CC BY
30
УДК 63-83-52:519.768.2 Дунаев Михаил Павлович,
д.т.н., профессор каф. «Электропривод и электротранспорт» ИрГТУ, тел. (395-2) 40-51-28, e-mail: mdunaev10@mail.ru
КОМПЛЕКСНЫЙ МЕТОД СОЗДАНИЯ ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ НАЛАДКИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
M.P. Dunaev
COMPLEX METHOD OF CREATING EXPERT SYSTEMS FOR ELECTRICAL EQUIPMENT ADJUSTING
Аннотация. Обсуждено создание метода создания экспертных систем для наладки электрооборудования, базирующегося на синтезе методов технической диагностики и технологии экспертных систем.
Ключевые слова: метод, диагностика, алгоритм, экспертная система, наладка, электрооборудование.
Abstract. Complex method of creating expert systems for electrical equipment adjusting, based on synthesis technical diagnostic methods and expert systems technology is discussed.
Keywords: method, diagnostic, algorithm, expert system, adjusting, electrical equipment.
Введение
Повышение эффективности процесса наладки промышленного электрооборудования (ЭО), улучшение качества и сокращение сроков наладки невозможно без совершенствования методов управления технологическим процессом контроля и наладки.
Целью наладки является доведение состояния оборудования до соответствия паспортным требованиям. Наладочные работы, выполняемые во время эксплуатации установки, представляют собой совокупность операций по контролю, устранению возможных неисправностей и настройке как отдельных элементов оборудования, так и схемы управления в целом.
Решение проблемы сокращения сроков наладки, повышения качества процесса наладки промышленного оборудования может быть достигнуто за счет использования методов технической диагностики.
В арсенале средств технической диагностики имеются методы, позволяющие строить программы поиска неисправностей, минимальные по средним затратам.
Однако опытные инженеры вместе с выполнением стандартной программы наладки используют свои собственные эвристические способы и приемы наладки, которые трудно или невозможно найти в стандартных программах. К сожалению, опыт и приемы работы лучших инженеров-наладчиков оказываются зачастую не обобщенными, а передача и освоение знаний и навыков вызывают определенные затруднения. В частности, хорошие специалисты неохотно делятся своими «ноу-хау», считая их личным профессиональным секретом. Все это приводит к тому, что уникальные знания и опыт специалистов по наладке не только не приумножаются, но и не сохраняются.
Для распространения опыта лучших наладчиков и обучения молодых специалистов представляется целесообразным внедрение в технологический процесс наладки современных информационных технологий, в частности экспертных систем [1].
Технологический процесс наладки промышленного оборудования [2] можно представить в виде схемы, изображенной на рис. 1, где ОН -объект наладки (налаживаемая установка); СИ -средства измерения (тестер, осциллограф, логический индикатор и др.); ТСН - технические средства наладки (монтажный инструмент, запасные детали и блоки и др.); СН - субъект наладки (человек, специалист по наладке); МН - метод наладки (программа наладки); x1... xq , z1... zN - входные и выходные измеряемые сигналы объекта наладки; У1... - наблюдаемые признаки дефектов объекта наладки.
Успешность проведения процесса наладки зависит от правильного выбора последовательности при выполнении проверок, т. е. от знания и владения методами диагностирования.
Информатика, вычислительная техника и управление. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
1 Хи" » СИ
ОН
ТСН
1
СН
Уи- у*
21... ZN
+ СИ
МН
Рис. 1. Процесс наладки
В современной научной практике существуют два независимых и даже взаимоисключающих подхода - либо логические методы технической диагностики, либо диагностические экспертные системы.
Однако, на наш взгляд, было бы плодотворным найти такой комплексный подход, который сочетал бы в себе достоинства этих методов.
Комплексный метод. На основе проведенных исследований предложен комплексный метод контроля и наладки оборудования (рис. 2). Данный метод реализует подход, основанный на синтезе технологии экспертных систем (ЭС) и алгоритмов технической диагностики (ТД).
Алгоритмы технической диагностики
Стандартные программы
Т
Комплексный метод контроля ЭО
Технология экспертных систем
Рис. 2. Схема синтеза метода
Этапы реализации метода показаны на
рис. 3.
СИНТЕЗ АЛГОРИТМА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
ФОРМИРОВАНИЕ БАЗЫ МЕТАПРАВИЛ
ФОРМИРОВАНИЕ БАЗЫ ЗНАНИИ
РЕАЛИЗАЦИЯ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ
1. Синтез алгоритма диагностирования
С учетом общепринятых допущений составляется математическая модель ОД, которая должна быть представлена в виде функциональной схемы. Далее математическая модель ОД преобразуется в логическую модель в форме ориентированного графа. По логической модели проводится процедура построения графов алгоритмов диагностирования ОД, соответствующих основным диагностическим методам. Итогом этого этапа становится выбор диагностического алгоритма, обладающего минимальными средними затратами.
2. Формирование базы метаправил ЭС
На данном этапе происходит структурирование базы знаний (БЗ) экспертной системы с учетом выбранного алгоритма диагностирования, т. е. формируется база метаправил будущей ЭС. Этот процесс реализуется с помощью следующих шагов: формируется общий список диагностируемых экспертной системой неисправностей ОД; список диагностируемых неисправностей разбивается на две части: промежуточные и окончательные диагнозы; диагностируемые неисправности из списка окончательных диагнозов требуется упорядочить в соответствии с путем обхода графа алгоритма диагностирования, которому было отдано предпочтение на первом этапе.
