Содержание к диссертации
Введение 4
ГЛАВА 1 Сравнительный анализ методов обеспечения контролепригодности и
п оста н о в ка зада чий сел едо ва н ия 10
Обзор существующих методов диагностирования и синтеза контролепригодных технических систем 10
Постановка задачи исследования 26
ГЛАВА 2 Математическая модель структурно связанных
технических объектов 28
Логическая модель 29
Упорядоченный граф 31
Матрица проверок 35
Обобщённая вероятностно-структурная модель 37
Стратегия определения состояния системы 39
2.6Диагностическая модель 41
2.7. Выводы 45
ГЛАВА 3
Информационный синтез контролепригодных
технических систем 46
3.1 Оптимизация алгоритма принятия решения
о состоянии системы 47
Оптимизация матрицы проверок 52
Оптимизация размещения блоков по
конструктивным единицам 62
3.4 Выводы
ГЛАВА 4
Практические аспекты проблемы обеспечения контролепригодности и
синтеза контролепригодных технических систем 73
Радиолокатор МРЛ-5 73
Электронная система автоматического
управления дуговой сваркой 82
4.3 Мониторинг состояния серверных компьютерных систем 89
4.4 Выводы 97
Заключение 98
Библиографический список 100
Приложения 109
Введение к работе
Возросшая сложность современных технических систем приводит к необходимости правильного и своевременного решения проблемы обеспечения их безопасной и эффективной работы.
Безопасность сложной технической системы для окружающей среды во многом определяется уровнем ее контролепригодности. Высокий уровень контролепригодности обеспечивает снижение затрат на тестирование на стадиях производства и эксплуатации с помощью внешних тестирующих устройств и является основой для создания отказоустойчивых элементов, узлов, подсистем, в которых реализуется концепция функционального самоконтроля с помощью встроенных средств диагностирования.
Жизненно важным является обеспечение контролепригодности технических систем управления вредными и опасными производствами. Приспособленность таких объектов к контролю и диагностике позволяет создавать системы автоматического поиска неисправностей, которые используются для поддержки операторов, управляющих работой этих объектов в аварийных ситуациях.
Вопросам обеспечения контролепригодности посвящено большое
количество работ как отечественных ученых [1-9]
П.П. Пархоменко, Е.С. Согомоняна, В.А. Гуляева, В.И. Сагунова, А.В. Мозгалевского, А.П.Горяшко, Д.В. Сперанского, В.П. Чипулиса, так и зарубежных [10-13] - R.G. Bennets, J.D. Brule, R.A. Johnson, C.V. Ramamoorthy, J.B. Angell и др. Однако каждый из известных в настоящее время методов синтеза контролепригодных систем и локализации дефектов применим, как правило, к определённому, достаточно узкому классу технических объектов. А большинство известных алгоритмов обладает высокой сложностью и трудоёмкостью, что делает невозможным их применение для больших систем и при работе в реальном времени.
Эффективность восстановления отказавших устройств и систем тем выше, чем меньше время восстановления. Для уменьшения времени восстановления, прежде всего, необходимо уменьшить время диагностирования, что может быть, достигнуто специальными методами и средствами обработки диагностической информации с высокой степенью автоматизации. Однако применение специальных методов и автоматизированных средств обработки диагностической информации может оказаться неэффективным, если не обеспечена приспособленность устройств и систем к диагностированию, т.е. их контролепригодность. Неприспособленность технических систем к диагностированию приводит к недопустимому увеличению времени установления места дефекта, что в свою очередь может привести с аварии с тяжелыми последствиями для обслуживающего персонала, окружающей среды и самого производства.
Следовательно, возможность диагностирования технических объектов необходимо предусмотреть на стадии проектирования, т.е. осуществить синтез контролепригодных объектов.
Актуальность проблемы определяется важностью решения задачи синтеза контролепригодных технических систем с целью повышения безопасности, надежности, эффективности и качества их функционирования.
Цель работы. Разработка методов и алгоритмов обеспечения контролепригодности и синтеза контролепригодных сложных систем, которые представляют собой объединённые в структуру блоки или могут быть описаны объединенными в структуру параметрами.
Методика исследования. Для теоретических исследований применялись методы теории множеств, теории графов, теории информации, теории булевых функций, теории вероятностей.
Объект исследования. В практическом плане объектами исследования являются структурно связанные технические системы, относящиеся к классу объектов непрерывного или дискретного действия.
Научная новизна работы. Разработаны новые методы синтеза контролепригодных систем с использованием информационного критерия качества локализации дефекта и статистического моделирования.
