Разработка алгоритма процесса диагностирования.

На втором этапе процедуры в соответствии с классическим подходом в проек­тировании метод-алгоритм-структура в тесном взаимодействии с разработчиком объекта начинается составление алгоритма процесса диагностирования.

Для каждой задачи диагностирования в настоящее время разра­ботано много методов их реализации. Систематизация методов по задачам и внутри задач может ускорить процесс разработки ТСД за счет сокращения времени на выполнение ненужной в отдельных слу­чаях работы по разработке нового метода, аналог которого уже имеется. Рекомендуемые методы решения задач диагностирования влияют на формирование алгоритмов процесса диагностирования и определяют структуру алгоритмов функционирования ТСД. Все это позволяет на данном этапе процедуры проектирования ТСД выде­лить самостоятельную задачу - выбор метода диагностирования М_{i .}Это возможно, если создать библиотеку методов решения задач ди­агностирования, в которой каждый метод характеризуется показа­телями процесса диагностирования П = { }, объема диагностиро­вания O= { }.

Наличие алгоритмов А_д диагностирования, полученных в ре­зультате анализа ДМ, методов диагностирования М_{i .} для выбранной совокупности задач обосновывает необходимость включить в про­цедуру проектирования ТСД разработку алгоритмов процесса диаг­ностирования. При этом ставится задача объединения алгоритмов диагностирования (последовательности проверок) с совокупностью операций, реализуемых в процессе диагностирования.

Этот этап следует завершить оценкой алгоритмов процесса ди­агностирования по выбранным показателям времени диагностиро­вания и погрешности их выполнения . Полученная последова­тельность определяется числом выполняемых операций, очередно­стью и продолжительностью их выполнения, что может быть ис­пользовано при формировании требований к операционным узлам, привлекаемым к реализации полученного алгоритма.

III. Структурно-функциональная организация ТСД. Состояние ОД необходимо оценить за установленное по результатам организа­ции системы диагностирования время диагностирования , кото­рое существенно ограничивает реализацию разработанных алго­ритмов СД и стоимость диагностирования. Если имеются резервы времени, то к процессу диагностирования следует привлечь ЧО. В какой степени? На этот вопрос можно ответить, если оценить сте­пень автоматизации процесса диагностирования. В результате этого выбирается совокупность операций, реализуемых автоматически, и набор операций, которые могут быть реализуются ЧО, т.е. форми­руются рекомендации на проектирование деятельности ЧО.

Далее необходимо построить структуру ТСД, оптимальную в отношении выбранного критерия качества (время, безотказность, погрешность, объем и др.), который основывается на полученном алгоритме процесса диагностирования и обоснованной степени ав­томатизации. Следует отметить, что на этом этапе при наличии ис­ходных данных осуществляется ориентировочная количественная оценка качества ТСД, что должно помочь разработчикам избежать грубых принципиальных ошибок в проектировании.

Построенную структуру ТСД необходимо затем оптимизиро­вать по техническим (ТП) и экономическим (ЭП) показателям.

Для полученной структуры ТСД, включающей набор элементов Y = { ,..., ., }, i = - номер элемента ТСД (нормализатор, компаратор и т.д.), j = - номер его модификации (на транзисто­рах, ИС и т.п.), важно определить функциональные элементы, на ко­торых будут разработаны принципиальные схемы отдельных блоков ТСД, удовлетворяющих ограничениям по безотказности Б, погреш­ности , объему V и быстродействию . Правильно выбранная элементная база в конечном счете определяет качество ТСД и систе­мы диагностирования в целом.

В завершении рассматриваемого этапа для разработанных схем оценивается результат проектирования, т.е. качество ТСД в досто­верности диагностирования. Для этого необходимо получить анали­тическое выражение, которое учитывало бы как надежность ТСД гак и возможные сбои, погрешности, возникающие в схемах.

 

IV. Конструирование, изготовление опытного образца. Как и для любого технического объекта здесь решаются задачи разработки принципиальных схем, конструирования отдельных блоков и ТСД в целом, осуществляется опытная проверка соответствия спроектиро­ванных средств требованиям технического задания. Принятые тех­нические решения экспериментально проверяются путем стендовых, заводских и государственных испытаний в реальных условиях эксплуатации.

