Введение к работе
Актуальность исследования. В настоящее время системы и средства связи (СС) являются сложными эрготехническими системами (ЭТС), которые при постоянном повышении их надежности, в целом не исключают возможности возникновения различного рода неисправностей, как по причине отказа технических элементов (ТЭ), так и но вине эксплуатирующего их персонала (эргатического элемента (ЭЭ)). Опыт эксплуатации средств связи показывает, что большая часть отказов вызвана ошибками ЭЭ.
Специалист по эксплуатации средств связи (СЭСС) - эргатический элемент, выполняя должностные обязанности, обязан обеспечивать своевременное и качественное техническое обслуживание и ремонт закрепленных за ним средств связи. Для этого он проходит соответствующую подготовку по специальности, приобретая умения технического диагностирования систем связи. Однако, в современных условиях, такой подготовки явно недостаточно для тою, чтобы в полной мере обеспечить поддержание современных систем связи в исправном состоянии. Конечно, наличие различных курсов переподготовки, организуемых предприятиями и организациями, большою числа методик создания автоматизированных обучающих систем способствует повышению качества подготовки СЭСС, но без создания комплексов проблемно-ориентированных программ (КПОП), позволяющих осуществлять подготовку СЭСС к выполнению обязанностей по предназначению, основанных на теории систем и системном подходе нельзя существенно повысить эффективность СС как эрготехнической системы. При этом следует помнить, что процесс освоения эрготсхнических систем имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать при создании КПОП.
Первая особенность связана с необходимостью использования, при подготовке СЭСС, технических устройств (в качестве объектов диаі ностирования (ОД)), находящихся как в исправном, так и в неисправном состояниях. Несомненным достоинством такого способа является то, что только он позволяет отработать моторные навыки диагностики замены отказавших элементов. Основным недостатком является высокая стоимость подготовки и быстрое расходование ресурса дорогостоящего ремонтного фонда из-за многочисленных преднамеренных повреждений и неквалифицированных воссіановлений. Кроме того, большое разнообразие образцов СС, как по номенклатуре, так и по конструктивному исполнению не позволяет применять их все в процессе освоения методов поиска отказов. Разрешению этого противоречия может способствовать разработка универсального (учебного) объекта диагностирования (УОД), объединяющего в себе особенности конструктивного исполнения определенной группы СС.
Вюрая особенность присуща процессу автоматизированного освоения систем связи, позволяющему повысить эффективность подготовки СЭСС без увеличения ее стоимости путем частичной или полной замены реальных приборов и устройств их моделями. Она заключается в необходимости моделирования функционирования объекта диагностирования в реальном масштабе времени, находящегося в исправном и множестве неисправных состояний, вызванных отказами разных видов.
Третья особенность состоит в необходимости учета индивидуальных особенностей СЭСС при моделировании процесса формирования навыков поиска и устранения отказов с применением различных методов и технических средств в условиях дефицита времени.
Несмотря на бурное развитие информационных технологий в настоящее время недостаточно развиты научно-обоснованные методики динамического модели-
рования формирований у специ&таста умений в поиске отказов в СС. Существующие нормативные документы и методические подходы содержат лишь общие требования к процессу поиска отказов в системах связи, в том числе и военного назначения, а также к созданию систем и средств подготовки специалистов по их эксплуатации, не учитывают системный подход.
Анализ предметной области показал, что разработка КПОП должна осуществляться на основе математического моделирования процесса поиска отказов и логических моделей объекта диагностирования Структура и параметры КПОП должны быть адаптированы к моделированию локализации отказов разными (заданными) методами, при этом модель объекта диагностирования должна обеспечивать: моделирование типовых, отказов в системах связи; возможность подготовки СЭСС к поиску отказов в СС в соответствии с их особенностями и штатным предназначением в условиях дефицита времени. Таким образом, сложность модели объекта диагностирования должна обеспечивать, с одной стороны, возможность локализации предъявляемых типовых отказов за ограниченное время, а, с другой стороны, максимально полное использование отведенного времени на решение собственно задачи освоения специалистами методов поиска отказов. Приведенные требования к модели ОД являются противоречивыми, для удовлетворения которых необходимо решение задачи оптимизации структуры и параметров, указанных выше моделей.
В этой связи диссертационная работа, посвященная моделированию СС как объекта диагностирования и процесса диагностирования в интересах их освоения, является актуальной и представляет практический интерес.
Научная задача состоит в разработке моделей СС как объекта диагностирования и моделей процесса поиска отказов на основе адекватного описания этого процесса, обеспечивающих, при их применении в КПОП наибольшую эффективность.
Объект исследования: комплексы проблемно-ориентированных программ, предназначенные для автоматизированного освоения специалистами по эксплуатации СС методов поиска отказов.
Предмет исследования: модели средств связи как объекта диагностирования и модели процесса поиска отказов в них.
Цель и задачи исследования заключается в повышении эффективности применения комплексов проблемно-ориентированных программ предназначенных для автоматизированного освоения специалистами по эксплуатации СС методов поиска отказов путем разработки метода выбора оптимальной логической модели универсального объекта диагностирования, алгоритма его реализации, моделей СС как объекта диагностирования и моделей процесса поиска отказов на основе методов дифференциального исчисления, теории графов, с учетом значений средних длин дерева логических возможностей.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи исследования:
-
Выполнить системный анализ предметной области и структуризацию задачи разработки метода выбора модели УОД, моделей средств связи и процесса диагностирования.
