Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ и обоснование новых принципов организации ИИС 20
1.1. Анализ современных методов тестирования, тестового оборудования и его системной интеграции 20
1.1.1. Анализ объектов контроля и диагностики. Виды производственных дефектов 20
1.1.2. Методы и средства тестового диагностирования и инспекции электронных устройств 25
1.1.3. Системная интеграция тестового оборудования 34
1.1.4. Современные тенденции развития тестового и инспекционного оборудования 38
1.2. Модельное представление объектов и процесса контроля 41
1.2.1. Представление диагностической модели РЭА в соответствии с CALS идеологией 41
1.2.2. Математические модели узлов РЭА как объектов диагностирования 43
1.2.3. Модельное представление процессов контроля и диагностики 47
1.3. Анализ факторов, формирующих новые требования и основные признаки ИИС технического контроля и диагностики 49
1.3.1. Взаимосвязь технического контроля и диагностики с задачами системы менеджмента качества 49
1.3.2. Информационная интеграция СТКД 53
1.3.3. СТКД в условиях гибкого автоматизированного производства 57
1.3.4. СТКД и система метрологического обеспечения 58
1.3.5. Основные признаки новой организации ИИС технического контроля и диагностики 59
1.4. Анализ и обоснование мультиагентного подхода к проектированию ИИСКД 61
1.4.1. Новые концепции производственной интеграции и управления предприятием 61
1.4.2. Мультиагентный подход к построению ИИСКД 62
1.4.3. Технология программной реализации мультиагентных систем 67
1.5. Идентификация новой организации СТКД 70
1.6. Выводы 71
2. Мультиагентная модель ИИС контроля и диагностики 73
2.1. Анализ и выбор базовой методологи построения мультиагентной модели 73
2.2. Организационная модель МИИСКД 77
2.2.1. Разработка метамодели организации МИИСКД 77
2.2.2. Определение базовой архитектуры организации 79
2.2.3. Анализ задач и процесса технического контроля, поддерживаемого МИИСКД 83
2.2.4. Декомпозиция организационной структуры МИИСКД 89
2.2.5. Внешняя среда МИИСКД 90
2.3. Модель Цели/Задачи 92
2.4. Модель Агента 95
2.4.1. Структура модели Агента 96
2.4.2. Основные понятия Модели Агента 99
2.5. Модель Домена (информационная) 101
2.6. Модель взаимодействия 105
2.6.1. Метамодель взаимодействия 105
2.6.2. Основные понятия метамодели взаимодействия 106
2.7. Методика моделирования МИИСКД ПО
2.7.1. Поток задач моделирования ПО
2.7.2. Построение моделей Уровня 0 113
2.7.3. Построение моделей Уровня 1 114
2.8. Выводы 115
3. Разработка модели взаимодействия агентов МИНСКД 117
3.1. Коммуникационная архитектура мультиагентных
информационно-измерительных систем 117
3.1.1. Модель взаимодействия на основе Сообщений 117
3.1.2. Разработка протокола взаимодействия 122
3.1.3. Обеспечение целостности передаваемых данных 128
3.2. Основные требования к передаче сообщений о метрологическом и техническом состоянии тестового оборудования 132
3.3. Семантическое моделирование и разработка схем XML сообщений 138
3.3.1. Семантическое моделирование домена контроля и диагностики 138
3.3.2. Теоретико-множественный подход к отображению семантики домена контроля и диагностики на структуру XML сообщений... 141
3.3.3. Разработка схем XML сообщений 162
3.4. Выводы 170
4. Оптимизация размещения ресурсных агентов МИИСКД многооперационного процесса контроля 172
4.1. Построение моделей размещения мультиагентной системы с учётом ограничений и недостаточности информации 172
4.1.1. Анализ целевых функций и ограничений 172
4.1.2. Основные соотношения, определяющие модели подсистем операционного контроля и вид исходных данных 176
4.1.3. Информационные аспекты задачи проектирования оптимальных подсистем операционного контроля 182
4.2. Обеспечение устойчивости техпроцессов с подсистемой операционного контроля 185
4.2.1. Стабилизация выхода годных изделий оптимальными ПОК 185
4.2.2. Оптимизация ПОК 189
4.2.3. Алгоритм оптимизации ПОК 191
4.3. Оптимальные пределы развития подсистемы операционного контроля технологических процессов 194
4.4. Выводы 197
5. Методология проектирования мультиагентных тестовых систем 198
5.1. Применение мультиагентнои методологии к проектированию тестовых систем 198
5.1.1. Обоснование мультиагентнои методологии проектирования тестовых систем 198
5.1.2. Методологические особенности проектирования MAC реального времени 201
5.2. Мультиагентная архитектура автоматического
тестового и инспекционного оборудования 210
5.2.1. Таксономия агентов MAC 210
5.2.2. Обобщенная модель контрольно-измерительного терминала Физического Измерительного Агента 222
5.3. Выводы 230
6. Проектирование операционной части КИТ Физического Измерительного Агента 232
6.1. Методология моделирования и предварительной оценки погрешности измерительного канала ФИА 233
6.1.1. Статическая характеристика измерительных устройств 234
6.1.2. Представление функции преобразования измерительных устройств определителями 250
6.1.3. Детерминированная модель погрешности измерительных устройств 251
6.1.4. Алгоритм вычисления определителя в символьном виде 261
6.2. Обоснование статической функции преобразования 265
6.3. Функциональный анализ Физического Измерительного Агента входного контроля ИЭТ 275
6.3.1. Функциональный анализ 275
6.3.2. Анализ структуры операционной части ФИ А 279
6.4. Структурный синтез измерительных преобразователей операционной части Физического Измерительного Агента 283
6.5. Параметрический синтез измерительных преобразователей операционной части Физического Измерительного Агента 293
6.6. Выводы 305
7. Разработка и исследование методов и средств повышения точности и метрологической надёжности Физического Измерительного Агента 306
7.1. Системный анализ 306
7.1.1. Вводные замечания 306
7.1.2. Построение матрицы системного анализа 309
