Содержание к диссертации
Введение
Исследование системы диагностирования микропроцессорных систем управления автоматизированных объектов теплоснабжения 8
1 Особенности технических средств диагностирования, процесса их проектирования и взаимодействия с микропроцессорными системами управления 8
2 Необходимость разработки методов проектирования технических средств диагностирования 14
3 Обобщенная процедура проектирования технических средств диагностирования 22
4 Классификация объектов диагностирования 28
5 Постановка задачи исследования 37
6 Выводы по главе 1 44
Задачи, решаемые в процессе диагностирования микропроцессорных систем управлении автоматизированных объектов теплоснабжения 46
1 Задачи диагностирования микропроцессорных средств управления объектами теплоснабжения 46
2 Модели взаимодействия ОД и ТСД в системе диагностирования 50
3 Получение математических зависимостей 71
4 Процедуры определения целесообразности прогнозирования изменения состояния микропроцессорных средств управлении автоматизированными комплексами теплоснабжения 80
5 Определение условий целесообразности прогнозирования ОД 92
6 Выводы по главе 2 98
Определение требований к техническим средствам в системе диагностирования исходя из максимального значения показателя готовности 101
3.1 Определение требований к параметрам безотказности, контролепригодности и ремонтопригодности технических средств диагностирования 101
3.2 Определение значений ошибок первого и второго рода к ТСД 106
3.3 Организация процесса диагностирования микропроцессорных средств управления автоматизированного объекта теплоснабжения 113
3.4 Получение математических зависимостей 115
3.5 Определение оптимального числа каналов системы диагностирования автоматизированного объекта теплоснабжения 125
3.6 Выводы по главе 3 136
4 Решение практических задач при проектировании систем диагностирования автоматизированных комплексов теплоснабжения различного назначения 138
4.1 Общие положения 138
4.2 Определение целесообразности прогнозирования изменения состояния объекта учета топливно-энергетических ресурсов ТМК-НЗ 141
4.3 Определение требований к параметрам безотказности, контролепригодности и ремонтопригодности технических средств диагностирования микропроцессорной системы управления комплексом ТМК-Н2 144
4.4 Определение оптимального числа каналов технических средств диагностирования многоканальной микропроцессорной системы управления АЛ-АМ-3 6. 154
4.5 Выводы по главе 4 162
. Общие выводы 164
Список литература 166
Список сокращений 174
Приложения 175
Акты внедрения
- Необходимость разработки методов проектирования технических средств диагностирования
- Модели взаимодействия ОД и ТСД в системе диагностирования
- Определение значений ошибок первого и второго рода к ТСД
- Определение целесообразности прогнозирования изменения состояния объекта учета топливно-энергетических ресурсов ТМК-НЗ
Введение к работе
Усложнение микропроцессорных систем управления (МСУ) современных автоматизированных объектов теплоснабжения (АОТ) и возрастание ответственности решаемых ими задач выдвигают на передшпьплан проблему оптимальной организации эксплуатации этих объектов контроль и диагностирование. Важную роль при этом отводят созданию высокоэффективных систем диагностирования (СД), которые выполняют функции определения и обеспечения работоспособности технических объектов. Эффективность МСУ во многом определяется составом и свойствами используемых технических средств диагностирования (ТСД).
Актуальность проблемы
Высокоэффективные системы диагностирования выполняют функции определения области отказа, для сокращения времени восстановления и повышения коэффициента готовности микропроцессорных средств управления техническими объектами - объектами диагностирования (ОД).
В процессе создания СД знания о них, закладываемые в алгоритмы, программы и технические средства диагностирования, часто оказываются недостаточными для обеспечения требуемого уровня готовности ОД в процессе его эксплуатации. Это особенно характерно для таких ОД, как, например, автоматизированные системы управления объектами теплоснабжения.
Усложнение современных объектов теплоснабжения и возрастание ответственности решаемых ими задач выдвигают на передний план проблему эффективной организации и эксплуатации систем управления этими объектами.
Основные достижения в области технической диагностики в России представлены в работах П.П. Пархоменко, В.П. Калявина, П.С. Давыдова, М.Ф. Каравая и др. Научные школы Институте проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН и Ленинградского электротехнического института добились значительных успехов в области технической диагностики. За рубежом техническую диагностику исследовали Ramomoorthy С, Armtrong D., Eithelberger Е.