Начальные этапы проектирования ТСД являются ответственными и сложными. В то же время они и наименее теоретически разработаны. При разработке технических средств получаемые резуль­таты следует постоянно согласовывать с разработчиками объекта и при необходимости - оперативно пересматривать их, чтобы достичь лучших показателей системы диагностирования.

Предложенная процедура имеет достаточно общий характер, что позволяет на практике применять ее в самых разнообразных ситуациях. Разделение процесса проектирования на этапы дают возможность решать задачи каждого этапа соответствующими ме­тодами. Нужны методы, способствующие работе как инженера- проектанта, так и инженера-исследователя, эффективные и деше­вые, а при необходимости и точные, несмотря на высокую стои­мость. При этом для достижения оптимальных результатов при реализации предложенной процедуры отдельные этапы могут по­вторяться до тех пор, пока спроектированные ТСД не будут удов­летворять требованиям технического задания.

 

4.1. Математическая формулировка задач проектирования ТСД

При проектировании технических средств выбор принимаемых решений, как правило, неоднозначен, а возможности проектировщика ограничены требованиями согласованного взаимодействия эле­ментов системы диагностирования. В связи с этим проектирование ТСД должно включать этапы оптимизации. Методы теории опти­мизации позволяют определить, чего можно достичь в заданных ус­ловиях и при наличии определенных ограничений, т.е. определить потолок возможностей при разработке ТСД.

При проектировании учитывается, что оптимизация отдельных частей ТСД не гарантирует глобального оптимума. Поэтому ТСД должны оптимизироваться в целом по количественно определенно­му критерию, который зависит как от заданных (известных), так и от искомых показателей, как единый объект с определенным целевым назначением.

Обязательным элементом формализации проектирования ТСД является задание критерия качества, который должен устанавли­ваться заказчиком или согласовываться с ним. При выборе вида критерия качества необходимо руководствоваться следующими ре­комендациями:

отражать основное назначение и соответствовать цели диагно­стирования, учитывать как показатели ТСД, так и показатели ОД;

быть критичным по отношению к параметрам, определяющим его значение, и давать возможность сравнения различных вариантов ТСД;

быть наглядным и по возможности просто определяемым, иметь ясный физический смысл.

Основной особенностью рассматриваемого класса объектов яв­ляется требование постоянной готовности их к использованию по назначению. В качестве критерия K можно применять показа­тель готовности П_Г - вероятность сохранения работоспособности объекта в заданный момент времени на этапе организации СД.

Следует иметь в виду, что показатель готовности отличается от коэффициента готовности К_Г, который берется как комплексный показатель надежности и не учитывает контроле пригодность и ор­ганизацию использования ОД, а также безотказность, ремонтопри­годность ТСД и организацию процесса диагностирования. Поэтому рекомендовать коэффициент готовности как критерий качества ТСД нецелесообразно.

Наличие критерия, функционально зависящего как от показате­лей ОД, так и показателей ТСД, позволяет решить задачи предвари­тельного этапа проектирования ТСД:

выбрать решаемые задачи диагностирования;

определить число каналов ТСД;

определить долю встраиваемых в объект средств и уточнить требования по безотказности, контроле пригодности и ремонтопри­годности ОД и ТСД;

определить погрешность измерений и достоверность диагностирования при заданных показателях объекта и выбранной организации использования.

На завершающих этапах в качестве критерия может найти применение достоверность диагностирования, характеризуемая как вероятность правильного заключения ТСД о состоянии ОД, позволяющая оценить степень совершенства построения различных вариантов ТСД.

Для решения задач первого этапа предложенной процедуры це­лесообразно определить набор целевых функций, характерных для отдельных этапов. В общем виде количественной оценкой качества ТСД является значение критерия качества К, представляющего собой некоторую функцию К = f(Y,X) показателей технических средств и объекта X и Y.

Объект и технические средства диагностирования описываются некоторыми конечными дискретными множествами показателей

Y= (,…, ,…, ), j= и X= (,…, ,…, ), i= .

Часто в качестве показателей , характеризующих ОД, используются число параметров, элементов, выходов, показателей надежности, избыточность, тип объекта (активный - пассивный), возможность тестового воздействия, величина обучающей выборки т.п. ТСД характеризуется показателями x_i X: достоверность стоимость, время диагностирования, объем памяти и т.п. В зависимости от решаемых задач диагностирования из множества Y и X выбираются показатели, специфичные для рассматриваемого объекта и вида ТСД.

