которого приводит к ухудшению его характеристик.

• Если неисправность появилась в результате механического воздействия, то, вполне вероятно, ее удастся выявить внешним осмотром блока.

• Если неисправность появляется при незначительном механическом воздействии, то ее локализацию следует начать с использования механических воздействий на отдельные элементы.
• Если неисправность появилась после каких-либо действий (модификация, ремонт, доработка и др.) над прибором, то следует обратить особое внимание на часть изделия, в которой производились действия. Следует проконтролировать правильность этих действий.
• Если неисправность появляется после климатических воздействий, воздействия влажности, кислот, паров, электромагнитных помех, бросков питающего напряжения, необходимо проверить соответствие эксплуатационных характеристик изделия в целом и его компонентов условиям работы. При необходимости — принять соответствующие меры. (изменение условий работы или изменения в изделии, в зависимости от задач и возможностей )
• О локализации неисправности очень много могут рассказать проявления неисправности на разных этапах ее развития.

2. Внешний осмотр.

Суть метода: Внешним осмотром зачастую пренебрегают, но именно внешний осмотр позволяет локализовать порядка 50% неисправностей, особенно в условиях мелкосерийного производства. Внешний осмотр в условиях производства и ремонта имеет свою специфику.

Возможности метода:

• Метод позволяет сверхоперативно выявить неисправность и локализовать ее с точностью до элемента при наличии внешнего проявления.

Достоинства метода:

• Сверхоперативность;
• Точная локализация;
• Требуется минимум оборудования;
• Не требуется наличие документации (или наличие в минимальном количестве).

Недостатки метода:

• Позволяет выявлять только неисправности, имеющие проявление во внешнем виде элементов и деталей изделия;
• Как правило, требует разборки изделия, его частей и блоков;
• Требуется опыт исполнителя и отличное зрение.

Применение метода:

• В условиях производства особое внимание необходимо уделять качеству монтажа. Качество монтажа включает в себя: правильность размещение элементов на плате, качество паянных соединений, целостность печатных проводников, отсутствие инородных включений в материал платы, отсутствие замыканий (порой замыкания видны только под микроскопом или под определенным углом ), целостность изоляции на проводах, надежное крепление контактов в разъемах. Иногда неудачный конструктив провоцирует замыкания или обрывы.
• В условиях ремонта следует выяснить, работало ли устройство когда-нибудь правильно. Если не работало(случай заводского дефекта), то следует проверить качество монтажа.
• Если же устройство работало нормально, но вышло из строя (случай собственно ремонта), то следует обратить внимание на следы тепловых повреждений электронных элементов, печатных проводников, проводов, разъемов и пр. Также при осмотре необходимо проверить целостность изоляции на проводах, трещины от времени, трещины в результате механического воздействия, особенно в местах, где проводники работают на перегиб (например, слайдеры и флипы мобильных телефонов). Особое внимание следует обратить на наличие загрязнений, пыли , вытекания электролита и запах(горелого, плесени, фекалий и пр.). Наличие загрязнений может являться причиной неработоспособности РЭА или индикатором причины неисправности ( например, вытекание электролита).
• Осмотр печатного монтажа требует хорошего освещения. Желательно применение увеличительного стекла. Как правило,замыкания между пайками и некачественные пайки видны только под определенным углом зрения и освещения.

Естественно, во всех случаях следует обратить внимание на любые механические повреждения корпуса, электронных элементов, плат, проводников, экранов и пр. пр.

3. Прозвонка.

Суть метода: Суть метода в том, что при помощи омметра, в том или ином варианте, проверяется наличие необходимых связей и отсутствие лишних соединений (замыканий).

Возможности метода:

• Предупреждение неисправностей при производстве, контроль качества монтажа;
• Проверка гипотезы о наличии неисправности в конкретной цепи;

Достоинства метода:

• простота;
• не требуется высокая квалификация исполнителя;
• высокая надежность;
• точная локализация неисправности;

Недостатки метода:

• высокая трудоемкость;
• ограничения при проверке плат со смонтированными элементами и подключенных жгутов, элементов в составе схемы.
• необходимость получить прямой доступ к контактам и элементам.

