Обслуживание, диагностика и ремонт средств медицинской электроники

Лабораторная работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ МЕТОДОВ ПОИСКА И УСТРАНЕНИЯ

ДЕФЕКТОВ В СРЕДСТВАХ МЕДИЦИНСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

1. Цель работы

Изучение основных методов поиска неисправностей, разработки опти;

мальной программы поиска дефектов методом последовательного диагностиро;

вания и устранения дефектов при регулировке средств медицинской электрони;

ки.

2. Теоретические сведения

2.1. Общие принципы поиска неисправностей

Проблема поиска неисправностей в средствах медицинской электроники

(СМЭ) возникает как в процессе производства на этапе регулировки, когда об;

наруживается, что никакими предусмотренными регулировками нельзя обеспе;

чить выходные параметры на уровне заданных требований, так и в процессе

эксплуатации и ремонта. Поиск неисправности осуществляется путем выполне;

ния диагностического эксперимента над объектом и дешифрирования его ре;

зультатов.

Диагностический эксперимент в общем случае состоит из отдельных час;

тей (элементарных проверок), каждая их которых связана с подачей на объект

входного воздействия (тестового или рабочего) и измерением выходной реак;

ции объекта. Дешифрирование результатов диагностического эксперимента на;

правлено на определение неисправностей объекта, наличие каждой из которых

не противоречит его реальному поведению в процессе выполнения эксперимен;

та.

Процесс поиска и устранения дефектов в СМЭ может оцениваться различ;

ными критериями: стоимостными затратами, временными затратами, количест;

вом проверок, необходимых для отыскания неисправности, или комбинациями

этих критериев.

Диагностирование СМЭ возможно различными методами, зависящими от

схемотехнических и конструкторских особенностей объекта диагностирования.

Выделяют три класса электронных устройств. К классу дискретных относят

устройства, значения всех координат которых задаются на конечных множест;

вах, а время изменяется дискретно. Устройства, все координаты которых при;

нимают значения из континуального множества, относят к классу аналоговых.

К классу гибридных причисляют устройства, некоторые координаты которых

заданы на дискретных, а остальные — на континуальных множествах.

В каждом классе устройств для решения одной и той же задачи диагности;

рования (например, поиска неисправностей) можно построить несколько алго;

ритмов. Необходимость увеличения производительности труда, сокращения

времени обнаружения, поиска и устранения неисправностей требует построе;

ния оптимальных или хотя бы оптимизированных алгоритмов диагностирова;

ния. Задачи построения оптимальных алгоритмов диагностирования могут ус;

пешно решаться различными методами.

2.2. Методы оптимизации алгоритмов поиска неисправностей

Большую группу методов поиска неисправностей составляют так называе;

мые органолептические методы, в основе которых лежат различные трудно

классифицируемые признаки:

а) совокупность параметров полезных и сопутствующих сигналов;

б) активные признаки нормальной работы отдельных частей на основе по;

стоянно функционирующих датчиков и контрольных сигнализаторов;

в) пассивные признаки, сопровождающие работу устройств, например, те;

пловые режимы отдельных блоков.

Совокупности признаков характерных отказов и их проявлений, присущих

данной системе, обычно в виде специальных таблиц включают в технические

описания или инструкции по техническому обслуживанию СМЭ и руковод;

ствуются ими в процессе диагностирования.

Перечни характерных неисправностей и их проявлений содержатся также в

таких документах, как технологические указания по выполнению регламентных

работ различных видов СМЭ, в лабораториях ремонтных предприятий отрасле;

вого профиля.

Отдельно выпускают технологии поиска и устранения неисправностей

СМЭ, основанные на методике поэтапной проверки работоспособности уст;

ройств в соответствии с «деревом» проверок, в котором имеются ветви «ис;

правно" и «неисправно». В ветви «неисправно» указываются возможная неис;

правность, её признак и указания по устранению.

Другая группа методов поиска неисправностей основана на использовании

статистических данных по отказам CMЭ, полученных в процессе сбора и

изучения априорных данных о характерных повреждениях и дефектах анало;

гичных изделий и их составных частей.

