После применения некоторых общих советов по устранению неполадок, чтобы сузить область локализации проблемы, есть методы, полезные для дальнейшей изоляции проблемы. Вот некоторые из них:
Поменяйте местами идентичные компоненты
В системе с идентичными или параллельными (т.е. функционально дублирующими) подсистемами поменяйте местами компоненты между этими подсистемами и посмотрите, изменится ли проблема с заменённым компонентом.
Если да – то вы только что заменили неисправный компонент; если нет – продолжайте искать.
Это мощный метод устранения неполадок, поскольку он даёт вам как положительное, так и отрицательное указание на неисправность заменённого компонента: когда неисправная часть обменивается между идентичными системами, ранее неисправная подсистема снова начнет работать, а ранее исправная подсистема выйдет из строя.
Однажды я смог устранить неуловимую проблему с системой зажигания автомобильного двигателя, используя этот метод: у меня был друг с автомобилем, у которого была точно такая же модель системы зажигания.
Мы меняли местами детали между двигателями (распределитель, провода свечей зажигания, катушку зажигания – по одной детали в порядке очереди), пока проблема не перекочевала на другой автомобиль.
Проблема оказалась в «слабой» катушке зажигания, и проявлялась она только при большой нагрузке (состояние, которое не удалось смоделировать в моём гараже).
Обычно проблему такого типа можно выявить только с помощью анализатора системы зажигания (или осциллографа) и динамометра для имитации нагруженных условий вождения.
Однако этот метод подтвердил источник проблемы со 100% точностью без использования какого-либо диагностического оборудования.
Иногда вы можете поменять компонент и обнаружить, что проблема всё ещё существует, но каким-то образом изменилась.
Это говорит вам о том, что компоненты, которые вы только что поменяли местами, чем-то отличаются (другая калибровка, другая функция) и ничего более.
Однако не отбрасывайте эту информацию только потому, что она не приводит вас прямо к проблеме – ищите другие изменения в системе в целом по результатам замены и попытайтесь понять, что эти изменения говорят вам о проблеме или об источнике проблемы.
Важным предостережением для этой мето́ды является вероятность причинения дальнейшего ущерба. Предположим, что компонент вышел из строя из-за другого, менее заметного сбоя в системе.
Замена неисправного компонента на исправный приведёт к тому, что исправный компонент также выйдет из строя.
Например, предположим, что в цепи возникает короткое замыкание, при котором «перегорает» защитный предохранитель этой цепи.
Перегоревший предохранитель не обнаруживается при осмотре, и у вас нет прибора для электрической проверки предохранителя, поэтому вы решаете заменить подозрительный предохранитель на предохранитель того же номинала из работающей цепи.
Вследствие этого перегорает и исправный предохранитель, который вы переместите на короткозамкнутую цепь, в результате чего у вас остаются два перегоревших предохранителя и две неработающие цепи.
По крайней мере, вы точно знаете, что оригинальный предохранитель был перегоревшим, потому что цепь, в которую он был перемещён, перестала работать после замены, но это знание было получено только за счёт потери исправного предохранителя и дополнительного «времени простоя» второй (работавшей до замены) цепи.
Другим примером, иллюстрирующим это предостережение, является ранее упомянутая проблема с системой зажигания.
Предположим, что «слабая» катушка зажигания привела к тому, что двигатель заглох, повредив глушитель.
Если замена компонентов системы зажигания на другое транспортное средство приводит к тому, что проблема переносится на другое транспортное средство, глушитель другого транспортного средства также может быть повреждён.
Как правило, метод замены идентичных компонентов следует использовать только тогда, когда существует минимальная вероятность причинения дополнительного ущерба.
Это отличный метод для изоляции неразрушающих проблем.
Кто виноват?
Вы работаете на станке с ЧПУ с приводами по осям X, Y и Z. Ось Y не работает, но оси X и Z работают. Все три оси имеют одинаковые компоненты (датчики обратной связи, сервоприводы, серводвигатели).
Что делать?
Замените эти идентичные компоненты по одному, на оси Y и одной из рабочих осей (X или Z), и посмотрите после каждой замены, изменилось ли что-то.
