Содержание к диссертации
Введение
1 Система прогнозирования аварийных ситуаций .
1.1 Выбор среды для построения информационной системы прогнозирования аварийных ситуаций 16
1.2 Разработка критерия оценки аварийности на предприятиях 19
1.3 Создание информационной системы прогнозирования аварийных ситуаций
1.3.1 Описание предметной области 23
1.3.2 Разработка инфологической модели 26
1.3.3 Разработка датологической модели 26
1.3.4 Обеспечение целостности данных 30
1.3.5 Расчет коэффициента аварийности 31
1.3.6 Разработка пользовательского интерфейса 32
1.3.7 Обеспечение безопасности базы данных 33
Выводы по разделу 35
2 Система принятия решений для диагностики и ремонта приборов безопасности .
2.1 Обзор и классификация приборов безопасности и их отказов 36
2.2 Методы построения систем диагностики 44
2.3 Выбор сред для реализации системы диагностики 48
2.4 Построение экспертной системы и проверка ее адекватности 51
2.5 Построение системы моделирования блоков ограничителя грузоподъемности.
2.5.1 Создание пакета моделирования ограничителя грузоподъемности 57
2.5.2 Виды моделей электронных элементов 64
2.5.3 Построение моделей электронных компонентов 71
2.5.4 Параметрический синтез моделей электронных элементов 76
Выводы по разделу 84
3 Контрольно-обучающая система .
3.1 Выбор вычислительной среды для создания контрольно-обучающей системы 86
3.2 Методы контроля знаний 89
3.3 Способы совершенствования выборочного метода стандартизированного контроля знаний 93
3.4 Выбор структуры и разработка контрольно-обучающей системы 99
3.5 Формирование контрольных заданий 103
Выводы по разделу 107
Заключение 108
Литература
- Создание информационной системы прогнозирования аварийных ситуаций
- Разработка пользовательского интерфейса
- Выбор сред для реализации системы диагностики
- Способы совершенствования выборочного метода стандартизированного контроля знаний
Введение к работе
Грузоподъемные краны, подъемники и вышки, согласно Федеральному Закону ФЗ-116 "О промышленной безопасности...71/, относятся к техническим устройствам, работающим на опасных производственных объектах. Работа с грузоподъемными машинами сопряжена с определенным риском, как для обслуживающего персонала, так и для всех лиц, находящихся в зоне потенциальной опасности. Соблюдение безопасности при производстве работ техникой данного вида на Государственном уровне контролирует Федеральный горный и промышленный надзор России (Госгортехнадзор России). Однако, несмотря на принимаемые с его стороны меры общий уровень аварийности и травматизма по стране, начиная с 1995 года, остается неизменно высоким
(табл. 1)/2/.
Табл. 1.
Коэффициент травматизма - величина равная отношению количества погибших на тысячу единиц подъемных сооружений.
Рост аварийности и травматизма на промышленных предприятиях вызван переменами в экономике страны и прежде всего, распадом крупных предприятий на ряд мелких фирм различной формы собственности. В первую очередь, рассредоточение грузоподъемных машин, находившихся на крупных предприятиях, по мелким фирмам осложнило контроль за их эксплуатацией со стороны Госгортехнадзора. Во-вторых, если крупные предприятия могли содержать специальные структуры по ремонту и обслуживанию грузоподъемных машин, службы охраны труда, органы внутриведомственного надзора и др., то мелкие собственники не имеют на это средств и во многих
случаях подобные подразделения существуют фиктивно, либо отсутствуют вообще.
Одной из основных причин роста аварийности является старение основных фондов, изношенность оборудования /3/. Грузоподъемные машины, согласно правил техники безопасности, должны быть оснащены приборами и устройствами безопасности. Эти приборы, как и все оборудование, должны проходить периодическое обследование и, в случае выявления неисправностей, должны быть отремонтированы или заменены на новые. Грузоподъемные машины, выработавшие нормативный срок службы, становятся опасными в эксплуатации, если своевременно не проводить в полном объеме их специальное обследование (диагностику), капитальный ремонт, необходимое техническое обслуживание механизмов и приборов безопасности.
В первую очередь, тяжелое экономическое положение промышленных предприятий не позволяет своевременно осуществлять реконструкцию или замену оборудования, приборов и аппаратуры противоаварийной защиты на новые, более надежные. По данным Госгортехнадзора /4/, к 1999 году более 85% парка грузоподъемных кранов, находящихся в эксплуатации, работают с истекшими сроками службы. Многие грузоподъемные машины отработали 2,5 срока службы и более, и их эксплуатация может стать причиной аварий с тяжелыми последствиями. Степень обновления парка упала до 1,5 % в год, при норме 8-12 %, что приводит к общему старению и изнашиванию парка грузоподъемных машин вцелом.