Анализ литературных источников показывает, что в настоящее время в России и за рубежом создано большое количество систем диагностирования различного назначения, но пока еще отсутствуют публикации, содержащие рекомендации по последовательности и объему действий для решения задач диагностики в области микропроцессорного управления, в частности, объектами теплоснабжения.
Разработка ТСД микропроцессорных средств управления объектами исследуемой области до сих пор ведется без какой-либо систематизации и анализа процесса взаимодействия объекта диагностирования и ТСД в СД, большинство технических решений принимается на интуитивной основе.
Перед тем, как приступить к построению ТСД, необходимо обоснованно сформулировать требования к техническим средствам, которые будут служить исходной информацией для дальнейшего процесса их проектирования в системе диагностирования. Требования к ТСД определяются на этапе составления технического задания (ТЗ). От правильности задания требований зависит практическая реализуемость- технических средств диагностирования. Основная сложность, возникающая при построении ТСД, состоит в том, что аналитическое описание либо статистическое наблюдение зависимостей между входными и выходными параметрами СД затруднено, а зачастую невозможно. Анализ практикуемых подходов к проектированию* показывает, что этап формирования ТЗ является наиболее слабым местом с точки зрения формализации методов принятия .решений.
В* диссертационной работе исследуются вопросы определение и обоснования параметров безотказности, контролепригодности, ремонтопригодности и организации взаимодействия ОД и ТСД с целью повышения эффективности эксплуатации СД.
Таким* образом, решение задач диссертационной работы, направленных на повышение эффективности эксплуатации, диагностики и контроля сложных систем управления объектами повышенной опасности, таких как объекты теплоснабжения, актуально и является важной научно-технической проблемой..
Цельиосновныезадачи работы
Целью диссертационной работы является' создание модели^ СД, методики и алгоритмов, позволяющих обеспечить эффективный контроль и диагностику микропроцессорных систем управления-применительно к объектам'теплоснабжения.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются-следующие задачи:
разработка классификации способов, взаимодействия ОД и ТСД с точки зрения режимов использования и диагностирования систем управления исследуемых объектов;
построение модели СД, описывающей организацию взаимодействия ОД и ТСД;
разработка формализованных процедур, алгоритмов и программ для определения требований к ТСД с учетом организации процесса диагностирования в каждом из специфичных режимов работы объекта;
применение разработанных формализованных процедур, алгоритмов и программ для решения практических задач по определению требований к техническим средствам в системах диагностирования микропроцессорных средств управления объектами в исследуемой области.
Методы исследования
Для решения поставленных задач в данной работе использовался математический аппарат теории множеств, теории графов, теории марковских процессов, методы теории
вероятности, теории массового обслуживания, линейного программирования, теории технической диагностики.
Научная новизна диссертации заключается в следующем:
Разработана классификация способов взаимодействия ОД и ТСД, позволяющая систематизировать решение задач определения состава и параметров СД в системе управления объектами исследуемого класса.
Разработан метод построения 1 моделей взаимодействия ОД и ТСД для микропроцессорных средств управления объектами теплоснабжения, позволяющий, в отличие от существующего словесного описания СД, получить математическую модель СД, на основе теории полумарковских процессов.
Обоснован в качестве критерия оценки эффективности ТСД показатель готовности СД для восстанавливаемых технических объектов, включающий в себя показатели безотказности, контролепригодности, ремонтопригодности, организации использования и диагностирования объекта.
Разработаны следующие методики определения эффективности СД средств управления объектами исследуемого класса:
а) методика определения целесообразности режима прогнозирования
работоспособности СД объектов теплоснабжения;
б) методика определения требований к безотказности, контролепригодности и
ремонтопригодности ТСД;
в) методика определения оптимального числа каналов ТСД и организации
диагностирования исследуемых комплексов управления.
5. Разработаны алгоритмы и программы для определения требований к ТСД.
Проведены экспериментальные исследования, подтверждающие достоверность
полученных результатов.
Практическая ценность:
Созданы методики построения модели СД и определения требований к ТСД, применение которых при разработке СД микропроцессорных средств управления объектами теплоснабжения позволяет повысить эффективность проектирования исследуемых систем.
Разработано программное обеспечение для получения аналитического выражения показателя готовности (Кг), которое позволяет повысить научно-практическую обоснованность принимаемых решений при проектировании СД средств управления объектами теплоснабжения.
