Содержание к диссертации
Глава 1 Анализ современного состояния диагностирования 10
технических средств распределенных автоматизированных
систем управления
Технические средства распределенных автоматизированных 10 систем управления в процессе диагностирования
Обоснование критерия оценки применимости методов 23 диагностирования технических средств
распределенных автоматизированных систем управления
1.3 Методы и принципы диагностирования технических средств 34
распределенных автоматизированных систем управления
1.4 Постановка задач на исследование 61
Глава 2 Модель многофункционального технического средства 66
распределенной автоматизированной системы управления и метод диагностирования технических средств распределенной автоматизированной системы управления
Модель многофункционального технического средства 66 распределенной автоматизированной системы управления
Метод диагностирования технических средств 75 распределенных автоматизированных систем управления
Особенности и преимущества метода диагностирования 82 технических средств распределенных автоматизированных систем управления
Выводы по второй главе 87
Глава 3 Экспресс-методика диагностирования технических средств 88
распределенных автоматизированных систем управления
3.1 Определение последовательности выполнения задач экспресс 88
методики диагностирования технических средств распределенных автоматизированных систем управления
?
Метод анализа сигналов о состоянии технических средств 90 распределенных автоматизированных систем управления
Технические решения по прогнозированию технического состояния 99 технических средств распределенных автоматизированных систем управления
Выводы по третьей главе 109
Глава 4 Практическая реализация методики экспресс-диагностирования 110 технических средств распределенных автоматизированных систем управления
Определение диагностической модели многофункционального 110 технического средства для реализации метода диагностирования
Практическая реализация метода определения состояния 115 технических средств распределенных автоматизированных систем управления
Прогнозирование технического состояния технических средств 124 распределенных автоматизированных систем управления в условиях внешних деструктивных воздействий
Особенности применения цепного кодирования для контроля 133 технического состояния многоканальной малодозной цифровой рентгеновской установки
Выводы по четвертой главе 13 8
Заключение 140
Список литературы 142
Приложение А Обобщенная структурная схема технических средств 174
распределенной системы управления
Приложение Б Распределенная сеть управления 175
Приложение В Дистрибутивные службы распределенной 176
автоматизированной сети управления Приложение Г Распределенная управляющая сеть автоматизированной 179
системы управления в рамках нескольких сетевых структур
Приложение Д Концепция перехода от измерительных приборов к 180
символьным диагностическим анализаторам
Приложение Е Патентный анализ диагностирования 181
технических средств управления за последние 16 лет
Приложение Ж Технические решения способов анализа сигналов 183
о состоянии объекта
Приложение И Методы диагностирования технических средств 184
распределенных автоматизированных систем управления
Приложение К Матрицы описаний аварийных состояний 185
Приложение Л Устройство распознавания аварийного состояния объекта 186
Приложение М Матрицы эталонных описаний и данных контроля 188
Приложение Н Алгоритм выявления наиболее значимых 190
диагностических параметров технического средства
Приложение П Алгоритм экспресс-диагностирования технических 191
средств распределенных автоматизированных систем
управления
Приложение Р Алгоритм экспресс-диагностирования технических 192
средств распределенных автоматизированных систем
управления
Приложение Т Алгоритм анализа сигналов о техническом состоянии 193
объекта с применением модифицированного цепного
кодирования
Приложение У Алгоритм прогнозирования технического состояния 194
на основе искусственных нейронных сетей
Приложение Ф Автоматизированный комплекс диагностирования 195
Введение к работе
На протяжении последних тридцати лет роль технических средств распределенных автоматизированных систем управления (ТС РАСУ) существенно изменялась и достигла уровня телеуправления распределенными объектами производства [1]. Интенсивное развитие технических средств распределенного управления, характеризуемое переходом к цифровым системам передачи информации с высокой пропускной способностью [2], появлением качественно новых услуг и сервисов [3], «интеллектуализацией» управления [4], привело к отставанию разработки методов и производства средств их контроля и диагностирования [5]. Производителям технических устройств свойственно предлагать пакеты стандартных решений контроля и диагностирования для эксплуатации поставляемого ими оборудования, но при использовании в РАСУ технических средств различных производителей эти решения оказываются несогласованными [6]. Это привело к необходимости разработки независимых от оборудования методов диагностирования.
