Содержание к диссертации
Введение
1 Особенности проектирования средств для прогнозирования состояния технических объектов 9
1.1. Особенности среде ТЕ для прогнозирования состояния технических объектов и процесса их проектирования 9
1.2. Проектирование средств для прогнозирования состояния технических объектов - как частная задача проектиро вания технических среде ТЕ .диагностирования 13
1.3. Постановка задачи исследования 21
2 Выбор метода прогнозирования из заданной совокупности методов 29
2.1. Анализ методов прогнозирования 29
2.2. Постановка задачи Еыбора метода из библиотеки методов 41
2.3. Разработка библиотеки методов 50
2.4. Разработка формализованной процедуры Еыбора метода
прогнозирования 70
2.5. ВЫВОДЫ 75
3 Построение алгоритма функционирования и его оценка 77
3.1 Постановка задачи построения алгоритма 77
3.2. Формирование обобщенного алгоритма прогнозирования . 79
3.2. Разработка формализованной процедуры преобразования обобщенного алгоритма в требуемый 9*
3.4. Постановка задачи оценки алгоритма 98
3.5. Разработка процедуры имитационного моделирования .для оценки алгоритма 101
3.6. ВЫВОДЫ ' П5
4. Применение метода для проектирования средот для прогнозирования состояния изделий электронной техники 117
4.1. Постановка задачи 117
4.2. Построение оптимального алгоритма функционирования средства прогнозирования 121
4.3. Проектирование средств прогнозирования на базе систем автоматического контроля 123
4.4 Проектирование среде прогнозирования специализированного типа 130
4.5 ВЫВОДЫ 141
Заключение 142
Список использованных источников 144
Приложения 155
- Особенности среде ТЕ для прогнозирования состояния технических объектов и процесса их проектирования
- Анализ методов прогнозирования
- Формирование обобщенного алгоритма прогнозирования .
- Построение оптимального алгоритма функционирования средства прогнозирования
Введение к работе
В "Осноеных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 года и на период до 1990 года" указывается, что на осноеє использования достижений науки и техники необходимо: "... ускорить внедрение автоматизированных мєтодое и средотв контроля качества и испытания продукции как составной части технологических процессов" /ІЛ
Одним из способов повышения эффективности контроля является использование технических средств диагностирования и, е частности, средств для прогнозирования состояния сложных объектов технической природы.
Как показывают данные отечественной и зарубежной литературы, последние годы характеризуются интенсивными научными исследованиями е прогнозировании технического состояния сложных объектов. Ряд задач в проблеме прогнозирования нашел достаточно полные и конкретные решения, некоторые еще подлежат решению. К числу последних относится задача проектирования средств прогнозирования состояния технических объектов. Переход к проектированию, как пра-еило, есть результат успешных исследований в той или иной области науки, позволяющей от теоретических обобщений перейти к их воплощению е практике проектирования. Проектирование базируется на разработках, которые охЕатыЕают практически есє стороны научной проблемы. Не составляет исключения и рассматриваемая область - проектирование средств прогнозирования состояния (СПС) технических объектов (ТО), такой научной дисциплины, как техническая диагностика.
Необходимо также отметить, что автоматизация проектирования является Еажной составной частью научно-технического прогресса. В решениях ХХУІ съезда КПСС расширение автоматизации проектно-конструкторских и научно-исследовательских работ с применением электронно-вычислительной техники названо е числе осноеных задач экономического развития СССР на ближайшие годы /I/.
Анализ практикуемых подходов к проектированию СПС ТО показывает, что одним из главных е проектировании является этап построения алгоритмов функционирования СПС ТО. Вышеизложенное, а также, то, что Еопросы, связанные с формализацией этого этапа проектирования до настоящего Еремени практически не рассматривались, позео-ляет сделать еыеод об актуальности создания метода построения алгоритмов функционирования СПС ТО.
Актуальность и важность исследования подтверждается и тем, что работы по автоматизированному проектированию технических систем диагностирования и, в частности, СПС ТО Еключены в Координационный план научно-исследовательских работ АН СССР по комплексной проблеме "Кибернетика" на 1981-85 гг., раздел I.12.10.3. "Теория автоматов и техническая диагноо гики "подраздел з)."Раз работка, создание и внедрение средств и систем тестового и функционального диагностирования сложных объектов", а также е План научно-исследо-Еательских работ е области технической кибернетики МинВУЗа СССР, раздел."Информационные системы", подраздел 3."Информационные процессы е системах контроля и диагностики", пункт 3.5."Разработка мєтодое проектирования систем .диагностики с помощью ЭВМ".
Целью данной диссертационной работы является разработка и исследование формализованного метода построения алгоритмов функционирования средств для прогнозирования состояния сложных технических объектов.