Другой причиной роста аварийных случаев на предприятиях является низкая квалификация обслуживающего персонала. Высокий травматизм имеет место на предприятиях, где не организовано качественное обучение специалистов, эксплуатирующих грузоподъемные машины.
На основании анализа состояния проблемы безопасности при производстве работ грузоподъемными машинами, проведенного Госгортехнадзором России /5,6,7,8,9,10,11/, можно сделать вывод, что применяемые меры не могут дать удовлетворительного результата при существующей экономической ситуации и ужесточающихся требованиях к технике и обеспечению работ. Одним из новых путей решения проблемы является широкое применение автоматизированных систем, способных облегчить и упростить работу всех структур, обеспечивающих безопасность
эксплуатации грузоподъемных машин. Необходимость создания подобных систем подчеркивалась Коллегией Госгортехнадзора России /12/.
В связи со сложившейся ситуацией в области промышленной безопасности техническим управлением Госгортехнадзора России совместно с НТЦ "Промышленная безопасность" была разработана концепция совершенствования системы Госгортехнадзора России, согласованная с министерствами и ведомствами РФ и одобренная на Коллегии Госгортехнадзора России от 16.12.1997 года. Реформирование системы Госгортехнадзора направлено на реализацию принятого закона "О промышленной безопасности опасных производственных объектов".
На основании постановления коллегии Госгортехнадзора России /13/ в качестве наиболее важных аспектов решения проблемы обеспечения безопасной работы грузоподъемных механизмов выделим следующие:
Надзор и контроль за состоянием техники.
Своевременный ремонт и обслуживание оборудования.
Обучение специалистов, работающих с грузоподъемными механизмами, а также контроль за уровнем их квалификации.
В настоящий момент вышеперечисленные проблемы решаются следующим образом:
1. Надзор и контроль за состоянием техники на предприятиях осуществляется инспекторами, входящими в состав территориальных округов Госгортехнадзора. Но данная задача не может быть решена полноценно в силу следующих причин:
Большое количество подконтрольных объектов (только по Северозападному округу их количество превышает 8000);
Большая территориальная разобщенность (в состав Северо-западного округа входят 6 субъектов Российской Федерации: г. С-Петербург, Ленинградская область, Псковская, Калининградская и Новгородская области, а также Республика Карелия);
Неполная укомплектованность органов Госгортехнадзора (вцелом по России нехватка кадров составляет 8%);
Недостаточный уровень подготовки инспекторского состава (полностью отсутствуют центры и специальные учебные заведения по подготовке
инспекторов Госгортехнадзора, помимо этого в ряде округов привлекаются для работы в качестве инспекторов лица, не имеющие высшего образования); Нереализованность информационных потребностей инспекторов и руководства Госгортехнадзора (низкий уровень компьютерного обеспечения органов Госгортехнадзора).
Своевременный ремонт и обслуживание оборудования. Выполнением этой функции занимаются специальные сервисные организации. Ее важность обусловливается непосредственным влиянием на основные факторы производственного травматизма. Но из-за многочисленности типов грузоподъемной техники, поступления на рынок большого количества импортного оборудования, внедрения новых типов приборов безопасности рост количества сервисных организаций, территориально и информационно разобщенных между собой и выполняющих неполный комплекс услуг, практически неуправляем. А состояние их научно-методического и инженерного обеспечения зачастую не соответствует постоянно повышаемым требованиям к экспертизам и обеспечению безопасности. Сложность положения в данной области была рассмотрена на расширенном заседании Коллегии Госгортехнадзора 28.01.1998 года.
Обучением специалистов, работающих с грузоподъемными машинами занимаются специализированные обучающие организации, а контроль за уровнем квалификации специалистов осуществляется совместно с Госгортехнадзором. Но ввиду различия методик, лабораторной и методической базы этих организаций уровень подготовки кадров различен и не всегда высок. Решение проблемы постоянного контроля за уровнем квалификации специалистов затруднено, т.к. окончательно не разрешена задача надзора за грузоподъемными кранами, подъемниками и вышками.
Со стороны Правительства РФ, в лице заместителя Председателя, при рассмотрении вопроса о вьшолнении Федерального закона "О промьшшенной безопасности..." и совершенствования системы Госгортехнадзора уделялось особое внимание вопросу необходимости повышения квалификации и аттестации специалистов и руководящих кадров предприятий в области промышленной безопасности.
Из приведенного выше анализа состояния проблемы обеспечения безопасности, очевидно, что существующее ныне разрозненное решение обозначенных подзадач не может дать удовлетворяющего результата, что подчеркивает актуальность данной работы. Применение комплексного обеспечения безопасности при производстве работ грузоподъемными машинами и использование современных компьютерных технологий позволяют качественно решить вопрос обработки большого количества информации необходимой для достижения поставленной цели, кроме того, необходимо отметить, что выделенные подзадачи могут быть удобно формализованы для их решения компьютерными средствами.