Предложены модели и алгоритмы, реализованные в виде программной инструментальной среды проектирования микропроцессорных систем управления комплексами учета топливно-энергетических ресурсов на объектах теплоснабжения.
4. Получены результаты для микропроцессорных систем управления теплоснабжением на предприятиях ФГУП «60 Арсенал» Министерства обороны России, ОАО «Ліодиновскии агрегатный завод» и ОАО «Людиново теплосеть», которые подтверждают эффективность разработанной методики и алгоритмов.
На защиту выносятся следующие положения
Классификация способов взаимодействия ОД и ТСД систем управления объектами исследуемого класса для решения задач определения состава и параметров СД, в зависимости от условий их эксплуатации и диагностирования.
Методика построения модели СД микропроцессорных средств управления объектами теплоснабжения.
Алгоритм и программа получения аналитического выражения показателя готовности.
Методика определения требований к безотказности, контролепригодности и ремонтопригодности ТСД.
Методика определения целесообразности режима прогнозирования работоспособности СД микропроцессорных средств управления объектами теплоснабжения.
Апробация работы
Содержание отдельных разделов и диссертации в целом было доложено:
на семинарах и заседаниях кафедры «Компьютерные системы и сети» МГТУ им. Н.Э. Баумана;
на V международном симпозиуме «Интеллектуальные системы (ИНТЕЛС'2002)» 15-17 апреля 2002г. МГТУ им. Н.Э. Баумана (Калуга 2002г.);
на III, IV, V всероссийских научно-технических конференциях «Новые информационные технологии в системах связи и управления» 2004 - 2006 г.г. ФГУП КНИИТМУ (Калуга 2005 - 2006 г.г.);
на VII международном симпозиуме «Интеллектуальные системы (INTELS'2006)» (Краснодар 2006 г.).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 10 работ, 1 работа по перечню ВАК, отражающих основные результаты работы.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 89 наименований и приложений. Работа содержит 165 страниц машинописного текста содержательной части, 41 рисунок, 11 таблиц и 8 страниц библиографии.
Необходимость разработки методов проектирования технических средств диагностирования
Определив область исследований как проектирование ТСД, следует показать необходимость разработки методов их проектирования.
В настоящее время в России и за рубежом создано большое количество технических средств диагностирования для объектов различного назначения, большое число ТСД описано в монографиях, научных статьях, авторских свидетельствах и семинарах [8,17]. Однако, как показывает анализ литературных источников, публикации, в которых были бы изложены методы проектирования ТСД, в настоящее время отсутствуют. Можно назвать только единичные публикации, в которых ставятся и решаются отдельные задачи, связанные с построением ТСД. В первую очередь нужно отметить работы [18,47], в которых некоторые вопросы проектирования ТСД освещены более или менее полно. Отмечается, что широкое внедрение ТСД в сферы производства и эксплуатации объектов различного назначения вызывает необходимость в разработке единого подхода к проектированию ТСД [56,57]. Таким образом, можно говорить о том, что в настоящее время назрела необходимость в разработке единой методологии проектирования ТСД, которая с помощью формальных методов позволила бы повысить качество проектируемых ТСД.
В связи с отсутствием фундаментальных, обобщающих работ в области проектирования ТСД разработчики при их построении пытаются использовать достижения смежных с технической диагностикой дисциплин (измерения, автоматизированный контроль, автоматическое регулирование и управление, вычислительная техника и др.). Однако, получаемые при этом технические решения, как правило, далеки от оптимальных. Это объясняется тем, что методы синтеза технических средств, смежных с технической диагностикой, не могут непосредственно быть использованы для проектирования ТСД. В доказательство этого рассмотрим применительно к стадии внешнего проектирования существующие методы синтеза ИС, САК, систем автоматического регулирования (САР) и дискретных средств вычислительной техники (СВТ).
Результатом стадии внешнего проектирования для всех методов синтеза является структурная схема, поэтому анализ методов целесообразно проводить по следующим пунктам: исходные данные, алгоритм преобразования исходных данных в структурную схему, область применения метода. На этапе проектирования необходимо решить следующие основные задачи: - расчётно-экспериментальными методами получить данные для проектирования самой технологической системы, её элементов, в том числе контрольно-диагностических средств (аппаратных и программных); - экспериментально выявить дефекты проектирования и изготовления опытного и серийного образцов, математического обеспечения; - определить критерии работоспособных состояний; - натуральными, экспериментальными и квалиметрическими методами уточнить паспортные данные для технологической системы и диагностические данные для контроля за её техническим состоянием и поиском дефектов; - провести испытания на технологическую надёжность и ресурсные испытания узлов с одновременным изучением параметров, характеризующих их работоспособность ].