Для достижения указанной цели необходимо: проанализировать особенности СПС ТО и методику их проектирования, разработать этапы метода построения алгоритмов функционирования СПС ТО; разработать формализованные процедуры построения алгорит- мов функционирования СПС ТО; разработать инженерные методики, реализующие предложенные формализованные процедуры; разработать программы, реализующие инженерные методики предложенных процедур; применить разработанные процедуры, методики и программы для построения алгоритмов функционирования СПС конкретных технических объектов.
Ниже приводится краткая характеристика диссертационной работы.
Методы исследования. Для решения поставленных Еыше задач использовались как эвристические методы так и методы теории множеств, кластерного анализа, теории ранговой корреляции, теории алгоритмов, теории вероятностей и математической статистики и моделирование на ЦВМ.
Научная новизна выполненного исследования состоит в следующем:
Задача проектирования СПС ТО сформулирована как частная задача проектирования технических средств диагностирования. Разработаны этапы проектирования СПС ТО и их содержание.
Предложен метод построения оптимальных алгоритмов функционирования СПС ТО, включающий следующие этапы: а) Еыбор метода прогнозирования технического состояния ТС; б) собственно построение алгоритма функционирования СПС ТО и е) оценку алгоритма функционирования СПС ТО.
Разработаны формализованные процедуры, реализующие этапы метода: а) процедура Еыбора метода прогнозирования технического состояния ТО; б) процедура построения алгоритма функционирования; е) процедура оценки алгоритма функционирования СПС ТО.
Практическая ценность диссертационной работы состоит в следу-
7 іщем:
На основе предложенных формализованных процедур построения лгоритмоЕ функционирования разработаны инженерные методики к вы-:олнению расчетов по: а) выбору метода прогнозирования техническо-'о состояния ТО; б) построению алгоритма функционирования СПС ТО; і) оценки алгоритма функционирования СПС ТО.
Разработаны машинные программы для ЭВМ Единой серии, реа-[изующие процедуры и предназначенные для использования е системе lb томати зированного проектирования СПС ТО.
По построенным с применением метода алгоритмам разработаны ПС БИС ПИЗУ в процессе произЕсдстЕа на базе систем аЕТоматическо-о контроля типое "Вишня", "Вахта"и "Интеграл",а также специализи-юеэнного типа на базе микро-ЭВМ, устройств .для определения коэффи-иентоЕ линейной регрессии и устройств для определения условных магматических ожиданий.
Реализация е промышленности. Предложенный е дис с ер тал, ионной іаботе метод построения алгоритмов использован при разработке СПС ИС ППЗУ. Внедрение средеТЕа прогнозирования е технологический провес производства микросхем на НПО "Восток" позеолило сократить [роцент Еыхода брака (имеются акты о внедрении с общим экономически эффектом около НО тысяч рублей е год)."Методические указания : выполнению расчетов по выбору метода прогнозирования состояния 'О" использовались при разработке ноеых контрольно-диагностических :истем. Экономический эффект от Енедрения указаний, полученный за :чет сокращения времени на проектирование ноеых систем, составил 14,7 тысячи рублей в год.
На защиту выносится следующее:
Метод построения алгоритмов функционирования СПС ТО.
Формализованные процедуры: а) Еыбора метода прогнозироЕа-[ия состояния ТО; б) построения алгоритма функционироЕания СПС ТО; е) оценки алгоритма функционирования СПС ТО.
3. Средства прогнозирования состояния, реализующие алгоритмы, построенные с помощью предложенного метода.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались на трех всесоюзных семинарах, пяти республиканских семинарах и конференциях и трех областных конференциях.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в еосьми печатных работах, двух авторских свидетельствах и одной рукописной работе.
Особенности среде ТЕ для прогнозирования состояния технических объектов и процесса их проектирования
Прогноз Е переводе с греческого "прогнозно" означает предЕИ-,ение, предсказание. В настоящее Бремя употребляется в значении ре-іультата вероятностного суждения о будущем на основе специального [аучного исследования /2/. В технике, как правило, это результат іпределения будущего состояния объекта технической природы.
Прогнозирование есть техническая дисциплина, Еключающая Е се-ія теорию и методы организации процессов получения прогноза, а таксе принципы построения средств получения прогноза. Отсюда следует, іто задачами этой технической дисциплины ЯЕЛЯЮТСЯ задачи по прогно-іироЕанию состояния Е котором окажется объект в некоторый будущий юмент Бремени. ИспраЕное и Есе неисправные состояния объекта об-зазуют множество его технических состояний /3/. Поэтому Еыше-іформулироБанная задача может быть определена, как прогнозирование іехнического состояния (или просто состояния) объекта.
Объектами прогнозирования могут быть любые технические изде-іия, устройства или системы, относительно которых имеет смысл ста-зить и решать задачи прогнозирования их технического состояния. С таким объектам могут быть отнесены информационно-измерительные зистемы, системы автоматического управления и регулирования, сред-iTEa вычислительной техники, технические средства АСУ, а также отдельные блоки, узлы и детали этих систем преимущестЕенно радиоэлектронного типа. Все такие объекты будем называть вліоследствии техническими объектами (ТО).
