Введение к работе
Актуальность темы. Развитие многопараметрических технических объектов (МТО), таких как распределённые вычислительные системы, системы связи, военная техника, специальная техника и т.п., происходит в направлении функционального и структурного усложнения, а также интеграции различных по типу устройств (механических, электрических, электронных и пр.) в один МТО. В связи с этим возрастают требования к быстродействию и достоверности управления их техническим состоянием, что определяет необходимость создания эффективной системы управления состоянием (СУС) МТО, которая позволит обеспечить оперативный контроль и диагностику в процессе их эксплуатации. Под состоянием подразумевается работоспособность частей МТО, обеспечивающих выполнение основных функций. А под управляющими решениями подразумеваются решения, касающиеся поиска и устранения причин возникновения неисправностей техники. Возможности для решения указанных задач определяются наличием интегрированных компьютеризированных систем, способных взять на себя выполнение некоторых трудоёмких этапов данного процесса.
Теоретическим исследованиям в области технической, диагностики и теории больших систем управления посвящены труды многих зарубежных и отечественных ученых, в том числе Изерман Р, Гольдман Р.С., Чипулис В.П. Щербаков А.Н., Клюев В.В., Денисов А. А и Колесников Д.Н. Научные исследования в области разработки интеллектуальных методов диагностики ведутся с середины XX века и изложены в работах учёных Ньюэлла А., Шоу Дж., Саймона Г., Питта У, Эшби У. Р., Селфриджа О, Кавера Т. и Харта П., Хомского Н.
Создание СУС в первую очередь требует разработки алгоритмов и методов, необходимых для поддержки принятия решений по управлению состоянием МТО и диагностики работоспособности основных компонентов МТО, обеспечивающих выполнение основных функций.
Одной из основных проблем в этой области, является задача разработки методов и средств выявления причин возникновения неисправностей МТО. Существующие интеллектуальные советующие системы, такие как экспертные системы и нейронные сети не способны решить ряд необходимых на сегодняшний день задач, решение которых
априорно не внесено в базу знаний СУС МТО. Человек же решает задачу поиска причин неисправностей с использованием понятийного аппарата, в основе которого заложено представление о понятии как о многоплановой и многоуровневой информационной единице, наделённой смыслом. Учёт семантической информации об образцах техники, выраженной понятиями, может повысить эффективность управления состоянием МТО, поэтому для решения нестандартных задач целесообразно применение метода построения рассуждений, отличного от формально-логического вывода, используемого в экспертных системах, и включения сюда методов семантического анализа.
Для решения задачи повышения эффективности управления
состоянием МТО предлагается интеграция различных
интеллектуальных советующих систем в виде отдельных модулей в один программно-диагностический комплекс (ПДК), таким образом, чтобы решение поставленной задачи осуществлялось тем модулем, который имеет большие возможности для этого. Создание такого комплекса предполагает разработку новых методов принятия решений и обработки информации, накопленной в базах знаний для идентификации неисправностей МТО на основе семантического анализа этой информации. Это позволит расширить функциональные возможности комплекса за счёт увеличения объёма необходимой информации о неисправностях МТО и повышения её достоверности
Таким образом, исследования, направленные на разработку алгоритмов, методов и программных средств, позволяющих на основе интеллектуальных технологий, повысить достоверность диагностики и эффективность управления состоянием МТО являются актуальными.
Целью диссертационной работы является разработка методов,
алгоритмов и математической модели, позволяющих создать ПДК,
обеспечивающий повышение достоверности обнаружения
неисправностей и увеличение эффективности управления состоянием МТО
Задачи работы. Для достижения общей цели необходимо решение следующих задач:
исследование существующих интеллектуальных методов диагностики и способов построения СУС МТО;
определение особенностей организации иерархических СУС МТО и разработка на их основе новых методов и алгоритмов принятия решений по управлению состоянием;
разработка способа представления базы знаний, математической модели и алгоритмов, необходимых для выявления смысла и связей диагностических записей на основе методов семантического анализа;
разработка структуры и программная реализация диагностического комплекса по поиску и устранению неисправностей МТО с использованием методов семантического анализа;
экспериментальная проверка разработанных научных положений, методов и реализации ПДК.
Методы исследования. Данная работа базируется на методах системного анализа, распознавания образов, компьютерной лингвистики и семантического анализа, теории и методах диагностики систем.