Применение метода:

• На практике, как правило, достаточно проверить наличие необходимых связей. Отсутствие замыканий проверяется только по цепям питания.
• Отсутствие лишних связей также обеспечивается технологическими методами: маркировка и нумерация проводов в жгуте.
• Проверку на наличие лишних связей проводят в случае, когда есть подозрение на конкретные проводники, или подозрение на конструкторскую ошибку.
• Проводить проверку на наличие лишних связей чрезвычайно трудоемко. В связи с этим ее проводят, как один из заключительных этапов, когда возможная область замыкания (например, нет сигнала в контрольной точке) локализована другими методами.
• Очень точно локализовать замыкание можно при помощи миллиомметра, с точностью до нескольких сантиметров.
• Хотя данная методика имеет определенные недостатки, она очень широко применяется в условиях мелкосерийного производства, в связи со своей простотой и эффективностью.
• Прозванивать лучше по таблице прозвонки, составленной на основании схемы электрической принципиальной. В этом случае исправляются возможные ошибки конструкторской документации и обеспечивается отсутствие ошибок в самой прозвонке.

4. Снятие рабочих характеристик

Суть метода. При применении этого метода изделие включается в рабочих условиях или в условиях, имитирующих рабочие. И проверяют характеристики, сравнивая их с необходимыми характеристиками исправного изделия или теоретически рассчитанными. Также возможно и снятие характеристик отдельного блока, модуля, элемента в изделии.

Возможности метода:

• Позволяет оперативно диагностировать изделие в целом или отдельный блок;
• Позволяет примерно оценить расположение неисправности, выявить функциональный блок, работающий неправильно, в случае, если изделие работает неправильно;

Достоинства метода:

• Достаточно высокая оперативность;
• Точность, адекватность;
• Оценка изделия в целом;

Недостатки метода:

• Необходимость специализированного оборудования или, как минимум, необходимость собрать схему подключения;
• Необходимость стандартного оборудования;
• Необходимость достаточно высокой квалификации исполнителя ;
• Необходимо знать принципы работы прибора, состав прибора, его блок-схему (для локализации неисправности).

Применение метода:Например :

• В телевизоре проверяют наличие изображения и его параметры, наличие звука и его параметры, энергопотребление, тепловыделение. По отклонению тех или иных параметров судят о исправности функциональных блоков.
• В мобильном телефоне на тестере проверяют параметры RF тракта и по отклонению тех или иных параметров судят о исправности функциональных блоков.
• Естественно, необходимо быть уверенным в исправности всех внешних блоков и правильности входных сигналов. Для этого работу изделия (элемента, блока) сравнивают с работой исправного в этих же условиях и в этой схеме включения. Имеется в виду не теоретически такая же схема, а практически это же «железо». Или нужно сравнить все входные сигналы.

5. Наблюдение прохождения сигналов по каскадам.

Суть метода: При помощи измерительной аппаратуры (осциллограф, тестер, анализатор спектра и др.) наблюдают правильность распространения сигналов по каскадам и цепям устройства. Для этого проводят измерения характеристик сигналов в контрольных точках.

Возможности метода:

• оценка работоспособности изделия в целом;
• оценка работоспособности по каскадам и функциональным блокам;

Достоинства метода:

• высокая точность локализации неисправности;
• адекватность оценки состояния изделия в целом и по каскадам;

Недостатки метода:

• большая затрудненность оценки цепей с обратной связью;
• необходимость высокой квалификации исполнителя;
• трудоемкость;
• неоднозначность результата при неправильном использовании;

Применение метода:

• В схемах с последовательным расположением каскадов пропадание правильного сигнала в одной из контрольных точек говорит о возможной неисправности либо выхода, либо замыкания по входу, либо о неисправности связи.
• В начале вычленяют встроенные источники сигналов (тактовые генераторы, датчики, модули питания и пр.) и последовательно находят узел, в котором сигнал не соответствует правильному, описанному в документации или определенному при помощи моделирования.
• После проверки правильности функционирования встроенных источников сигналов на вход (или входы) подают испытательные сигналы и вновь контролируют правильность их распространения и преобразования. В ряде случаев для более эффективного применения метода требуется временная модификация схемы, т.е. если необходимо и возможно — разрыв цепей обратной связи, разрыв цепей связи входа и выхода подозреваемых каскадов

Рис.1 Временная модификация устройства для устранения неоднозначности нахождения неисправности. Крестиками обозначен временный обрыв связей.

• В цепях с обратными связями очень тяжело получить однозначные результаты.

6.Сравнение с исправным блоком.

Суть метода: Заключается в том, что сравниваются различные характеристики заведомо исправного изделия и неисправного. По отличиям внешнего вида, электрических сигналов, электрического сопротивления судят о локализации неисправности. Возможности метода:

• Оперативная диагностика в комбинации с другими методами;
• Возможность ремонта без документации.

Достоинства метода:

• Оперативный поиск неисправностей;
• Нет необходимости использовать документацию;
• Исключает ошибки моделирования и документации;

Недостатки метода:

• Необходимость в наличии исправного изделия;
• Необходимость в комбинации с другими методами

Применение метода: Сравнение с исправным блоком — очень эффективный метод, потому что документированны не все характеристики изделия и сигналы не во всех узлах схемы. Необходимо начать сравнение со сравнения внешнего вида, расположения элементов и конфигурации проводников на плате, отличие в монтаже говорит о том , что конструктив изделия был изменен и, вполне вероятно, допущена ошибка. Затем сравнивают различные электрические характеристики. Для сравнения электрических характеристик смотрят сигналы в различных точках схемы, работу прибора в различных условиях , в зависимости от характера проявления неисправности. Достаточно эффективно измерять электрическое сопротивления между различными точка (метод периферийного сканирования).

7.Моделирование.

Суть метода: Моделируется поведение исправного и неисправного устройства и на основе моделирования выдвигается гипотеза о возможной неисправности, и затем гипотеза проверяется измерениями. Метод применяется в комплексе с другими методами для повышения их эффективности.

Возможности метода:

• Оперативное и адекватное выдвижение гипотезы о расположении неисправности;
• Предварительная проверка гипотезы о расположении неисправности.

Достоинства метода:

• Возможность работать с исчезающими неисправностями,
• Адекватность оценки.

Недостатки метода:

• необходима высокая квалификация исполнителя,
• необходима комбинация с другими методами

Применение метода: При устранении периодически проявляющейся неисправности необходимо применять моделирование для выяснения — мог ли заменяемый элемент провоцировать данную неисправность. Для моделирования необходимо представлять принципы работы оборудования и порой знать даже тонкости работы.

8.Разбиение на функциональные блоки.

Суть метода: Для предварительной локализации неисправности весьма эффективно разбить устройство на функциональные блоки. Надо учитывать, что зачастую конструкторское разбиение на блоки не является эффективным с точки зрения диагностики, так как один конструктивный блок может содержать несколько функциональных блоков или один функциональный блок может быть конструктивно выполнен в виде нескольких модулей. С другой стороны, конструктивный блок гораздо проще заменить, что позволяет определить, в каком конструктивном блоке находится неисправность.

Возможности метода:

• Позволяет оптимизировать применение других методов;
• Позволяет быстро определить область расположения неисправности;
• Позволяет работать со сложными неисправностями

Достоинства метода:

• Ускоряет процесс поиска неисправности;

Недостатки метода:

• Необходимо глубокое знание схемотехники изделия;
• Необходимо время для тщательного анализа прибора

Применение метода: Возможны два варианта :

• Если изделие состоит из блоков(модулей, плат) и возможна их быстрая замена, то, по очереди меняя блоки, находят тот, при замене которого неисправность пропадает;
• В другом варианте – анализируя документацию, составляют функциональную схему прибора, на основе функциональной схемы моделируют (как правило, мысленно ) работу изделия и выдвигают гипотезу о расположении неисправности.