Для определения места прогнозирования технического состояния объектов в системе родственных технических наук рассмотрим ДЕЄ наиболее распространенных концепции.
Первая концепция изложена Е работе /3/. Согласно этой концепции разделяют три типа задач по определению технического состояния ТО. К первому типу относятся задачи по определению состояния, Е котором находится объект в настоящий момент времени. Задачами второго типа ЯЕЛЯЮТСЯ задачи по прогнозированию состояния, Е котором окажется объект Е некоторый будущий момент Бремени. Наконец, к третьему типу относятся задачи определения состояния, в котором находился объект в некоторый момент Бремени Е прошлом. Задачи первого типа формально относят к технической диагностике, второго типа - к технической прогностике (прогнозированию) и третьего типа - к технической генетике.
Анализ методов прогнозирования
В настоящее Еремя разработано большое количество инженерных ме- ОДОЕ прогнозирования технического состояния объектов Е процессе їх проектирования, производства и эксплуатации. В зависимости от юпользуемого математического аппарата ЕСЄ методы прогнозирования !ехнического состояния можно разделить на три группы: I) метода іналитического прогнозирования; 2) методы вероятностного прогнозирования и 3) методы статистической классификации (распознавания бразоЕ). Это объясняется тем, что, Е общем случае, изменение технического состояния объекта описывается нестационарным случайным іроцессом. Поэтому, Е зависимости от имеющейся информации о процесіє изменения состояния (модели изменения состояния) .для решения за-щч. прогнозирования требуются в каждом случае свои методы, осноЕан-ше на различном математическом аппарате /38/.
К методам аналитического прогнозирования относят: метод экстраполяции значений параметра, градиентный метод, метод обобщенного іараметра, метод прогнозирования с адаптацией, метод построения математических моделей, метод Бокса-Вильсона /38,39,40/.
Формирование обобщенного алгоритма прогнозирования
Задачи прогнозирования состояния могут быть решены различными методами (аналитического, вероятностного прогнозирования и статистической классификации), поэтому и структура средств прогнозирования зависит от Еыбранного метода и от тех конкретных требований, которые предъявляются к этим средствам Е отношений точности, быстродействия, надежности и т.п. В соответствии с этим СПС по своей структуре, а также по используемым алгоритмам могут быть разделены на три ОСНОЕНЫХ типа: детерминированные СПС, вероятностные СПС и статистические классификаторы /39/.
Разработка обобщенного алгоритма прогнозирования производится на ОСНОЕЄ анализа алгоритмов трех ОСНОЕНЫХ ТИПОЕ средств, реализуемых с помощью ЦВМ систем автоматического контроля и специализированного типа. Эти средства по данным литературы /38,39/, /61-85/ широко используются для решения задач прогнозирования состояния ТО Е процессе производства и эксплуатации.
Разработка обобщенного алгоритма начинается с разработки обобщенных алгоритмов функционирования трех ТИПОЕ СПС.
Для описания алгоритмов используется язык логических схем алгоритмов (ЛСА), описанный, в частности, Е работе /60/.
Простейшими по структуре предетаЕИТелями детерминированных СПС являются экотраполяторы. Эти средства используют метод экстраполяции значений параметра, описывающего техническое состояние объекта. В непрерывном экстраполяторе /40/ измеренное и нормированное напряжение, пропорциональное контролируемому параметру, подается Е запоминающее устройство, где квантуется по Бремени.
Построение оптимального алгоритма функционирования средства прогнозирования
Одна из Еажных задач при Енедрении систем управления качеством изделий электронной техники (ИЭТ) Е процессе производства -задача оптимизации контроля качества. Оптимизация контроля достигается, Е частности, обеспечением аппарата управления достоверными, достаточными и представленными Е удобной форме СЕЄДЄНИЯМИ О возникающих отклонениях Е процессе производства, а также правильной оценкой допустимости ЕыяЕленных отклонений /104/. В СЕЯЗИ с этим при контроле необходимо оценивать и учитывать техническое состояние изделий не только Е данный момент Еременк (в данном месте технологического процесса), но и тенденцию его изменения. Отсюда информационно-логическая часть среде ТЕ контроля должна прогнозировать техническое состояние с учетом изменения как отдельных показателей, так и совокупности показателей технического состояния. Например, если по контролируемым параметрам изделий до операции прогнозируются значения параметров после операции, сравниваются с заданными, то потенпиально ненадежные изделия отбрако-ЕЫЕаются еще на ЕХОДЄ операции. Таким образом, прогнозирование изменения технического состояния ИЭТ Е процессе производства дает возможность уже с первых операций, когда основные показатели качества изделий еще не сформированы, "вмешиваться" Е технологический процесс с целью управления, оптимизации технологии изготовления, получения максимального процента Еыхода годных изделий и заданных показателей качества.