Новизна комплексного подхода к решению проблемы обеспечения безопасности при эксплуатации грузоподъемных машин заключается в учете связей между указанными выше основными подпроблемами, в отличие от существующего положения дел в этой области, когда основные усилия для решения проблемы направлялись изолированно на каждую подпроблему без учета их взаимовлияния. Структура предлагаемого подхода приведена на рис. 1.
Рис. 1. Структура комплексного обеспечения безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов, подъемников и вышек.
Так например, при решении задачи надзора и контроля за состоянием техники возникает необходимость верификации данных в автоматизированной системе, что может быть осуществлено путем транзакции информации из систем обучения и диагностики.
Вопрос обучения специалистов непосредственно вытекает из проблем надзора и контроля (обучение ИТР по надзору, лиц ответственных за производство работ, специалистов по технике безопасности, представителей
администрации предприятий и др.), а также ремонта техники (обучение наладчиков приборов безопасности, специалистов обслуживающих грузоподъемные машины и др.)
На основе информации о состоянии техники возможно прогнозировать необходимость ремонта или дополнительного технического обслуживания (экспертизы) грузоподъемных машин и их приборов безопасности, а выполнение этих работ обученным персоналом гарантирует повышение уровня безопасности на предприятиях.
Для решения первой подзадачи - надзор и контроль за состоянием грузоподъемных машин необходима система, способная не только отображать существующее положение дел, но и вырабатывать рекомендации по повышению уровня безопасности на объектах. В качестве подобного продукта предлагается построить информационную систему прогнозирования аварийных ситуаций на предприятиях, эксплуатирующих грузоподъемные краны, подъемники и вышки.
Система должна располагать информацией о предприятиях, эксплуатирующих грузоподъемные машины, о самих механизмах и приборах безопасности, а также информацей о специалистах, допущенных к их обслуживанию, включая данные об аттестации всех работников. Эта информация может использоваться для качественной оценки реального состояния техники, согласно документов, регламентирующих деятельность Госгортехнадзора, оценки уровня безопасности на любом из зарегистрированных предприятий, контроля наличия аттестованных специалистов, проверки достоверности поступающей информации, контроля работы инспектора Госгортехнадзора, кроме того, данные в удобной форме могут быть представлены куратору Госгортехнадзора, согласно постановлению коллегии Госгортехнадзора России от 6.02.1998 г. Система должна давать возможность количественной оценки уровня безопасности на подконтрольных объектах, прогнозирования наиболее вероятных причин аварий, автоматической выработки решений, направленных на их предотвращение, а также возможность контроля и надзора за состоянием грузоподъемных машин, аттестацией специалистов, и качеством деятельности сервисных организаций.
Основным аспектом проблемы своевременного ремонта оборудования, в сложившихся экономических условиях, является ремонт приборов безопасности грузоподъемных машин, т.к. именно по причине неисправности приборов безопасности происходит около 35% аварий 121. Компьютерная автоматизированная система контроля технического состояния приборов безопасности должна позволять выполнение ремонта без необходимого привлечения высококвалифицированных специалистов или обращения в специализированные сервисные организации, сократить время ремонта прибора и, как следствие, сократить время вынужденного простоя грузоподъемной техники, сократить расходы на ремонт. Острота этой проблемы обусловливается перспективой перехода с полупроводниковых приборов безопасности на более сложные микропроцессорные системы, а также появлением на внутреннем рынке страны большого количества новой зарубежной техники /14/. Изложенные выше факторы также влияют и на требования, выдвигаемые к обучающимся специалистам по обслуживанию приборов безопасности. Данный пакет направлен на применение в крупных и средних предприятиях, эксплуатирующих грузоподъемные механизмы, а также в сервисных фирмах, специализирующихся на ремонте приборов безопасности.
Для третьей подзадачи - обучение специалистов (ответственных за безопасное ведение работ, представителей администрации предприятий, инженеров по технике безопасности и др.) и контроль уровня их квалификации необходимо разработать компьютерную контрольно-обучающую систему, выполненную на основе единой методики, согласованной с Госгортехнадзором России. Данный пакет должен располагать возможностью осуществления контроля знаний специалиста и может быть использован не только в процессе обучения в специализированных обучающих центрах и при сдаче экзаменов после окончания обучения, но и в Госгортехнадзоре при необходимости текущего контроля знаний специалистов разного уровня и профиля деятельности. Система должна быть универсальной чтобы использоваться, при соответствующем наполнении, для обучения достаточно широкого круга персонала, связанного с обслуживанием и организацией безопасной эксплуатации грузоподъемных машин.
