Введение к работе
Актуальность проблемы. Обеспечение безопасности функционирования сложных технических сооружений является важной народно-хозяйственной задачей. Один из-важнейших элементов обеспечения безопасности - автоматизированная система (АС) диагностики и оценки состояния. Создание таких систем требует больших временных и финансовых затрат для каждого сооружения. Разработка АС с использованием специализированных инструментальных средств (ИС), ориентированных на данный класс задач или группу однотипных технических сооружений, позволяет сократить сроки и снизить стоимость разработки АС, обеспечить единую основу для принятия решений за счет стандартизации процедуры оценки, повысить качество решения задач за счет возможности привлечения к созданию ИС наиболее квалифицированных специалистов по этим сооружениям и дальнейшему тиражированию их опыта в прикладных АС.
В данной работе решается задача создания АС оценки состояния для класса технических сооружений, характеризуемых следующим набором признаков: сооружения являются уникальными и многие особенности их работы выясняются в процессе эксплуатации; данные о состоянии поступают от датчиков, на основе визуальных наблюдений, а также в результате применения приближенных математических моде-, лей; при обработке данных требуется учитывать не только текущие, но и предыдущие значения контролируемых показателей на длительном (до нескольких лет) интервале времени; в процессе эксплуатации сооружений необходимо регулярно обрабатывать и длительно хранить большой объем количественных и качественных показателей состояния; применяемые методы обработки являются эвристическими и неточными; ошибки при оценке состояния сооружений могут приводить к значительным ущербам.
Типичным представителем рассматриваемого класса сооружений являются гидротехнические сооружения (ГС) типа каменно-земляных плотин. Плотина может быть как самостоятельным сооружением, так и частью гидроэнергетического комплекса. ГС этого типа широко распространены в странах СНГ и мира. Для каменно-земляных плотин характерны следующие признаки: большие объемы сооружения, высокая стоимость и длительные сроки строительства, многообразие причин аварий и повреждений и быстрое развитие процесса разрушения, необходимость высокой оперативности в оценке состояния, важность длительного и регулярного накопления данных мониторинга, большая
роль качественных показателей в оценке состояния сооружения.
Немногочисленные АС. имеющиеся на ГС нашей страны и мира, в основном используют простейшие методы контроля отдельных показателей состояния ГС по их критериальным значениям (КЗ). Такой подход не всегда позволяет своевременно выявлять аварийные ситуации. Необходима компетентная оценка состояния с использованием всей доступной количественной и качественной информации. Качественная оценка состояния ГС, прогноз поведения ГС, выработка мероприятий по приведению ГС в нормальное состояние делается ограниченным кругом высоко квалифицированных специалистов гидротехников. Формализация экспертной процедуры оценки состояния ГС и ее применение при разработке АС позволили бы повысить качество оценки состояния ГС и обеспечить тиражирование знаний специалистов.
Создание ИС для разработки АС для данного класса технических сооружений, имеющих важное народно-хозяйственное значение, является актуальной задачей, так как в странах СНГ построены десятки крупных ГС и они слабо оснащены средствами автоматизации контроля и оценки состояния. Применение АС позволяет резко повысить оперативность и объективность оценки состояния сооружений и на этой основе обеспечить необходимый уровень их надежности и безопасности. Задача оценки состояния ГС в полном объеме решается только экспертами, с привлечением неформализованных знаний. Поэтому ее решение не может базироваться только на методах традиционного программирования и требует создания интегрированного инструментального средства, объединяющего методы экспертных систем ОС) и традиционного программирования. Использование методов ЭС для формализации знаний специалистов позволяет повысить уровень интеллектуальной обработки данных о состоянии ГС. обеспечить единую методическую базу для оценки состояния ГС рассматриваемого типа, что обеспечит требуемое качество оценки состояния ГС.
