潜在电路分析系统SCSA V3.0

一.概述

潜在电路的危害

工程经验表明,复杂电子/电气系统中不可避免地存在数量不等的非预期电流通路,称之为潜在电路,当潜在电路在特定条件下被激发时,将会导致系统执行非期望的功能或抑制期望功能的执行,表现为“突然发生”、“出人意料”、“措手不及”。由于难以预先检测发现,因此缺少防范措施,往往导致严重后果,如我国某型导弹潜在电路屏蔽脱尾罩功能,不点火自毁,同类型事故案例在国内军工领域已出现过多起,目前仍在发生。

潜在电路分析技术的缘起

上世纪60年代末,为阿波罗飞船和天空实验室的电子电气设备无故障运行,美国国家航天局(NASA)首次实施潜在电路分析工作,效果显著。我国自1988年起开始研究此项技术,目前已作为GJB450A《装备可靠性工作要求》的306工作项目。

潜在电路分析系统

中国航天科技集团公司第708研究所作为国内军工领域潜在电路分析技术的权威单位,为大力推广此项技术,经与北京际峰天翔信息技术有限公司合作,配套研发了专用于潜在电路分析的辅助软件——潜在电路分析系统(SCAS V3.0),在功能上已达到国际该领域的领先水平,适用于国防军工型号电子/电气系统,经过在运载火箭、卫星、载人飞船、战略及战术导弹等重大型号中的成功应用,已充分验证了软件的实用性、有效性和技术先进性。

二.潜在电路

潜在电路的概念

电子/电气系统中会使系统产生非期望功能或抑制期望功能的电路,潜在电路是系统设计(或修改设计)时无意中引入的一种潜伏状态或条件,是设计意图之外的电路,一旦被激发,将以非期望的行为出现。潜在电路与元器件失效无关,本质上属于设计问题。

潜在电路的特点

  • 潜伏性:设计者不易意识到的客观存在;
  • 普遍性:复杂系统中的一种普遍现象;
  • 突发性:一旦被激发,往往表现为“突然发生”、“措手不及”、“出人意料”;
  • 可测试性差:难以在一般测试条件下被检测出来;
  • 危害严重:由于缺乏防范措施,往往导致严重后果。

潜在电路的表现形式

  • 潜在路径:电流或控制信号流所流经的非期望路径。
  • 潜在时序:电流或控制信号以非期望或矛盾的时间顺序、或在非期望的时间、或延续一个非期望的时间段发生,从而使系统出现的异常状态。
  • 潜在指示:关于系统运行状况的模糊或错误的指示信号。
  • 潜在标志:关于系统功能(如控制、显示)的错误或不确切的标志。

三.为什要进行潜在电路分析

军工电子/电气产品往往具有复杂且规模较大的特点,参加设计的研制单位较多,同时设计本身也常进行更改,因而在设计研制过程中不可避免地无意中引入潜在电路。由于军工产品高可靠性、高安全性的要求,需尽量避免潜在电路的存在。这就要求各级设计人员、电总体负责人员对潜在电路的特点和危害有深刻的认识,一方面在电路设计完成后,全面进行潜在电路分析,另一方面在设计过程中尽量避免引入潜在电路问题,真正达到“预防为主”的目的。

潜在电路实例:

上图为航天历史上著名的、导致美国红石火箭发射失败的潜在电路案例。图中箭头所示为潜在路径。当火箭通过点火线圈正常点火后,“发射指令”触点闭合,在“尾插头”已拔开但“控制插头”尚未断开的短时间内,通过“应急指示继电器线圈”削峰二极管的潜在路径接通了“发动机关机线圈”,使发动机非期望关机(在此之前该型号火箭已成功发射50多次)。

四.潜在电路分析技术

潜在电路分析技术指在电子/电气设备错综复杂的电路中分析、查找潜在电路的技术。中国航天科技集团公司第708研究所自1988年开始研究潜在电路分析技术以来,经过二十多年艰苦不懈的努力,研究出一整套切实可行、行之有效的潜在电路分析技术,且在运载火箭、战略导弹、战术导弹、卫星、载人飞船等重点型号的应用中准确地发现了存在的各类潜在电路问题,有效验证了此项技术的实用性。

五.潜在电路分析系统(SCAS V3.0)

SCAS( Sneak Circuit Analysis System) 当前版本V3.0为中国航天科技集团公司第708研究所根据多年的潜在电路分析技术研究成果及型号应用经验与北京际峰天翔信息技术有限公司联合研制的潜在电路分析工具软件。

SCAS填补了国内该技术领域的空白,达到了国际领先水平,将使潜在电路分析变得更加简单易行,必将推进我国潜在电路分析事业的不断深入发展。

SCAS是潜在电路分析必不可少的辅助工具,其功能覆盖了国外主要潜在电路分析辅助软件(如美国NASA开发的ASP软件、Phase Three Logic公司与Sohar中心合作开发的SCAT软件、欧空局开发的SNAP软件)的主要功能,并在多个军工型号中成功地进行了实际应用,验证了软件核心算法的正确性、软件的可用性和实用性、技术的领先性。

