Прогнозирование технического состояния узлов

В самом начале примера построения экспертной системы мы при­няли допущение, что каждый узел системы может находиться в двух со­стояниях – исправен и неисправен.

Однако узел, к примеру датчик или исполнительный механизм, в за­висимости от значений параметров, характеризующих его состояние, мо­жет находиться не только в двух состояниях. Можно выделить 3 состоя­ния: a – исправен, b – не исправен, но работоспособен, g – неработоспосо­бен.

Представим переход из состояния исправности (a) в состояние нера­ботоспособности (g) на диаграмме (рис. 4.57).

Рис. 4.57. Диаграмма перехода узла из исправного в неисправное состояние

Количество состояний можно увеличивать и дальше, выделяя из со­стояния b более работоспособные и менее работоспособные состояния, что позволит прогнозировать техническое состояние системы в зависимости от приближения значений параметров изделия к критической области, в ко­торой изделие неработоспособно. Методика построения обучаемой экс­пертной системы при этом не изменится, однако значительно увеличится количество гипотез и, следовательно, объем расчетов. В заключение сле­дует отметить, что рассмотренный в настоящем разделе подход позволяет решить не только задачу технического диагностирования системы, но и за­дачу прогнозирования поведения АСУ ТП.

Выводы

В данной главе был рассмотрен ряд вопросов технической диагно­стики цифровых и гибридных систем. Акцент сделан на проблемах, кото­рые были недостаточно освещены в предыдущих учебных пособиях авто­ров.

Каждая наука начинается с построения модели рассматриваемой сис­темы. Особенностью технической диагностики является построение не только модели системы, но и соответствующей ей модели дефекта. Для простых цифровых систем наиболее распространена структурно-логиче­ская модель системы и соответствующая ей константная модель де­фекта. Для более сложных систем используются различные варианты функциональных моделей объекта с соответствующими им функциональ­ными моделями дефектами. В ряде случаев, например при рассмотрении микропроцессорных систем, используются комбинированные диагности­ческие модели: функционально-структурные.

В первой части главы рассматривается построение проверяющих тестов для цифровых устройств. Приводится методика построения теста с помощью активизации существенного пути, использующая структурно-ло­гическую модель объекта и константную модель дефектов. Данная мето­дика позволяет читателю наилучшим способом усвоить особенности по­строения проверяющих тестов для комбинационных устройств. Поскольку цифровые устройства не ограничиваются комбинационными схемами, да­лее предлагается модификация метода, позволяющая применить его и для схем с памятью. Показано, как представить последовательную схему в виде ряда комбинационных копий, а затем использовать эти копии для по­строения тестовых наборов, используя метод активизации существенного пути.

Особое внимание уделено вопросам встроенного функционального контроля технических систем. Встроенный функциональный контроль системы может быть реализован, только если функционирование контро­лируемого устройства отличается некоторой закономерностью, которая позволяет выделить правильные выходные наборы, соответствующие ра­боте контролируемого устройства без неисправностей, из общей совокуп­ности возможных выходных наборов. Для определения полноты контроля используется понятие самопроверяемости.

Для наиболее распространенного класса цифровых устройств – мик­ропроцессоров – предлагаются диагностические модели, а также целый ряд методов контроля механизмов выборки, хранения и дешифрации ко­манд. Методы контроля делятся на пошаговые и блоковые. Приводится методология анализа и критерии сравнения пошаговых и блоковых мето­дов контроля. Пошаговые методы контроля позволяют быстрее обнаружи­вать отказы и сбои, а также проводить восстановление системы после сбоя, однако требуют вносить в программу большую избыточность. Для блоковых методов контроля избыточность меньше, однако отказы могут обнаруживаться со значительной задержкой. Читатель может определить, какие из приведенных критериев являются для его системы наиболее зна­чимыми, и выбрать подходящий вариант построения схемы встроенного контроля.

В качестве технологии диагностирования, позволяющей рабо­тать не только с цифровыми, но и с гибридными системами, предлагаются самообучаемые экспертные системы. Показано, что в отличие от обучае­мых экспертных системы самообучаемые системы самостоятельно выра­батывают правила принятия решений, вследствие чего необходимо пра­вильно выбрать критерии, которые использует самообучаемая экспертная система в процессе обучения. Если эти параметры не самоочевидны, то самообучение экспертной системы может не привести к удовлетворитель­ным результатам. Рассматриваются два алгоритма самообучения эксперт­ной системы: по максимальной вероятности (для системы с цифровыми параметрами) и по наименьшему расстоянию (для системы с аналоговыми параметрами). К сожалению, убедиться в целесообразности применения самообучаемой экспертной систем, равно как и выбранных критериев, можно только после успешно закончившегося периода обучения.

Вопросы и задания

1. В чем разница между исправной и работоспособной системой?

2. Как связана модель объекта с моделью дефекта? Приведите при­мер модели дефекта для конкретной модели объекта.

3. Чем отличается система тестового диагностирования от системы встроенного функционального контроля?

4. В чем заключается метод построения тестов с помощью активиза­ции существенного пути?

5. Как строится комбинационная модель последовательностной схемы?

6. Какова размерность теста, построенного по комбинационной мо­дели последовательностной схемы?

7. Сколько функций, в общем случае, должна выполнять схема встро­енного контроля?

8. Для чего предназначены схемы сжатия?

9. Охарактеризуйте диагностическую модель устройства управления микропроцессорной системы.

10. Какие критерии используются для оценки методов встроенного функционального контроля цифровых систем?

11. Чем характеризуются методы пошагового контроля правильно­сти хода программ?

12. Изложите суть любого (по вашему выбору) метода пошагового контроля правильности хода программ.

13. Чем характеризуются методы блокового контроля правильности хода программ?

14. Изложите суть любого (по вашему выбору) метода блокового кон­троля правильности хода программ.

15. Приведите четыре модели обучения.

16. В чем разница между обучаемыми и самообучаемыми эксперт­ными системами?

17. Как выглядит алгоритм обучения по максимальной вероятно­сти?

18. В каком случае система считается обученной?

19. Как выглядит алгоритм обучения по наименьшему расстоянию?

20. В чем заключается проблема прогнозирования технического со­стояния узла?

Список литературы

1. Основы технической диагностики / под ред. П.П. Пархоменко. – М.: Энергия, 1976. – 464 с.

2. Пархоменко П.П., Согомонян Е.С. Основы технической диагностики. – М.: Энергоиздат, 1981. – 321 с.

3. Кон Е.Л., Кулагина М.М. Встроенный функциональный контроль устройств управ­ления микропроцессорных систем. – Пермь: Перм. обл. упр. ВНТО радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова, 1989. – 74 с.

4. Гончаровский О.В., Кон Е.Л. Проектирование диагностических и отладоч­ных стендов при производстве аппаратуры связи. Тестовое диагностирова­ние и контролепригодное проектирование цифровых устройств: учеб. по­собие / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2005. – 73 с.

5. Бело­усов В.В., Кон Е.Л., Кулагина М.М. Надежность средств и систем. Применение теории нечетких множеств и теории категорий для решения задач надежности, технической диагностики и телекоммуникации: учеб. пособие. – Пермь, 2002. – 116 с.

6. С.И. Николенко, Тулупьев А.Л. Самообучающиеся системы. – М., МЦНМО, 2009. – 288 с.

7. Дианов В.Н. Диагностика и надежность автоматических систем. – М.: МТИУ, 2005. – 160 с.