Цель работы состоит в разработке интегрированной экспертной предметно-ориентированной оболочки (ЭПРО), предназначенной для создания систем автоматизированной оценки состояния ГС, программной реализации ЭПРО, исследовании ее свойств и характеристик на примере создания прикладний системы для конкретного ГС. Достижение этой цели позволит повысить качество оценки состояния ГС. сократить сроки разработки АС, обеспечить единую основу для принятия решений за счет стандартизации процедуры оценки. В диссертационной работе ставятся и решаются следующие задачи:
-
анализ задачи разработки ИС для создания АС оценки состояния ГС и выработка требований к ЭПРО;
-
создание модели ЭПРО, включающей: предметно-ориентированную базу знаний (БЗ): средства сбора информации; средства отображения информации; средства принятия решений; базу данных (БД);
-
формализация знаний экспертов по оценке состояния ГС и формирование предметно-ориентированной БЗ, разработка принципов и метода предметно-ориентированной обработки недоопределенностей для оценки состояния ГС;
-
на основе модели и формализма представления знаний разработка принципов и методов создания ЭПРО, обеспечивающей функционирование в едином комплексе компонентов создания экспертных систем, хранения больших объемов данных, реализации математических моделей, взаимодействия с системой сбора информации от датчиков, разработки и поддержания пользовательских интерфейсов;
-
реализация ЭПРО в виде самостоятельного и законченного программного продукта;
-
разработка методики создания прикладных АС для оценки состояния ГС на базе ЭПРО;
-
исследование технических характеристик ЭПРО на примере создания АС на Чарвакском гидроэнергетическом комплексе.
Методы исследования. Основой исследований, , выполненных в диссертационной работе, является системный подход, соединяющий методы инженерии знаний и методы решения задач классификации. В работе использовались: теория формальных систем, теория семантики языков программирования, теория баз данных.
Научная новизна диссертационной работы заключается в:
-
формулировке требований к ЭПРО;
-
разработке модели ЭПРО;
-
разработке метода формального представления и обработки знаний, формировании предметно-ориентированной БЗ. разработке предметно-ориентированного метода обработки недоопределенностей;
4) разработке принципов и методов создания ЭПРО.
Практическая значимость работы заключается в реализации ЭПРО
на IBM PC/AT 286 в виде законченного программного продукта, внедрении созданных программных средств в ИС для создания ЭС (оболочки ЭКСПЕРТИЗА, ЭКО, НЭКС), разработке методики создания АС оценки состояния ГС на базе ЭПРО. Созданные программные средства позволяют существенно сокращать сроки разработки прикладных АС оценки
состояния сложных технических сооружений, увеличивать надежность диагностики и повышать качество обследования сооружений, повышать эффективность эксплуатации за счет своевременного предотвращения аварийных ситуаций.
Достоверность положений, изложенных в диссертационной работе, подтверждается корректностью использования математического аппарата, результатами исследования разработанных формальных моделей и созданных на их основе методов на ЭВМ при разработке архитектуры и программной реализации ЭПРО. Адекватность-реализации заявленным требованиям подтверждается результатами экспериментальной проверки технических характеристик ЭПРО. проведенной при создании АС на Чарвакском гидроэнергетическом комплексе и результатами практического внедрения разработанных программных средств в ИС для создания ЭС.
Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы в виде экспертной предметно-ориентированной оболочки использованы при создании автоматизированной системы диагностического контроля (АСЩ) сооружений Чарвакской ГЭС. Это позволило автоматизировать процедуру не только контроля, но и диагностики, обеспечить требуемое качество и повысить оперативность оценки состояния сооружения, сократить трудозатраты на разработку АСДК.
Апробация работы.
Научные и практические результаты диссертационной работы докладывались на: Всесоюзной научно-технической конференции "Актуальные проблемы развития вычислительной техники", Москва, 1988; семинаре "Технология проектирования интеллектуальных систем", Москва, МДНТП, 1990; семинаре "Экспертные системы", Москва,МДНТП, 1990; VI Всесоюзной научно-технической школе "Интеллектуальные банки данных", Бакуриани, 1990; II Всесоюзной конференции по искусственному интеллекту, Минск, 1990; семинаре "Системы управления базами знаний", Москва,МДНТП,1990; семинаре "Экспертные системы", Москва, ЦРДЗ, 1992; международной конференции ЮНЕСКО "Математика, компьютер, управление и инвестиции", Москва, 1993.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 15 научных работах [1-15].
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, приложения. Основной текст включает 114 машинописных страниц, 17 рисунков. 3 таблицы. Список литературы включает 91 наименование.