Общим требованием к системам является минимизация требуемых машинных ресурсов, т.к. компьютерный парк организаций, для которых разрабатываются системы, в основном состоит из не самых современных машин. Системы должны быть построены так, чтобы они могли быть инсталлированы на компьютерах типа ШМ PC/AT- 486
Таким образом, описанное выше комплексное обеспечение безопасной эксплуатации грузоподъемных машин позволяет оказать действенную помощь в решении трех основных подзадач:
задачи надзора и контроля за техническим состоянием грузоподъемных кранов, подъемников и вышек;
задачи быстрого и своевременного ремонта приборов безопасности этих машин;
задачи обучения специалистов всех профилей, имеющих отношение к обеспечению работы и эксплуатации грузоподъемной техники.
Для работы всех вышеперечисленных систем не требуется расширение материальной базы, т.к. ПЭВМ есть во всех эксплуатирующих организациях, но используются они в основном для автоматизации делопроизводства и бухгалтерских расчетов.
Целью диссертационной работы, является повышение безопасности людей и техники при производстве работ грузоподъемными кранами, подъемниками и вышками за счет разработки автоматизированных систем, обеспечивающих возможность прогнозирования аварийных ситуаций и своевременное выявление технических неисправностей оборудования.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
Разработка системы прогнозирования аварийных ситуаций на промышленных предприятиях, эксплуатирующих грузоподъемные машины.
Создание контрольно-обучающей системы для обучения и контроля знаний специалистов, обслуживающих и эксплуатирующих грузоподъемные машины.
Разработка системы принятия решений для диагностики и ремонта приборов безопасности.
Разработка алгоритмов программной реализации систем.
Создание методик использования систем.
Исследование разработанных систем с целью подтверждения их работоспособности.
Теоретические и экспериментальные исследования основываются на использовании аппарата теории графов, общей теории матриц, теории вероятности, методов схемотехнического проектирования, теории проектирования систем искусственного интеллекта, методов теории программирования и построения систем управления базами данных (СУБД). Для подтверждения полученных результатов были проведены экспериментальные исследования с использованием испытательного стенда.
Научная новизна полученных результатов:
Разработано комплексное обеспечение безопасности людей и техники при эксплуатации грузоподъемных кранов, подъемников и вышек, основанное на применении новых автоматизированных систем;
Предложена новая система прогнозирования аварийных ситуаций на промышленных предприятиях, базирующаяся на расчете коэффициента прогнозируемого уровня аварийности, позволяющая определить наиболее вероятную причину возможной аварии;
Показана возможность применения сложных математических моделей в системах принятия решений, использующихся в областях знаний отличных от традиционных;
Разработана методика создания контрольно-обучающей системы, обеспечивающая индивидуальный подход к обучению, контроль знаний обучаемого и автоматизацию экзамена по изучаемой дисциплине, рассмотрено ее применение для персонала, эксплуатирующего и обеспечивающего работу грузоподъемных машин.
Практическая ценность работы заключается в следующем: 1. Применение разработанного комплекса программ позволяет повысить эффективность деятельности организаций эксплуатирующих и обеспечивающих работу грузоподъемных кранов, подъемников и вышек.
Создание информационной системы прогнозирования аварийных ситуаций
На основе информации о состоянии техники возможно прогнозировать необходимость ремонта или дополнительного технического обслуживания (экспертизы) грузоподъемных машин и их приборов безопасности, а выполнение этих работ обученным персоналом гарантирует повышение уровня безопасности на предприятиях.
Для решения первой подзадачи - надзор и контроль за состоянием грузоподъемных машин необходима система, способная не только отображать существующее положение дел, но и вырабатывать рекомендации по повышению уровня безопасности на объектах. В качестве подобного продукта предлагается построить информационную систему прогнозирования аварийных ситуаций на предприятиях, эксплуатирующих грузоподъемные краны, подъемники и вышки.
Система должна располагать информацией о предприятиях, эксплуатирующих грузоподъемные машины, о самих механизмах и приборах безопасности, а также информацей о специалистах, допущенных к их обслуживанию, включая данные об аттестации всех работников. Эта информация может использоваться для качественной оценки реального состояния техники, согласно документов, регламентирующих деятельность Госгортехнадзора, оценки уровня безопасности на любом из зарегистрированных предприятий, контроля наличия аттестованных специалистов, проверки достоверности поступающей информации, контроля работы инспектора Госгортехнадзора, кроме того, данные в удобной форме могут быть представлены куратору Госгортехнадзора, согласно постановлению коллегии Госгортехнадзора России от 6.02.1998 г. Система должна давать возможность количественной оценки уровня безопасности на подконтрольных объектах, прогнозирования наиболее вероятных причин аварий, автоматической выработки решений, направленных на их предотвращение, а также возможность контроля и надзора за состоянием грузоподъемных машин, аттестацией специалистов, и качеством деятельности сервисных организаций.