9. Временная модификация схемы.

Суть метода: Для исключения взаимного влияния и для устранения неоднозначности в измерениях иногда приходится изменять схему изделия: обрывать связи, подключать дополнительные связи, выпаивать или впаивать элементы.

Возможности метода:

• Локализация неисправности в цепях с ОС;
• Точная локализация неисправности;
• Исключение взаимного влияния элементов и цепей.

Достоинства метода:

• Позволяет уточнить расположение неисправности.

Недостатки метода:

• Необходимость модифицировать систему
• Необходимость знания тонкостей работы устройства

Применение метода: Частичное отключение цепей применяется в следующих случаях:

• когда цепи оказывают взаимное влияние и неясно, какая из них является причиной неисправности;
• когда неисправный блок может вывести из строя другие блоки;
• когда есть предположение, что не правильная/неисправная цепь блокирует работу системы.

Следует с особой осторожностью отключать цепи защиты и цепи отрицательной обратной связи, т.к. их отключение может привести к значительному повреждению изделия. Отключение цепей обратной связи может приводить к полному нарушению режима работы каскадов и в результате не дать желаемого результата. Размыкание цепе ПОС в генераторах естественно приводит к срыву генерации, но может позволить снять характеристики каскадов.

10. Включение функционального блока вне системы, в условиях, моделирующих систему.

Суть метода: По сути метод является комбинацией методов : Разбиение на функциональные блоки и Снятие внешних рабочих характеристик. При обнаружении неисправностей «подозреваемый» блок проверяется вне системы, что позволяет либо сузить круг поиска , если блок исправен, либо локализовать неисправность в пределах блока, если блок неисправен.

Возможности метода:

• проверка гипотезы о работоспособности той или иной части системы

Достоинства метода:

• возможность испытания и ремонта функционального блока без наличия системы.

Недостатки метода:

• необходимость собирать схему проверки.

Применение метода: При применении данного метода необходимо следить за корректностью создаваемых условий и применяемых тестов. Блоки могут быть плохо согласованный между собой на стадии разработки.

11.Предварительная проверка функциональных блоков.

Суть метода: Функциональный блок предварительно проверяется вне системы, на специально изготовленном стенде (рабочем месте). При ремонте данный метод имеет смысл,если для блока требуется не слишком много входных сигналов или, иначе говоря, не слишком трудно имитировать систему. Например, этот метод имеет смысл применять при ремонте блоков питания. Возможности метода:

• Проверка гипотезы о работоспособности блока;
• Предупреждение возможных неисправностей при сборке больших систем.

Достоинства метода:

• Возможность проверки основных характеристик блока без мешающих воздействий;
• Возможность предварительной проверки блоков.

Недостатки метода:

• Необходимость собирать схему проверки

Применение метода: Очень широко применяется для профилактики неисправностей системы в условиях производства новых изделий.

12. Метод замены.

Суть метода: Подозреваемый блок/компонент заменяется на заведомо исправный, и проверяется функционирование системы. По результатам проверки судят о правильности гипотезы в отношении неисправности.

Возможности метода:

• Проверка гипотезы о исправности или не исправности блока или элемента.

Достоинства метода:

• Оперативность.

Недостатки метода:

• Необходимость наличия блока для замены.