Результаты проведенного анализа существующих методов проектирования ИС, САК, САР и СВТ представлены на рис. 1.1. Все множество методов проектирования ИС, САК, САР и СВТ применительно к стадии внешнего проектирования (рис. 1.1) можно разбить на две группы: методы индивидуального проектирования и методы группового проектирования (агрегатирование).
ИС, САК, САР и CBT, создаваемые при помощи методов индивидуального проектирования, используются применительно к обслуживанию определенных объектов или решению конкретных задач. Подобная практика проектирования существенно затрудняет более гибкое и широкое использование таких средств для других целей.
Агрегатирование заключается в использовании при построении САК, САР и СВТ набора однотипных по выполняемым функциям устройств, имеющих информационную, функциональную и конструктивную совместимость, но отличающихся основными характеристиками. В отечественной промышленности на основании требований Государственной системы приборов (ГСП) унифицированные устройства объединяются в агрегатированные комплексы средств электроизмерительной техники (АСЭТ), контроля и регулирования (АСКР), вычислительной техники (АСВТ) и др. Однако, использование агрегатированных средств приводит к значительному росту численности комплектующих элементов, объем которых по сравнению со специализированными средствами увеличивается на 25-30% [56], что, как следствие, снижает надежность агрегатированных средств.
Методы проектирования ИС, САК, САР и СВТ, как индивидуальные, так и агрегатированные, в свою очередь, можно разделить также на две группы: формализованные и неформализованные (эвристические).
Наиболее распространенным неформализованным методом синтеза ИС, САК, САР и СВТ, как и любых других сложных систем, является применение экстраполяции на базе существующих систем [4]. Метод экстраполяции приемлем только при условии, что система, выбранная как база для дальнейших разработок, удовлетворительно выполняет в данный момент времени поставленные перед ней задачи. Эти задачи существенно не отличаются от задаваемых в ТЗ новых технических требований. На практике во многих случаях применение метода экстраполяции неприемлемо либо в связи с тем, что новые задачи отличаются от задач, решаемых существующими системами, либо потому, что новые методы и элементная база позволяют по-новому подойти к синтезу ИС, САК, САР и СВТ.
В этих случаях возникает необходимость прямого синтеза новой системы на основе заданных в ТЗ технических требований. При использовании эвристических методов для синтеза ИС, САК, САР и СВТ исходными данными являются общие соображения о виде структурной схемы или неполное и неявное ее описание. При этом выбор оптимальной структуры осуществляется, в основном, интуитивно, и результат проектирования зависит от знания проектировщиком основных видов структурных схем, существующих аналогичных объектов, от знания достоинств и недостатков этих схем, от требований, предъявляемых к вновь разрабатываемому объекту, от опыта проектировщика, от объема его знаний в смежных областях науки и техники, его интуиции и т.д. Кроме того, совершенно очевидно, что если в процессе синтеза получено «неудачное» решение объекта проектирования, то компенсировать подобное «неудачное» решение на этапе реализации чрезвычайно трудно, а иногда совершенно невозможно. Все это очень усложняет процесс проектирования и, как правило, не обеспечивает получения оптимального решения, а также сопряжено со значительными затратами труда и времени. При быстром развитии науки и техники часто получается, что спроектированные ТСД оказываются уже морально устаревшими и не удовлетворяют новым требованиям. Поэтому применение эвристических методов проектирования на стадии внешнего проектирования ТСД нежелательно.
Формализованные методы, т.е. методы, которые автоматизированы или могут быть автоматизированы, позволяют на основании строгого математического задания спроектировать оптимальный по выбранному критерию объект. Это самое главное достоинство формализованных методов проектирования. Кроме того, они обеспечивают сокращение затрат труда и времени при проектировании, исключая возможность ошибок, характерных для неавтоматизированных процессов проектирования. Однако недостаток формализованных методов проектирования заключается в том, что они, в отличие от эвристических методов, требуют значительно больше исходной информации, представленной в формализованном виде.