7.1.3. Оценка полученных решений 316
7.2. Синтез структуры дифференциально-разностного итерационного канала преобразования 320
7.3. Эффективность канала преобразования с самокоррекцией 327
7.3.1. Эффективность коррекции погрешностей, возникающих за счет линейных амплитудных искажений 328
7.3.2. Структурные методы снижения погрешностей, возникающих за счёт переходных сопротивлений коммутирующих элементов 337
7.3.3. Эффективность коррекции погрешностей, возникающих за счёт паразитных параметров и линейных фазовых искажений в канале преобразования 342
7.3.4. Структурный метод снижения погрешности, возникающей за счет паразитных параметров в измерительном канале 348
5. Снижение влияния погрешности квантования информации в измерительном канале с самокоррекцией 351
Разработка алгоритмов самокоррекции канала преобразования Физического Измерительного Агента 361
Выводы 380
Синтез самонастраивающегося измерительного канала Физического Измерительного Агента с последовательной коррекцией погрешности 381
Базовые структуры измерительного канала с последовательной коррекцией погрешности 381
Выбор интерполянтов математической модели СФП корректирующего устройства 386
Синтез СФП корректора на основе интерполяционной формулы Ньютона 387
Синтез СФП корректора с использованием метода гладкого восполнения 393
Синтез СФП корректора на основе трехточечного кубического сплайна 395
Синтез системы самонастройки для измерительных устройств с образцовым прямым преобразователем 407
Сравнение самонастраивающихся измерительных устройств с последовательной коррекцией 409
Выводы 418
Практическая реализация МИИСКД 420
Проектирование мультиагентной информационно-измерительной системы технического контроля и диагностики предприятия 420
1. Выбор коммуникационного механизма 420
2. Разработка XML сообщений 422
3. Построение структуры домена МИИСКД 427
9.1.4. Экспериментальные проверки коммуникационного механизма 428
9.2. Система анализа производственных дефектов ГАП узлов РЭА 434
9.3. Программируемые контрольно-измерительные устройства для систем управления сборкой узлов РЭА 438
9.4. Система межоперационного контроля производства элементов управления фазированными антенными решётками 450
9.5. Система метрологического обеспечения приборостроительного предприятия "Метролог" 456
9.6. Выводы 459
Заключение 461
Список аббревиатур 466
Список литературы 469
- Представление диагностической модели РЭА в соответствии с CALS идеологией
- Декомпозиция организационной структуры МИИСКД
- Основные соотношения, определяющие модели подсистем операционного контроля и вид исходных данных
- Методология моделирования и предварительной оценки погрешности измерительного канала ФИА
Введение к работе
Актуальность темы. Потребность современных предприятий в быстрой реакции на изменения во внешней среде, к разнообразию и высокому качеству выпускаемой продукции при малых размерах партий привели к появлению новой парадигмы организации производства — интеллектуальным распределённым производственным системам (IDMS). Эта парадигма требует информационной интеграции предприятия, распределенного управления, способности к взаимодействию в гетерогенных окружающих средах, открытой и динамичной структуры, сотрудничества, интеграции людей с программным обеспечением и аппаратными средствами, масштабируемости и толерантности к ошибкам.
В многообразии проблем, возникающих при проектировании таких систем, можно выделить класс задач, касающийся контроля качества выпускаемой продукции. В настоящее время, как в нашей стране, так и за рубежом, ведется интенсивная работа над созданием методов проектирования систем менеджмента качества (СМК) в соответствии со стандартами ISO 9000. Одной из важных составляющих СМК является система контроля качества (СКК) продукции, выпускаемой по заданной технологии. Эффективность СКК существенно зависит от её объективности и своевременности вмешательства в контролируемый процесс, что, в свою очередь, определяется тем, насколько адекватно и оперативно отображает реальную ситуацию действующая система технического контроля и диагностики (СТКД).
Новая организация производства определяет новые требования к СТКД. На сегодняшний день создание СТКД, отвечающей требованиям парадигмы интеллектуального распределённого производства, разработка теоретических и методологических основ её построения является крайне важной и актуальной задачей. В данной работе предлагается новый подход к построению систем технического контроля и диагностики радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) в процессе её производства — мультиагентные информационно-измерительные системы технического контроля и диагностики (МИНСКД).
Первоначальная концепция создания информационно-измерительных систем (ИИС) как нового класса средств информационно-измерительной техники была сформулирована в начале 60-х годов. В основу построения ИИС уже в то время была положена системная организация совместной автоматической работы средств сбора, обработки и передачи количественной информации. В результате были созданы ИИС, которые относят к первому поколению. Дальнейшее развитие ИИС — второе (70-е годы) и третье (80-90-е годы) поколения, в основном, связывают с развитием вычислительной техники и стандартных системных интерфейсов. Теоретические основы и принципы построения информационно-измерительных систем были заложены научными коллективами, руководимыми Ф. Е. Темниковым, К. Б. Ка-рандеевым, П. П. Орнатским, П. М. Цапенко, А. М. Мелик-Шахназаровым, Э. И. Цветковым, Т. М. Алиевым, П. В. Новицким и другими известными специалистами в области информационно-измерительной техники. Целостность ИИС, как основное системное требование, обеспечивалась централизованным, а затем иерархическим управлением.
