Поиск и устранение неисправностей: систематический подход

Введение

Форма решения проблем, часто применяемая для восстановления неисправных продуктов или процессов.

Устранение неисправностей – это форма решения проблем, часто применяемая для ремонта неисправных продуктов или процессов в машине или системе. Это логичный, систематический поиск источника проблемы для её решения и возвращения продукта или процесса в рабочее состояние. Устранение неисправностей необходимо для выявления симптомов. Определение наиболее вероятной причины – это процесс исключения потенциальных источников проблемы. Наконец, устранение неисправностей требует подтверждения того, что решение восстанавливает продукт или процесс до работоспособного состояния.

Диагностика

В целом, устранение неполадок – это выявление или диагностика «проблем» в потоке управления системой, вызванных неисправностью какого-либо рода. Проблема изначально описывается как симптомы неисправности, а устранение неполадок – это процесс определения и устранения причин этих симптомов. Систему можно описать с точки зрения ее ожидаемого, желаемого или предполагаемого поведения (обычно, для искусственных систем, – ее назначения). Ожидается, что события или входные данные в систему будут генерировать определенные результаты или выходы. (Например, выбор опции «печать» в различных компьютерных приложениях должен приводить к появлению распечатанной копии с определенного устройства). Любое неожиданное или нежелательное поведение – это симптом. Устранение неполадок – это процесс изоляции конкретной причины или причин симптома. Часто симптом заключается в том, что продукт или процесс не выдает никаких результатов. (Например, ничего не было напечатано). Затем можно предпринять корректирующие действия для предотвращения дальнейших подобных сбоев. Методы криминалистической инженерии полезны для выявления проблем в продуктах или процессах, и существует широкий спектр аналитических методов для определения причины или причин конкретных отказов. После этого можно предпринять корректирующие действия для предотвращения дальнейших сбоев аналогичного типа. Превентивные действия возможны с использованием анализа видов и последствий отказов (FMEA) и анализа дерева неисправностей (FTA) до начала полномасштабного производства, и эти методы также могут использоваться для анализа отказов. Для диагностики и устранения неполадок необходимы два основных элемента: априорные знания в предметной области и стратегии поиска. Они взаимозависимы, и именно здесь можно выделить два принципиально разных типа проблем, с соответствующими подходами к их диагностике. Расмуссен предположил, что существует стратегия, основанная на характеристиках правильной работы устройства (топографическая стратегия), и стратегия, основанная на характеристиках ненормальной работы (симптоматическая стратегия). Вторая фактически задает вопрос «что не так?», а первая – «что происходит?». Стратегия – это организованный набор действий, выражающий правдоподобный способ достижения цели. Стратегии не следует рассматривать как алгоритмы, неуклонно ведущие к решениям. Специалисты по решению проблем действуют ситуативно, корректируя действия в рамках стратегии и меняя стратегии и тактику в ответ на информацию и идеи. Симптоматическая стратегия (также известная как рассуждение на основе прецедентов или поверхностное рассуждение) требует априорных знаний в предметной области, полученных из прошлого опыта, который установил связи между симптомами и причинами. Эти знания называют поверхностными, скомпилированными, основанными на доказательствах, исторических, а также знаниями на основе конкретных случаев. Эта стратегия наиболее тесно связана с диагностикой, выполняемой экспертами. Диагностика проблемы происходит как процесс быстрого распознавания, при котором симптомы вызывают соответствующие категории ситуаций. Эксперт знает причину, поскольку ранее сталкивался с аналогичными случаями. Рассуждение на основе прецедентов – самая мощная и наиболее часто используемая стратегия. Однако эта стратегия не будет работать самостоятельно с действительно новыми проблемами или там, где требуется более глубокое понимание происходящего. Топографическая стратегия относится к категории глубокого рассуждения. При глубоком рассуждении используются глубокие знания о системе. Топография в данном контексте означает описание или анализ структурированного объекта, показывающий взаимосвязи между его элементами. Также известное как рассуждение от первых принципов, глубокое рассуждение применяется к новым неисправностям, когда подходы, основанные на опыте, нецелесообразны. Следовательно, топографическая стратегия связана с априорными знаниями в предметной области, которые развиваются на основе более фундаментального понимания системы, возможно, с использованием знаний первых принципов. Такие знания называют глубокими, причинно-следственными или основанными на моделях. Хок отметил, что симптоматические подходы могут нуждаться в поддержке топографических подходов, поскольку симптомы могут быть определены различными способами. Обратное также верно – поверхностное рассуждение можно использовать абдуктивно для генерации причинно-следственных гипотез и дедуктивно для оценки этих гипотез в рамках топографического поиска.