Основным аспектом проблемы своевременного ремонта оборудования, в сложившихся экономических условиях, является ремонт приборов безопасности грузоподъемных машин, т.к. именно по причине неисправности приборов безопасности происходит около 35% аварий 121. Компьютерная автоматизированная система контроля технического состояния приборов безопасности должна позволять выполнение ремонта без необходимого привлечения высококвалифицированных специалистов или обращения в специализированные сервисные организации, сократить время ремонта прибора и, как следствие, сократить время вынужденного простоя грузоподъемной техники, сократить расходы на ремонт. Острота этой проблемы обусловливается перспективой перехода с полупроводниковых приборов безопасности на более сложные микропроцессорные системы, а также появлением на внутреннем рынке страны большого количества новой зарубежной техники /14/. Изложенные выше факторы также влияют и на требования, выдвигаемые к обучающимся специалистам по обслуживанию приборов безопасности. Данный пакет направлен на применение в крупных и средних предприятиях, эксплуатирующих грузоподъемные механизмы, а также в сервисных фирмах, специализирующихся на ремонте приборов безопасности.
Для третьей подзадачи - обучение специалистов (ответственных за безопасное ведение работ, представителей администрации предприятий, инженеров по технике безопасности и др.) и контроль уровня их квалификации необходимо разработать компьютерную контрольно-обучающую систему, выполненную на основе единой методики, согласованной с Госгортехнадзором России. Данный пакет должен располагать возможностью осуществления контроля знаний специалиста и может быть использован не только в процессе обучения в специализированных обучающих центрах и при сдаче экзаменов после окончания обучения, но и в Госгортехнадзоре при необходимости текущего контроля знаний специалистов разного уровня и профиля деятельности. Система должна быть универсальной чтобы использоваться, при соответствующем наполнении, для обучения достаточно широкого круга персонала, связанного с обслуживанием и организацией безопасной эксплуатации грузоподъемных машин.
Общим требованием к системам является минимизация требуемых машинных ресурсов, т.к. компьютерный парк организаций, для которых разрабатываются системы, в основном состоит из не самых современных машин. Системы должны быть построены так, чтобы они могли быть инсталлированы на компьютерах типа ШМ PC/AT- 486
Таким образом, описанное выше комплексное обеспечение безопасной эксплуатации грузоподъемных машин позволяет оказать действенную помощь в решении трех основных подзадач: задачи надзора и контроля за техническим состоянием грузоподъемных кранов, подъемников и вышек; задачи быстрого и своевременного ремонта приборов безопасности этих машин; задачи обучения специалистов всех профилей, имеющих отношение к обеспечению работы и эксплуатации грузоподъемной техники.
Для работы всех вышеперечисленных систем не требуется расширение материальной базы, т.к. ПЭВМ есть во всех эксплуатирующих организациях, но используются они в основном для автоматизации делопроизводства и бухгалтерских расчетов.
Целью диссертационной работы, является повышение безопасности людей и техники при производстве работ грузоподъемными кранами, подъемниками и вышками за счет разработки автоматизированных систем, обеспечивающих возможность прогнозирования аварийных ситуаций и своевременное выявление технических неисправностей оборудования.
Разработка пользовательского интерфейса
. Коэффициент аварийности рассчитывается по описанной в разделе 1.2 методике. По этой методике, состояние аварийности на предприятии оценивается по нескольким критериям, для того чтобы оценка была более точной. Система должна провести автоматический подсчет коэффициента аварийности на основе данных, хранящейся в базе данных.
Состояние аварийности на предприятии оценивается по комплексным показателям, входящим в следующие укрупненные объекты: -Неправильная_организация_работы_вблизи_ЛЭП; -Неправильная_строповка; -Нарушения_регламентов; -Неисправность_приборов_безопасности; -Неисправность_устройств; -Неисправность_строп; -Отсутствие_обученного_персонала; -Нарушение_порядка_подчинения_персонала -Прочие причины; Большая часть показателей определяется автоматически, по имеющейся в базе данных информации о предприятии.
Оставшаяся часть показателей заносится в базу данных пользователем, на основе полученных предписаний инспектора Госгортехнадзора. Для ввода разработана специальная форма "Ввод данных",
Далее показатели состояния аварийности умножаются в базе данных на соответствующие весовые коэффициенты, для получения коэффициента аварийности данного предприятия. Расчет весовых коэффициентов приведен выше. Весовые коэффициенты содержатся в таблице «Весовые коэффициенты». Эта таблица состоит только из одной строки и не связана с другими таблицами, так как для всех предприятий весовые коэффициенты приняты одинаковыми. Интерфейс программы разработан таким образом, чтобы конечный пользователь не имел доступа к изменению, добавлению или удалению данных из таблицы «Весовые коэффициенты». Для умножения количественных оценок и весовых коэффициентов создается запрос на выборку, в котором используются таблицы «Предприятия» и «Весовые коэффициенты». В этом же запросе рассчитывается коэффициент аварийности, который равняется сумме вычисленных полей. На основе данного запроса строится форма «Результат», в которой указаны все нарушения на конкретном предприятии, весовые коэффициенты, коэффициент аварийности и составляющие коэффициента аварийности, по которым можно прогнозировать наиболее вероятную причину возникновения аварийной ситуации на данном предприятий.
