Применение метода отжига в задаче диагностики электрических дефектов аналоговых схем радиоэлектронных устройств

Совершенствование методов диагностики неисправностей радиоэлектронных устройств остается актуальной и своевременной задачей на современном этапе развития этого класса технических средств. Электрическая схема, реализующая функционал электронного средства, зачастую содержит элементы, параметры которых отличаются от номинальных значений ввиду особенностей технологического процесса их производства. Это, в свою очередь, может привести к изменению выходных характеристик устройства, состоянию неисправности или отказа электронного средства. В статье приведены результаты исследования по диагностированию электрических дефектов аналоговых схем радиоэлектронных устройств на основе модифицированного алгоритма имитации отжига. Проанализированы сложности применения классической схемы алгоритма и невозможность однозначной идентификации дефектов электрорадиоэлементов. Предложена доработанная схема алгоритма, позволяющая решить оптимизационную задачу по поиску глобального экстремума целевой функции для задачи диагностики электронной компонентной базы. Показано, что для эффективной работы алгоритма необходимо правильно настроить его параметры и исследовать все возможные варианты генерации соседних решений и механизмов снижения температуры, чтобы выбрать наилучший вариант реализации. Алгоритм имитации отжига имеет ряд достоинств перед другими алгоритмами оптимизации. Время работы алгоритма можно контролировать с помощью графика охлаждения. При этом допускается резкое завершение работы алгоритма за счет изменения параметра конечной температуры. Всегда существует решение, независимо от того, сколько времени прошло в процессе поиска. Эта гибкость объясняет широкую популярность алгоритма имитации отжига в различных сферах научных исследований и решении прикладных задач.

1. Kirkpatrick S., Gelatt C.D., Vecchi M.P. Optimization by Simulated Annealing. Science. 1983;220(4598):671–680. https://doi.org/10.1126/science.220.4598.671

2. Zhang D., Liu Y., M’Hallah R., Leung S.C.H. A simulated annealing with a new neighborhood structure base algorithm for high school timetabling problems. European Journal of Operational Research. 2010;203(3):550–558. https://doi.org/10.1016/j.ejor.2009.09.014

3. Geng X., Chen Z., Yang W., Shi D., Zhao K. Solving the traveling salesman problem based on an adaptive simulated annealing algorithm with greedy search. Applied Soft Computing. 2011;11(4):3680–3689. https://doi.org/10.1016/j.asoc.2011.01.039

4. Lo C.-C., Hsu C.-C. An annealing framework with learning memory. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics – Part A: Systems and Humans. 1998;28(5):648–661. https://doi.org/10.1109/3468.709611

5. Černý V. Thermodynamical approach to the traveling salesman problem: An efficient simulation algorithm. Journal of Optimization Theory and Applications. 1985;45(1):41–51. https://doi.org/10.1007/BF00940812

6. Eglese R.W. Simulated Annealing: A tool for Operational Research. European Journal of Operational Research. 1990;46(3):271–281. https://doi.org/10.1016/0377-2217(90)90001-R

7. Metropolis N., Rosenbluth A.W., Rosenbluth M.N., Teller A.H., Teller E. Equation of State Calculations by Fast Computing Machines. Journal of Chemical Physics. 1953;21(6):1087–1092. https://doi.org/10.1063/1.1699114

8. Gendreau M., Hertz A., Laporte G. A Tabu Search Heuristic for the Vehicle Routing Problem. Management Science. 1994;40(10):1276–1290. https://doi.org/10.1287/mnsc.40.10.1276

9. Onwubolu G., Davendra D. Scheduling flow shops using differential evolution algorithm. European Journal of Operational Research. 2006;171(2):674–692. https://doi.org/10.1016/j.ejor.2004.08.043

10. Baraglia R., Hidalgo J.I., Perego R. A hybrid heuristic for the traveling salesman problem. IEEE Transactions on Evolutionary Computation. 2001;5(6):613–622. https://doi.org/10.1109/4235.974843

11. Glover F. Artificial Intelligence, Heuristic Frameworks and Tabu Search. Managerial and Decision Economics. 1990;11(5):365–375. https://doi.org/10.1002/mde.4090110512

12. Бэндлер Дж.У., Салама А.Э. Диагностика неисправностей в аналоговых цепях. Труды института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике. 1985;73(8):35–87 (На англ.).