Введение к работе
Повышение требований к эффективности, надёжности и безопасности эксплуатации сложных технических систем (промышленных, транспортных, энергетических и др.) делает необходимым проведение исследований на всех этапах жизненного цикла этих систем. Одним из необходимых условий успешного управления техническими системами является их диагностика, то есть классификация состояний системы с целью принятия решения по режиму её дальнейшей эксплуатации или виду ремонта.
Оценку состояния механических технических систем принято производить с выделением их подвижных и неподвижных компонентов. Особая роль подвижных компонентов при анализе технических систем связана с тем, что именно эти детали механизмов, как правило, в наибольшей степени подвержены возникновению дефектов и неисправностей, что определяет актуальность темы исследования.
Анализируя научные исследования, посвященные диагностике технических систем, можно выделить три основных направления. В рамках первого направления, представленного работами Башта Т.М., Биргера И.А., Птичкова С.Н., Сухорукова В.В., Клюева В.В., Патона Б.Е., Фролова К.В. и др., основное внимание уделяется техническим вопросам измерения эксплуатационных параметров и определения допустимых интервалов их значений. Второе направление базируется на математическом моделировании процесса эксплуатации и тестовых испытаний компонентов технических систем (например, работы Баничука Н.В., Дергунова Н.П., Кравчука А.С., Ломазова В.А., Москвичева В.В., Немировского Ю.В. и др.). В настоящее время наиболее широкое распространение получило направление диагностики компонентов технических систем, основанное на применение подходов и методов системного анализа и теории принятии решений, представленное в работах таких российских и зарубежных ученых, как Горелик В.Ю., Журавлев Ю.И., Ларичев О.И., Ногин В.Д., Орлов А.И., Подиновский В.В., Саати Т. и др.
В рамках классификационного подхода при принятии решений в пространстве альтернатив большой размерности перспективным является применение биоинспирированных методов, в том числе методов иммунной сети (МИС), построенных на принципах функционирования биологической иммунной системы. Вычисление детекторов классов с помощью МИС позволяет учесть специфику для каждого из них (распределение значений в пространстве) и, тем самым, отнести испытуемый объект к тому или иному классу с более высокой точностью. Желательным решением задачи является небольшое число возможных вариантов, упорядоченных по степени соответствия, а окончательный выбор из них осуществляет лицо, принимающее решение (ЛИР).
Объектом исследования диссертационной работы являются модели и методы диагностики подвижных компонентов технических систем.
В качестве предмета исследования рассматриваются подвижные компоненты технических систем.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является совершенствование процедуры принятия решений по выбору схемы ремонта на
основе оценки состояний подвижных компонентов технических систем за счет применения биоинспирированных подходов.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решались следующие основные задачи:
анализ проблематики диагностики механических технических систем;
разработка и исследование информационных моделей подвижных компонентов для анализа состояния систем;
разработка процедуры принятия решений по выбору схемы ремонтного обслуживания подвижных компонентов технических систем;
проектирование и программная реализация автоматизированной системы оценки состояний и поддержки принятия решений по выбору режима эксплуатации подвижных компонентов технических систем.
Методы и средства исследований. При проведении диссертационного исследования использовались методы системного анализа, теории принятия решений, дискретной математики, теории искусственного интеллекта, а так же инструментальные средства экспертных технологий, методы проектирования и программирования информационных систем.
Обоснованность и достоверность полученных результатов обусловлена корректностью математических выкладок, согласованностью основных теоретических решений с их практической реализацией, а также результатами вычислительных экспериментов по тестированию созданных алгоритмов, которые подтверждают непротиворечивость основных теоретических результатов и выводов.
Научную новизну работы составляют:
-
информационное модельное описание подвижных компонентов сложных технических механических систем, отличающееся от существующих моделей учётом влияния неподвижных компонентов, а также стохастическим и нечётким описанием отдельных атрибутов;
-
принцип дискретного описания состояния систем на основе сочетания классификационного и экспертного подходов, отличающийся унификацией представления детерминированных, стохастических и нечётких атрибутов;
-
процедура разработки решающего правила при выборе схемы ремонтного обслуживания на основе взвешенного метрического расстояния между состояниями подвижных компонентов технических систем;
-
процедура принятия решений по выбору схемы ремонта подвижных компонентов на основе разработанной модификации метода клонального отбора и генетического алгоритма, позволяющая сократить пространство выбора.
Практическая значимость работы заключается в:
-
создании программного комплекса, предназначенного для решения задач диагностики технических систем методами теории иммунных систем;
-
внедрении разработанной автоматизированной системы исследования состояния подвижных компонентов технических систем на предприятии ОАО «Связьстрой-1» (г. Белгород), что позволило уменьшить частоту возникновения незапланированных ремонтов и добиться снижения затрат на проведение ремонтных работ;
-
использование разработанных моделей и методов в учебном процессе в
Белгородском университете кооперации, экономики и права и в Белгородской государственной сельскохозяйственной академии им. В.Я. Горина.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на VIII Международной научно-методической конференции «Информатика: проблемы, методология, технологии» (Воронеж, ВГУ, 2008), VI Международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, КурскГТУ, 2008), I Международной научно-технической конференции «Компьютерные науки и технологии» (Белгород, БелГУ, 2009), XI Международной научно-методической конференции «Информатика: проблемы, методология, технологии» (Воронеж, ВГУ, 2011), Международной научной конференции «Perspektywiczne opracowania sa^ nauka^ і technikami» (Перемышль, Польша, 2011), III, IV, V Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве» (Орел, ОрелГТУ, 2008, 2010, 2012).
Диссертационное исследование проводилось в соответствии с проектом «Информационно-вычислительные интеллектуальные системы управления роботизированными транспортными средствами для решения логистических задач промышленных и агропромышленных производств», выполняемым по Гранту РФФИ № «12-07-97526-р_центр_а».
По результатам исследований опубликовано 12 научных работ, в том числе 4 из них - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации основных результатов кандидатских диссертаций, а так же получено Свидетельство об официальной государственной регистрации программы для ЭВМ.
Положения, выносимые на защиту:
-
Способ формирования дискретных информационных моделей подвижных компонентов технических систем, обладающих дискретными, стохастическими и нечеткими свойствами.
-
Процедура формирования решающего правила по выбору схемы ремонта подвижных компонентов технических систем.
-
Комплекс алгоритмов поддержки принятия решений по выбору схемы ремонта на основе кластеризации и распознавания образов.
-
Проектная и программная реализация автоматизированной системы исследований подвижных компонентов технических систем.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа изложена на 116 страницах основного текста, включающего 43 рисунка, 3 таблицы, список литературных источников из 119 наименований. В приложение вынесены тексты программ и графические материалы.
