Техническая диагностика систем

 

 

 

 

 
 

В. В. Кошкин 

 
 
 
 
 

ТЕХНИЧЕСКАЯ 

ДИАГНОСТИКА СИСТЕМ 

 
 
 
 

Конспект лекций 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Йошкар-Ола 

ПГТУ 
2017 

УДК.681. 31 
ББК  32.97 

К 76 
 

Рецензенты: 

руководитель Управления Федеральной службы по надзору в сфере связи, 
информационных технологий и массовых коммуникаций по Республике 

Марий Эл, кандидат технических наук, доцент Г. А. Шишкин; 

кафедра электромеханики Марийского государственного университета  

(заведующий кафедрой кандидат технических наук, 

доцент С. В. Волков) 

 

Печатается по решению  

редакционно-издательского совета ПГТУ 

 
 
 

Кошкин, В. В. 

К 76       Техническая диагностика систем: конспект лекций / В. В. Кош
кин. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2017. – 140 с. 
ISBN 987-5-8158-1836-1 
 

Изложены основные понятия, задачи, методы и способы контроля и диа
гностики технического состояния сложных электронных систем.  

Приведены обобщенная структура и основные характеристики систем кон
троля и диагностики, основные показатели достоверности контроля и ее составляющие, а также методы принятия решений в процессе диагностики. Рассмотрены методы, аппаратные и программные средства контроля цифровых 
7модулей с помощью систем диагностики. 

Для студентов очной и очно-заочной форм обучения по направлениям 

11.03.03 «Конструирование и технология электронных средств» и 27.03.04 
«Управление и информатика в технических системах», а также студентов и 
аспирантов, занятых в ОПК и специализирующихся в области разработки систем контроля и диагностики. 

         

      УДК 681. 31 

                                                                                            ББК 32.97 

 

ISBN 978-5-8158-1836-1 
© Кошкин В. В., 2017 
© Поволжский государственный 
технологический университет, 2017 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 
Предисловие .................................................................................................. 6 
 
Введение ........................................................................................................ 7 
 
Лекция 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ В ТЕХНИЧЕСКОЙ 
ДИАГНОСТИКЕ ................................................................................................. 9 
 
Лекция 2. КОНТРОЛЬ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ 
СИСТЕМ ......................................................................................................... 15 

2.1. Концепция и термины в задачах контроля технического 
состояния электронных систем ............................................................ 15 
2.2. Задачи контроля технических систем .......................................... 16 
2.3. Показатель контролепригодности ................................................ 18 
2.4. Информационная модель процесса  контроля ............................. 19 
2.5. Два подхода к принятию решения о годности  
объекта контроля ................................................................................... 24 

 
Лекция 3. МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ ............................... 30 

3.1. Структура систем контроля ........................................................... 30 
3.2. Основные характеристики систем контроля................................ 32 
3.3. Способы инициирования контролируемых параметров ............. 38 

 
Лекция 4. РАЗНООБРАЗИЕ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ ........................................... 43 

4.1. Аппаратно-программные методы контроля  
электронных систем .............................................................................. 43 
4.2. Программные методы контроля .................................................... 46 

 
Лекция 5. ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ  
ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ ................................................................................ 52 

5.1. Основные методы диагностики .................................................... 52 
5.2. Характеристики системы диагностики ........................................ 55 
5.3. Тестовое и функциональное диагностирование .......................... 56 
5.4. Методы стимуляции тестируемого объекта ................................ 60 

 
 

Лекция 6. ВСТРОЕННЫЕ СРЕДСТВА ДИАГНОСТИКИ ................................... 67 

6.1. Встроенные средства тестового диагностирования .................... 67 
6.2. Показатели диагностирования ...................................................... 69 
6.3. Техническая диагностика и прогнозирование ............................. 71 

 
Лекция 7. МОДЕЛИРОВАНИЕ СРЕДСТВА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ  
ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ ...................................................................................... 76 

7.1. Диагностические модели ............................................................... 76 
7.2. Элементарная проверка ................................................................. 79 
7.3. Аналитические модели .................................................................. 80 
7.4. Графоаналитические модели ......................................................... 82 
7.5. Таблица функций неисправностей ............................................... 85 
7.6. Функционально-логические модели ............................................. 86 

 
Лекция 8. АНАЛИЗАТОРЫ В СРЕДСТВАХ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ  
ЦИФРОВЫХ СХЕМ И МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ .................................. 91 

8.1. Анализатор логических состояний ............................................... 91 
8.2. Анализаторы логических временных диаграмм .......................... 96 
8.3. Анализатор потока цифровых данных ......................................... 98 