Широкое внедрение на современных предприятиях-изготовителях РЭА стандартов ISO 9000, ISO 10303, ERP требует интенсивного информационного взаимодействия между компонентами СТКД для достижения общей цели — обеспечения высокого качества выпускаемой продукции. Основной трудностью информационной интеграции является гетерогенность тестового и инспекционного оборудования, а отсутствие стандартных, унифицированных методов информационного взаимодействия ставит эту проблему перед производителями РЭА на первый план. Создание ИИС, отвечающих требованиям современного производства, связано с использованием методов и средств искусственного интеллекта. Предлагаемые парадигмы интеллектуальных производственных систем в той или иной форме используют метафору агента. В настоящее время нет единого определения для термина "агент", который является и техническим понятием и метафорой. Можно определить понятие агента как компонент программного обеспечения и/или аппаратных средств, обладающий автономией, знаниями, способностью к коммуникации и сотрудничеству с другими агентами, направленными на достижение общей цели. Таким образом, агенты могут рассматриваться как объекты производственной системы и, в частности, объекты МИИСКД.
В данной работе рассматривается методология построения МИИСКД, агентами-учредителями которой являются тестовые и инспекционные оборудование. При этом само тестовое и инспекционное оборудование, являясь локальными ИИС, строится также как мультиагентные системы, что обеспечивает концептуальное единство в проектировании. Целостность системы определяется некоторой организующей общностью . В традиционных ИИС организующей общностью является процесс управления, основанный на целевых критериях. Способом проявления организующей общности, делающей МИИСКД системой, является способность агентов-учредителей к взаимодействию на домене сотрудничества. К свойствам МИИСКД, которые связаны с его целостностью, можно отнести: единую цель, единую сетевую инфраструктуру, единый материальный поток. Виртуальный характер системы определяется тем, что организующей общностью является домен сотрудничества, реализованный в виде онтологии технического контроля и диагностики (ОТКД), то есть в виде общности, не имеющей физического воплощения.
Предлагаемый новый подход к построению СТКД порождает ряд задач теоретического, методологического и организационного плана, и ряд новых проблем.
Объект исследования. Объектом исследования является информационно-измерительная система технического контроля и диагностики процесса производства узлов РЭА ответственного назначения, построенная как мультиагентная система.
Предмет исследования. Предметом исследования является программно-аппаратное, информационное и организационное обеспечение МИИСКД.
Цель работы. Целью работы является разработка теоретических и методологических основ построения МИИСКД и их метрологического обеспечения для решения задач повышения эффективности управления качеством производства РЭА ответственного назначения.
Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:
Анализ факторов, формирующих требования и основные признаки нового подхода к построению ИИС, используемых для контроля и диагностики при производстве РЭА ответственного назначения.
Разработка мультиагентной модели, методологии анализа и проектирования МИИСКД. Выбор и обоснование модели взаимодействия агентов-учредителей, разработка коммуникационного протокола.
Разработка семантической модели домена контроля и диагностики, а также схем (моделей) сообщений о результатах контроля качества РЭА, поступающих от тестовых и инспекционных систем.
Разработка и анализ алгоритмов выбора оптимальной стратегии тестирования и размещения тестового и инспекционного оборудования МИИСКД в многооперационном процессе производства РЭА.
Разработка принципов построения и методики проектирования мультиагентной тестовой системы.
Разработка методологии моделирования и предварительного анализа погрешности измерительного канала Физического Измерительного Агента (ФИА). Разработка и исследование операционной части многофункционального измерительного канала ФИА с программно-настраиваемой структурой.
Разработка и исследование методов самокоррекции и самонастройки измерительного канала ФИА, направленных на повышения точности, метрологической надёжности и быстродействия.
Методы исследования. Методы исследования, используемые в данной работе, объединяются на основе системного подхода к решаемой проблеме. Используется аппарат, принципы и основные положения теории измерений, метрологии, теории вероятностей, идентификации и оптимизации, дифференциального и интегрального исчисления, объектно-ориентированного анализа, логико-алгебраических моделей.
* Ю.А. Шрейдер, А.А. Шаров. Системы и модели - М: Радио и связь, 1982. - 152 с, ил. - (Кибернетика).
Научная новизна.
Впервые предложена методология построения мультиагентной модели информационно-измерительной системы технического контроля и диагностики. Разработаны метамо-дели модельного представления МИИСКД, что даёт возможность провести её анализ и проектирование как мультиагентной системы.
Предложена коммуникационная модель взаимодействия агентов-учредителей системы и заинтересованных агентов внешней среды на домене сотрудничества, основанная на XML-сообщениях и Посреднике, позволяющая рассматривать Intranet как распределённую вычислительную платформу мультиагентной ИИС и использовать коммуникационные Internet-технологии, обеспечивающие надёжную передачу данных.
Предложен теоретико-множественный подход к формальному отображению семантики домена контроля и диагностики на структуру XML-сообщений. На его основе разработана структура XML-сообщений о результатах операций контроля и диагностики и оценках метрологического состояния тестового и инспекционного оборудования.
Разработан метод оптимизации размещения тестового и инспекционного оборудования в многооперационном процессе изготовления РЭА, позволивший специфицировать программное обеспечение класса Df Т (Design for Test).
Предложены принципы построения мультиагентной тестовой системы (на примере анализатора производственных дефектов - АПД). В приведённой таксономии агентов-учредителей системы выделен класс Физических Измерительных Агентов, определяющий функциональные возможности системы и инкапсулирующий в себе все необходимые программно-аппаратные и информационные ресурсы. Особенностью структуры программно-аппаратных средств ФИА является выделенная агентная часть, реализующая агентные функции, и контрольно-измерительный терминал (КИТ), реализующий элементарные контрольно-измерительные операции.