Основные научные результаты:
разработана обобщенная математическая модель, наиболее адекватно отражающая структурные свойства сложных систем;
разработан алгоритм определения состояния системы по результатам контрольных измерений параметров;
обоснован выбор информационного критерия глубины диагностирования как критерия качества локализации дефекта произвольной кратности и на основе этого критерия разработаны методы и алгоритмы обеспечения контролепригодности применимые к широкому классу систем;
теоретически обоснована и алгоритмически сформулирована процедура синтеза оптимальных с точки зрения контролепригодности структур системы.
В диссертационной работе сформулированы и решены следующие задачи: определение состояния системы на основании результатов измерений параметров в специально организованных точках контроля по максимуму апостериорной вероятности; минимизация количества точек контроля при заданной глубине диагностирования; максимизация глубины диагностирования при заданном количестве точек контроля; оптимизация распределения блоков по конструктивным единицам.
Практическая ценность работы. Разработанные в диссертационной работе методы обеспечения контролепригодности и алгоритмы синтеза
контролепригодных объектов предназначены для технических объектов непрерывного и дискретного действия. Практическая ценность работы заключается в том, что с помощью предложенных методов и алгоритмов можно осуществлять синтез контролепригодных объектов на этапе проектирования, что позволяет существенно повысить эффективность диагностирования этих объектов в процессе эксплуатации. Кроме того, методика определения состояния системы по результатам измерений параметров в точках контроля и соответствующий алгоритм могут быть использованы в системах автоматизированного управления сложными техническими объектами для поддержки управленческих решений -оперативного персонала.
Реализация результатов работы. Разработанные в диссертационной работе методы и алгоритмы синтеза контролепригодных систем по информационному критерию используются в ФГУП ЦНИИ «Буревестник» и в учебном процессе Нижегородского государственного технического университета.
На защиту выносятся следующие результаты:
математическая модель объекта диагностирования и метод синтеза контролепригодных объектов по информационному критерию, который являются обобщенным, т.к. позволяет наиболее полно учитывать априорные сведения о структуре объекта и его вероятностном описании;
метод и алгоритм определения состояния системы по результатам измерения параметров в точках контроля с использованием принципа максимума апостериорной вероятности;
метод и алгоритм структурного синтеза контролепригодных объектов, состоящий в формировании контролепригодной структуры с таким объемом диагностической информации, который обеспечивает максимально возможную глубину диагностирования.
4. метод и алгоритм оптимального распределения блоков по конструктивным единицам с целью повышения уровня контролепригодности проектируемой технической системы.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на следующих научных конференциях:
VII Международной конференции «Математика. Компьютер. Образование» (Дубна, 2000);
Научно-технической конференции факультета информационных систем и технологий ФИСТ - 2000 (Н. Новгород, НГТУ, 2000);
V Международной конференции «НТИ - 2000. Информационные технологии и телекоммуникации» (Москва, ВИНИТИ, 2000);
Международной научно-практической конференции «Системный анализ в проектировании и управлении» (Санкт-Петербург, 2001);
- III Всероссийской научно-практической конференции
«Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических
систем» (Ульяновск, 2001);
-VI Международной конференции «НТИ-2002. Информационное общество. Интеллектуальная обработка информации. Информационные технологии» (Москва, ВИНИТИ, 2002).
Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 9 работ.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и приложений.
В первой главе проводится сравнительный анализ известных
методов обеспечения контролепригодности и синтеза
контролепригодных технических систем. Здесь же на основе обзора известных работ приводится обоснование необходимости разработки нового метода синтеза контролепригодных технических объектов, универсального по отношению к классу систем и позволяющего снять
проблему большого объема вычислений, возникающую при решении задач контроля и диагностики.
Во второй главе предлагается обобщенная математическая модель для синтеза контролепригодных объектов, позволяющая учитывать априорные сведения о структуре системы и о ее вероятностном описании, и обосновывается информационный подход к решению задачи оптимизации глубины диагностирования рассматриваемых объектов.
В третьей главе приводятся методы и алгоритмы принятия решения о состоянии системы по результатам измерений, оптимизации матрицы проверок и оптимального распределения блоков по конструктивным единицам, разработанные на базе предложенной диагностической модели.
В четвёртой главе приведены результаты практической реализации предложенных методов синтеза контролепригодных технических объектов.
В заключении изложены основные результаты диссертационной работы.
В приложении приведены программные продукты, реализующие предложенные в диссертационной работе алгоритмы и акты внедрения результатов диссертационной работы.