Модели взаимодействия ОД и ТСД в системе диагностирования
Построение полумарковской модели взаимодействия ОД и ТСД, которая представляет собой ориентированный граф G переходов системы диагностирования из состояния в состояние, начинается с изучения условий эксплуатации (режимов использования и диагностирования) объекта и технических средств и особенностей процесса их взаимодействия в системе диагностирования, которые являются исходной информацией для построения модели [29].
При описании процесса переходов СД из состояния в состояние-полумарковским процессом граф G характеризуется множеством вершин L и множеством ветвей Р: G = G(L,P).
Вершины графа G(L,P) соответствуют возможным несовместным состояниям СД, а характеризующие эти состояния значения стационарных вероятностей щ(0 к, 1;і = 1,т) пребывания СД в соответствующих состояниях без учета длительности пребывания в этих состояниях образуют множество 1 = {лг,}. Ветви графа G(L,P) характеризуют возможные переходы, СД из состояния в состояние, а их операторами являются условные вероятности P,(0 Pt, j l;i,j = 1,т) переходов СД из состояния // в состояние lj и длительности пребывания СД в состоянии // до перехода в состояние 1Г С целью облегчения построения модели следует ввести соответствующие ограничения, чрезмерно усложненная модель может сильно затруднить свой последующий анализ. Для построения модели необходимо определить начальные (исходные) состояния, в которых может находиться СД без учета режимов использования ОД и ТСД. При этом в зависимости от цели составления модели, т.е. с точки зрения безотказности и достоверности, могут считаться как идеальными, так и реальными. СД, состоящая из объекта и идеальных ТСД, может находиться в двух начальных состояниях: 1)в ОД и ТСД отсутствуют дефекты; 2) в ОД имеется, по крайней мере, один дефект, в ТСД дефекты отсутствуют. Для СД, включающей в свой состав ОД и ТСД, обладающей конечной безотказностью, имеют место четыре начальных состояния: 1)в ОД и ТСД отсутствуют дефекты; 2) в ОД дефекты отсутствуют, в ТСД имеется, по крайней мере, один дефект; 3)в ОД имеется, по крайней мере, один дефект, в ТСД дефекты отсутствуют; 4) в ОД и ТСД имеется, по крайней мере, по одному дефекту.
Следующим шагом является построение циклограммы (рис 2.1.) взаимодействия ОД и ТСД во времени для каждого из четырех перечисленных выше состояний СД. Циклограмма представляет собой по оси абсцисс последовательность временных интервалов, соответствующих длительности пребывания СД в определенных состояниях. На циклограмме каждая точка, разделяющая те или иные временные интервалы друг от друга, соответствует определенному состоянию СД. Если при построении модели взаимодействия ОД и ТСД учитываются ошибки первого и второго рода, то каждая из четырех циклограмм, в свою очередь, расщепляется на две. Одна строится для ситуации, когда в ТСД во время диагностирования (проверки работоспособности) объекта отсутствуют ошибки первого и второго рода, а другая, наоборот, учитывает ситуацию, когда в ТСД во время проверки работоспособности ОД имеются ошибки первого и второго рода.
Затем необходимо пронумеровать эти точки (состояния) последовательно для всех построенных циклограмм.
При описании процесса взаимодействия ОД и ТСД во времени полумарковская предыстория взаимодействия, объекта и ТСД, в СД не учитывается, поэтому в полученном множестве всех возможных состояний СД могут быть идентичные состояния. Если такие состояния имеются, их необходимо объединить. Кроме того, перечисленные выше начальные состояния? СД, всегда объединяются в одно состояние, которое без учета режима использованиям ОД и ТСД расшифровываются следующим образом: 1) в ОД возможен, по крайней мере, один дефект, в ТСД дефекты отсутствуют, если в модели рассматриваются абсолютно безотказные ТСД; 2) в ОД и ТСД возможно, по крайней мере, по одному дефекту, если рассматриваются ТСД; обладающие конечной безотказностью. Состояния, соответствующее ситуациям отсутствия и наличия в ТСД при проверке работоспособности ОД ошибок первого и второго рода, целесообразно объединить в одно состояние, которое без учета ОД имеет вид: в ТСД во время проверки работоспособности ОД возможны ошибки первого (второго) рода;
Полученное множество состояний СД может включать множество состояний, соответствующее ситуациям, когда последовательно во времени производится проверка работоспособности и восстановления объекта, в котором имеется; по крайней мере, один дефект (такая ситуация имеет место при взаимодействии объекта с абсолютно безотказными ТСД). Эти состояния, при условии, что в ОД при этом дефекты не возникают, целесообразно объединить в одно состояние: проверяется работоспособность ОД, в котором имеется, по крайней мере, один дефект, и производится восстановление объекта.
