Обоснование степени автоматизации диагностирования

Поскольку в процессе диагностирования участвует оператор, то при проектировании ТСД следует определить, какие из операций будут выполняться оператором вручную, а какие автоматически. Повышение степени автоматизации обычно направлено на сокращение времени диагностирования и сопровождается возрастанием стоимости.

Каждая операция алгоритма процесса диагностирования может быть охарактеризована временем выполнения _к, погрешностью реализации _к и стоимостью с_к.

При решении задач по определению рациональной степени автоматизации в системе оператор-техническое средство в настоящее время используют как качественные, так и количественные методы. Основными принципами решения задачи являются качественные методы.

Рассмотрим метод количественной оценки.

Постановка задачи: известен алгоритм процесса диагностирования F_д, реализующий выбранные задачи z_i и методы М_j диагностирования, время диагностирования д. Необходимо определить степень автоматизации диагностирования, т.е. фрагменты и операции алгоритма, реализуемые с помощью технических средств.

Если известны стоимости и затраты времени на выполнение каждой операции вручную или автоматически, то задача формулируется как оптимизационная:

найти

при ; (16.6)

где C_aк, C_pк, _aк, _pк – соответственно стоимости и затраты времени на автоматические и ручные операции;

Алгоритм процесса диагностирования представляется ориентированным графом G(F,E), вершинами которого являются операции f_к , , а ветви е_{j ,} указывают связи между операциями (рис.16.14).

В графе G(F,E) имеется определенное число L вершин f₃, f_к,..., соответствующих операциям принятия решения о состоянии объекта при оценке одного из параметров. Из этих вершин (например, f_к) выходят две ветви, первая из которых соединяет эту вершину с вершиной f_к+s, соответствующей +1 операции принятия решения по оценке следующего параметра, а вторая – с вершиной f_к+1, соответствующей операции, связанной с определением причины недопустимого изменения -го параметра.

Для выполнения анализа граф G(F,E) преобразуется таким образом, чтобы операции, связанные с каждым -м, параметром, следовали одна за другой (рис.16.15). В полученном графе для упрощения устраняются вершины, соответствующие одинаковым операциям.

Задача решается следующим образом (рис.16.16). По графу G(F,E) строится граф G_p выполнения алгоритма процесса диагностирования вручную, а ниже – граф G_a выполнения алгоритма автоматически, причем каждой вершине (операции) графа G_p сопоставляются вершины (операции) в графе G_a. Если операции в графе G_p трудно сопоставить операцию, выполняемую автоматически, то несколько операций в графе G_p объединяют в одну и представляют ее обобщенной вершиной. Вершины графов G_p и G_a соединяют ветвями по принципу: к-я вершина одного из графов соединяется с к+1-й вершиной другого графа.

Каждой вершине графа сопоставляются стоимостные С_pк, С_ак и временные _pк, _ак затраты.

В стоимость операции, выполняемой вручную, включается стоимость используемых при этом измерительных приборов, индикаторов и схем коммутации.

При автоматическом выполнении операции стоимостные затраты рассчитываются по формуле:

С_ак=С_кN_бк,

где С_к – стоимость одного базового и примыкающих к нему элементов; N_бк – число базовых элементов, необходимых для выполнения

к-й операции.

Временные затраты на выполнение операций вручную определяются с помощью следующей формулы:

,

где R – число простых операций (поиск органа управления, включение, переключение и т.п.), из которых складывается к-я операция в алгоритме процесса диагностирования; _кj – затраты времени на j-ю простую операцию.

Затраты времени при выполнении операции подсчитываются автоматически следующим образом:

,

где N_hк – число операций h-го типа (сложение, вычитание и т.п.), необходимых для выполнения к-й операции; L_h – число операций h-го типа, выполняемых в единицу времени.

В предположении, что одновременно за допустимые пределы может выходить значение только одного параметра, затраты времени на реализацию алгоритма поиска дефекта определяются с учетом вероятности необходимости выполнения этих операций, которая рассматривается как показатель значимости алгоритма поиска дефекта. Значимость определяется с помощью выражения:

,

где l – число дефектов, приводящих к недопустимому изменению –го параметра; q_i – вероятность возникновения дефекта i-го элемента.

С учетом сказанного

Задача по обоснованию рациональной степени автоматизации сводится к выбору из множества возможных простых путей Х={х₁,..., ,...,x_p}, , в графе (см. рис.16.16), для которых удовлетворяется условие:

одного пути х₀, с наименьшими стоимостными затратами

.

Решение этой задачи выполняется в два этапа: на первом определяется множество Х, а на втором выбирается х_o. Эта процедура может оказаться трудоемкой, если количество операций n в алгоритме велико, поскольку число итераций N в общем случае равно N=2ⁿ+к. Его можно уменьшить, осуществив перебор следующим образом: выбрать простой путь х_l, обладающий наименьшей стоимостью, и проверить для него условие (16.6). Если условие (16.6) удовлетворяется, то х_l – искомый путь. Если же это условие не удовлетворяется, то в пути х_l последовательно по одной заменяются вершины, принадлежащие графуG_p, на вершины, принадлежащие графу G_a (или наоборот), и проверяется условие (16.6). Для упорядочения замен предварительно вычисляется критерий значимости _к, который характеризует сокращение временных затрат, приходящееся на единицу стоимости:

Производится замена вершины на вершину, обладающую наибольшим значением критерия . Для вновь полученного пути x_l+1 проверяется условие (16.6). Процесс повторяется до получения удовлетворительного решения.