Кто виноват?
Стереосистема не воспроизводит звук в левом динамике, но правый динамик работает нормально.
Что делать?
Попробуйте поменять местами соответствующие компоненты между двумя каналами и посмотреть, меняется ли сторона проблемы слева-направо. Когда это произойдёт, вы нашли неисправный компонент. Например, вы можете поменять местами динамики между каналами: если проблема переходит на другую сторону (то есть тот же динамик, который был мёртв раньше, всё ещё не подаёт признаков жизни, когда он уже подключен к правильному канальному кабелю), тогда вы знаете, что динамик неисправен.
Если проблема остаётся на той же стороне (то есть динамик, который раньше молчал, теперь воспроизводит звук после того, как был перемещён на другой конец комнаты и подключен к другому кабелю), то вы знаете, что динамики в порядке, и проблема должна заключаться где-то ещё (возможно, в кабеле, соединяющем тихий динамик с усилителем , или в самом усилителе).
Если проверка показала, что с самим динамиками всё в порядке, можно проверить кабели, используя тот же метод.
Поменяйте местами кабели так, чтобы каждый теперь подключался к другому каналу усилителя и к другому динамику.
Опять же, если проблема меняется (т.е. теперь правый динамик «умер», а левый динамик воспроизводит звук), то кабель, подключённый к правому динамику, должен быть неисправен.
Если ни замена (динамиков, ни кабелей) не приводит к тому, что проблема меняется с левой стороны на правую, то проблема должна заключаться в усилителе (т. е. выход левого канала должен быть «неисправен»).
Удалите параллельные компоненты
Если система состоит из нескольких параллельных (т.е. функционально дублирующих) или избыточных компонентов, которые можно удалить, не нанося вреда всей системе, начните удалять эти компоненты (по одному) и посмотрите, начнёт ли всё снова работать.
Кто виноват?
Сбой сети связи с топологией «звезда» между несколькими компьютерами. Ни один из компьютеров не может связаться друг с другом.
Что делать?
Попробуйте отключить компьютеры по одному от сети и посмотреть, заработает ли сеть снова после отключения одного из них. Если это так, то последний отключённый компьютер может быть виноват (он мог «глушить» сеть, постоянно выводя данные или шум).
Кто виноват?
Бытовой предохранитель продолжает перегорать (или автоматический переключатель размыкается) после короткого промежутка времени.
Что делать?
Отключайте приборы от этой цепи до тех пор, пока предохранитель или автоматический переключатель не перестанет прерывать цепь. Если вы можете устранить проблему, отключив один прибор от сети, возможно, этот прибор неисправен. Если вы обнаружите, что отключение почти любого устройства решает проблему, тогда цепь может быть просто перегружена слишком большим количеством устройств, каждое из которых исправно.
Разделите систему на части и протестируйте каждую часть отдельно
В системе с несколькими секциями или этапами тщательно измеряйте переменные, входящие и исходящие из каждого этапа, пока не найдёте этап, на котором всё выглядит не так.
Кто виноват?
Радио не работает (нет звука в динамике).
Что делать?
Разделите схему на этапы: этап настройки, этапы микширования, каскад усилителя, вплоть до динамика (динамиков). Измерьте сигналы в контрольных точках между этими этапами и определите, правильно ли работает каждый этап.
Кто виноват?
Аналоговая суммирующая цепь (см. схему на рисунке 1 ниже) не работает должным образом.
Рис. 1. Аналоговый сумматор.
Что делать?
Я бы проверил цепь пассивного усреднителя (три резистора в нижнем левом углу схемы), чтобы убедиться, что на неинвертирующем входе операционного усилителя наблюдается правильное (усреднённое) напряжение. Затем я измерил бы напряжение на инвертирующем входе, чтобы убедиться, что оно такое же, как на неинвертирующем входе (или, в качестве альтернативы, измерил бы разницу напряжений между двумя входами операционного усилителя, так как она должна быть равна нулю).
Продолжайте тестировать участки цепи (или только контрольные точки в цепи), чтобы увидеть, дают ли измерения ожидаемые напряжения и токи.