 
Лекция 9. СИГНАТУРНЫЙ АНАЛИЗ .......................................................... 102 

9.1. Сущность сигнатурного анализа ................................................ 102 
9.2. Принцип формирования сигнатуры........................................... 103 
9.3. Структурная схема сигнатурного анализатора ......................... 106 

 
Лекция 10. КОНТРОЛЬ УСТРОЙСТВ, СОДЕРЖАЩИХ  
МИКРОПРОЦЕССОР ..................................................................................... 110 
 
Лекция 11. ТЕСТЕРЫ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРОБНИКИ .............................. 113 

11.1. Тестеры для цифровых устройств ........................................... 113 
11.2. Измерительные пробники......................................................... 115 

 
Лекция 12. МЕТОД ГРАНИЧНОГО СКАНИРОВАНИЯ ................................. 118 

12.1. Сущность метода граничного сканирования .......................... 118 

12.2. Применение метода граничного сканирования 
на уровне микросхемы ....................................................................... 120 
12.3. Применение метода граничного сканирования  
на уровне платы .................................................................................. 121 
12.4. Применение граничного сканирования 
на уровне системы .............................................................................. 123 

 
Лекция 13. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ 
ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ ........................................................................................ 126 

13.1. Основные методы контроля ..................................................... 126 
13.2. Автоматизированные методы контроля .................................. 129 
13.3. Внутрисхемный контроль печатных плат ............................... 131 
13.4. Программное обеспечение систем контроля 
печатных плат ..................................................................................... 133 

 
Заключение ............................................................................................... 137 
 
Библиографический список .................................................................... 138 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 
Непрерывное возрастание объёма и сложности электронных систем 

является одной из причин появления отказов в работе оборудования. 
Повышение надёжности и сокращения длительности простоев оборудования может быть достигнуто увеличением степени достоверности и 
скорости определения состояния системы, поиском места отказа и своевременным его устранением.  

В связи с этим актуальной становится задача автоматизации процес
сов контроля и диагностики путём использования новых информационных технологий и вычислительных средств, создание встроенных 
средств контроля электронных систем.  

В конспекте лекций рассмотрены основные понятия, принципы и 

задачи контроля, обобщенная структура, основные характеристики и 
свойства систем контроля. Значительное место уделено вопросу достоверности проведения контроля, принятию оптимальных решений о состоянии исследуемого объекта. Приведены основные определения задач 
диагностики, рассмотрены методы и алгоритмы поиска отказа. Большое 
внимание также уделено методам и средствам контроля и диагностики 
цифровых систем, позволяющих осуществлять оперативный контроль. 
Разработчик систем должен иметь необходимые знания и навыки проектирования встроенных и внешних средств контроля и диагностики. 
Формированию знаний, нужных специалистам, занимающихся эксплуатацией таких систем и средств контроля и диагностики предназначено 
данное издание.  

Отдельной задачей конспекта лекций является формирование у обу
чающихся компетенций, востребованных при подготовке высококвалифицированных специалистов для сфер деятельности в интересах ОПК, в 
том числе АО «Марийский машиностроительный завод».  

Конспект лекций написан на основе материалов соответствующих 

курсов, читаемых на протяжении ряда лет автором студентам Поволжского государственного технологического университета. 

 

ВВЕДЕНИЕ 

 

Актуальные задачи контроля и диагностики 

технических систем 

 

Сложные электронные системы на сегодня – основа большинства 

систем управления, информационно-измерительных и контролирующих 
комплексов, радиоэлектронных устройств различного применения. Количество компонентов, входящих в состав таких систем, значительно. 
Это, соответственно, отражается на надежности функционирования самих систем.  

На этапе производства каждый модуль, блок и система в целом 

проходят операцию проверки работоспособности, настройки на соответствие выходных сигналов требуемым параметрам технической документации. Для этих целей используют разнообразное контрольноизмерительное оборудование, как универсальное, так и специализированное. При этом в случае отклонения параметров проверяемого модуля контролер должен найти в нем причину несоответствия – отказавший электронный компонент или нарушения в линии связи на нем. 
В последние годы все интенсивнее внедряется в процесс производства 
автоматизация указанных операций путем создания автоматизированных рабочих мест регулировщика производимых электронных систем. 
Для этих целей привлекаются соответствующие специалисты. Но и на 
самих рабочих местах требования к квалификации персонала расширяются. Наряду со знанием контрольно-измерительного оборудования 
требуются навыки работы с вычислительной техникой и ее периферийными устройствами. 