SCAS是针对我国军工行业电子/电气系统设计数据特点而开发的,无论在数据接口还是电路规模方面的处理能力上,均可满足各类武器装备型号的要求。

SCSA v3_0工作流程

SCSA v3_0功能架构

  1. 型号总体电路设计综合:综合所有整机、电缆网数据,形成统一的总体电路数据库。
  2. 生成网络森林节点集:在对复杂系统进行系统划分及相关技术状态设置的基础上,自动生成全系统的网络森林节点集,其中每棵网络树是一个电气上相连的最小基本功能单元,SCAS是进行潜在电路分析的重要技术手段。
  3. 自动绘制网络树图:按“电源供电点在上、地在下、信号输入在左、输出在右”的布图规则,软件自动绘制网络树图。如此绘制的网络树图,易于进行基本拓扑模式识别。
  4. 网络森林组织与管理:根据功能执行器件清单,通过功能追踪算法,自动生成与之相关的功能网络森林集合。网络树连接边界表和网络树控制关系表及其相关查询功能。
  5. 故障排查路径追踪:在电路中设置故障排查起点和终点,软件自动追踪出它们之间经历的全部连通关系信息。
  6. 整机及电缆网设计数据管理:导线表、元器件目录的输入、导入、导出和查询等。
  7. 全系统同电位点表的生成、管理和查询。
  8. 线索表管理功能。
  9. 支持与EDA工具网表接口,包括EDIF格式、Protel格式。

1、设计管理

设计是SCAS V3.0的基础功能,按照项目、整机、电缆、网表(电路印制板)的结构关系将被分析系统所有相关的电路原始数据资料直接导入或录入系统中,SCAS V3.0支持当前航天领域主流EDA工具导出网表的数据格式,如EDIF200,EDIF300,PROTEL等,同时提供EXCEL文件数据对比导入功能(有效避免人为失误)。提供设计数据的基本原则为:

  1. 提供的全部数据必须是最反映当前设计实际技术状态的数据。
  2. 要尽可能全面提供准确表达任务要求和设计意图的资料。
  3. 对原理设计进行潜在电路分析时,要提供原理设计意图方面的文字资料。
  4. 对物理实现进行潜在分析时,除提供原理设计图外,还要收集直接用于生产制造的图纸或物理结构数据以及有关元器件的电气参数。

SCAS V3.0支持多项目的并行管理,项目创建者可以根据自己的需要设置权限为不共享、只读共享、完全共享和按用户分配四种模式;用户导入网表数据时,对元器件库不存在的元器件,系统自动记录,并提醒用户进行维护;电连接器按“针端”和“孔端”分类,系统自动进行对应匹配,用户也可依其实际情况进行调整和手工录入;同时支持分别基于项目、整机、电缆和网表的数据备份与还原。

参考图片

SCSA v3_0设计管理

2、分析管理

SCAS V3.0一个设计项目可以创建多个分析项目,系统提供分析项目的创建向导,用户通过创建向导指示逐步完成划定分析范围、同步分析数据、设定电连接器、指定边界点、制定功能分支、数据分析后,将原复杂的电路系统被简化为同电位点、边界点、网络森林节点集的表现形式。在此基础上,系统提供原始网络森林、源树、地树、功能森林、原始树连接关系、同点位点、分支表、功能分支表等灵活的查询功能,查询时支持逐级渗透功能,对每棵网络树自动绘制网络树图形。此时,用户可按照线索表提示逐步分析潜在电路。

SCSA v3_0分析管理

3、元器件模型管理

元器件模型是对电路系统中各类元器件的连通性的抽象描述,是分析电路的基本元素。元器件模型库是电路系统中的所用到的所有元器件集,可以分别进行增加、删除、修改和查询的操作。对因导入网表数据而自动增加的元器件,提示用户进行维护。系统同时提供基于元器件库的备份与还原。

参考图片:

SCSA v3_0元器件模型管理

4、系统管理

系统管理包括用户管理、角色管理、线索表管理三部分。

SCSA V3.0通过角色管理的模式实现权限管理,一个用户可以拥有多个角色,每个角色拥有不同的权限;权限控制到项目级的增、删、改、查。

用户在使用系统的过程中,还可以自己维护线索表,实现知识共享。

参考图片:

SCSA v3_0系统管理

硬件环境

  • CPU pentium 主频:1GHz以上。
  • 内存:256M以上。
  • 显示器:增强色(16位),分辨率800*600以上。
  • 磁盘空间:2Gb以上。

软件环境

  • 操作系统Windows 2000/XP
  • 数据库SQL Server2000

六.售后技术服务

  1. 潜在电路分析技术培训(2人2天)
  2. 上门安装服务
  3. 现场操作培训服务
  4. 一年内软件免费升级服务
  5. 一年内免费电话支持服务

六.七、成功应用案例

  • XX运载火箭的火工品控制电路
  • XX战略导弹的火工品控制电路
  • 神州系列载人飞船的供配电系统、火工品控制电路、应急救生功能电路、回收着陆分系统、手动切换电路
  • XX运载火箭的故障监测系统
  • XX卫星供配电分系统
  • XX导弹的电气控制系统
  • XX导弹的顺序控制器
  • 神舟七号舱外航天服电气系统