Элементы множеств X и Y образуют (т+п) - мерное пространство возможных вариантов ТСД, соответствующих возникающим (т+п) постановкам задач на проектирование ТСД. Каждому варианту ТСД из пространства возможных проектов соответствует (т+п) - мерный вектор показателей, который количественно характеризует проектируемые ТСД.

В общем случае оптимальному проектированию подлежит структура, описываемая вектором показателей X с ограничениями ( и уравнениями связи К=f(X,Y). При таком описании ис­комым является набор показателей, удовлетворяющих ряду условий, которые определяются задачей оптимизации: К_тр или К_орt, т.е. разра­ботка проекта, удовлетворяющая заданным требованиям, или опти­мального проекта. Допустимым проектом считается проект с векто­ром показателей X = (x_l,...,x_i,...,x_m), компоненты которого удовле­творяют ограничениям , доставляющим параметрам ТСД значе­ния, удовлетворяющие ограничениям ) . Оптимальным про­ектом ТСД считается допустимый вектор показателей X, достигаю­щий экстремума целевой функции.

Если может быть получена зависимость, связывающая показа­тели ОД и ТСД, то для предварительного этапа процедуры проекти­рования ее можно использовать в качестве целевой функции вида K=f (X,Y). С учетом такой целевой функции оптимизационная за­дача в общем виде для этого этапа будет:

найтиopt K( X_,Y )

при , , i = , j= ,

т.е. для элементов СД необходимо выбрать такие значения показа­телей X и Y, чтобы обеспечить оптимальное значение целевой функ­ции. Число ограничений вытекает из требований технического зада­ния, технических возможностей и физических соображений.

Если объект спроектирован, или на него заданы требования, то задача (4.1) приобретает вид:

найти opt К(Х, Y*)

при Y* = const, , i = .

Для целевых функций проектирования ТСД возможны три на­правления изменения показателей: максимизация, минимизация, максимизация с минимизацией. Например, стремление к максимуму характерно для таких показателей ТСД, как достоверность, быстро­действие, а для показателей объекта - уровень готовности, глубина (интервал) прогнозирования. Стремление к минимуму находит при­менение для таких показателей ОД и ТСД, как объем аппаратуры, затраты на диагностирование и восстановление, стоимость и т.п. Третий вид оптимизации является наиболее общим, т.к. предпочте­ние может быть отдано как максимальным, так и минимальным зна­чениям показателей.

В тех случаях когда требуется обеспечить заданное значение критерия качества К, оптимизационная задача может быть сформу­лирована следующим образом:

найти mind [K(X,Y) -К_тр]

при , , i = , j= . (4.2)

Задача (4.2) при известных показателях объекта принимает

вид:

найти mind [K(X,Y*)- К_тр]

при Y* =const, , i =

что позволит определить требования к ТСД для заданного значения критерия качества.

При решении задачи первого этапа процедуры проектирования ТСД в качестве варьируемых могут выступать как все показатели в случае минимальной априорной информации, так и их сочетания (безотказность, контроле пригодность, ремонтопригодность и дос­товерность) или отдельные показатели (число каналов, доля встраиваемых в объект средств и др.).

На втором этапе процедуры проектирования ТСД, когда ос­новные показатели элементов СД известны, при наличии упорядо­ченной совокупности методов решения отдельных задач диагно­стирования необходимо выбрать метод, наиболее полно удовлетво­ряющий заданным требованиям X* и Y*. Для этого в базисе опреде­ленных требований нужно описать существующие методы, а задачу выбора метода диагностирования можно сформулировать как оп­тимизационную вида:

найти mind[ М* - *]

при *

где М* = (X*,Y*) - вектор заданных значений показателей ТСД и ОД; * = (Xj, Yj) - вектор значений показателей ОД и ТСД, при­своенный методу M _j.

Выбранный метод диагностирования в дальнейшем при реали­зации процедуры может выступать как ограничение при разработке алгоритма процесса диагностирования.

При решении задач третьего этапа ТСД основой является ал­горитм процесса диагностирования, включающий L операторов действия. Качество алгоритма оценивается по различным показате­лям: времени реализации, стоимости, объему, надежности привле­каемых функциональных элементов и т.п. В общем виде оптимиза­ционная задача для этого этапа может быть сформулирована сле­дующим образом:

найти opt , i =

, X.