Период эксплуатации электронных систем невозможно представить 

без проведения текущих регламентов, во время которых проверяется 
соответствие рабочих параметров устройства его техническим характеристикам и в случае несовпадения выявляется отказавший электронный 
компонент. Конечно, причину отказа оборудования следует определить 
и в межрегламентные периоды – если таковая случится. 

Процесс контроля и диагностики электронных средств в общем ви
де приведен на рисунке 1. 

Рисунок 1. Обобщенный процесс контроля  

и диагностики электронных средств 

 
Указанные процедуры затрагивают деятельность большого числа 

специалистов – от рабочих различных профессий до инженеров – разработчиков технологических процессов производства и обслуживания 
электронной техники. Возникает необходимость в использовании единых технических терминов и определений, характерных для этой области инженерных знаний. Наиболее полно используемая терминология 
представлена в ГОСТ 20911-89  Техническая диагностика. Термины и 
определения  – М: Стандартинформ,  2009. 

Процедуры контроля и диагностики электронных систем присут
ствуют на всех стадиях производства – от элементов входного контроля 
до их испытаний. В том  случае, когда зафиксированы отклонения параметров изделия от его нормативных характеристик, необходимо 
определить причину появления этих неисправностей, диагностировать 
элементы или узлы электронной системы. 

 

да

Н

нет

ОООо

ооООбъект 

Блок

диагностики

Эксплуатация

Контроль, регулировка, диагностика

Производство,

разработка

Настройка, регулировка, 

диагностика

Модель объекта 
диагностики

Идентификация

Модель 
диагностического теста

Параметры, 

признаки

Соответствует

нормативам

Результаты 
диагностики

Объект

диагностики

Блок

диагностики

Лекция 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ  

В ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКЕ 

 
 
 

Одним из наиболее эффективных способов улучшения экс
плуатационно-технических характеристик электронных систем является использование при их производстве и эксплуатации методов и средств контроля и технической диагностики. 

Техническая диагностика представляет собой область зна
ний, позволяющую с заданной достоверностью разделять неисправное и исправное состояния систем, и цель технической диагностики состоит в локализации неисправностей и восстановлении исправного состояния системы. С точки зрения системного 
подхода средства контроля и технической диагностики целесообразно рассматривать как составную часть подсистемы технического обслуживания и ремонта, т. е. системы технической 
эксплуатации. 
 
Рассмотрим основные понятия и определения, применяемые 

для описания и характеристики методов контроля и диагностики. 

1. Объект технического диагностирования (контроля техни
ческого состояния) – «объект» – изделие и (или) его составные части, подлежащие (подвергаемые) диагностированию (контролю). 
Всякий объект, состояние которого подвергается проверке, называется объектом контроля. Неисправные объекты контроля, требующие определения места и причины отказа, называются объектами диагностирования. Следовательно, путём диагностирования 
определяются принятые к распознаванию конкретные состояния из 
известного класса технических состояний объектов. Например, если путём контроля состояния определено, что объект неработоспособен, то диагностирование обеспечивает поиск места отказа с заданной подробностью. Объект диагностирования всегда есть и 
объект контроля, поскольку техническое диагностирование являет

ся составной, но не всегда обязательной частью контроля. Объект 
контроля в определённых условиях может не быть в то же время и 
объектом диагностирования. Так в процессе эксплуатации сервисная служба контролирует работоспособность систем. При отказе 
той или иной системы требуется, как правило, её выключить и использовать резервное оборудование, не занимаясь вопросами диагностирования, т.е. поиском отказавшего элемента в системе. Техническое диагностирование часто осуществляется во время регламентов по результатам контроля и регистрации параметров в рабочем состоянии.  

2. Техническое состояние объекта. Это  состояние, которое ха
рактеризуется в определенный момент времени, при определенных 
условиях внешней среды, значениями параметров, установленных 
технической документацией на объект. Признаками технического 
состояния могут быть области значений качественных и количественных характеристик свойств объекта. В зависимости от фактических значений признаков видами технического состояния являются: исправность, неисправность, работоспособность, неработоспособность, 
правильное 
функционирование, 
неправильное 

функционирование. 

Исправность – состояние, при котором объект соответствует 

всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией. 

Неисправность – состояние, при котором объект не соответ
ствует хотя бы одному из требований нормативно-технической документации. 

Работоспособность – состояние, при котором объект способен 

выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных выходных основных параметров  в пределах, установленных  нормативно-технической документацией. При этом остальные характеристики объекта могут не соответствовать требованиям (наличие 
коррозии, нарушение лакокрасочного покрытия и т.д.). Следова