Разработка пользовательского интерфейса. Реализация базы данных заключается в наборе экранных форм, связанных между собой. Основная форма «Выбор объекта» представляет собой меню, в котором можно выбрать вид объектов (предприятия, краны, вышки, подъемники, обучающиеся, приборы безопасности и т.д.). Формы, в которых выводятся данные об объектах, предусмотрены кнопки переключения режимов (режимы модификации данных, добавления, удаления). Формы связаны между собой «каскадом». Особенно такая связь между формами удобна при добавлении данных о новой единице техники или новом приборе безопасности, так как автоматически вводится внешний ключ. Если из формы «Краны» открыть форму «ОГП» для добавления нового прибора безопасности, то значение поля Заводской_№_крана будет равно значению поля Заводскойномер из открытой формы «Краны». Данная операция реализуется с помощью макроса. Для переключения Формы «ОГП» в режим добавления, создается аналогичный макрос, дополненный одной макрокомандой, которая задает значение поля Заводской_№_крана.
Структуры основных макросов приведены в приложении 1. Таким образом, разработан интерфейс, удобный для пользователя. Система позволяет пользователю получить информацию как непосредственно о возможности возникновения аварийной ситуации на предприятии и ее наиболее вероятных причинах (коэффициент аварийности, зафиксированные нарушения), так и сведения о предприятиях, обучающихся, данные об эксплуатирующихся устройствах, приборах безопасности. Пользователь имеет возможность выбирать режим обработки данных непосредственно в рабочей форме. В системе также реализована возможность поиска необходимых данных. Ввод данных может быть проведен несколькими путями: либо раздельно вводятся данные по всем объектам, а потом уже логически соединяются, либо представленными средствами создаются и соединяются между собой прямо из связываемых объектов. Это значительно облегчает заполнение базы данных.
Кроме того, обеспечивается удаление всех данных, относящихся к удаляемому из картотеки предприятию. Исключена возможность возникновения ситуации, при которой на кранах (вышках) могут быть установлены приборы обеспечения безопасности с другого предприятия, а также ситуация, когда один прибор обеспечения безопасности может быть установленным сразу на нескольких кранах (вышках) этого или другого предприятия.
Обеспечение безопасности базы данных. Система обеспечения безопасности базы данных предотвращает возможность случайного или намеренного просмотра, модификации, удаления или разрушения информации в файлах базы данных лицами, не имеющими (юответствующих прав доступа /17/.
В большинстве баз данных существуют две основные группы пользователей базы данных: Администраторы, которые имеют право просматривать, обновлять и удалять информацию из базы данных. Постоянные и случайные пользователи базы данных, обладающие ограниченными правами при работе с базой данных.
Одним из основных достоинств интерфейса системы является удобное и простое переключение форм в режимы модификации, добавления, удаления данных. Кнопки переключения расположены в каждой форме и доступны для всех пользователей. Таким образом, появилась необходимость разработать систему защиты данных от пользователей, которые не имеют особых прав на использование базы данных.
Простейшим способом частичного обеспечения безопасности базы данных является парольная защита файлов базы данных. Именно этот вид защиты применен в системе.
При открытии программы появляется форма, в которой предлагается определить группу пользователей, к которой относится данное лицо. Если выбирается группа «Пользователь», то после нажатия соответствующей кнопки запускается система, состоящая из всех описанных выше форм, но в которых не выводятся на экран кнопки переключения режимов. Таким образом, пользователь не имеет доступа к изменению информации, содержащейся в базе данных.
При выборе группы «Администратор», открывается форма, в которой нужно указать пароль системы. После ввода пароля, запускается макрос, который проверяет введенный пароль с тем, который хранится в специальной таблице «Пароль» базы данных. Эта таблица состоит из одного поля и одной строки, и в нее запрещено добавление новых строк, можно только изменять значение ячейки (смена пароля). Бели пароль совпадает со значением в таблице, то система будет открыта в режиме, позволяющем модификацию данных. Если введен неверный пароль, то выводится сообщение «Введен неверный пароль», и предлагается новая возможность. Таким образом, разработанная система защиты данных не мешает пользователям, не знающим пароля использовать базу данных, а только ограничивает их права на проведение операций добавления, удаления и модификации данных.
Выбор сред для реализации системы диагностики
Система диагностики приборов безопасности грузоподъемных машин состоит из двух взаимосвязанных частей. Первой частью является экспертная система, а второй система математического моделирования блоков прибора.