Научная новизна. В работе получены следующие новые научные результаты:
предложен новый подход к использованию интеллектуальных технологий в СУС МТО, основанный на анализе и применении семантической информации с последующим распознаванием неисправностей техники по её признакам;
формализовано представление структуры СУС МТО, предназначенной для управления информационными потоками, автоматизации и сопровождения процесса поддержания технических средств в рабочем состоянии;
разработано формализованное представление базы знаний в виде семантического куба;
разработана математическая модель семантического анализатора, позволяющая выявлять смысл и связи диагностических записей;
разработан метод активации узлов на основе абдуктивного подхода к принятию управленческих решений в распределённой СУС МТО;
разработан алгоритм определения семантической близости фраз на основе предложенных семантических норм для решения задачи диагностики МТО;
создана информационная структура ПДК на основе базы данных, базы знаний, нейросетевого кластеризатора, экспертной системы и семантического анализатора;
разработан ПДК по поиску неисправностей МТО и выработки
рекомендаций по их устранению на основе методов семантического анализа.
Практическая ценность работы. Разработанный ПДК предназначен для анализа информации о неисправностях МТО, заносимых в журналы контроля технического состояния, способен распознавать причины возникновения неисправностей в условиях нечёткости или недостоверности исходных данных, генерировать нестандартные предложения по поиску причин возникновения неисправностей и вырабатывает рекомендации по их устранению.
Разработанные программные компоненты представляют собой законченную программную реализацию, обладающую дружественным интерфейсом и высоким быстродействием, позволяющая повысить точность идентификации возникающих неисправностей и выработки решений по их устранению в условиях повышения сложности техники и снижения квалификации обслуживающего персонала.
Результаты экспериментальных исследований показали, что применение программных средств обеспечило увеличение точности распознавания неисправностей субблоков общего применения МТО при использовании семантического анализатора, входящего в состав ПДК, до 82-92%, что на 10% выше, чем при использовании экспертного метода, и на 30-40% выше, чем при использовании статистического метода.
Достоверность. Полученные результаты являются достоверными в силу того, что основные теоретические выводы и положения диссертации научно обоснованны и подтверждены результатами экспериментальных исследований автора, актами внедрения и применения результатов диссертационных исследований.
Личный вклад автора. Все основополагающие результаты получены автором лично. В том числе:
разработка формализованного представления иерархической структуры СУС МТО;
разработка метода активации узлов для принятия решений в распределенной иерархической СУС МТО;
создание формализованного представления семантического куба и разработка математической модели семантического анализатора, необходимых для автоматизации процессов формирования и поддержки структуры семантической сети;
разработка алгоритма определения семантической близости диагностических записей;
- разработка объектно-ориентированной архитектуры, структуры
и практическая реализация ПДК для управления состоянием МТО.
Реализация и внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы нашли практическое применение в НИР «Очистка» - «Исследование путей создания высокоэффективной системы ситуационного управления основными процессами жизненного цикла ВВТ вида на основе использования интеллектуальных технологий», выполненной в ЗАО «НТЦ Элине».
Результаты работы используются также в учебном процессе МГИЭТ (ТУ) при чтении курса «Системный анализ и теории систем» на кафедре ИПОВС, и при проведении лабораторных работ по поиску и устранению неисправностей в АСУ «ПОРИ-П2» на военной кафедре. На защиту выносятся следующие положения:
анализ существующих интеллектуальных методов диагностики и состояния проблем построения СУС МТО;
формализованная иерархическая структура системы управления состоянием МТО;
метод активации узлов на основе абдуктивного подхода к принятию решений в распределённых иерархических системах управления состоянием МТО;
формализованное представление семантического куба и математическая модель семантического анализатора, позволяющих выявлять смысл и связи диагностических записей;
алгоритм определения семантической близости диагностических записей, адаптированный к применению в составе разработанного ПДК;
информационная структура и алгоритм диагностирования ПДК по поиску неисправностей МТО и выработки рекомендаций по их устранению;
ПДК для управления состоянием МТО на основе интеллектуальных технологий семантического анализа;
результаты экспериментальной проверки распознавания неисправностей техники при использовании семантического анализатора.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях:
- VII Международной научно-технической конференции
«Электроника и информатика - 2005», Москва, г Зеленоград в 2005 г.;
13 всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика», Москва, г. Зеленоград в 2006 г.;
I научно-теоретическая межвузовская конференция студентов и аспирантов «Современные тенденции развития информационно-компьютерных технологий», г. Москва, 2006 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 9 научных статей. Без соавторов опубликовано 7 работ. Три работы опубликованы в рецензированных журналах (в соответствии со списком ВАК).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, приложений, списка таблиц и списка иллюстраций. Работа содержит 125 страниц основного текста, списка литературы из 113 наименований и приложения на 47 страницах, 58 рисунков, и 8 таблиц.
Похожие диссертации на Программно-диагностический комплекс для управления состоянием многопараметрических технических объектов на основе методов семантического анализа