Разработана методология компьютерного моделирования и предварительного анализа погрешности измерительного канала КИТ ФИА, основанная на детерминированном подходе и использовании аппарата линейной алгебры, что позволяет в отличие от метода, использующего теорию чувствительности, получить модель детерминированной погрешности измерительного канала при произвольных (сколь угодно больших) приращениях величин — источников погрешности. Предложенная методология использована при проектировании программно-перестраиваемого измерительного канала КИТ (на примере тестовой системы входного контроля, совмещённой с технологической операцией установки ИЭТ на ПП).
Проведен морфологический' анализ методов автоматической коррекции погрешности (АКП) средств измерений, позволивший составить новую классификацию методов АКП, провести сравнительный анализ существующих методов АКП и выявить новый метод последовательной коррекции, найти пути его совершенствования, разработать базовые структурные схемы предложенного метода. Разработана методика синтеза системы самонастройки для нелинейных функций преобразования измерительного канала с использованием гладкого восполнения на базе полинома Ньютона и трёхточечного кубического сплайна, сравнительный анализ процедур самонастройки позволил выявить, что при использовании последнего интерполянта быстродействие увеличивается в 2,4 раза.
Предложен оригинальный многофункциональный измерительный канал КИТ с программно-перестраиваемой структурой, реализующий дифференциально-разностный метод, повышающий чувствительность в окрестности измеряемого параметра, и итерационный метод самокоррекции, обеспечивающий высокую точность и надёжность измерений.
Практическая ценность.
1. Предложена методология анализа и проектирования информационно-измерительной системы технического контроля и диагностики как мультиагентной системы, позволяющая осуществить её визуальное специфицирование в нотации UML (AUML).
Янч Эрих. Прогнозирование научно-технического прогресса. -М.: Наука, 1976.
В соответствии с предложенной коммуникационной моделью взаимодействия агентов МИИСКД, основанной на архитектуре MOM, сервер сети обеспечивает функциональные возможности HTTP, а посредник (Брокер Сообщений) — остальные услуги по передаче данных, что даёт значительные экономические выгоды и упрощает написание необходимого программного кода серверной и клиентских частей системы.
Разработанные XML-схемы и их метаописания, образующие язык домена контроля и диагностики, делают возможным взаимодействие систем тестирования и инспекции МИИСКД на уровне сообщений.
Разработана виртуальная программная система, позволяющая моделировать все виды сообщений реального тестового и инспекционного оборудования, передавать их по сети через Брокер Сообщений, имитируя ситуацию взаимодействия.
Разработанные метод и алгоритм оптимального размещения тестового и инспек-цинного оборудования в многооперационных процессах изготовления РЭА, являются основой для специфицирования программного обеспечения класса DfT.
Разработана методика инженерного проектирования преобразователей относительного отклонения параметров контролируемых ИЭТ, составляющих основу измерительного канала ФИА.
Разработанный измерительный канал КИТ, реализующий дифференциально-разностный метод и метод итерационной коррекции, позволяет уменьшить погрешность измерения контролируемых параметров в 10-20 раз и повысить надёжность измерений за счёт самокоррекции.
Разработанный метод с последовательной коррекцией погрешности позволяет повысить быстродействие измерительного канала в 4-6 раз при обеспечении той же точности, что и известные методы коррекции.
Реализация и внедрение результатов работы.
1. На предприятиях ФГУП "Государственный рязанский приборный завод" и Корпорации "Аэрокосмическое оборудование" ООО "Объединённый авиаприборный консорциум" ведутся работы по внедрению и опытной эксплуатации разработанной мультиагентной информационно-измерительной системы технического контроля и диагностики производства РЭА ответственного назначения. Проведённые экспериментальные исследования в условиях производства подтвердили правильность разработанных в главах 2-4 диссертации теоретических положений и технических решений, связанных с интеграцией гетерогенного тестового оборудования и его размещения в мпогобЬерШщщщщ>ттмшіШМ&Шій>щщшіЬ&яьій авиаприборный консорциум" с целью расширения функциональных возможностей анализатора производственных дефектов TR8 системы технического контроля внедрены разработанные автономные физические измерительные агенты измерения малых сопротивлений и тока утечки КБЕ, конструктивно и программно совместимые с анализатором. Эксплуатация модулей показала их высокие метрологические характеристики, обеспечиваемые предложенными структурно-алгоритмическими методами коррекции погрешности.
На предприятии ФГУП "Касимовский приборный завод" с целью повышения качества производимой продукции внедрены система входного контроля ИЭТ и система технического контроля индукторов производства РЭА медицинского назначения. Основу измерительной части систем составляют разработанные в главе 5-7 структуры измерительных преобразователей. Эксплуатация систем показала их высокие эксплуатационные и метрологические характеристики.
Совместно с ФГУП ОКБ "Спектр" разработана и внедрена система контроля и диагностики наземного оборудования пускового комплекса шахтных ракетных установок. В измерительной части системы использовались структуры преобразователей, в основу которых положены методы повышения точности и быстродействия, разработанные и исследованные в главах 6-8.
На ЗАО "МЕДКОМ Групп" г. Зарайска разработаны и внедрены мультиагентная подсистема контроля процесса плавки и онтология контроля качества. Подсистема была разработана с использованием методологии, предложенной в главах 2, 5, и описана в главе 9.
На предприятии ООО "Технософт" разработана и внедрена система "Метролог".
Результаты полученных в диссертации теоретических, прикладных и экспериментальных исследований используются в учебном процессе Рязанского государственного радиотехнического университета при обучении студентов специальности 200106 «Информационно-измерительная техника и технологии».