Применение метода: Возможны несколько случаев: когда поведение системы не изменилось, это означает, что гипотеза неверна; когда все неисправности в системе устранены, значит. неисправность действительно локализована в замененном блоке; когда исчезла часть дефектов, это может означать, что устранена только вторичная неисправность и исправный блок вновь сгорит под воздействием первичного дефекта системы. В этом случае, возможно, лучшим решением будет вновь поставить замененный блок (если это возможно и целесообразно) и продолжить поиск неисправностей с тем. чтобы устранить именно первопричину. Например, неисправность блока питания может привести к неудовлетворительной работе нескольких блоков, один из которых выйдет из строя в результате перенапряжения.

13. Проверка режима работы элемента.

Суть метода: Сравнивают значения токов и напряжений в схеме с предположительно правильными. Их можно найти в документации, рассчитать при моделировании, измерить при исследовании исправного блока. На основании этого делают заключение о исправности элемента.

Возможности метода:

• Локализация неисправности с точностью до элемента.

Достоинства метода:

• Точность

Недостатки метода:

• Медленность
• Требуется высокая квалификация исполнителя;

Применение метода:

• Проверяют правильность логических уровней цифровых схем (соответствие стандартам, а также сравнивают с обычными, типичными уровнями);
• проверяют падения напряжений на диодах, резисторах (сравнивают с расчетным или со значениями в исправном блоке);
• Измеряют напряжения и токи в контрольных точках.

14. Провоцирующие воздействие.

Суть метода: Повышение или понижение температуры, влажности, механическое воздействие . Использование подобных воздействий очень эффективно для обнаружения пропадающих неисправностей.

Возможности метода:

• Обнаружение пропадающих неисправностей.

Достоинства метода:

• Соломинка для утопающего . 🙂
• В некоторых случаях достаточно воздействовать руками или отверткой.

Недостатки метода:

• Зачастую необходимо специальное оборудование.

Применение метода: Как правило, следует начать с постукивания по элементам. Попробовать прикоснуться к элементам и жгутам. Нагреть плату под лампой. В более сложных случаях применяют специальные методы охлаждения или климатические камеры.

15. Проверка температуры элемента.

Суть метода проста, любым измерительным прибором (или пальцем) нужно оценить температуру элемента, или сделать вывод о температуре элемента по косвенным признакам (цвета побежалости, запах горелого и пр.). На основании этих данных делают вывод о возможной неисправности элемента.

Применение метода: В общем, все просто и понятно, сложность возникает при оценке высоковольтных цепей. И не всегда бывает понятно, находится ли элемент в штатном режиме или перегревается. В этом случае нужно сравнить с исправным изделием.

16. Выполнение тестовых программ.

Суть метода: На работающей системе выполняется тестовая программа, которая взаимодействует с различными компонентами системы и предоставляет информацию о их отклике, либо система под управлением тестовой программы управляет периферийными устройствами, и оператор наблюдает отклик периферийных устройств, либо тестовая программа позволяет наблюдать отклик периферийных устройств на тестовое воздействие (нажатие клавиши, реакция датчика температуры на изменение температуры и пр.).

Достоинства метода: К достоинствам метода следует отнести очень быструю оценку по критерию работает — не работает.

Недостатки метода: Метод имеет существенные недостатки, т.к. для исполнения тестовой программы ядро системы должно находиться в исправном состоянии, неправильный отклик не позволяет точно локализовать неисправность ( может быть неисправна как периферия, так и ядро системы, так и тест-программа).

Применение метода: Метод применим только для заключительного тестирования и устранения очень мелких недоработок.

17. Пошаговое исполнение команд.

Суть метода: Применяя специальное оборудование, микропроцессорную систему переводят в режим потактного (пошагового) исполнения инструкций (машинных кодов). При каждом шаге проверяют состояние шин (данных, адресов, управления и пр. ) и, сравнивая с моделью или с исправной системой, делают выводы о работе узлов устройства. Этот метод можно классифицировать как одну из разновидностей «метода исполнения тестовых программ», но применение метода возможно на почти неработоспособной системе.

Достоинства метода:

• Возможна отладка почти неработающей системы;

• Низкая стоимость необходимого оборудования.

Недостатки метода:

• Очень большая трудоемкость.

