نظرة عامة
يُنظر إلى اختيار المستشعر في المشاريع الهندسية التي تتضمن الاستشعار في كثير من الأحيان على أنه إجراء منطقي ومحايد. عندما "يتطابق" كل شيء، يعتبر المهندسون القرار آمنًا بعد مقارنة أوراق البيانات ومواءمة الدقة والمدى والواجهات والمعلمات الكهربائية.
ومع ذلك، في الواقع، تنجح الكثير من مشاريع الاستشعار في مرحلة التصميم. وهي لا تعمل بعد النشر.
من الممكن أن تكون أجهزة الاستشعار لا تزال نشطة. ربما لا يزال النظام قيد التشغيل. ومع ذلك، تصبح البيانات غير مستقرة، وتزداد جهود الصيانة، ويبتعد الأداء تدريجيًا عن ما كان متوقعًا. نادرًا ما تكون جودة الأجهزة الرديئة هي السبب الجذري لهذه المشكلة. وفي كثير من الأحيان، يكون هذا افتراضًا خاطئًا:
لا يعني استيفاء المواصفات الاستعداد لمواقف العالم الحقيقي.
تبحث هذه المقالة في السبب الذي يجعل مشاريع الاستشعار غالبًا ما تبدو صحيحة أثناء المراجعات ولكنها تفشل في عمليات النشر الفعلية - بالإضافة إلى كيف يمكن للفرق الهندسية الانتقال من الاختيار القائم على المواصفات إلى التصميم الموجه نحو الواقع.
لماذا تظهر المشاريع بشكل جيد أثناء مرحلة المراجعة؟
توجد مشاريع الاستشعار في عالم مثالي أثناء جلسات المراجعة. يتم تحديد شروط الاختبار مسبقًا، ويتم تقييد المتغيرات، كما يتم تحديد حدود النظام بوضوح. تتصرف أجهزة الاستشعار بشكل متوقع في هذه الظروف، ويبدو الأداء مستقرًا.
المواصفات ليست غير صحيحة بطبيعتها؛ ومع ذلك، فهي مشتقة دائمًا تقريبًا من بيئات الاختبار الخاضعة للرقابة. من المفترض أن تكون الطاقة مستقرة، والضوضاء الكهرومغناطيسية منخفضة، والتركيب قياسي، وتبقى درجة الحرارة والرطوبة ثابتة نسبيًا. ومن الناحية العملية، نادرًا ما تظل هذه الافتراضات صحيحة لفترة طويلة.
يؤدي هذا إلى شعور زائف بالثقة.
إذا كان أداء المستشعر جيدًا في المختبر، فيجب أن يكون أداءه مشابهًا في الميدان.
هناك مشكلة شائعة أخرى وهي التركيز المفرط على عدد صغير من مقاييس العناوين الرئيسية. كثيرا ما تهيمن الدقة والتحليل ونطاق الكشف على قرارات الاختيار، في حين يتم إيلاء اهتمام أقل للاستقرار على المدى الطويل، وتحمل التداخل، والمتانة البيئية. ومن السهل التغاضي عن هذه المقايضات أثناء المراجعات، ولكنها تصبح بالغة الأهمية بعد النشر.
يعد تحيز الخبرة عاملاً آخر يجب أخذه بعين الاعتبار. يتم إعادة استخدام المستشعر الذي كان أداؤه جيدًا في مشروع سابق بشكل متكرر دون تحديد ما إذا كانت البيئة الجديدة أو ظروف التثبيت أو أنماط التشغيل قابلة للمقارنة حقًا. غالبًا ما يتم التغاضي عن الاختلافات السياقية الصغيرة، على الرغم من قدرتها على إحداث تأثير كبير على أداء الاستشعار.
القيود الهيكلية للاختيار القائم على المواصفات
تصف المواصفات القدرات بدلاً من القدرة على البقاء.
تتعرض أجهزة الاستشعار في أنظمة العالم الحقيقي لضغوط مشتركة بمرور الوقت بدلاً من الظروف القاسية الفردية. تتفاعل دورات درجة الحرارة والاهتزاز والضوضاء الكهرومغناطيسية والغبار والرطوبة والشيخوخة وتغير التركيب مع مرور الوقت. قد تبدو هذه العوامل، إذا أُخذت بشكل فردي، قابلة للتحكم. وهي تؤدي في كثير من الأحيان إلى تفاقم عدم الاستقرار عند دمجها.
لا تصف غالبية أوراق البيانات كيفية انخفاض الأداء عند دمج هذه التأثيرات. إنهم يضعون الحدود، وليس السلوكيات.
هناك مشكلة أخرى وهي أن العديد من المعلمات شائعة الاستخدام لم يتم تعريفها بطريقة متسقة عبر الموردين. قد يبدو أن جهازي استشعار متكافئين على الورق أثناء التحقق من صحتهما باستخدام افتراضات أو طرق اختبار مختلفة. نادرًا ما تكون هذه الفروق واضحة أثناء الاختيار، ولكنها تصبح واضحة بمجرد نشر الأنظمة.