3. Формирование базы знаний (БЗ) ЭС
На данном этапе структура БЗ ЭС наполняется теоретическими и практическими знаниями о наладке ОД и происходит окончательное структурирование БЗ ЭС. Этот процесс реализуется путем выполнения следующих шагов: на основе логических уравнений формулируются первичные правила для базы знаний ЭС и оформляются в виде продукций (правил) типа «ЕСЛИ А, ТО В»; практические знания специалистов по наладке (экспертов) также оформляются в виде правил «ЕСЛИ А, ТО В»; база знаний формируется в виде совокупности первичных правил и правил, отражающих практические знания экспертов; все правила базы знаний формализуются в виде выражений, где антецедентом является дизъюнкт или конъюнкт Сь а консеквентом - диагноз
Рис. 3. Этапы реализации метода
иркутским государственный университет путей сообщения
4. Реализация экспертной системы
На данном этапе разработанная база знаний преобразуется в соответствии с синтаксисом выбранного инструментального средства. Этот процесс реализуется путем выполнения следующих шагов: производится выбор инструментального средства с учетом необходимых особенностей; осуществляется реализация разработанной базы знаний на основе выбранного инструментального средства; проводится тестирование и отладка экспертной системы; производится документирование созданной ЭС.
На основе предложенного комплексного метода контроля и наладки разработаны базы знаний для наладки электрооборудования. Структура БЗ ЭС для наладки одного из макроэлементов электрооборудования (управляемого преобразователя) приведена на рис. 4.
Разработанные базы знаний легли в основу созданного комплекса экспертных систем для наладки электрооборудования.
мы. Исследования, проведенные на 66 объектах электрооборудования, показали результативность и эффективность наладки с помощью разработанных ЭС.
Таблица 1 Результаты наладки по четырем группам
Наименование групп объектов Кол-во объектов Время поиска неисправностей, час Общее время наладки, час
Бригада ЭС Бригада ЭС
Управляемые преобразователи 21 116 39,5 261,5 185
Электроприводы постоянного тока 21 151 48,5 234,5 132
Электроприводы переменного тока 18 99 34,5 177 112,5
Прочее электрооборудование 6 89 12,5 218 141,5
Итого 66 455 135 891 571
Рис. 4. Структура БЗ ЭС
В таблице 1 отражены результаты наладки по четырем группам электрооборудования: управляемым преобразователям (УП), электроприводам постоянного тока, электроприводам переменного тока и прочему электрооборудованию.
Данные, полученные в результате эксперимента, позволили сравнить эффективность наладки электрооборудования, проведенной традиционным способом (бригадой инженеров-наладчиков), и эффективность наладки электрооборудования, проведенной с использованием экспертной систе-
На рис. 5-7 представлены результаты апробации и исследования эффективности созданных экспертных систем.
На рис. 5 представлена диаграмма, отражающая состав налаживаемого ЭО.
□ Управляемые преобразователи
□ Электроприводы постоянного тока
□ Электроприводы переменного тока
□ Прочее_
Рис. 5. Состав ЭО
Диаграммы на рис. 6-7 показывают, что использование ЭС позволило сократить в среднем время поиска неисправностей на 70 %, а общее время наладки - на 36 %. Уменьшение общего времени наладки возможно за счет сокращения времени рутинных операций, например, таких как поиск необходимых справочных данных, анализ технической документации и т. п. С этой целью предлагается в существующую экспертную систе-
Состав электрооборудования
□ 9%
□ 32%
Информатика, вычислительная техника и управление. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
му встроить все необходимые технические данные о налаживаемых объектах. Здесь видится два возможных способа задавать параметры конкретных объектов:
- непосредственно в правилах базы знаний экспертной системы;
Время поиска неисправностей
90% - ЮО%
80% -70% 60% -50% -40% -30% -20% 10% -0%
30%
Бригада
ЭС
Рис. 6. Время поиска
Общее время наладки
100% -| 90% -80% -70% -60% -50% -40% -30% -20% -10% -0%
1 100%
64%
Бригада
ЭС
«плюс» - отсутствие необходимости вносить изменения в механизм вывода. Изменений в правилах не избежать, даже если воспользоваться обычно имеющимися в оболочках средствами доступа к базам данных, электронным таблицам или текстовым файлам, специально организованным для хранения значений переменных.
Второй способ представляется более естественным для разработчиков ЭС, хотя и у этого способа есть «минус» - необходимость внесения изменений в механизм вывода с целью «научить» ЭС обращаться за значениями параметров в процессе консультации.
В случае, когда предполагается работа с несколькими моделями преобразователей, применение этого способа вполне оправдано и не будет излишне трудоемким.
Выводы
Рассмотрен комплексный метод создания экспертных систем для наладки электрооборудования, сочетающий методы традиционной технической диагностики и технологию ЭС.
Описаны способы настройки экспертной системы на наладку конкретных моделей преобразователей с целью повышения практической значимости ЭС.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Рис. 7. Время наладки
- использовать таблицы реляционной базы данных.
Первый способ может применяться, если ЭС создавалась в одной из готовых оболочек. «Минус» этого способа - увеличение базы знаний,
1. Джексон П. Введение в экспертные системы : пер. с англ. / П. Джексон. - М. : Вильямс, 2001. - 624 с.
2. Дунаев М.П. Экспертные системы для наладки электроприводов : монография / Дунаев М.П. -Иркутск : ИрГТУ, 2004. - 138 с.