• Высокая квалификация исполнителя.

Применение метода: Метод очень эффективен для отладки микропроцессорных систем на стадии разработки.

18. Тестовые сигнатуры.

Суть метода: При помощи специального оборудования определяют состояние шин микропроцессорного устройства в штатном режиме работы на каждом шаге программы (или тестовой программы). Можно сказать, что это вариант пошагового выполнения программ, только более быстрый (за счет применения специального оборудования).

Достоинства метода:

• Возможна отладка почти неработающей системы

Недостатки метода:

• Большая трудоемкость.

• Высокая квалификация исполнителя.

Применение метода: Метод очень эффективен для отладки микропроцессорных систем на стадии разработки.

19.«Выход на вход».

Суть метода: Если изделие/система имеет выход (множество выходов) и имеет вход (множество входов) и вход/выход могут работать в дуплексном режиме, то возможна проверка системы,в которой сигнал с выхода через внешние связи подается на вход. Анализируется наличие/отсутствие сигнала, его качество и по результатам дается оценка о работоспособности соответствующих цепей.

Достоинства метода:

• Очень высокая скорость оценки работоспособности

• Минимум дополнительного оборудования

• Недостатки метода:

• Ограниченность применения

Применение метода:

• Применяется для заключительной проверки систем управления. Может, где-то еще.

20.Типовые неисправности.

Суть метода: На основании прошлого опыта ремонта конкретного изделия составляется список проявления неисправности и соответствующего неисправного элемента. Метод основан на том, что в массовых изделиях имеются слабые места, недоработки , которые, как правило, и приводят к выходу изделий из строя. Так же к этому методу стоит отнести и предположение о выходе того или иного элемента из строя на основании показателей надежности .

Достоинства метода:

• Высокая скорость

• Не слишком высокая квалификация исполнителя

Недостатки метода:

• Не применим при отсутствии статистики неисправностей;

• Требует подтверждения гипотезы другими методами.

Применение метода: Большинство специалистов держат статистику и симптомы неисправностей в голове. Я встречал попытки систематизированного изложения в «Сервис мануалах» (в документации по ремонту) фирмы Нокиа.

21. Анализ влияния неисправности.

Суть метода: На основании имеющейся информации о проявлении неисправности и предпосылки о том, что все проявления вызваны одной неисправностью, проводят анализ устройства. В этом анализе строят «дерево» взаимных влияний блоков (элементов) и находят блок (элемент), неисправность которого могла вызвать все (большинство) проявления. Если решения нет, собирают дополнительную информацию.

Достоинство и недостатки: По мере сбора и получения информации ее необходимо постоянно анализировать с точки зрения этого метода. Метод необходим как воздух. Без него — никуда.

Применение метода: Например, простейший случай — устройство совсем не включается. Нет нагрева, посторонних звуков, нет запаха горелого. При выдвижении гипотезы необходимо предполагать минимальную причину и минимальный вред — это сгоревший предохранитель. Проверяем предохранитель. В случае исправности предохранителя продолжаем собирать информацию. Ключевой принцип — это предположение о минимальности причины.

22. Периферийное сканирование.

Суть метода: Измеряют сопротивление между контрольными точками. От прозвонки отличается тем, что нас интересует значение сопротивления, а не только наличие или отсутствие связи. Термин «Контрольная точка» применен в широком смысли. Контрольные точки может выбирать сам исполнитель.

Достоинства метода:

• Возможность автоматизированного контроля по критерию «годен — не годен»

• Возможность внутрисхемной проверки элементов

• Необходим образец или база данных о сопротивлениях в исправном блоке

• Теоретическое предположение о правильном значении сопротивления высказать трудно, особенно если схема сложная и развлетвленная.

Применение метода: Для измерения сопротивления необходимо применять оборудование, исключающее выход из строя устройства, в результате измерений. Можно применять как тестер в условиях ремонта, так и автоматы в составе большой производственной линии.