Если восстановлению объекта диагностирования не предшествует проверка его работоспособности, то состояния, соответствующие восстановлению ОД (поиску дефектов, если таковые имеются, их устранению), целесообразно всегда объединять в одно состояние, которое без учета ТСД должно расшифровываться: осуществляется поиск дефектов ОД, в котором они возможны; после локализации дефекты устраняются. В полученном множестве состояний СД также могут быть состояния, соответствующие ситуациям, когда последовательно производится проверка работоспособности и восстановления технических средств, в которых имеется, по крайней мере, один дефект. Такие состояния целесообразно объединить в одно состояние: проверяется работоспособность ТСД, в которых имеется, по крайней мере, один дефект и производится восстановление технических средств, оставшиеся состояния СД должны различаться между собой состояниями ОД или ТСД, т.е. быть не совместными, образуя при этом по-прежнему полную группу событий.
Далее необходимо заново пронумеровать оставшиеся несовместные состояния СД, выбрать в качестве первого состояния, соответствующие объединенным состояниям ОД. В принципе, в качестве первого состояния, может быть принято любое из несовместных состояний СД. Полученная после объединения и повторной нумерации состояний фигура фактически представляет собой ориентированный граф переходов СД из состояния в состояние, т.е. информационную модель взаимодействия ОД и ТСД в СД.
После этого следует построить модель - ориентированный граф переходов в традиционном виде. С этой целью каждой ветви графа необходимо присвоить вероятность перехода СД из соответствующего состояния в следующее и длительность (время) пребывания СД в соответствующем состоянии до перехода в следующее. Длительности присваиваются на основании циклограмм, вероятности назначаются следующим образом. Если СД в соответствии с построенной фигурой из какого-либо состояния может перейти только в одно определенное состояние, то это означает, что вероятность соответствующего перехода равна единице. Если же СД из какого-либо одного состояния может перейти в несколько других состояний, то для того, чтобы назначить вероятности соответствующих переходов, надо сначала установить, какие физические явления характеризуют эти вероятности. Это можно сделать в результате сопоставления состояния, откуда СД переходит, с состоянием, куда СД переходит. При этом следует иметь в виду, что поскольку по истечении определенного времени пребывания СД в соответствующем состоянии она обязательно совершает переход из этого состояния в одно из следующих, то сумма вероятностей всех переходов СД из какого-либо состояния в другие должна равняться единице.
Определение значений ошибок первого и второго рода к ТСД
Для получения1 необходимого эффекта от использования ТСД электронного оборудования к ним предъявляются повышенные требования с точки зрения достоверности результатов диагностированиями точности измерительной системы. При системном подходе к проектированию эти. требования определяют не только достоверность, точность, надежность и оптимальную структуру технических средств, но- и в значительной степени1 характеризуют эффективность ТСД и, соответственно, СДв целом И ОД,властности [59,60].
В [71] указано, что даже при условии, что необходимая?полнота информации об объекте обеспечена, результаты диагностирования могут быть необъективными из-за недостаточной надежности технических средств и за счет погрешностей их измерительных систем. Этой стороне вопроса соответствует обусловленная точностью измерительной системы- ТСД инструментальная достоверность диагностирования, под которой понимается свойство ТСД, характеризующее их способность правильно определять реальное состояние ОД при условии, что необходимая полнота исходной информации обеспечена выбором диагностических показателей. Инструментальная- достоверность диагностирования в значительной мере характеризует степень совершенства различных вариантов построения ТСД при условии, что метод диагностирования задан.
Из множества комбинаций а и /? может существовать, по крайней мере, одна комбинация, которая является решением задачи (3.10), (3.11), т.е. обеспечивает заданный уровень Кп готовности ОД. Очевидно, что прямой перебор с дискретными шагами по искомым вероятностям а и р не всегда может обеспечить требуемую точность решения задачи (ЗЛО), (3.11). Поэтому задачу (ЗЛО), (ЗЛ1) целесообразно рассматривать как задачу оптимизации. Однако, как отмечалось в п.ЗЛ, такой подход предполагает введение некоторой целевой функции, отражающей в математической форме цель оптимизации и позволяющей из множества допустимых вариантов построения ТСД выбрать оптимальный.