Существенный вклад в развитие теоретических и практических основ диагностирования сложных технических систем внесли как отечественные ученые: В.В.Клюев [7], B.C. Авдуевский [8,9], СП. Ксёнз [10,11], А.В. Мозгалевский [12, 13], П.П.Пархоменко [14], В.В. Омельченко [15-22] так и зарубежные ученые: Эд Уилсон [23], Н. Фунабики [24], Дж.-О. Ким [25], X. Атсуши [26], Р. Фуджии [27], Дж. Хао [28], М. Дж. Шеллинджер [29, 30] и другие, которые создали необходимые условия для применения полученных в ходе исследований результатов и наметили предпосылки для дальнейшего совершенствования существующих методов и методик в данном научно-техническом направлении. Процессы диагностирования определяются методами, их реализующими, поэтому анализ моделей процессов диагностирования есть то, как воплощаются методы в отношении технических объектов и систем.
Анализ особенностей построения РАСУ [1,3,31,32], исследование тенденций усложнения их технической оснащенности наряду с расширяющимися функциональными возможностями [33-36] привели к выводу, что существующие способы и экспресс-методики диагностирования [10-12, 37-145] не в полной мере соответствуют требованиям достоверности его частных процессов. Они практически направлены на решение частных задач диагностирования и не поддаются простому синтезу в единый функциональный комплекс процедур, реализующих всю совокупность задач диагностирования. Отсутствие четкой формализации моделей в известных технических решениях диагностирования не позволяют автоматизировать процедуры, заявленные в данных решениях. Это, в свою очередь, определяет необходимость моделирования процессов диагностирования ТС РАСУ и разработки методов и экспресс-методик, способствующих автоматизации процессов диагностирования технических средств распределенных автоматизированных систем управления. Этим характеризуется актуальность темы исследований.
Объектом исследования являются процессы диагностирования технических средств распределенных автоматизированных систем управления.
Предметом исследования являются методы диагностирования технических средств распределенных автоматизированных систем управления.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности диагностирования технических средств распределенных автоматизированных систем управления, заключающееся в сокращении временных и количественных параметров диагностирования при заданной достоверности, достигаемое за счет формирования диагностических моделей и формализации процессов диагностирования многофункциональных устройств.
Поставленная цель предполагает решение следующих научных задач:
- анализ современного состояния диагностирования технических средств распределенных автоматизированных систем управления;
разработка моделей многофункциональных технических средств распределенных автоматизированных систем управления и методов их диагностирования;
разработка экспресс-методики диагностирования технических средств распределенных автоматизированных систем управления;
- практическая реализация методики экспресс-диагностирования тех
нических средств распределенных автоматизированных систем управления.
Методы исследования. В работе использованы методы теории системного анализа, теории связи, методы геометрического моделирования, методы распознавания образов, статистические методы корреляционного и регрессионного анализа, теория искусственных нейронных сетей.
Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:
разработана модель многофункциональных ТС РАСУ с числом выходных параметров более одного, основанная на определении структурно-параметрической зависимости множественных выходных параметров от совокупности внутренних параметров технического объекта в виде системы регрессионных уравнений;
разработан метод диагностирования технических средств распределенных автоматизированных систем управления, позволяющий сокращать число контролируемых при диагностировании внутренних параметров с требуемой достоверностью определения технического состояния ТС РАСУ, отличающийся повышением достоверности при диагностирования многофункциональных технических устройств;
разработан метод анализа сигналов о состоянии ТС РАСУ, отличающийся повышением достоверности определения состояния технического объекта и расширением функциональных возможностей использования в качестве информативных сигналов не только цифровых сигналов, но и (или) сигналов в виде двухградационных изображений на неквантованной плоскости;
- разработана методика экспресс-диагностирования ТС РАСУ на основе регрессионных моделей ТС РАСУ с применением модифицированного кодирования сигналов о ее техническом состоянии, при влиянии деструктивных факторов на линии управляющих воздействий РАСУ.