In general, troubleshooting is the identification or diagnosis of "trouble" in the management flow of a system caused by a failure of some kind. The problem is initially described as symptoms of malfunction, and troubleshooting is the process of determining and remedying the causes of these symptoms. A system can be described in terms of its expected, desired or intended behavior (usually, for artificial systems, its purpose). Events or inputs to the system are expected to generate specific results or outputs. (For example, selecting the "print" option from various computer applications is intended to result in a hardcopy emerging from some specific device). Any unexpected or undesirable behavior is a symptom. Troubleshooting is the process of isolating the specific cause or causes of the symptom. Frequently the symptom is a failure of the product or process to produce any results. (Nothing was printed, for example). Corrective action can then be taken to prevent further failures of a similar kind. The methods of forensic engineering are useful in tracing problems in products or processes, and a wide range of analytical techniques are available to determine the cause or causes of specific failures. Corrective action can then be taken to prevent further failure of a similar kind. Preventive action is possible using failure mode and effects (FMEA) and fault tree analysis (FTA) before full scale production, and these methods can also be used for failure analysis. There are two major elements required to enable a troubleshooting diagnosis to take place à priori domain knowledge and search strategies. These are interdependent, and here is where we can identify fundamentally two different types of problem, with matching approaches to their diagnosis. Rasmussen suggested there is strategy guided by the characteristics of the correct functioning of the device (topographic strategy), and strategy guided by the characteristics of abnormal functioning (symptomatic strategy). The second is really asking “what’s wrong?” the first is asking “what’s happening?”

A strategy is an organized set of activities expressing a plausible way of achieving a goal. Strategies should not be viewed as algorithms, inflexibly followed to solutions. Problem solvers behave opportunistically, adjusting activities within a strategy and changing strategies and tactics in response to information and ideas. A symptomatic strategy (also known as cased based reasoning, or shallow reasoning) requires à priori domain knowledge that is gleaned from past experience which established connections between symptoms and causes. This knowledge is referred to as shallow, compiled, evidential, history based as well as case based knowledge. This is the strategy most associated with diagnosis by experts. Diagnosis of a problem transpires as a rapid recognition process in which symptoms evoke appropriate situation categories. An expert knows the cause by virtue of having previously encountered similar cases. Cased based reasoning is the most powerful strategy, and that used most commonly. However, the strategy won’t work independently with truly novel problems, or where deeper understanding of whatever is taking place is sought. A topographic strategy falls into the category of deep reasoning. With deep reasoning, in depth knowledge of a system is used. Topography in this context means a description or an analysis of a structured entity, showing the relations among its elements. Also known as reasoning from first principles, deep reasoning is applied to novel faults when experience based approaches aren’t viable. The topographic strategy is therefore linked to à priori domain knowledge that is developed from a more a fundamental understanding of a system, possibly using first principles knowledge. Such knowledge is referred to as deep, causal or model based knowledge. Hoc noted that symptomatic approaches may need to be supported by topographic approaches because symptoms can be defined in diverse terms. The converse is also true – shallow reasoning can be used abductively to generate causal hypotheses, and deductively to evaluate those hypotheses, in a topographical search.