ونتيجة لذلك، لا تظهر حالات الفشل في كثير من الأحيان كأعطال واضحة. وبدلاً من ذلك، فإنها تظهر كبيانات غير جديرة بالثقة، مما يتطلب المزيد من جهود الصيانة ويجعل من الصعب الثقة في الأنظمة أو تصحيح أخطائها.
أنماط الفشل النموذجية بعد النشر
عادةً ما تكون حالات فشل الاستشعار بعد النشر تدريجية وليست مفاجئة.
تعد التغييرات في البيئة من بين المحفزات الأكثر شيوعًا. يمكن لتغير درجات الحرارة والرطوبة والظروف الكهرومغناطيسية أن تحول القياسات تدريجيًا بعيدًا عن معايرتها الأصلية. ونظرًا لاستمرار النظام في العمل، فقد يمر هذا الانجراف دون أن يلاحظه أحد بينما يظل يؤثر على القرارات النهائية.
يعد تباين التثبيت عاملاً آخر لا مفر منه. نادراً ما يتطابق التثبيت في العالم الحقيقي مع رسومات التصميم تمامًا. يمكن أن يكون للاختلافات الصغيرة في الزاوية، أو الاقتران الميكانيكي، أو القرب من مصادر التداخل تأثير كبير على الأداء، حتى عندما يعمل المستشعر بشكل صحيح.
يمثل الاستقرار على المدى الطويل تحديًا إضافيًا. يتغير سلوك النظام بمرور الوقت بسبب تقادم المكونات وإرهاق المواد والتلوث وتدهور الطاقة. ونادرا ما يتم رصد هذه التأثيرات في اختبارات المواصفات قصيرة المدى ولكنها تهيمن في كثير من الأحيان على الأداء الميداني.
ما الذي تحتاجه الفرق الهندسية للتحقق من صحته بما يتجاوز المواصفات
لا يتطلب تقليل مخاطر النشر معلمات إضافية، بل يتطلب أولويات مختلفة للتحقق.
بدلاً من التركيز فقط على ما إذا كان المستشعر يمكنه تحقيق قيمة مستهدفة، يجب على الفرق التفكير في ما إذا كان يمكنه الأداء بشكل متسق في ظل ظروف التشغيل الواقعية. يتضمن ذلك التحقق من صحة الأداء في ظل ظروف بيئية مختلفة، وتكامل النظام، والتشغيل الموسع.
في العديد من التطبيقات، تؤدي موازنة الدقة مع الاستقرار والمتانة وسلوك الطاقة إلى نتائج أفضل من متابعة ذروة الأداء النظري. إن المستشعر الأقل دقة قليلًا ولكن الموثوق به باستمرار يوفر في كثير من الأحيان قيمة أكبر من المستشعر المثالي على الورق ولكنه هش من الناحية العملية.
علاوة على ذلك، لا ينبغي تقييم أجهزة الاستشعار بشكل منفصل. يعد سلوك مصدر الطاقة وواجهات الاتصال والهيكل الميكانيكي ومعالجة البرامج كلها عوامل تؤثر على الأداء في العالم الحقيقي. ويجب أن يؤخذ هذا التفاعل على مستوى النظام في الاعتبار أثناء الاختيار والتحقق من الصحة.
من "مواصفات الاجتماع" إلى "البقاء على قيد الحياة"
تستخدم مشاريع الاستشعار الناضجة أسلوبًا مختلفًا في الاختيار.
إنهم لا يطرحون السؤال فقط.
هل يلبي هذا المستشعر المواصفات؟
بدلاً من ذلك، يسألون
هل سيستمر هذا النظام في إنتاج بيانات موثوقة في العالم الحقيقي مع مرور الوقت؟
يتطلب هذا التحول قبول عدم اليقين، والتحقق من صحة الافتراضات مع الطيارين الممثلين، وإعطاء الأولوية لقوة النظام على مقاييس الأداء المعزولة. لا تزال المواصفات مهمة، ولكن يتم التعامل معها كنقطة بداية وليس كضمان.
التلخيص
إن التقليل من مدى تعقيد العالم الحقيقي غالبًا ما يكون سببًا في استشعار فشل المشاريع وليس عدم الكفاءة الفنية.
يتم دمج المخاطر بمهارة في النظام عندما يُنظر إلى الامتثال للمواصفات على أنه نجاح. لا يمكن لأنظمة الاستشعار أن توفر قيمة طويلة المدى إلا عن طريق التبديل من محاذاة المعلمات إلى التحقق الموجه نحو الواقع.
في العالم الحقيقي، تحدد قدرة النظام على العمل بشكل متسق في مواجهة الظروف المعيبة وغير المتوقعة نجاحه بدلاً من تحديد علامات اختيار ورقة البيانات.
هذا هو الفرق الحقيقي بين الواقع والمواصفات.