-
Разработать метод выбора оптимальной структуры логической модели универсального объекта диагностирования.
-
Разработать алгоритмы формирования множества допустимых вариантов структуры логической модели (ЛМ) универсального объекта диагностирования и выбора ее оптимальной структуры.
-
Разработать обобщешгую математическую модель процесса поиска отка-
зов в средствах связи.
-
Разработать частные математические модели процесса поиска отказов в СС для специалистов с различным уровнем подготовки и различных этапов процесса освоения методов поиска отказов.
-
Обосновать условия перехода к квазиоптималыюму варианту структуры ЛМ УОД, реализуемому в КПОГТ, предназначенных для освоения СС.
-
Выполнить оценку эффективности применения разработанных метода, моделей и алгоритмов в КПОП и выработать рекомендаций по их практической реализации.
Методы исследования базируются на использовании математического аппарата теории вероятностей и математической статистики, дифференциального исчисления, численного интегрирования, теории графов и структурного анализа систем, элементов теории автоматов и основываются на современных положениях общей теории систем.
Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций диссертации обеспечивается: использованием в ходе моделирования экспериментально полученных исходных данных, совпадением, с достаточной точностью, результатов моделирования с экспериментальными данными при определенных ограничениях, взаимодополняемостью и непротиворечивостью методов научного исследования, применением при моделировании нормативно-одобренных моделей.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Разработан метод выбора оптимального варианта структуры логической модели универсального объекта диагностирования отличающийся учетом средних длин дерева логических возможностей (ДЛВ), экспериментальных данных о прогнозируемом времени поиска отказа для автоматизированного выбора варианта структуры ЛМ УОД, отвечающего условию физической реализуемости.
-
Разработаны модели СС как ОД в виде направленного графа, характеризующиеся применением вектора средних длин ветвей дерева логических возможностей, непосредственно связывающего сложность их структуры с прогнозируемой продолжительностью поиска типовых отказов.
-
Разработаны обобщенная и частные математические модели процесса поиска отказов в СС, отличающиеся представлением распределения плотности вероятности времени поиска отказов в виде закона Эрланга, учитывающие влияние сложности структуры ЛМ УОД на эффективность освоения методов поиска отказа и все состояния, отображающие процесс освоения поиска отказов разными методами для разных категорий обучаемых, па различных этапах освоения методов поиска отказов.
-
На основе метода выбора оптимального варианта структуры логической модели универсального объекта диагностирования разработаны алгоритмы формирования вариантов структуры ЛМ УОД и выбора оптимальной структуры ЛМ ОД, отличающиеся ее двухуровневой оптимизацией на основе мультипликативного критерия эффективности, позволяющие автоматизировать процесс формирования вариантов и выбора оптимальной модели.
Практическая значимость работы заключается в разработке: компонентов КПОП, предназначенных для освоения специалистами по эксплуатации СС методов поиска отказов; перечней наименее надежных элементов и их типовых отказов, подлежащих моделированию при подготовке специалистов по эксплуатации средств связи; в создания методики разработки реализуемого универсального объекта диагностирования, объединяющего в себе конструктивные особенности определенной группы СС.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Метод выбора оптимального варианта структуры логической модели универсального объекта диагностирования основанного на определении вектора средних длин ветвей дерева логических возможностей.
-
Алгоритмы формирования вариантов структуры ЛМ УОД и выбора оптимальной структуры ЛМ ОД.
-
Обобщенная математическая модель процесса поиска отказов в СС основанная на представлении распределения плотности вероятности времени поиска отказов в виде закона Эрланга.
Публикации: по результатам проведенных исследований опубликовано 12 печатных работ, из них: 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК РФ для публикаций научных результатов диссертаций на соискание ученой степени доктора наук, 4 статьи и 5 работ в материалах Международных, Всероссийских и межведомственных конференций, 2 свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ.
Апробация работы: результаты исследований докладывались на: IV Всероссийской научно-технической конференции «Теория конфликта и ее приложения» (Воронеж, 2006); V Всероссийской научно-практической конференции «Совершенствование наземного обеспечения авиации» (Воронеж, 2006); II Международной научной конференции «Современные проблемы прикладной математики и математического моделирования» (Воронеж, 2007); XXIX научно-теоретической конференции курсантов и молодых ученых «Совершенствование средств и методов технического обслуживания техники связи, АСУ и РТО» (Тамбов, 2008).
Реализация результатов работы. Результаты диссертационных исследований использованы в Тамбовском высшем военном авиационном инженерном училище радиоэлектроники (военном институте) в НИР: тема № 20527, шифр «Парсек». Полученные теоретические результаты и разработанные КЛОП применяются при проведении практических занятий, военно-научной работе, выполнении научных исследований, выпускных квалификационных работ в Тамбовском ВВАИУРЭ (ВИ), Воронежском ВАИУ. Ряд полученных теоретических и практических результатов построения и применения КПОП использованы в войсковых частях 81114, 58378, что подтверждено актами о внедрении результатов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 125 наименований и приложений. Работа изложена на 175 страницах и включает 33 рисунка, 13 таблиц.