Представление диагностической модели РЭА в соответствии с CALS идеологией
Общее диагностирование электронных узлов ЭУ как неразрывного функционально конструктивного ОКД с целью идентификации любых видов дефектов Q является весьма трудоемкой задачей. Указанное затруднение может быть преодолено, если ввести декомпозиционное представление ОКД и рассматривать соответствующую иерархию задач диагностирования. При этом уровнями анализа ОКД могут быть уровни монтажа ИЭТ, фрагментов схемы (многоэлементных компонентов), одноплатные и многоплатные ЭУ и т. д. Следствием декомпозиционного представления ОКД является необходимость формального описания каждого уровня, описываемого своей математической моделью, являющейся частью общей модели. Совокупность моделей, описывающих ОКД на различных уровнях, должна удовлетворять следующим требованиям [15, 16]: адекватности представляемой информации и ОКД; полноте и непротиворечивости представления данных; возможности перехода от более сложных (общих) к более простым (частным) моделям. Эффективная организация тестового покомпонентного диагностирования существенно зависит от способов математического описания ЭУ и средств диагностирования.
Основными требованиями при выборе математической модели для конкретного уровня представления ОКД являются: полное представление всех существенных параметров и абстрагирование от всех несущественных параметров на соответствующем уровне представления ОКД; простота описания модели; простота алгоритмов обработки данных средствами вычислительной техники.
Исходя из рассмотренных требований к формальному описанию ОКД целесообразно принять следующую иерархию моделей ЭУ: обобщенная модель ЭУ, в которой содержатся все данные, описывающие ИЭТ и связи между ними; частные модели ЭУ различного уровня, которые предназначены для формального описания ЭУ на конкретном уровне детали зации. При этом предполагается, что от обобщенной модели ЭУ возможен переход к частной модели любого уровня, а от частной модели ЭУ к-то уровня возможен переход к частной модели (k-l)-ro уровня (к = l,N).
Обобщенной моделью диагностируемого ЭУ может служить его представление в виде сети [17] М= {Р, К, L, X, Y, F}, где Р — множество полюсов сети (внутренних и внешних контрольных точек ЭУ); К - множество компонентов (ИЭТ или фрагментов схемы); L - матрица связей (L\ - между полюсами, L2 - между полюсами и компонентами); Х- множество входных сигналов ЭУ; Y- множество выходных сигналов; F— множество рассматриваемых функциональных свойств ОКД.
Каждый компонент сети обладает совокупностью свойств (признаков) {kjj}, і = 1,5, где kiX - тип компонента; ка - порядковый номер; к$ - выбранные диагностические параметры; к& - номинальные значения этих параметров; kts - величины полей допусков. Компоненты сети Ш могут быть аналоговыми, цифровыми или гибридными в зависимости от выполняемых ими функций. Соответственно сеть Я в общем случае состоит из аналоговой подсети 9ЇА, цифровой Щ, и гибридной подсети Шг (гибридная подсеть может содержать также аналоговые и цифровые компоненты, входящие в состав гибридных компонентов). В сети 9Ї рассматривается множество неисправностей Qx, состоящее из подмножества QL нарушений матрицы связей L, подмножество QK неисправностей компонент и подмножество QF неисправностей взаимодействия между компонентами.
Путем различных преобразований и декомпозиции сети Ш можно получить списочную, теоретико-множественную, графовую, сеть Петри и другие типы моделей ЭУ (рис. 1.7).
Под списочной моделью будем понимать структуру линейно связанных элементов S = (Si, S2, ..., Si, ..., S„), каждый из которых может быть в свою очередь списком.
Каждый подсписок St содержит описание отдельного элемента ОКД и состоит из последовательности символов, характеризующих свойства рассматриваемого элемента. Списочная модель содержит всю исходную информацию, необходимую для разработки рабочих программ поэлементного диагностирования и формирования многоэлементных компонент, но она не отражает динамики процессов, происходящих в ЭУ.
Поскольку сутью любых контролирующих процедур являются процессы последовательного взаимодействия объекта и аппаратуры контроля, то основой формального описания процесса должно быть представление его в виде последовательности преобразований модели ОКД — Sucx. При этом каждой части аппаратного и программного обеспечения системы контроля ставится в соответствие своя система моделей объектов и преобразований.
На модельном уровне задача контроля представляется многоэтапной структурой, на каждом этапе которой присутствуют исходная модель (априорная) Sucx, целевая (допустимая) S4ejl, результирующая Spe3 и модель их преобразования Fnp. Известные характеристики ОКД соответствуют исходной модели, целевые — целевой, а полученные в результате контроля — результирующей.
Исходная (априорная) и целевая (допустимая) модели ОКД соответствуют постановке задачи контроля, а преобразование априорной модели в результирующую соответствуют процедуре контроля.
Результирующая модель любого конкретного ОКД формируется в результате последовательных преобразований, определяемых процедурой контроля.
Результатом преобразований является изменение элементов описания исходной модели ОКД, и, в конечном итоге, получение результирующей модели Spe3:
Декомпозиция организационной структуры МИИСКД
В рамках организационной модели внешняя среда МИИСКД изображена на рис. 2.11. На рисунке показаны только организации и отношения между ними. МИИСКД находится в агрегативных отношениях с СМК и в ассоциативных отношениях с СМО и СРВ. Основной целью МИИСКД является контроль качества выпускаемой продукции.
Сценарии взаимодействия МИИСКД с внешней средой
1. СМК. МИИСКД взаимодействует с СМК через цифровой интерфейс и агента-посредника. Деятельность МИИСКД во взаимодействии с СМК можно определить как поставку достоверной информации о техническом состоянии производимой продукции (передаёт сообщения - Инф), т.е. МИИСКД является информационной обратной связью СМК.