При выполнении условия (16.6) все вершины, вошедшие в путь фиксируются, и определяется коэффициент автоматизации процесса диагностирования

К_а = m/n,

где m – число операций, выполняемых автоматически; n – общее число операций, выполняемых при диагностировании.

Операции, выполняемые автоматически, составляют алгоритм функционирования ТСД, который является основой построения функциональной схемы на принятой элементной базе.

Контрольные вопросы

1. Определите правильный порядок операторов, реализуемых ТСД.

Ответы:

а) сбор, представление, обработка, управление;

б) управление, представление, обработка, сбор;

в) сбор, обработка, представление, управление.

2. В каком порядке выполняются этапы процедуры разработки ТСД?

Ответы:

а) построение алгоритма процесса диагностирования, формирование требований, построение структуры, разработка принципиальных схем и конструирование;

б) построение алгоритма процесса диагностирования, построение структуры, формирование требований, разработка принципиальных схем и конструирование;

в) формирование требований, построение алгоритма процесса диагностирования, построение структуры, разработка принципиальных схем и конструирование.

3. Укажите вид целевой функции оптимизационной задачи, используемой на первом этапе проектирования ТСД, если объект создан.

Ответы:

а) найти

б) найти

в) найти

4. Каким образом формулируется оптимизационная задача при решении задач этапа структурно-функциональной организации ТСД?

Ответы:

а) найти

при ;

б) найти

при ;

в) найти

при

5. Какую последовательность действий предполагает методика обоснования целесообразности прогнозирования состояния объекта из предложенных сочетаний: 1) получение выражений для показателей готовности при наличии и отсутствии прогнозирования; 2) подстановка числовых значений показателей в выражение для показателей готовности; 3) сравнение значений показателей готовности; 4) построение графов переходов при отсутствии и наличии прогнозирования.

Ответы:

а) 1,3,2,4;

б) 4,1,2,3;

в) 1,2,3,4.

6. В каком случае можно больше ТСД встроить в объект при обеспечении роста показателя готовности, если безотказность объекта =const, а безотказность средств > > ?

Ответы:

а) ;

б) ;

в) .

7. Какие операторы используются при построении граф-схем алгоритма процесса:

1) логических условий; 2) действия; 3) представления?

Ответы:

а) 2,3;

б) 1,3;

в) 1,2.

8. Если известны стоимость и время выполнения каждой операции алгоритма процесса диагностирования вручную и автоматически, то оптимизационная задача обоснования степени автоматизации диагностирования при ограничении на время диагностирования формулируется следующим образом (найти правильные ответы).

Ответы:

а) найти

при

б) найти

при

в) найти

при

ГЛАВА 17

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА

Общие положения

Человек-оператор (ЧО) в процессе диагностирования играет решающую роль в зависимости от условий эксплуатации оборудования. Он выполняет информационные и управляющие функции, соотношение между объемами которых определяется режимом его работы.

В процессе проектирования деятельности ЧО последовательно решают следующие задачи:

распределение функций между ТСД и ЧО в процессе диагностирования;

определение оптимальных условий для деятельности ЧО в процессе диагностирования;

рациональное обеспечение ЧО информацией о ходе диагностирования;

определение требований, предъявляемых к ЭУ и ТСД с точки зрения обеспечения эффективности работы ЧО.

По результатам распределения функций между ЧО и ТСД разрабатываются алгоритмы деятельности ЧО, позволяющие обосновать требования к условиям работы и рабочему месту ЧО, средствам отображения информации и пультам управления, средствам связи и т.п. и требования к персональному отбору и обучению ЧО систем диагностирования.

Разработка алгоритмов деятельности ЧО – одна из наиболее важных задач при создании эффективных систем диагностирования. Алгоритмы деятельности ЧО, как правило, разрабатывают на стадии эскизного проектирования и уточняют при техническом проектировании. Процедура разработки алгоритмов деятельности ЧО системы диагностирования состоит из трех этапов.

1. Составление в описательной форме упрощенного алгоритма деятельности ЧО из отдельных действий на основе выбранных конструктивных решений с учетом степени автоматизации диагностирования, определенной при проектировании ТСД.

2. Составление в описательной форме детализированного алгоритма деятельности ЧО на уровне отдельных операций на основе выбранных конструктивных элементов, позволяющих принимать и обрабатывать информацию, реализовывать управляющие воздействия.

3. Оценивание спроектированной деятельности ЧО с помощью показателей функциональности, которая предусматривает построение структур деятельности ЧО на уровне действий и операций; выбор исходных характеристик (безошибочности, быстродействия) выполнения каждой операции для количественной оценки по показателям функциональности; выявление в составленной структуре типовых блоков; расчет значений показателей качества функционирования ЧО и сравнение их с заданными.

Если заданные требования не удовлетворяются, то составленные алгоритмы перерабатываются в следующем порядке:

в структуре выявляют элементы приема и обработки информации, не удовлетворяющие требованиям безошибочности и быстродействия;

выявляют в структуре элементы формирования управляющих воздействий, неудовлетворяющие требованиям безошибочности и быстродействия;

выявленные элементы заменяются новыми;

новый вариант оценивается по показателям качества функционирования.