Для построения ЭС в данный момент доступны следующие средства: языки программирования, языки инженерии знаний, вспомогательные средства и средства поддержки.
Языки программирования делятся на проблемно-ориентированные, типа Fortran, Pascal, Delphi, BASIC и языки обработки текстов, такие как Lisp, ProLog. Каждый из этих языков имеет свои достоинства и недостатки применительно к их использованию для построения ЭС. Однако, необходимо отметить, что языки обработки текстов специально разрабатывались для работы с базами знаний и несомненно являются более удобными средствами для построения ЭС /42,43/.
Языки инженерии знаний подразделяют на скелетные (EMYCIN, EXPERT) и универсальные (OPS 5, ROSIE) языки. Они являются инструментальным средством разработки ЭС, состоящим из языка построения ЭС, погруженного в обширное поддерживающее окружение, но в силу своих особенностей (заданный механизм вывода, применимость только к узкому классу проблем, достаточная сложность) они не пригодны для решения поставленной задачи.
Вспомогательные средства построения ЭС делятся на две категории: средства проектирования (AGE) и средства приобретения знаний (TEIRESIAS). Средства проектирования помогают разработать проект ЭС, но т.к. создаваемая система не является чрезмерно сложной, то при ее создании достаточно средств предлагаемых языками обработки текстов. Средства приобретения знаний оказывают помощь в отборе необходимых знаний у человека-эксперта и представлении их в форме понятной для машины. В связи с тем, что существующие средства приобретения знаний эффективны только в определенных предметных областях, объем нужных знаний значительно сокращен в ЭС и во избежание конфликта вспомогательного средства с действующей системой средства приобретения знаний при построении ЭС не используются.
Средства поддержки можно разделить на средства, облегчающие программирование (отладочные средства, редакторы баз знаний) и средства, увеличивающие возможности законченной системы (встроенный механизм вывода и объяснения). Эти средства, как правило, являются частью языка инженерии знаний и спроектированы специально для работы в рамках этого языка, поэтому их использование в ЭС исключено.
Таким образом, наиболее приемлемой средой для создания экспертной системы являются языки обработки текстов. Для данного проекта был применен ProLog.
Для математического моделирования радиоэлектронных элементов применяется ряд САПР, наиболее распространенными из которых являются следующие: программы семейства PSpice, P-CAD, NAP 2, ДИСП-ПК, ПРАМ-ПК, APLAC 7.0, программный комплекс DesignLab 8.0, Electronics Workbench 5.0, System View 1.9, Micro-Cap V. Однако большинство из этих программ имеют очень ограниченную область применения и не пригодны для построения системы диагностики. Сравнительный анализ перечисленных систем показывает, что наиболее оптимальные качества обеспечиваются пакетами PSpice и Micro-Cap V /44,45/. В табл. 2.2 приводятся их основные характеристики.
Необходимость интегрирования системы математического моделирования блоков с экспертной системой, созданной на ProLog, а также ограниченные возможности пакетов вынуждают отказаться от использования готовых программ анализа электронных схем. Наиболее рационально, во избежание системных конфликтов, использовать среды не требующие существенных машинных ресурсов, т.е. языки программирования высокого уровня, такие как Turbo Pascal, C++, ForTran и др. Предлагаемая система реализована на Turbo Pascal.
Первым этапом построения ЭС является определение и анализ целей проекта /40/. Цели системы разделяют на три категории: конечные, промежуточные и вспомогательные. Применительно к рассматриваемой задаче конечной целью является определение возможной неисправности ОГБ-3, либо выявление отказавшего блока прибора. В качестве промежуточных целей, т.е. действий или событий которые произойдут после того, как будут решены частные проблемы, можно выделить следующие: выявление возможности отказа ДД, БР, ДУС, ДВ, ПИ, а также определение отказов, связанных с коммутацией блоков, монтажом ШР, исправностью системы электропитания датчиков и т.д.
Использование определения промежуточных целей позволяет разбить общую проблему на подпроблемы, сократить неопределенность цели, сузить проблемную область.
Вспомогательными целями являются определения частных факторов, связанных с функционированием ограничителя грузоподъемности в целом и каждого из блоков в частности.
На втором этапе построения ЭС производится сбор, структуризация и верификация информации по данной предметной области. В качестве экспертов лля этого были привлечены ведущие специалисты АОЗТ УМ-67, АОЗТ "Кама" и НТО-ИКЦ БІТУ им. Д.Ф.Устинова. На основе полученной информации об отказах ОГБ-3 и опираясь на ранее существовавшие факты /31,31/ построена таблица характерных отказов ОГБ-3, приведенная в приложении 3. Данная таблица представляет собой таксономию фактов и является основой для построения дерева решений.