2. СМО. МИИСКД взаимодействует с СМО через цифровой интерфейс и агента-посредника. СМО осуществляет мониторинг метрологического состояния тестового и инспекционного оборудования МИИСКД (Инф). По реальному состоянию оборудования назначается метрологическое обслуживание (управляющее воздействие на тестовое и инспекционное оборудование - Упр).
3. СРВ. МИИСКД взаимодействует с СРВ через цифровой интерфейс и агента-посредника. По результатам контрольно-диагностических операций принимается решение о ремонте экземпляра продукции. СРВ опосредованно получает от МИИСКД исчерпывающую диагностическую информацию о техническом состоянии экземпляра продукции (Инф). СРВ выполняет ремонтные действия (управляющие воздействия на объект управления - Упр).
4. Объект управления (ОКД).
МИИСКД взаимодействует с ОКД через физический интерфейс. МИИСКД осуществляет тестовые воздействия на ОКД и регистрирует реакцию на них.
Модель Цели/Задачи призвана ответить на вопросы: "почему?", "кто?" и "как?". Цель сложной мультиагентной системы (МИИСКД) и её внешней среды, декомпозиция на подцели отвечают на вопрос "почему?". Ответственность агентов по своим обязательствам отвечает на вопрос "кто?". Выполнение задач и действий агентами для удовлетворения целей и декомпозиция задач на подзадачи отвечают на вопрос "как?". Эта модель может быть использована в дальнейшем для описания задач, вовлечённых в поток работ МИИСКД. На рис. 2.12 показана метамодель MG, для которой необходимо определить основные понятия и отношения.
Цели описывают желательные состояния системы и её окружающей среды. Задачи описывают те переходы состояний, которые необходимы, чтобы удовлетворить целевые обязанности агентов. Переходы состояний определены как пары атрибутов пред- и пост-условий. Действия - это атомарные задачи, которые могут быть выполнены агентами для удовлетворения их целевых обязательств. ВходомДействия являются МоделиЭле-ментов, которые обрабатываются посредством Действия. ВыходомДейст-вия являются изменённые МоделиЭлементов плюс любые новые Модели-Элементов, произведённые Действием. Декомпозиция
Таким образом, основными понятиями метамодели MG являются: Ситуация, Цель, Задача, Действие. Основными отношениями являются декомпозиция MG, удовлетворение и обязательство.
Ситуация — это набор состояний окружающего мира, который мог бы быть выражен, например, с использованием OCL языка ограничений.
Цель — это ситуация, т. е. набор состояний мира, которую агент пытается достигнуть/поддержать. Цель определяется в терминах: неформальных определений; дополнительных формальных определений.
Структура целей определяется в терминах подцелей, составляющих цель. Действие - атомарная единица функциональных возможностей для изменения состояния системы и окружающей среды. Действия определяются в терминах: обязательного имени; обязательного неформального определения; дополнительного предварительного условия, определяющего состояние, которое должно быть истинным прежде, чем задача может быть выполнена; дополнительного пост-условия, определяющего состояние, которое будет истинным после того как задача будет закончена. Задача - это действие, которое может быть расчленено на подзадачи, и действия, которые наследуют все отношения и атрибуты этой задачи. Для такой декомпозиции определим структуру задачи в терминах подзадач, составляющих задачу. Однако для коллекции подзадач, составляющих задачу, обычно необходимо удовлетворить некоторым ограничениям, связанным с порядком выполнения подзадач (например, выполнение задачи А эквивалентно выполнению подзадачи А1, а затем подзадачи А2). Чтобы формализовать порядок отношений между задачами, установим отношения между набором событий и входным событием. Отношение Позволяет: {А} позволяет В означает, что если одно событие из набора {А} произошло, то В может произойти. Отношение Предшествует: {А} предшествует В означает, что В не может произойти, если все события в наборе {А} не произошли. Сеть задач с начальными и конечными событиями, связанными посредством отношений позволения и предшествования, может быть отображена с использованием диаграммы деятельности UML с представлением понятия предшествования посредством полосы синхронизации.
Основные соотношения, определяющие модели подсистем операционного контроля и вид исходных данных
В рамках организационной модели внешняя среда МИИСКД изображена на рис. 2.11. На рисунке показаны только организации и отношения между ними. МИИСКД находится в агрегативных отношениях с СМК и в ассоциативных отношениях с СМО и СРВ. Основной целью МИИСКД является контроль качества выпускаемой продукции.
Сценарии взаимодействия МИИСКД с внешней средой
1. СМК. МИИСКД взаимодействует с СМК через цифровой интерфейс и агента-посредника. Деятельность МИИСКД во взаимодействии с СМК можно определить как поставку достоверной информации о техническом состоянии производимой продукции (передаёт сообщения - Инф), т.е. МИИСКД является информационной обратной связью СМК.
2. СМО. МИИСКД взаимодействует с СМО через цифровой интерфейс и агента-посредника. СМО осуществляет мониторинг метрологического состояния тестового и инспекционного оборудования МИИСКД (Инф). По реальному состоянию оборудования назначается метрологическое обслуживание (управляющее воздействие на тестовое и инспекционное оборудование - Упр).
3. СРВ. МИИСКД взаимодействует с СРВ через цифровой интерфейс и агента-посредника. По результатам контрольно-диагностических операций принимается решение о ремонте экземпляра продукции. СРВ опосредованно получает от МИИСКД исчерпывающую диагностическую информацию о техническом состоянии экземпляра продукции (Инф). СРВ выполняет ремонтные действия (управляющие воздействия на объект управления - Упр).
4. Объект управления (ОКД).
МИИСКД взаимодействует с ОКД через физический интерфейс. МИИСКД осуществляет тестовые воздействия на ОКД и регистрирует реакцию на них.
