在系統設計中添加“黑盒子”故障記錄儀

　　摘要：本文介紹了一種在網(wǎng)絡(luò )、通信、工業(yè)和醫療設備中增添“黑盒子”功能的方案。綜合介紹了記錄故障數據的優(yōu)勢，包括能夠快速、準確地定位故障，進(jìn)行失效分析。

　　引言

　　相信每個(gè)人都了解“黑盒子”的用途，用于記錄飛機飛行過(guò)程中發(fā)生意外瞬間的數據。飛機的“黑盒子”能夠收集大量飛行操作數據，包括：高度、速度、襟翼和航向位置;記錄飛行員在事故發(fā)生之前進(jìn)行的操作和對話(huà)。這些數據對于最終分析事故的根本原因起著(zhù)重要作用。

　　“黑盒子”并非名副其實(shí)，飛機上的黑盒子從不是黑色的，而是采用橙色，以便容易被發(fā)現。所以，該設備的正確名稱(chēng)應該是“事件數據記錄儀”。

　　當然，在工程師眼里，“黑盒子”代表一個(gè)已知輸入、輸出，但內部操作未知的設備。本文并不討論這種設備。在電子設備(而不是飛機)中增加數據記錄功能——“黑盒子”，將為系統提供非常有價(jià)值的信息。電子設備中所謂的復雜系統管理器——黑盒子，用于記錄網(wǎng)絡(luò )、通訊、工業(yè)、醫療設備的故障數據。記錄故障所帶來(lái)的最大好處是快速、有效地進(jìn)行失效分析。本文介紹了實(shí)現這個(gè)功能的方案以及利用非易失故障記錄的便利條件。

　　電源管理機制

　　從電源管理的角度看，大多數系統架構看起來(lái)非常接近。無(wú)論系統是路由器、服務(wù)器、基站、光纖交換機、可編程控制器，還是磁共振成像儀，它們都包含開(kāi)關(guān)電源和線(xiàn)性穩壓器，而且都需要監測電壓、電流、溫度或風(fēng)扇速度，如圖1所示。

　　非易失故障記錄

　　無(wú)論是大規模系統，還是一個(gè)“比薩”盒子大小的系統，其系統管理器的主要功能是控制、監測大量的電源和風(fēng)扇，其中包括：系統故障查詢(xún)，例如：過(guò)壓/欠壓、過(guò)流、溫度是否超出工作范圍，或者是風(fēng)扇速度是否正常。將故障監測轉化成檢測參數是否超出閥值這類(lèi)簡(jiǎn)單操作。系統運行過(guò)程中實(shí)時(shí)采集數據，并在發(fā)生故障時(shí)將數據存儲到非易失存儲器，由此創(chuàng )建事件數據記錄器，圖2顯示了一個(gè)系統方案。

　　圖2中，復雜系統管理器連續收集系統電壓、電流、溫度和風(fēng)扇速度等數據。類(lèi)似于飛機上的“黑盒子”，記錄儀將滾動(dòng)收集大量的最新數據(比如，500ms到1s的最新數據)。發(fā)生故障時(shí)，系統的瞬間信息將被永久記錄下來(lái)。能夠檢查故障發(fā)生前500ms - 1s期間的系統操作，對排查系統故障的原因和系統分析非常重要。通過(guò)核查數據，可以重新組織時(shí)間段，確定系統的相互依賴(lài)關(guān)系。理想情況下，復雜系統管理器應記錄多種故障，便于建立系統之間的相互依賴(lài)性，發(fā)生一個(gè)故障后，可能會(huì )引發(fā)更多的后續故障。為了找到故障的根本原因，需要記錄盡可能完備的數據。而且，大容量非易失數據存儲允許系統記錄并非關(guān)鍵的故障，只是表示系統的某些參數超出了工作范圍，這對提高整體系統的安全性非常重要。