Аспекты

Обычно поиск и устранение неисправностей применяется к чему-то, что внезапно перестало работать, поскольку его предыдущее рабочее состояние формирует ожидания относительно его дальнейшего поведения. Поэтому первоначальное внимание часто уделяется недавним изменениям в системе или в среде, в которой она существует. (Например, принтер, который "работал, когда был подключен там"). Однако существует хорошо известный принцип, что корреляция не подразумевает причинно-следственную связь. (Например, отказ устройства вскоре после подключения к другой розетке не обязательно означает, что эти события связаны. Отказ мог быть совпадением.) Следовательно, поиск и устранение неисправностей требует критического мышления, а не доверчивости. Полезно рассмотреть наш обычный опыт с лампочками. Лампочки "перегорают" более или менее случайно; в конечном итоге многократное нагревание и охлаждение нити накаливания, а также колебания напряжения приводят к тому, что нить трескается или испаряется. Тот же принцип применим к большинству других электронных устройств, а аналогичные принципы – к механическим устройствам. Некоторые неисправности являются частью нормального износа компонентов системы. Первый основной принцип поиска и устранения неисправностей – возможность воспроизвести проблему по желанию. Второй основной принцип – свести "систему" к ее простейшей форме, в которой проблема все еще проявляется. Третий основной принцип – "знать, что вы ищете", то есть полностью понимать, как система должна работать, чтобы можно было "заметить" ошибку, когда она возникает. Специалист по поиску и устранению неисправностей может проверять каждый компонент системы по одному, заменяя потенциально неисправные компоненты на заведомо исправные. Однако этот процесс "последовательной замены" можно считать неэффективным, если компоненты заменяются без учета гипотезы о том, как их отказ может привести к наблюдаемым симптомам. Простые и промежуточные системы характеризуются списками или деревьями зависимостей между их компонентами или подсистемами. Более сложные системы содержат циклические зависимости или взаимодействия (петли обратной связи). Такие системы менее поддаются методам поиска и устранения неисправностей, основанным на "половинном делении". Также полезно начинать с известного рабочего состояния, лучшим примером которого является перезагрузка компьютера. Когнитивный анализ также может быть полезен. Подробная документация, подготовленная квалифицированными техническими писателями, очень полезна, особенно если она содержит описание принципа работы устройства или системы. Распространенной причиной проблем является плохой дизайн, например, плохой эргономичный дизайн, из-за которого устройство можно вставить неправильно (в обратном направлении или вверх ногами) из-за отсутствия соответствующего ограничителя (ограничения, формирующего поведение) или недостаточной отказоустойчивости. Это особенно плохо, если сопровождается привыканием, когда пользователь просто не замечает неправильного использования, например, если две части имеют разные функции, но общий корпус, из-за чего при беглом осмотре неясно, какая часть используется. Поиск и устранение неисправностей также может принимать форму систематического контрольного списка, процедуры, блок-схемы или таблицы, создаваемой до возникновения проблемы. Разработка процедур поиска и устранения неисправностей заранее позволяет тщательно продумать необходимые шаги и организовать процесс устранения неисправностей наиболее эффективно. Таблицы поиска и устранения неисправностей можно компьютеризировать для повышения удобства использования. Некоторые компьютеризированные службы поиска и устранения неисправностей (например, Primefax, позже переименованная в MaxServ) сразу же показывают 10 лучших решений с наибольшей вероятностью устранения основной проблемы. Техник может либо отвечать на дополнительные вопросы, чтобы продвинуться по процедуре, каждый шаг сужая список решений, либо немедленно применить решение, которое, по его мнению, решит проблему. Эти службы предоставляют скидку, если техник предпринимает дополнительный шаг после решения проблемы: сообщает о решении, которое фактически устранило неисправность. Компьютер использует эти отчеты для обновления оценок вероятности решения конкретного набора симптомов.