Модель Цели/Задачи призвана ответить на вопросы: "почему?", "кто?" и "как?". Цель сложной мультиагентной системы (МИИСКД) и её внешней среды, декомпозиция на подцели отвечают на вопрос "почему?". Ответственность агентов по своим обязательствам отвечает на вопрос "кто?". Выполнение задач и действий агентами для удовлетворения целей и декомпозиция задач на подзадачи отвечают на вопрос "как?". Эта модель может быть использована в дальнейшем для описания задач, вовлечённых в поток работ МИИСКД. На рис. 2.12 показана метамодель MG, для которой необходимо определить основные понятия и отношения.
Цели описывают желательные состояния системы и её окружающей среды. Задачи описывают те переходы состояний, которые необходимы, чтобы удовлетворить целевые обязанности агентов. Переходы состояний определены как пары атрибутов пред- и пост-условий. Действия - это атомарные задачи, которые могут быть выполнены агентами для удовлетворения их целевых обязательств. ВходомДействия являются МоделиЭле-ментов, которые обрабатываются посредством Действия. ВыходомДейст-вия являются изменённые МоделиЭлементов плюс любые новые Модели-Элементов, произведённые Действием. Декомпозиция
Таким образом, основными понятиями метамодели MG являются: Ситуация, Цель, Задача, Действие. Основными отношениями являются декомпозиция MG, удовлетворение и обязательство.
Ситуация — это набор состояний окружающего мира, который мог бы быть выражен, например, с использованием OCL языка ограничений.
Цель — это ситуация, т. е. набор состояний мира, которую агент пытается достигнуть/поддержать. Цель определяется в терминах: неформальных определений; дополнительных формальных определений.
Структура целей определяется в терминах подцелей, составляющих цель. Действие - атомарная единица функциональных возможностей для изменения состояния системы и окружающей среды. Действия определяются в терминах: обязательного имени; обязательного неформального определения; дополнительного предварительного условия, определяющего состояние, которое должно быть истинным прежде, чем задача может быть выполнена; дополнительного пост-условия, определяющего состояние, которое будет истинным после того как задача будет закончена. Задача - это действие, которое может быть расчленено на подзадачи, и действия, которые наследуют все отношения и атрибуты этой задачи. Для такой декомпозиции определим структуру задачи в терминах подзадач, составляющих задачу. Однако для коллекции подзадач, составляющих задачу, обычно необходимо удовлетворить некоторым ограничениям, связанным с порядком выполнения подзадач (например, выполнение задачи А эквивалентно выполнению подзадачи А1, а затем подзадачи А2). Чтобы формализовать порядок отношений между задачами, установим отношения между набором событий и входным событием. Отношение Позволяет: {А} позволяет В означает, что если одно событие из набора {А} произошло, то В может произойти. Отношение Предшествует: {А} предшествует В означает, что В не может произойти, если все события в наборе {А} не произошли. Сеть задач с начальными и конечными событиями, связанными посредством отношений позволения и предшествования, может быть отображена с использованием диаграммы деятельности UML с представлением понятия предшествования посредством полосы синхронизации.
Основные теоретические положения оптимизации ПОК легли в основу алгоритма оптимизации (рис. 4.6). Алгоритм построен на методе последовательного ввода вершин и использования варианта с усилением по (4.48). Основными циклами алгоритма оптимизации являются: 1) цикл последовательного ввода вершин г; в множестве решений R\ HR?: посредством блоков 7-12, вложенных в другие циклы; 2) цикл назначения очередной проверяемой вершины (блоки 4, 5, 13, 14), включающий в себя предыдущий цикл; 3) цикл ветвления по ik, дающий максимальное приращение функционалу AZk (блоки 2, 3, 15-17), включающий в себя предыдущие циклы.
Блок 2 осуществляет назначение количества вершин в решении R,, и разбиение исходного множества J на подмножества jt+ и j- в соответствии с (4.48). Подпрограмма блока 5 осуществляет ввод проверяемой вершины в решение. Блоки 7-10 оформлены в виде подпрограмм: блок 7 - процедура ввода очередной вершины в решение R2t; блок 8 - процедура вычисления приращений AZk по (4.47); блок 9 - процедура циклического анализа на выполнение достаточных условий оптимальности решения по свойству IV с присвоением нулевого или единичного значения признаку PRD; блок 10 - процедура вывода очередной, введенной в блок 5 вершины. В блоке 12 анализируется возможность повторения процедур последовательного ввода вершин из /(+ и, если таковые имеются, фрагмент 7-12 образует цикл. В противном случае выход на анализ новой проверяемой вершины из j+ в блоке 14. Количество циклов в 5-14 не может быть более чем п; -п,, где п, =J,+ в силу свойства V. В 15-17 осуществляется выбор проверяемой вершины, давшей максимальное уменьшение функции AZk и ввод ее в решение Rt на очередном шаге. Конечный цикл осуществляет проверку оставшихся в J] вершин, и, если таковых не существует, управление передается в блок 18, осуществляющий промежуточный вывод результатов оптимизации и признака достаточности. Блоки 19-24 выполняют опрос вершины в решении по свойству VI.
Алгоритм предназначен для работы в реальном масштабе времени. С этой целью введены три основные точки Ml, М2, МЗ "размаскирования" прерываний различных уровней (приоритеты точек ранжированы по уровням). На этапе Ml получено решение первого уровня в виде набора положительных вершин. На этапе М2 присутствует вершина дающая максимальное увеличение функции эффективности. На этапе МЗ решение состоит из вершин, оптимальных по критерию максимума эффективности. Алгоритм дает результаты существенно лучшие, чем назначение контрольных операций экспертами.