В п.ЗЛ указано, что если целевая функция представляет собой квадрат отклонения функции, описывающей аналитическую зависимость выбранного критерия от искомых аргументов и от ее заданного значения, то при всех прочих условиях, налагаемых на аргументы функции, сходимость итерационного процесса выше, чем при любом другом способе задания целевой функции [68]. Поэтому при определении значений вероятностей а и /? в качестве целевой функции целесообразно использовать квадрат отклонения показателя Кг готовности ОД от его заданного значения Кп, т.е. величину [Кг(а,р)-Кп]2, и обеспечить в процессе проектирования1 его минимум.
После определения величин а,, и Д необходимо найти максимальные ошибки є,(і = 1,п) измерения отдельных /-х диагностических показателей ОД. При отсутствии статистических данных о законах распределения значений диагностических показателей и ошибок их измерения можно основываться на том, что для большинства практически реальных законов распределения справедливо утверждение [81], а именно: значения диагностических показателей и ошибок их измерения распределены по законам равной вероятности, которые симметричны относительно середины поля допуска, то при прочих равных условиях величины а,, и Д максимальны. Учитывая, что при фиксированных допусках максимальные ошибки , измерения прямо пропорциональны значениям вероятностей ошибок первого а,, и второго Д. рода по /-м показателям Xt ОД, при решении рассматриваемой задачи целесообразно считать, что значения диагностических показателей и ошибок их измерения распределены по законам равной вероятности, симметричным относительно середины поля допуска.
Определение целесообразности прогнозирования изменения состояния объекта учета топливно-энергетических ресурсов ТМК-НЗ
По целевому назначению ОД ТМК-НЗ используется непрерывно, за исключением перерывов, когда он регулярно с периодом Т=23,5 ч переводится в специальный диагностический режим для диагностирования и, при необходимости, восстановления[80,83,84,85]. Имеют место как постепенные, так и внезапные отказы элементов ОД, процессы, возникновения которых описываются соответственно нормальным f/я = 100 ч и ан =5) и экспоненциальным (Х0= 1-10 2ч ) законами распределения.
Учитывая, что в рассматриваемом случае mr »Srff, убеждаемся, подставив в (2.20) значения Х0, тг и Згн, что необходимое условие целесообразности прогнозирования (2.20) выполняется: 0,16 160. Поскольку на величину АКГ приращения показателя Кг готовности ОД за счет выполнения прогнозирования его работоспособности задано ограничение снизу АКп ЛКГ, проверяем, подставив в (2.23) значение показателей, характеризующих безотказность, контролепригодность, ремонтопригодность, организацию использования ОД и организацию процесса диагностирования, необходимое и достаточное условие. Так как 0,754 0,872, то условие (2.23) не выполняется, следовательно, прогнозирование работоспособности данного объекта нецелесообразно. Действительно, вычислив с учетом (4.3) - (4.7) по формулам (4.1) и (4.2) значения Krv(q = l,2) показателя Кг готовности ОД при невыполнении ( р = 1) и выполнении ( р = 2) прогнозирования, находим, что КГ2 =0,754 0,872 = Кп.
Таким образом, введение прогнозирования работоспособности в процесс диагностирования рассматриваемого технического объекта снижает уровень готовности данного ОД. Поэтому ТСД, обслуживающие этот объект, должны быть предназначены только для определения работоспособности и поиска дефектов (совокупность задач Z,={z1,z2}) и, соответственно, их следует синтезировать как организованную совокупность СОР и СПД.
Объект диагностирования представляет собой сложный объект регулярно-периодического использования. ТСД, входящие в этот объект также используются регулярно -периодически [77,78,79].
Объект диагностирования представляет собой многоканальный диагностический комплекс промышленного назначения, который состоит из 48 (N=48) однотипных диагностических каналов (каждый из которых представляет независимо функционирующую систему). На рис.4.3 приведен алгоритм функционирования компонента ТСД сложного объекта.