Usually troubleshooting is applied to something that has suddenly stopped working, since its previously working state forms the expectations about its continued behavior. So the initial focus is often on recent changes to the system or to the environment in which it exists. (For example, a printer that "was working when it was plugged in over there"). However, there is a well known principle that correlation does not imply causality. (For example, the failure of a device shortly after it has been plugged into a different outlet doesn't necessarily mean that the events were related. The failure could have been a matter of coincidence.) Therefore, troubleshooting demands critical thinking rather than magical thinking. It is useful to consider the common experiences we have with light bulbs. Light bulbs "burn out" more or less at random; eventually the repeated heating and cooling of its filament, and fluctuations in the power supplied to it cause the filament to crack or vaporize. The same principle applies to most other electronic devices and similar principles apply to mechanical devices. Some failures are part of the normal wear and tear of components in a system. The first basic principle in troubleshooting is to be able to reproduce the problem, at wish. Second basic principle in troubleshooting is to reduce the "system" to its simplest form that still show the problem. Third basic principle in troubleshooting is to "know what you are looking for. In other words, to fully understand the way the system is supposed to work, so you can "spot" the error when it happens. A troubleshooter could check each component in a system one by one, substituting known good components for each potentially suspect one. However, this process of "serial substitution" can be considered degenerate when components are substituted without regard to a hypothesis concerning how their failure could result in the symptoms being diagnosed. Simple and intermediate systems are characterized by lists or trees of dependencies among their components or subsystems. More complex systems contain cyclical dependencies or interactions (feedback loops). Such systems are less amenable to "bisection" troubleshooting techniques. It also helps to start from a known good state, the best example being a computer reboot. A cognitive walkthrough is also a good thing to try. Comprehensive documentation produced by proficient technical writers is very helpful, especially if it provides a theory of operation for the subject device or system. A common cause of problems is bad design, for example bad human factors design, where a device could be inserted backward or upside down due to the lack of an appropriate forcing function (behavior shaping constraint), or a lack of error tolerant design. This is especially bad if accompanied by habituation, where the user just doesn't notice the incorrect usage, for instance if two parts have different functions but share a common case so that it is not apparent on a casual inspection which part is being used. Troubleshooting can also take the form of a systematic checklist, troubleshooting procedure, flowchart or table that is made before a problem occurs. Developing troubleshooting procedures in advance allows sufficient thought about the steps to take in troubleshooting and organizing the troubleshooting into the most efficient troubleshooting process. Troubleshooting tables can be computerized to make them more efficient for users. Some computerized troubleshooting services (such as Primefax, later renamed MaxServ), immediately show the top 10 solutions with the highest probability of fixing the underlying problem. The technician can either answer additional questions to advance through the troubleshooting procedure, each step narrowing the list of solutions, or immediately implement the solution he feels will fix the problem. These services give a rebate if the technician takes an additional step after the problem is solved: report back the solution that actually fixed the problem. The computer uses these reports to update its estimates of which solutions have the highest probability of fixing that particular set of symptoms.

Симптомы репродукции

Один из основополагающих принципов поиска и устранения неисправностей заключается в том, что воспроизводимые проблемы можно надёжно изолировать и решить. Часто значительные усилия и внимание при поиске и устранении неисправностей уделяется воспроизводимости – поиску процедуры, которая позволит надёжно спровоцировать возникновение симптома.

Многочисленные проблемы

Изолировать сбои отдельных компонентов, вызывающие воспроизводимые симптомы, относительно несложно. Однако многие проблемы возникают только в результате сочетания нескольких сбоев или ошибок. Это особенно актуально для отказоустойчивых систем или систем со встроенной резервностью. Функции, добавляющие резервирование, обнаружение неисправностей и переключение на резервный режим, также могут выйти из строя, и достаточное количество различных сбоев компонентов в любой системе приведет к ее отказу. Даже в простых системах при поиске и устранении неисправностей всегда следует учитывать возможность наличия более чем одной неисправности. (Последовательная замена каждого компонента с последующим возвратом нового компонента на место старого, если симптом сохраняется, может оказаться неэффективной в таких случаях. Более того, замена любого компонента на дефектный может не только не решить проблему, но и увеличить ее масштаб). Следует отметить, что, хотя речь идет о "замене компонентов", решение многих проблем заключается в регулировке или настройке, а не в "замене". Например, периодические обрывы в проводниках или "грязные или ослабленные контакты" могут потребовать лишь очистки и/или подтяжки. Любое упоминание "замены" следует понимать как "замену, регулировку или другую модификацию".