Третьим этапом построения ЭС является заполнение базы знаний системы. Как было отмечено выше, информацию в базе знаний имеет смысл представлять по методу, основанному на правилах, а механизм вывода должен реализовывать "обратную цепочку рассуждений". Учитывая это, опираясь на таблицу характерных отказов, строится дерево решений. Укрупненный вариант дерева решений представлен на рис. 2.4, а полный вид приведен в приложении 5.
Способы совершенствования выборочного метода стандартизированного контроля знаний
Выполнить все необходимые требования к контролю знаний можно, только используя комплексную систему, в состав которой должны входить как традиционный, так и стандартизированный контроль.
Традиционные методы контроля, безусловно, имеют свои преимущества: они позволяют получить логически обоснованный ответ, выявить действительно достигнутый уровень усвоения, адаптироваться к действиям обучающихся. Однако при устном или письменном контроле не выполняется большинство требований к контролю, преподаватель не может получить необходимую ему информацию.
В силу указанных соображений в учебном процессе для выявления и измерения успешности обучения стали широко использовать давно известную методику стандартизированного контроля /23/. Под стандартизированным контролем следует понимать стандартизацию в отношении: содержания испытаний; формы испытания; оценки результатов; количественной и качественной обработки оценки результатов. Стандартизированный контроль широко используется в различных учебных заведениях. Многие называют его по аналогии с разветвленным программированным обучением - "программированным контролем" или программированным обучением /24/.
При стандартизированном контроле знаний применяются три метода ответа - результативный, конструктивный (конструируемый) и выборочный (альтернативный).
При результативном методе обучающийся непосредственно отвечает на вопрос (результат решения задачи, ход ее решения и т.д.). Для реализации этого принципа требуются весьма сложные технические устройства. Поэтому результативный метод широкого распространения не получил.
Под конструктивным методом понимается возможность конструирования ответа самими обучающимися. В связи с ограниченными возможностями современных контролирующих устройств и сложностью использования этого метода при стандартизированном тестовом контроле он также не получил широкого распространения. Для конструирования своего ответа обучающийся должен выбрать из специального словаря различные символы (буквы, слова, цифры, термины и т.д.). Пользование таким словарем дело чрезвычайно сложное, а иногда и просто недопустимое, так как с увеличением многообразия решений он может стать настолько большим, что его применение становится практически невозможным.
Наибольшее распространение при стандартизированном контроле знаний получил выборочный метод /25/. Смысл этого метода заключается в том, что обучаемому предлагается вопрос и несколько вариантов ответа на него. Он должен выбрать из них тот, который считает правильным (наиболее полным), и ввести его в машину (отметив в тесте).
Как показывают исследования /26,27/, недостатки, присущие выборочной методике, при методически правильно организованном контроле оказываются не слишком серьезными. Главный недостаток заключается не в самом выборочном методе, а в неправильном его применении. Не умаляя недостатков выборочного метода, нужно отметить его достоинства, к которым следует отнести возможность: применять его при стандартизированном контроле и с использованием простейших технических устройств; избегать кодирования ответов (метод не требует перекодирования); производить проверку по разнообразным дисциплинам при большом количестве вопросов; дифференцировать знания обучаемых.
В зависимости от выбранного ответа можно судить не только о знании или незнании вопроса, но и о том, в чем заключается пробел в знаниях, т.е. анализировать усвоение обучающимися материала и полнее отображать, какие из пройденных разделов усвоены лучше, какие хуже, обеспечивая этим индивидуальный подход к обучению.
Несмотря на наличие в выборочной системе немалых достоинств, ей, безусловно, присущи и недостатки, из которых следует выделить: возможность диагностировать лишь уровень знакомства с предметом; большая вероятность угадывания (доугадывания) некоторых ответов; отсутствие логического обоснование своего выбора. Выборочные тесты, когда одновременно предъявляется вопрос и варианты ответа на него, могут применяться для проверки (диагностики) лишь первого уровня усвоения материала - знакомства. Для решения таких тестов от обучаемых требуется только один вид деятельности - воспроизведение и умение, т.е. выборочные тесты не пригодны, так как эти виды деятельности требуют самостоятельной (конструктивной) работы обучаемых. В ограниченных возможностях диагностики уровней усвоения и заключается один из недостатков избирательных тестов.
Вместе с тем выборочная методика может быть использована для диагностики не только уровня знакомства, но и более высоких уровней. Однако в этом случае необходимо изменить методику предъявления тестов обучаемым.
Рассмотрим, недостаток выборочной системы, связанный с возможностью угадывания правильного ответа, т.е. случайного выбора ответа. Проанализируем это, используя известные методы теории вероятности. Пусть обучаемым дана серия из пяти вопросов, на каждый из которых предложено три, четыре или пять вариантов ответов. Из предложенных вариантов лишь один является правильным