В перерывах между последовательными использованиями регулярно с периодом Тппв в режиме подготовки к повторному запуску с помощью внутренних ТСД с глубиной до сменного блока осуществляется диагностирование и, при необходимости, восстановление ОД. Блоки, дефекты которых не удается устранить в режиме периода планового восстановления (ГГЛВ), заменяются на работоспособные. Циклограмма обслуживания ОД приведена на рис.4.4, на котором рабочим режимам ОД, исходя только из целей наглядности, придана большая ордината (t — текущее время). Значения наработки ОД ТМК-Н2 до отказов элементов, не приводящих к отказам ОД в целом, подчиняются экспоненциальному закону распределения с параметром в рабочем режиме Хп = 2 10 3ч , а заданный уровень Кгз показателя готовности ОД в рабочем режиме составляет Кп =0,870. ОД и ТСД в режим РР вводятся и из него выводятся только одновременно (период диагностирования ОД и ТСД одинаков), и дефекты в этом режиме в ОД и ТСД не возникают. Наработка ОД и ТСД на отказ значительно превышает среднюю наработку ОД и ТСД до отказа элемента, не приводящего к их отказу. Среднее время между моментами последовательного возникновения двух дефектов в ОД и ТСД не менее чем на порядок больше средней длительности режима РР при наличии дефектов в ОД и ТСД.
Объект диагностирования представляет собой многоканальный диагностический комплекс промышленного назначения, который состоит из 36 (N=36) однотипных диагностических каналов (каждый из которых представляет независимо функционирующую систему). Объект используется непрерывно, а ТСД регулярно-периодически. Алгоритм взаимодействия ОД и ТСД приведен на рис.4.6.
Каналы предназначены для формирования визуальной информации о состоянии промышленных объектов и равновесных в смысле их значимости в процессе выполнения поставленных перед АЛ-АМ-36 задач, а также требующих соответствующих ТСД.
Самоконтроль ТСД, решающих в процессе взаимодействия с ОД совокупность задач Z = {zltz2} проверки работоспособности z; и поиска дефектов z2, абсолютно надежными средствами осуществляется дважды: до и после проверки работоспособности ОД. Требовалось определить оптимальное число Som = SmH каналов ТСД и организацию диагностирования ОД, при которых значение Кг показателя готовности ОД в рабочем режиме было бы равно Кг Кп= 0,870. Рассматриваемый ОД представляет собой ОД непрерывного использования. На основании изучения условий эксплуатации ОД и ТСД было определено, что полумарковская модель взаимодействия ОД с обслуживающими его ТСД имеет вид ориентированного графа переходов G(L,P), приведенного на рис.4.7: 157 1,14 — ОД, в котором возможны (1) или имеются (14) дефекты, находится в рабочем режиме; ТСД, в которых возможны дефекты, выключены; 2.4 - ОД, в котором отсутствуют (2) или имеются (4) дефекты, в режиме РР ожидает диагностирования; проверяется работоспособность ТСД, в которых отсутствуют дефекты; 3.4 - ОД, в котором отсутствуют (3) или имеются (5) дефекты, в режиме РР ожидает диагностирования; проверяется работоспособность ТСД, в которых имеются дефекты, и производится их восстановление; 6.10 — проверяется работоспособность ОД, в котором отсутствуют (6) или имеются (10) дефекты; ТСД, в которых отсутствуют дефекты, находятся в рабочем режиме и в них возможно возникновение ошибки первого (6) или второго (10) рода; 7.10 — ОД, в котором отсутствуют (7) или имеются (11) дефекты, ожидает соответственно вывода из режима РР или восстановления; повторно проверяется работоспособность ТСД, в которых отсутствуют дефекты и в течение проверки работоспособности ОД отсутствовала ошибка первого (7) или второго (11) рода; 8.10 - ОД, в котором отсутствуют (8) или имеются (12) дефекты, ожидает соответственно восстановления или вывода из режима РР; повторно проверяется работоспособность ТСД, в которых отсутствуют дефекты и в течение проверки работоспособности ОД имела место ошибка первого (8) или второго (12) рода; 9.10 - осуществляется поиск дефектов в ОД, в котором они отсутствуют (9) или имеются (13), в последнем случае после локализации дефекты устраняются; ТСД, в которых отсутствуют дефекты и в течение проверки работоспособности ОД имела место ошибка первого (9) или отсутствовала ошибка второго (13) рода, находятся в рабочем режиме.