Практическая ценность работы заключается в том, что предлагаемая в ней методика диагностирования ТС РАСУ расширяет функциональные возможности известных методов диагностирования и позволяет повысить достоверность результатов диагностирования. Формализация процедур методики экспресс-диагностирования позволяет обеспечить ее автоматизацию. Разработанные методы диагностирования ТС РАСУ закреплены 3 патентами на изобретение способов и отображены в 2 актах о внедрении результатов диссертационной работы.
Реализация и внедрение результатов диссертационных исследований.
Результаты диссертационной работы внедрены на производственном объединении ЗАО «Научприбор» (г.Орел) и используются в учебном процессе Академии ФСО России (г. Орел).
Апробация и публикация результатов работы.
Основное содержание исследований изложено в докладах на Международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований 2010» (г. Одесса, 2010), Всероссийской научно-практической конференции «Информационное обеспечение бизнеса» (г. Иваново, 2010), Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы современной науки и образования» (г. Сибай, 2010), XII Всероссийской научно-технической конференции «Новые информационные технологии в научных исследованиях и образовании» (г. Рязань, 2007), По результатам опубликовано 7 научных статей в периодической печати.
На защиту выносятся следующие научные положения:
1. Модель технического средства, входящего в состав РАСУ, основанная на определении структурно-параметрической зависимости выходных па-
раметров от внутренних параметров средства в виде систем регрессионных уравнений;
Метод диагностирования ТС РАСУ, направленный на сокращение контролируемых параметров при заданном уровне достоверности определения технического состояния многофункциональных технических средств с числом выходных параметров более одного и расширение функциональных возможностей, в виде выработки прогноза о наступлении предотказового состояния, защищенный патентом на изобретение;
Метод анализа сигналов о состоянии ТС РАСУ на основе модифицированного цепного кодирования сигналов, расширяющий функциональные возможности в виде использования для анализа различных по форме представления сигналов о состоянии объекта и также повышающий достоверность распознавания его состояния, защищенный патентом на изобретение;
Методика экспресс-диагностирования ТС РАСУ на основе регрессионных моделей технических средств с применением модифицированного кодирования сигналов о их техническом состоянии, при влиянии деструктивных факторов на линии управляющих воздействий РАСУ.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 217 наименований и 10 приложений. В работе приведено 28 рисунков, 13 таблиц.
Во введении дана общая характеристика работы, обоснована ее актуальность, сформулированы цель и задачи, показаны направления исследований, научная новизна и практическая ценность полученных результатов, приведены основные положения, выносимые на защиту диссертации.
В первой главе обоснован выбор показателей и критерия оценки применимости методов диагностирования ТС РАСУ, выполнен анализ современных способов диагностирования технических систем и, в особенности, ТС РАСУ, перечислена основная терминология, показаны специфические аспекты исследований в данной области и существующие в ней проблемы. На
основании проведенного анализа сформулированы цель и основные задачи диссертационного исследования.
Во второй главе представлена и исследована модель многофункционального технического средства РАСУ, а также метод диагностирования ТС РАСУ. Представлено теоретическое обоснование основных вопросов и научных положений, выносимых на защиту результатов диссертационной работы. Определены особенности и преимущества предлагаемого метода при диагностировании ТС РАСУ.
Третья глава посвящена экспресс-методике диагностирования ТС РАСУ и вопросам реализации последовательности процедур диагностирования для регрессионных моделей ТС РАСУ. Определен метод анализа сигналов о техническом состоянии ТС РАСУ на основе модифицированного цепного кодирования сигналов. Описаны методы преобразования сигналов различной формы о состоянии технического объекта в виде цепей. Рассмотрены технические решения по прогнозированию технического состояния ТС РАСУ. Представлен метод обеспечения устойчивости функционирования информационных сетей в условиях внешних деструктивных воздействий на основе аппарата искусственных нейронных сетей.
В четвертой главе представлены результаты практической реализации методики экспресс-диагностирования для заданной структурной схемы технического средства и входящих в методику методов диагностирования ТС РАСУ.
В заключении сформулированы основные выводы и результаты диссертационной работы, дана оценка эффективности новых технических решений.