На основании статистического материала формируется алгоритм метода

последовательных поэлементных проверок (МППП). МППП заключается в

проверке каждого элемента отдельно. Решение о продолжении или прекраще;

нии проверки принимается после каждой проверки на основании анализа со;

стояния элемента путем сравнения реальных характеристик с номинальными,

указанными в заводских инструкциях. Для этого метода характерна большая

трудоемкость. Одним из основных вопросов МППП является вопрос выбора

оптимальной последовательности проверок. При этом в качестве критерия эф;

фективности принимаются средние временные и стоимостные затраты на про;

ведение поиска и замену дефектных элементов.

Оптимальная последовательность проверок определяется в данном случае

из условия

>

τ

q

>

τ

q

… >

j

j

q

τ

…

N

N

q

τ

(1)

где

j

q — вероятность того, что дефектным является именно j-й элемент; τ - вре;

менные затраты на проверку j-го элемента; N — общее количество проверяемых

элементов.

Для случая, когда в устройстве имеется один дефектный элемент, средние

временные затраты вычисляются по формуле

∑ ∑

= =

=

N

i

i

N

j

j

q

1 1

τ τ

(2)

где

i

τ - средние временные затраты на проверку i-го элемента.

Среднее число проверок вычисляется по формуле

∑

=

=

N

j

j

q n

. (3)

С учетом ошибок I рода (истинное значение параметра в пределах допуска,

а измеренное — вне допуска) и II рода (истинное значение параметра вне преде;

лов допуска, а измеренное — в пределах допуска) при проверках оптимальная

последовательность должна строиться согласно выражению

()

>

−

31 1 1

1 1

τ α τ

β q

…

()

>

−

j j j

j j

q

τ α τ

β

…

()

ЗN N N

N N

q

τ α τ

β

−

(4)

а средние временные затраты на поиск и замену дефектного элемента опреде;

ляются по формуле

() [] () {} ∑

=

+ − =

N

j

j j j j

B P A P

1 τ τ τ, (5)

где

j

α - ошибка I рода при проверке j-го элемента;

j

β - ошибка II рода при

проверке j-го элемента; j

τ - среднее время замены j-го элемента; P (A

j

) — веро;

ятность ошибки I рода; P (В

j

) — вероятность ошибки II рода.

() ()

−

=

− =∑

m

j

m

m j

q A P β 1

(6)

() ()

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛

+ + − = ∑∑

−

==

+ +

j

m

N

j m

m m m j j j j

q q q B P β α β. (7)

На практике для построения оптимального алгоритма поиска неисправно;

стей (особенно для СМЭ, имеющих последовательную структуру) широко ис;

пользуется метод половинных разбиений.

Для данного метода характерно, что все элементы изделия с целью диагно;

стирования разбиваются на две группы, содержащие равное количество эле;

ментов. Путем проверки параметров выделяется группа, содержащая дефект;

ные элементы; затем эта группа в свою очередь разбивается на две равные под;

группы и т. д. до тех пор, пока не будет обнаружен дефектный элемент. В дан;

ном случае программа поиска зависит от результата предыдущей проверки, т. е.

для этого метода присуща гибкая программа проверок и основной задачей яв;

ляется оптимальное разбиение элементов, составляющих изделие, на группы.

Каждая проверка при таком методе характеризуется числом элементов, входя;

щих в группу, вероятностью локализации дефектов в данной группе, стоимо;

стью проверок и ремонта.

При использовании критерия половинного разбиения чаще всего учитыва;

ется только один фактор: количество элементов, охватываемых проверкой. Та;

кой подход позволяет минимизировать максимальное число проверок (n), необ;

ходимое для обнаружения дефектного элемента.

m

N m

n

ln

ln

⋅

=, (8)

где m — количество групп разбиения; N — общее количество элементов.

При поиске дефектов с использованием критерия максимальной эффек;

тивности проверки должна вначале выполняться проверка, имеющая макси;

мальную эффективность (Е

s), определяемую по формуле

s s s

Z I E =, (9)

где I

s — количество информации, содержащейся в проверке;

s

Z — средние стои;

мостные затраты на проведение проверки.

Значение I

s вычисляется по формуле

() ()

S S S S S

q q q q I − − − − = 1 log 1 log

2 2

(10)

где q

s

— вероятность локализации дефекта в группе.