Упрощайте и перестраивайте
Тесно связанная со стратегией разделения системы на секции, это на самом деле метод проектирования и изготовления, полезный для новых схем, машин или систем.
Всегда проще начинать процесс проектирования и конструирования небольшими шагами, ведущими к всё более и более крупным шагам, чем создавать всё сразу и пытаться устранять неполадки в целом.
Предположим, что кто-то строит автомобиль на заказ. Было бы глупо связывать все части вместе, не проверяя и не тестируя компоненты и подсистемы по мере их разработки, ожидая, что всё будет работать идеально после полной сборки.
В идеале разработчик, прежде чем выпускать машину на проезжую часть, должен проверять правильность работы компонентов в процессе разработки: запускать и настраивать двигатель перед его подключением к трансмиссии, проверять наличие проблем с проводкой до того , как все защитные панели будут установлены на место, проверить, исправна ли тормозная система и т.д.
Бесчисленное количество раз я был свидетелем того, как студенты собирали сложную экспериментальную схему и не могли заставить ее работать, потому что они не останавливались, чтобы проверить всё по пути: проверить все резисторы, прежде чем вставлять их на свои места, убедиться, что источник питания адекватно регулирует напряжение, прежде чем пытаться включить что-либо с его помощью и т.п.
Человеку свойственно спешить с завершением проекта, думая, что такие проверки — пустая трата драгоценного времени.
Однако на устранение неполадок неисправной схемы будет потрачено гораздо больше времени, чем на проверку работы подсистем в процессе разработки.
Возьмём пример аналоговой суммирующей схемы в предыдущем разделе: что, если она не работает должным образом? Как её упростить и протестировать поэтапно?
Что ж, вы можете снова подключить операционный усилитель в качестве базового компаратора и посмотреть, реагирует ли он на дифференциальные входные напряжения, и/или подключить в качестве повторителя напряжения (буфера) и посмотреть, выдаёт ли цепь то же аналоговое напряжение, что и входное.
Если не выполняются эти простые функции, никогда не будет выполняться основная функция в сумматорном контуре! Убрав сложность сумматора, сократив его до (почти) голого операционного усилителя, можно протестировать функциональность этого компонента, а затем построить его (добавьте обратную связь резисторов и проверьте усиление по напряжению, затем добавьте входные резисторы и проверьте для суммирования напряжения), попутно проверяя ожидаемые результаты.
Перехват сигнала
Настройте приборы (например, регистратор данных, самописец или мультиметр в режиме «запись») для мониторинга сигнала в течение определённого периода времени.
Это особенно полезно при отслеживании периодически возникающих проблем, которые могут проявиться в тот момент, когда вы отвернулись и ушли.
Это может быть важно для доказательства того, что происходит первым в быстродействующей системе. Многие быстродействующие системы (особенно системы с отключением) имеют возможность мониторинга «первым обслужен» для предоставления такого рода данных.
Кто виноват?
Система управления турбиной автоматически отключается в ответ на ненормальное состояние. Однако к тому времени, когда на место прибывает технический специалист, чтобы осмотреть состояние турбины, все находится в «нерабочем» состоянии, и невозможно сказать, какой сигнал или условие вызвало первоначальный останов, поскольку все рабочие параметры теперь «ненормальны».
Что делать?
Один техник, которого я знал, использовал видеокамеру для записи панели управления турбиной, чтобы он мог видеть, что происходит (по показаниям датчиков) в первую очередь при автоматическом отключении. Просто взглянув на панель постфактум, невозможно было сказать, какой сигнал отключил турбину, но воспроизведение видеозаписи показывало, что произошло последовательно, вплоть до покадрового воспроизведения.
Кто виноват?
Система сигнализации срабатывает ложно, и вы подозреваете, что это может быть связано с неисправностью определённого проводного соединения. К сожалению, проблема никогда не проявляется во время осмотра!
Что делать?
Многие современные цифровые мультиметры оснащены настройками «записи», с помощью которых они могут отслеживать напряжение, ток или сопротивление в течение долгого времени и отмечать, существенно ли эти измерения отклоняются от обычного значения. Это бесценный инструмент для использования при «периодических» отказах электронной системы.