Методология моделирования и предварительной оценки погрешности измерительного канала ФИА
На этапе "Формирование" ЖЦ МИИСКД осуществляется метрологическая экспертиза, в задачи которой входит анализ диагностической модели выпускаемого изделия, определение контролируемых параметров, требований к точности их измерения, выбор или разработка средств контроля и диагностики.
Методику проектирования и разработки операционной части КИТ Ф_ИА рассмотрим на примере тестовой системы входного контроля ИЭТ, используемой в технологическом процессе сборки узлов радиоэлектронной аппаратуры ответственного назначения, требующем 100 % контроля.
Необходимость входного контроля вызвана ненадежностью выходного контроля на заводе-изготовителе, а также воздействием различных факторов при транспортировании и хранении, которые приводят к ухудшению качественных показателей готовых изделий. Затраты на проведение входного контроля значительно меньше затрат, связанных с испытаниями и ремонтом собранных плат, блоков и аппаратуры в целом.
Современное гибкое автоматизированное производство позволяет совместить операции автоматической установки ИЭТ на печатную плату с операциями их предварительного (входного) контроля. Это значительно сокращает число дефектов монтажа на собранных печатных узлах за счёт влияния контрольных операций на управление сборочным процессом.
К подмножеству наиболее массовых ИЭТ, устанавливаемых на печатную плату (ПП), относятся такие аналоговые элементы, как резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, дроссели, диоды, стабилитроны, оптроны, трансформаторы, транзисторы, реле. Задачу контроля ИЭТ на этапе установки их на ПП решает контрольно-измерительный терминал (КИТ), функционирующий в составе системы управления сборочными операциями.
В задачи проектирования измерительного канала КИТ входит выбор функции преобразования, разработка структуры и предварительный анализ погрешности измерений.
Технология проектирования различных технических объектов включает в себя ряд сходных этапов, независимо от физических принципов работы объекта и его назначения. Это такие важнейшие этапы, как определение физического принципа действия для конкретных условий и требований, выбор или поиск наиболее рационального технического решения при выбранном физическом принципе действия, и заключительный этап — определение оптимальных значений параметров выбранного технического решения.
Задача проектирования измерительного канала КИТ сводится к минимизации погрешности устройства при ограничениях на вес, габариты и стоимость изделия, или к минимизации весогабаритных параметров при ограничениях на погрешность, или к созданию устройства с ограничениями на все его параметры — погрешность, стоимость, вес, габариты, условия применимости и т. п.
Специфической особенностью измерительных устройств является то, что по передаче информативных параметров сигнала они являются линейными. Например, в вольтметре эффективных значений происходят нелинейные преобразования электрического сигнала в соответствии с зависимостью U3= \u2(t)dt, в то же время показания идеального вольтметра должны быть равны эффективному значению измеряемого напряжения на входе.
Еще более наглядным примером является ваттметр активной мощности, в измерительной цепи которого в зависимости от принципа действия содержатся перемножающее устройство или квадратичные преобразователи, в то время как показания идеального ваттметра равны активной мощности на нагрузке.
Линейность преобразования по информативным параметрам позволяет применить аппарат линейной алгебры для составления моделей и анализа измерительных устройств, и это является предпосылкой для автоматизации проектирования. Аппарат линейной алгебры в настоящее время достаточно хорошо алгоритмизирован, и в этой области разработаны большие комплексы математического и программного обеспечения.
Измерительный канал, прибор или информационно-измерительная система включают в себя различные устройства, отличающиеся принципами функционирования, природой сигналов — носителей измерительной информации. Некоторые из них, активные, являются однонаправленными источниками сигналов измерительной информации или преобразователями их формы. Входы и выходы таких устройств необратимы, их нельзя поменять местами. Аддитивные возмущения, как и сигналы измерительной информации, передаются только в одном направлении. Электрически обратимыми устройствами, как правило, являются пассивные схемы преобразования, пропускающие аддитивные помехи в обратном направлении.
Однонаправленность аналоговых средств преобразования является основным фактором, позволяющим применять при оценке погрешностей известные методы формализации причинно-следственных отношений. Адекватное использование математических моделей для анализа измерительного канала требует полного учета характера составляющих его элементов преобразования.
При проектировании измерительных устройств в большинстве случаев на основе опыта разработчика и с использованием банка данных о физических принципах и методах построения строится измерительная цепь средства измерений, т. е. составляется совокупность преобразовательных элементов и устанавливаются связи между ними для решения данной измерительной задачи. Ответ на пригодность синтезированной таким образом измерительной цепи при заданных ограничениях может быть дан только в результате ее анализа, т. е. после создания математической модели, адекватной динамической и статической характеристикам, а также характеристикам погрешности. Процедура синтеза в большинстве случаев — итерационная, основанная на результатах анализа и оценок погрешности устройства. Поэтому задача анализа является важнейшим этапом проектирования измерительных устройств. Учитывая многократность процедур анализа, рассмотрим методы и алгоритмы анализа, пригодные для использования средствами вычислительной техники [1-4].
Электрическими моделями, наиболее часто использующимися на начальном этапе анализа входящих в измерительный канал устройств, являются эквивалентный генератор для активных устройств и четырехполюсник для пассивных. Они позволяют получить полное описание электрических режимов преобразователей в виде системы дифференциальных уравнений связи токов, напряжений и параметров цепей. С информационной точки зрения любой аналоговый измерительный канал реализует цепь однонаправленных преобразований параметров сигналов измерительной информации. Такие отношения формализуются с помощью моделей более высокого уровня — структурных, использующихся в теории автоматического управления. Структурная модель представляет собой совокупность минимальных структурных элементов — звеньев и связей между ними. Структурный элемент — виртуальное устройство, изображаемое прямоугольником и отображающее функциональную связь между входной физической величиной X; - причиной и выходной Xj - следствием.