Приведенные варианты задач ТСД перекрывают широкий диа­пазон возможных случаев, которые могут возникнуть при реализа­ции предложенной процедуры проектирования.

Задача проектирования ТСД после задания целевой функции формализуется, и процесс отыскания оптимального варианта будет состоять в решении задачи математического программирования из­вестными методами. Целевая функция, математическая формули­ровка задачи и метод оптимизации должны быть общими для ши­рокого класса ТСД.

 

4.2. Определение задач, решаемых ТСД

Совокупность решаемых ТСД задач диагностирования в об­щем случае включает определение работоспособности, поиск де­фектов, прогнозирование технического состояния. Первая задача не требует особого обоснования при включении в совокупность ре­шаемых задач, т.к. диагностирование всегда предполагает опреде­ление вида состояния.

Целесообразность решения второй задачи определяется видом электрооборудования - восстанавливаемого и невосстанавливаемого. В первом случае всегда предусматривается поиск возникших де­фектов.

Введение в совокупность задач диагностирования прогнозиро­вания технического состояния не всегда может быть оправданным из-за малого эффекта от затраченных средств. Необходимо обосно­вать целесообразность прогнозирования. Один из путей решения этой задачи основан на использовании критерия организации СД - показателя готовности. Включение в число задач, решаемых при ди­агностировании, прогнозирования может быть обосновано следую­щим образом:

1. Строят графы переходов из состояния в состояние СД при от­сутствии и наличии прогнозирования.

2. Получают выражение для показателя готовности в первом и втором П_Г2 случаях.

3. Подставляют численное значение показателей в выражения и вычисляют значения показателя готовности.

4. Полученные значения показателей готовности сравнивают и, если П_Г2> , то прогнозирование признается целесообразным, в противном случае - нецелесообразным.

Для случая, представленного графами переходов и (рис. 4.4), определить условия, при которых прогнозирование целе­сообразно. Графы переходов построены в предположении, что:

-

Рис.4.4. Полумарковская модель взаимодействия ОД и ТСД при от­сутствии прогнозирования (а) и при прогнозировании в процессе ди­агностирования (б)

- суммарная средняя продолжительность проверки работоспо­собности и получения прогноза - средняя длительность интервала прогнозирования; - вероятность то­го, что в течение интервала времени [0, ОД, находящийся в рабо­чем режиме, не потеряет работоспособности вследствие внезапного отказа его элемента; - суммарная средняя длительность проверки работоспособности и профилактического восстановления в ходе диагностирования и восстановления дефекты в ОД не возникают;

ТСД абсолютно надежны и безошибочны;

внезапные и постепенные отказы ОД взаимонезависимы;

время до возникновения постепенного отказа ОД и время, за ко­торое осуществляется прогнозирование , подчинено усеченному нормальному закону распределения, а остальные случайные величи­ны – не усеченному экспоненциальному закону распределения;

промежуток времени между последовательными диагностиро­ваниями постоянен Т= constи ОД выводится из специального кон­трольного режима полностью обновленным.

Вершины графов соответствуют следующим состояниям:

- ОД находится в рабочем режиме при отсутствии дефектов;

- проверяется работоспособность ОД, в котором отсутствуют дефекты (рис. 4.4,а) и осуществляется прогнозирование (рис.4.4,б);

- проверяется работоспособность ОД в котором возник де­фект, осуществляется восстановление объекта;

- ОД в рабочем режиме, возможны внезапные отказы элементов;

- проверяется работоспособность ОД, в котором отсутству­ют или имеются дефекты, обусловленные возникшими в течение интервала прогнозирования внезапными отказами, и осуществ­ляется профилактическое или аварийное восстановление ОД.

Проделав все необходимые операции рассмотренной выше ме­тодики получения выражения для критерия организации СД, полу­чим выражение для показателя готовности:

в первом случае (4.3)

во втором случае (4.4)

 

Сравнив выражения ( 4.3 ) и (4.4 ), увидим, что выражение ( 4.4 )

отличается от выражения (4.3 ) добавляют в числитель = в знаменатель

= { + + () + [1 - ( }.

Условием целесообразности прогнозирования является нера­венство П_Г2> .

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: