CC BY
62
МЕТОД ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ПРОЦЕССА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ НА ОСНОВЕ ПАТТЕРНОВ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ
Анисимов Олег Витальевич
к.т.н., доцент, доцент кафедры автоматики и вычислительных средств Ярославского высшего военного училища противовоздушной обороны, г. Ярославль, Россия, [email protected]
?
О л л С
Ключевые слова:
цикл управления, сложная организационно-техническая система специального назначения, автоматизированная система управления, комплекс средств автоматизации, система интеллектуальной поддержки принятия решений.
При выполнении обслуживающим персоналом операций по восстановлению радиоэлектронной аппаратуры важным информационным ресурсом систем информационной поддержки является комплект электрических схем. Одним из путей сокращения времени восстановления радиоэлектронной аппаратуры является совершенствования средств автоматизации информационной поддержки обслуживающего персонала за счет сокращения времени извлечения требуемых схемных фрагментов. Это приводит к необходимости решения задачи формирования фрагментов электрических схем на основе описания их структурно-функциональных свойств в виде запросов на естественно-подобном языке с использованием терминов и понятий предметной области.
Предлагается метод решения данной задачи включающий способ формирования предметно-графической объектной модели радиоэлектронной аппаратуры, способ формирования схемно-ориентированных запросов обслуживающего персонала на естественно-подобном языке с использованием предметных понятий и терминов, а также способ формирования фрагментов электрических схем по их структурно-функциональным свойствам, заданным в схемно-ориентированных запросах обслуживающего персонала. Формализация и общая логика разработанного метода информационной поддержки позволяют перейти к языковым интерфейсам в системах информационной поддержки обслуживающего персонала, обеспечивающим использование понятий предметной области в рамках конструкций естественного языка. Это предоставляет возможность обслуживающему персоналу использовать голосовые и текстовые запросы на естественно-подобном языке при работе с комплектом электрических схем, что обеспечивает повышение эффективности выполнения операций обслуживающим персоналом по восстановлению РЭА за счет сокращения времени извлечения требуемых фрагментов электрических схем.
Для экспериментальной проверки эффективности предлагаемого метода разработан программный комплекс, реализующий предложенный метод информационной поддержки. Выполненный эксперимент по оценке эффективности предлагаемого метода информационной поддержки показывает многократное сокращение времени извлечения требуемых схемных фрагментов и соответствующее сокращение времени восстановления на 9-14% применительно к аппаратуре, используемой в эксперименте. Предложенный метод и его программная реализация могут быть использованы при совершенствовании существующих и создании новых систем информационной поддержки обслуживающего персонала на любом из этапов эксплуатации сложных технических комплексов, где регламентировано использование электрических схем РЭА.
Введение
Одним из путей повышения эффективности решения задач восстановления радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) сложных технических комплексов (СТК) является использование средств автоматизации информационной поддержки обслуживающего персонала. В настоящее время автоматизированы или частично автоматизированы операции процесса восстановления, связанные с контролем и прогнозом технического состояния изделия, заказом запасных типовых элементов замены, формированием отчетных документов ремонта, а также отдельные процессы принятия решения при восстановлении РЭА.
При выполнении многих операций по восстановлении участвует обслуживающий персонал (ОП), при этом его деятельность в значительной степени связана с использованием разнородной технической информации из комплекта эксплуатационных документов на РЭА, составной частью которого является комплект электрических схем. Это обстоятельство определяет потери времени при восстановлении РЭА, которые вносят операции, связанные с извлечением и предоставлением обслуживающему персоналу требуемой технической информации. Эти операции при восстановлении радиоэлектронной аппаратуры сложных технических комплексов связаны с большими временными затратами (до 15 % от общего времени восстановления РЭА [1]).
Таким образом, имеется практическое противоречие между необходимостью сокращения времени восстановления и большими временными затратами на поиск и извлечением технической информации, требуемой ОП в процессе восстановления РЭА ЗРВ.
Существующие методы и средства информационной поддержки ОП [2] позволяют автоматизировать целый ряд операций процесса восстановления радиоэлектронной аппаратуры. Однако в них основное внимание уделено вопросам совершенствования средств автоматизации для выполнения операций локализации отказа, распознавание вида отказа, формирование сигнатуры отказа и не рассматривались вопросы совершенствования методов и способов взаимодействия ОП со средствами автоматизации, связанных с извлечением из комплекта электрических схем информации в виде фрагментов электрических схем, необходимых в процессе выполнения операций по восстановлению РЭА СТК.
Это позволяет сформулировать противоречие в науке: необходимость совершенствования методов информационной поддержки обслуживающего персонала в процессе восстановления РЭА СТК и отсутствие метода, связанного с извлечением и предоставлением требуемых фрагментов электрических схем по запросам обслуживающего персонала. Выявленное противоречие обуславливает цель работы: разработка метода информационной поддержки обслуживающего персонала, обеспечивающего сокращение времени восстановления ЗРВ за счет уменьшения времени извлечения информа-
ции в виде фрагментов электрических схем, необходимых при восстановлении РЭА.
Вопросы предоставления обслуживающему персоналу электрических схем решаются системами информационной поддержки (СИП). Особенность использования электрических схем при восстановлении РЭА состоит в том, что ОП явно или неявно оперирует некоторыми условиями, которые необходимо определять в запросах для поиска и выбора требуемых фрагментов электрических схем. Использование существующих запросных языков (SQL, LinQ и т.п.) в системах информационной поддержки не позволяют в структуре запросов учитывать особенности концептуального представления электрических схем в терминах и понятиях предметной области. Это приводит к необходимости формирования большого числа запросов для извлечения требуемой технической информации из электрических схем и негативно отражается на времени восстановлении радиоэлектронной аппаратуры [3].
Для развития средств автоматизации информационной поддержки при работе ОП с электрическими схемами в процессе восстановления РЭА целесообразно осуществить переход к использованию естественно-подобного языка запросов, который позволяет использовать систему терминов, понятий и отношений, сложившуюся в нормативной и эксплуатационной документации, а также в практике эксплуатации РЭА. При таком подходе один запрос на естественно-подобном языке может содержать количество информации, равносильной нескольким запросам на существующих запросных языках [3].
Структура метода информационной поддержки
по схемно-ориентированным запросам
обслуживающего персонала
Предлагаемый в работе метод информационной поддержки связан с необходимостью формирования нового вида запросов ОП, которые характеризуются использованием схемных терминов и понятий в рамках естественно-подобного языка для описания структурно-функциональных свойств требуемых схемных фрагментов и названы в работе схемно-ориентированными запросами. Метод основывается на совокупности моделей и способов работы с ними, которые учитывают различные аспекты представления электрических схем и использования в процессе восстановления РЭА СТК: предметный, графический, языковой.
На рис. 1 приведена общая структура метода, показаны основные компоненты метода и связи между ними. Основой метода выступают:
- способ формирования предметно-графической объектной модели радиоэлектронной аппаратуры для согласования понятийного и схемного представления РЭА;
- способ формирования схемно-ориентированных запросов обслуживающего персонала на естественно-подобном языке с использованием предметных понятий
и терминов для определения структурно-функциональных свойств фрагментов электрических схем РЭА;
- способ формирования фрагментов электрических схем по их структурно-функциональным свойствам, заданным в схемно-ориентированных запросах обслуживающего персонала.
В качестве исходного информационного ресурса в методе используется эксплуатационная документация Ь, включающая комплект электрических схем £ е Э и нормативная документация ЕСКД на электрические схемы РЭА.
Способ формирования предметно-графической объектной модели РЭА
Для отражения предметного аспекта РЭА предлагается рассматривать электрическую схему, как совокупность самостоятельных понятийных единиц, представляющих структурные и функциональные элементы изделия. Совокупность всех понятий, определяющих образ, ассоциированный у обслуживающего персонала со структурным элементом РЭА, представляется в виде фрейма. В качестве исходных данных для формирования фреймов выступают множества понятий А и отношений Я, которые формируются в результате концептуального анализа данных, содержащихся на электрических схемах разных типов.
Построение фреймовой модели РЭА
В работе используется формальное представление фрейма ^ в виде упорядоченного множества (кортежа) слотов:
^ = (<т1,сг2,...,<тд), (1)
где каждый слот а. (1=1, п) в общем виде имеет следующую структуру:
где V. - множество значений слота а,, ё. - демон слота а..
Построение фреймовой модели РЭА требует учета различных аспектов представления схемных элементов в предметных понятиях, в связи с чем предлагается учитывать три аспекта: сущностный, ролевой и сценарный. Сущностный аспект отражает наличие структурных элементов (сущностей), которые представляются на электрических схемах РЭА. Ролевой аспект отражает функциональную сторону изделия в терминах действий, которые выполняют компоненты РЭА, определяемые схемными структурными элементами. Наличие в модели сценарного аспекта связано с необходимостью представлять абстрактные понятия предметной области (цепь сигнала, функциональная группа, канал передачи данных и т.п.), ко-
РЭА
Информационное обеспечение технической эксплуатации РЭА
Комплект электрических схем на РЭА
сояз
оп
Множество понятий
А
Комплект эксплуатационных документов на РЭА
ь
Нормативные
документы
ЕСКД
Фреймовая модель РЭА (ФМ РЭА)
Метод информационной поддержки процесса диагностирования ЗРВ Нормативные на основе паттернов элементов документы электрических схем РЭА
на системы
обработки информации
Способ формирования предметно-графической объектной модели радиоэлектронной аппаратуры
Множество отношений
Я.
ФМ РЭА
Предметно-ориентированная графическая модель РЭА (ПГОМ) °(п)_ элементов ,ГП(л)
Предметная объектная модель РЭА (ПОМ)
Паттерны элементов электрических схем (л)
Графическая объектная модель электрических схем РЭА(ГОМ)
ПОМ
л
Способ формирования схемно-ориентированных запросов(СОЗ) обслуживающего персонала
Язык схемно-ориентиро-ванныхзапросов(СОЯЗ)
Грамматика СОЯЗ в
Синтаксис СОЯЗ
Предикатная модель СОЗ (ПМСОЗ)
ПМ СОЗ
СОЗ
I ПГОМ
Способ формирования фрагментов электрических схем по схемно -ориентированным запросам обслуживающего персонала
Грамматический анализ СОЗ
Предметная интерпретация предложения запроса
Формирование графического контекста ГКсоз схемного фрагмента
ГКсоз
Фрагмент электрической схемы С<Ц;0з
Средства визуализации систем информационной поддержки
Рис. 1. Общая структура предлагаемого метода информационной поддержки по схемно-ориентированным запросам обслуживающего персонала
торые обычно явно не указываются в виде элементов электрических схем.
В соответствии с этим фреймовую модель ФМ РЭА целесообразно формировать на основе множеств фреймов трех видов: фреймов-экземпляров Ф1, фреймов-ролей Ф2 и фреймов-сценариев Ф3, причем для каждого вида фрейма правила построения имеют свои особенности [4].
Фреймы-экземпляры создаются для всех структурных элементов схемы, в качестве которых на схемах выступают условные графические обозначения блоков, ячеек, разъемов, шлейфов, а также для такого абстрактного понятия как электрическая цепь (цепь).
Общее представление функциональности изделия осуществляется на основе фреймов-ролей. Использование ролевого описания позволяет отразить в предметных понятиях функциональное представление изделия, ассоциированное с комплектом электрических схем на изделие. При формировании фреймов-ролей основой выступает не структура изделия, а выполняемые изделием функциональные задачи и функции. Поэтому для формирования фреймов-ролей требуется определить множество всех функциональных задач (функций) ¥={¥(1), ¥ (2), ... , ¥ (№0 }, которые целесообразно использовать для отражения функциональности изделия, и создать соответствующих набор функциональных моделей для всех структурных уровней РЭА.
Совокупность фреймов-экземпляров и фреймов-ролей не позволяет оперировать абстрактными понятиями предметной области (цепь прохождения сигнала, цепь зависимых сигналов, каналов и трактов прохождения сигналов), которые отражают взимо-зависимость/взаимовлияние сигналов и определяют сущности, не представленые в виде структурных элементов электрических схем. Для работы с такими абстрактными понятиями в терминах предметной области предлагается использовать фреймы-сценарии.
Для формирования фреймов-сценариев необходимо для каждой функциональной задачи ¥(/) е ¥, г = 1, N4), определить все отношения функциональных зависимостей между сигналами и функциональными задачами (функциями), что выполняется путем соответствующего анализа комплекта электрических схем и функциональной модели РЭА.
Таким образом определяются три множества Ф1, Ф2 и Ф3 фреймов-экземпляров, фреймов-ролей и фреймов-сценариев соответственно, которые в совокупности образуют фреймовую модель ФМ РЭА:
ФМ РЭА=Ф1 и Ф2 и Ф3. (3)
Фреймовая модель ФМ РЭА позволяет в предметных понятиях РЭА и электрических схем представить структурную, функциональную, идентификационную и параметрическую модели РЭА.
По своей структуре фреймовая модель хорошо согласуется с объектно-ориентированным подходом к моделированию и может быть использована для предметного объектного описания РЭА. Однако фреймовая
модель не содержит средств, которые предназначены для графического объектного описания РЭА в виде электрической схемы.
Для обеспечения согласования графического представления элементов РЭА на схемах с предметными понятиями, определенными на основе фреймовой модели, разработаны две модели: предметная объектная модель РЭА (ПОМ) и графическая объектная модель электрических схем РЭА (ГОМ), согласование которых осуществляется в рамках одной предметно-графической объектной модели (ПГОМ) РЭА.
Формирование моделей ПОМ и ГОМ представляет собой самостоятельную задачу, которая требует учета и взаимного согласования целого ряда следующих аспектов в соответствии с принципами объектно-ориентированного подхода:
- предметного представления РЭА в виде фреймовой ФМ РЭА;
- графического представления электрических схем РЭА в средствах визуализации СИП;
- графического представление электрических схем в соответствии с правилами ЕСКД.
Решение рассматриваемой задачи, с одной стороны, требует выделения из фреймовой модели ФМ РЭА элементов, имеющих законченный предметный смысл (блок, ячейка, разъем, маркировка, позиционное обозначение и т.п.), а, с другой стороны, выделения на электрической схеме РЭА графических элементов, несущих смысловую предметную нагрузку. В соответствии с принципами объектно-ориентированного подхода выделение таких элементов целесообразно выполнять в виде объектов, что определило название обоих вышеназванных моделей.
Построение предметной объектной модели РЭА
Построение предметной объектной модели (ПОМ) начинается с формирования фреймов-прототипов, определяющих на основе ФМ РЭА структуру классов, которые являются основой для формирования множества объектов в соответствии с представлением радиоэлектронной аппаратуры в ФМ РЭА. Исходными данными для этого является множество фреймов, образующих фреймовую модель ФМ РЭА. Каждый из фреймов необходимо поставить в соответствие одному из трех типов фреймов: фреймов-экземпляров Ф1, фреймов-ролей Ф2 или фреймов-сценариев Ф3. В соответствии с этим формируются три типа фреймов-прототипов Фц Фпи Ф3И
На основе совокупности фреймов-прототипов Фп Ф2пи Ф3дформируется объединенное множество П={а\ а2, ... ,ам} слотов по следующему правилу:
П=СТ(Ф1) и (Ф2) и (Ф3) (4)
где - а(Ф^) набор всех слотов фреймов-прототипов Ф^.
Дальнейший анализ совокупности слотов П направлен на их классификацию в соответствии с прин-
ципами объектно-ориентированного подхода. Для этого множество П разбивается на три подмножества:
ПВ - совокупность слотов, которые имеют визуализируемое представление на электрических схемах (надпись, позиционное обозначение, маркировка, разъем, ячейка и т.д.) и определяют совокупность типов классов НК;
ПС - совокупность слотов - скаляров, которые не используются при визуализации электрических схем (тип сигнала, название функции, название функциональной задачи и т.д.) и определяет совокупность полей классов НП;
ПД - совокупность слотов, значениями которых являются демоны (демон цепей прохождения сигнала, демон цепей зависимости сигнала и т.д) и определяют совокупность типов методов классов НМ.
Это позволяет сформировать множество классов К={К1, К2 , ... , Кд }, которые определяют предметное описание РЭА, соответствующее объектно-ориентированному подходу к декомпозиции ФМ РЭА.
Для формирования предметного объектно-ориентированного представления РЭА с каждым фреймом Б с ФМ РЭА сопоставляются соответствующие классы К(К) е К и производится заполнение полей этих классов значениями, определяемыми слотовой структурой фрейма ^ В результате на основе каждого из классов К. е К формируется множество объектов 0(К), которые в совокупности образуют предметную объектную модель (ПОМ), адекватную фреймовой модели РЭА:
ПОМ = 0(К1) и 0(К2) и, ..., 0(Кд ).
(5)
ПОМ={0Ъ О2, ..., От}.
(6)
щих структурным элементам на электрических схемах. Использование паттернов позволяет обеспечить согласование объектов ПОМ РЭА с примитивами вывода, определяемыми возможностями графической системы СИП.
При определении паттернов необходимо каждое предметное понятие, определяющее поле класса, представить в виде объекта, который выступает в качестве основы для формирования графических единиц визуализации схемных объектов. В соответствии с этим всякий паттерн формально можно представить в виде двухэлементного кортежа:
п = <0(п), ГП(п)>.
(7)
Каждое множество 0(К;) определяет не только некоторый набор объектов, но также и предметное значение этого объекта в соответствии с типом класса.
Учитывая, что в этой записи 0(К;) является множеством объектов, целесообразно использовать другую форму записи ПОМ, отражающую объектное представление ФМ РЭА:
В структуре (7) паттерна п одновременно отражены два аспекта схемных элементов - предметный и графический. Предметный аспект в структуре паттерна представляется набором 0(п) объектов ПОМ, а графический - набором ГП(п) примитивов вывода.
Паттерны формируются для каждого типа схемных элементов с учетом их предметного объектного описания в ПОМ и используемых графических примитивов вывода. Разнообразие графических примитивов определяется видом и сложностью визуализируемого объекта. Совокупность всех различных используемых графических примитивов вывода образует графическую объектную модель электрических схем РЭА ГОМ={ГП1, ГП2, ... , ГП }.
Предметно-графическая объектная модель РЭА
Определяя графические примитивы вывода, соответствующие объектам ПОМ, можно сформировать множество паттернов, совокупность которых образует предметно-графическое объектное описание п ={п1, п2, ..., пВ} радиоэлектронной аппаратуры, которое целесо образно представить в виде предметно-графической объектной модели ПГОМ. Эта модель образуется объединением моделей ПОМ и ГОМ, что формально можно записать следующим образом:
где т обозначает общее число различных созданных объектов
о. (¿=1, т) в модели ПОМ.
Использование двух форм (5) и (6) записи ПОМ определяет не только объектное представление, но также задает соответствие между объектами модели и предметными понятиями, связанными с этими объектами.
Построение графической объектной модели электрических схем РЭА
Для совмещения понятийного и визуального представления электрических схем предлагается использовать объектную модель схемных элементов на основе паттернов. Паттерн следует рассматривать, как шаблон (виджет), предназначенный для визуального представления предметных понятий, соответствую-
ПГОМ=(ПОМ,ГОМ >.
(8)
Совместное применение моделей ПОМ и ГОМ в форме предметно-графической объектной модели ПГОМ позволяет согласовать графическое представление и понятийное описание электрических схем для использования естественно-подобных языков в запросах обслуживающего персонала при решении прикладных задач цикла восстановления РЭА с использованием СИП. Однако, наличие возможности использовать только имеющиеся совокупности предметных терминов и понятий недостаточно для определения языка запросов. Поэтому разрабатываемый метод информационной поддержки ОП должен включать языковые средства, которые позволяют выразить предметное содержание запроса в естественно-подобной языковой структуре запросов.
Это требует решения задачи определения и формализация структуры запросов, которые обеспечивают обслуживающему персоналу возможность описания цели и условий на естественно-подобном языке с использованием терминов и понятий предметной области, необходимых для формирования и представления требуемых фрагментов электрических схем. Такие языковые запросы предлагается назвать схемно-ори-ентированными запросами (СОЗ).
Способ формирования языковых
схемно-ориентированных запросов
Решение научной задачи, связанной с разработкой способа формирования языковых схемно-ориентиро-ванных запросов, осуществляется за счет решения двух частных задач: разработка формализованного описания структуры языкового схемно-ориентированного запроса и представление такого запроса на естественно-подобном языке.
Модель схемно-ориентированных запросов
на основе логики предикатов первого порядка
Языковый схемно-ориентированный запрос в целом соответствует общепринятой структуре запроса: <Запрос> = <Команда><Данные>. При этом поле <Команда> у всех СОЗ основывается на использовании, по крайней мере, двух команд, которые могут быть ассоциированы, например, со словами «Показать» и «Скрыть». Цель запроса с командой «Показать» состоит в определении схемных фрагментов с необходимой информацией для визуального представления. Запроса с командой «Скрыть» используется при визуальном отображении схем РЭА для скрытия схемных фрагментов, соответствующих требуемым условиям.
Поле < Данные > определяет задаваемые обслуживающим персоналом условия, которым должны удовлетворять элементы электрических схем, отображаемые в составе графических фрагментов. Условия определения множества элементов схемы могут задаваться непосредственно свойством (совокупностью свойств) одного элемента х схемы либо опосредованно через другие схемные элементы y, z и т.д., имеющие связи не только с элементом х, но и между собой. При формировании условий на основе отношений целесообразно использовать предикатную форму записи, которая основывается на логике предикатов первого порядка, что позволяет создавать сложные высказывания, которые при формальной записи используют операции алгебры логики (и, или, не) и кванторы существования и общности.
При таком подходе к формализации структуры СОЗ все свойства схемных элементов x, y и z, которые определяются условиями разных видов, целесообразно записывать в форме предикатов на основе необходимых отношений. При этом собственно условие может быть представлено в виде составной формулы на основе операций алгебры логики.
Предикатная модель СОЗ основывается на использовании двух языковых элементов - термов и предикатов. При этом термы соответствуют понятиям и объектам, которые определяются в используемой фреймовой модели ФМ РЭА, как концептуальной модели РЭА. В качестве термов целесообразно использовать типы структурных элементов схемы и значения их атрибутов, а также функциональные элементы модели и значения их атрибутов.
Для формирования множества предикатов в структуре СОЗ необходимо проанализировать отношения между предметными переменными, ассоциированными с понятиями ФМ РЭА, и представить их в виде терминов естественного языка, которые используются для описания этих отношений.
Объединение в структуре запроса нескольких простых предложений в одно сложное предложение предлагается осуществлять с использованием, например, наречий. В частности, предлагается использовать придаточный определительный оборот с союзным словом «который», а также наречие «причем», так, что использование данного наречия требует представления присоединяемого простого предложения в базовой предикативной форме.
Использование перечисленных правил и приемов формирования предложений позволяет определить структуру поля «Данные» языкового схемно-ориен-тированного запроса, которая в целом соответствует грамматическим требованиям построения предложений на естественном языке.
Естественно-подобный язык
схемно-ориентированных запросов
Описанные выше правила определяют общую структуру языковых схемно-ориентированных запросов в виде предложений на естественно-подобном языке, который в работе назван «языком схемно-ориентирован-ных запросов» (СОЯЗ). В качестве примера запроса на таком языке может служить следующее предложение «Показать ячейку, которая входит в цепь прохождения сигнала А1, причем ячейка содержит разъем Ш1».
Использование языковых схемно-ориентирован-ных запросов в системах информационной поддержки основывается на правилах построения предложений СОЗ, описанных в терминах теории формальных грамматик и представленных в форме РБНФ. Использование в схемно-ориентированных запросах естественно-подобного языка, включающего понятия и термины предметной области, определяет необходимость описывать в правилах языка не только синтаксис СОЗ, но также и множество смыслов запросов с точки зрения предметной области, т.е. семантику языка.
Совокупность синтаксических и семантических правил разработанного языка позволяет автоматически выполнять грамматический разбор схемно-ориентиро-ванных запросов со стороны обслуживающего персонала в системах информационной поддержки [5].
Способ формирования фрагментов электрических схем по схемно-ориентирован-ным запросам обслуживающего персонала
Применение СОЯЗ позволяет формировать фрагменты электрических схем по схемно-ориентирован-ным запросам обслуживающего персонала, что приводит к необходимости разработки соответствующего способа. С прикладной точки зрения предлагаемый способ формирования фрагментов электрических схем основан на интерпретации схемно-ориентированных запросов и предназначен для выполнения автоматического анализа условий, определяемых обслуживающим персоналом в запросах, и подготовки графических фрагментов электрических схем, содержащих требуемую техническую информацию, для визуализации [6].
В этом способе осуществляется интеграция всех моделей, предложенных в работе для языкового описания СОЗ, для концептуального представления РЭА на основе фреймовой модели ФМ РЭА, предметной объектной модели ПОМ РЭА и графической объектной модели ГОМ. Разнообразие используемых моделей позволяет при интерпретации отделить предметный аспект от графического аспекта представления РЭА, тесно связанного с визуализацией схем средствами отображения информации. Сама визуализация электрических схем и их фрагментов решается стандартными средствами графических систем и не рассматривается при разработке способа интерпретации запросов.
Функционально преобразование для реализации предлагаемого способа формирования фрагментов электрических схем по СОЗ на основе комплекта электрических схем Б может быть представлено в виде оператора интерпретатора И, применение которого к запросу со стороны обслуживающего персонала обеспечивает автоматическое формирование графического контекста ГКСОЗ=И(8,СОЗ) в виде набора паттернов для визуализации соответствующего схемного фрагмента СФСОЗ (рис. 2).
Рис. 2. Структура способа формирования фрагментов электрических схем
Алгоритмически интерпретатор И(Б,СОЗ) реализуется в виде последовательности процедур, назначение каждой из которых определяется общей задачей интерпретации:
- грамматический анализ СОЗ для выделения команды запроса и предложения запроса;
- предметная интерпретация предложения запроса;
- формирование графического контекста ГК СОЗ схемного фрагмента СФСОЗ.
Формирование графического контекста ГКСОЗ основывается на совмещении двух представлений пСОЗ и ОСОЗ требуемого схемного фрагмента. Контекстная структура каждого формируемого паттерна п е пСОЗ образуется путем заполнения всех предметных элементов паттернов значениями свойств из соответствующих объектов о е ОСОЗ. Тем самым осуществляется конфигурирование понятийной и графической структуры паттерна п е пСОЗ . При этом контекстная структура формируемых паттернов схемных элементов определяется выбранными правилами размещения графических примитивов ГП на основе соответствующего паттерна-шаблона. Интегрированные таким образом данные полностью определяют графический контекст ГКСОЗ, достаточный для визуализации схемного фрагмента СФСОЗ с помощью графических средств СИП.
Формализация и общая логика разработанного метода информационной поддержки позволяют перейти к языковым интерфейсам в системах информационной поддержки обслуживающего персонала, обеспечивающим использование понятий предметной области в рамках конструкций естественного языка. Это предоставляет возможность обслуживающему персоналу использовать голосовые и текстовые запросы на естественно-подобном языке при работе с комплектом электрических схем, что обеспечивает повышение эффективности выполнения операций обслуживающим персоналом по восстановлению РЭА за счет сокращения времени извлечения требуемых фрагментов электрических схем.
Результаты экспериментальной проверки эффективности предлагаемого метода информационной поддержки обслуживающего персонала
Для экспериментальной проверки эффективности предлагаемого метода разработан программный комплекс ПК-ИП, реализующий предложенный метод информационной поддержки ОП (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015613287). Эксперимент проводился применительно к восстановлению реальной аппаратуры в составе СТК. При этом в качестве показателя эффективности метода использовался выигрыш во времени извлечения фрагментов электрических схем, определяемых условиями, задаваемыми по схемно-ориенти-рованным запросам исследователя в ПК-ИП, относительно времени извлечения таких же фрагментов по запросам исследователя в существующих системах информационной поддержки. Общий эффект применения метода оценивался по улучшению значения времени восстановления РЭА.
Выполненный эксперимент по оценке эффективности предлагаемого метода информационной поддержки показывает многократное сокращение времени извлечения требуемых схемных фрагментов
и соответствующее сокращение времени восстановления на 9-14% применительно к аппаратуре, используемой в эксперименте.
Заключение
Разработанный метод рекомендуется использовать для работы с комплектом электрических схем в составе электронного дела изделия, ориентированного на использование всеми участниками жизненного цикла СТК. Предложенный метод и его программная реализация могут быть использованы при совершенствовании существующих и создании новых систем информационной поддержки обслуживающего персонала на любом из этапов эксплуатации СТК, где регламентировано использование электрических схем РЭА.
Литература
1. Быкадоров А. К., Кульбак Л.И. и др. Основы эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры. Под ред. Лавриненко В.Ю. М.: Высшая школа, 1978. 320 с.
2. Рыбакин А.А., Курчидис В.А, Анисимов О.В., Игнатьев С.В. Модели радиоэлектронной аппаратуры как
основа организации информационных интерфейсов в системах автоматизации технической эксплуатации. Монография, М.: Изд. ООО «Норд». 2013. 88 с.
3. Рыбакин А.А, Курчидис В.А, Анисимов О.В., Игнатьев С.В. Использование схемного запроса в средствах информационной поддержки обслуживающего персонала при восстановлении радиоэлектронных средств: монография. Санкт-Петербург: ВКА имени А.Ф. Можайского. 2014. 94 с.
4. Анисимов О.В., Курчидис В.А., Попов Т.А. Концептуальное представление электрических схем радиоэлектронной аппаратуры на основе фреймовой модели // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2015. № 2. С. 20-28.
5. Сеймур Гинзбург. Математическая теория контекстно-свободных языков. М.: Мир. 1970. 326 с.
6. Анисимов О.В., Курчидис В.А., Попов Т.А. Способ формирования схемных фрагментов по голосовым запросам обслуживающего персонала в системах информационной поддержки // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2015. Т.7. № 4. С. 28-34.
Для цитирования:
Анисимов О.В. Метод информационной поддержки процесса диагностирования сложных тех-нических комплексов на основе паттернов элементов электрических схем ра-диоэлектронной аппаратуры // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2015. Т. 7. № 6. С. 60-68.
METHOD OF INFORMATION SUPPORT FOR THE PROCESS OF DIAGNOSIS FOR COMPLEX TECHNICAL SYSTEMS BASED ON PATTERNS OF ELEC-TRIC CIRCUITS ELEMENTS OF ELECTRONIC EQUIPMENT
Anisimov Oleg Vitalievich,
Yaroslavl, Russian, [email protected]
Abstrart
A set of electrical circuits is an important information resource of information support systems when a staff is performing recovery operations on the electronic equipment. The improvement of automation means of the staff information support due to reduction of time required to drive circuit fragments is a way to shorten the recovery time electronic equipment. This leads to the necessity of solving the problem of formation of electrical circuit's fragments on the base of their structural and functional properties description in the form of requests for natural-like language using the terms and concepts of the subject area. The article proposes a way to solving this problem. This way includes a method of forming the subject-graphic object model of electronic equipment, the method of forming the circuit-oriented staff queries at natural-like language with subject concepts and terms, as well as the method of forming the fragments of electrical circuits on their structural and functional properties defined in the schema-oriented staff queries. Formalization and the overall logic of the developed information support method allows to go to the language interfaces in the stuff support information systems , ensuring the use of subject concepts on the base of the natural language constructions. This allows a staff to use the voice and text queries into natural-like language when working with a set of electrical circuits. This enhances the efficiency of staff operations to restore the electronic equipment by reducing the retrieval time for required electric circuit's fragments. The program complex, that implements the proposed method of information support, is developed for experimental verification of the proposed method effectiveness. The performed experiment shows multiple reduced time of extraction of the required circuit fragments and the corresponding reduction of
recovery time to 9-14% with respect to the equipment, used in the experiment.
The proposed method and its software implementation can be used to improve existing and to create new systems of staff information support at any operation stage of complex technical systems, where a use of electrical circuits of electronic equipment is regulated.
Keywords: Recovery of radio electronic equipment, information support, electrical scheme, scheme-oriented query, pattern.
References
1. Bikadorov A.K., Culbak, L.I., Osnovy ekspluatatsii radio-elektronnoy apparatury [Basics of exploitation of electronic equipment]. Moscow: Vysshaya shkola. 1978. 320 p.
2. Ribakin A.A., Kurchidis V.A., Anisimov O.V., Ignatiev S.V. Modeli radioelektronnoy apparatury kak osnova organizat-sii informatsionnykh interfeysov v sistemakh avtomatizatsii tekhnicheskoy ekspluatatsii. Monografiya [Models of electronic equipment as a basis for organizing information interfaces in automation systems technical exploitation. The monograph]. Moscow: Nord Publ. 2013. 88 p. (In Russian).
3. Ribakin A.A., Kurchidis V.A., Anisimov O.V., Ignatiev S.V. [Using the schemes query of information support to staff at the recovery of electronic means. The monograph]. St. Petersburg: Military Space Academy named after A.F.Mozhaisky. 2014. 94 p. (In Russian).
4. Anisimov O.V., Kurchidis V.A., Popov T.A. Conceptual representation of electrical schemes electronics based on frame model. H&ES Research. 2015. No.2. Pp. 20-28.
5. Ginsburg S, Matematicheskaya teoriya kontekstno-svo-bodnykh yazykov [The Mathematical Theory of Context-free Languages]. Moscow: Mir. 1970. 326 p. (In Russian).
6. Anisimov O.V., Kurchidis V.A., Popov T.A. Method of formatting schematics fragments a voice query service personnel for information support systems. H&ES Research. 2015. Vol.7. No.4. pp. 28-34. (In Russian).
Information about authors:
Anisimov O.V., Associate Professor of automation and computing means, Military Anti-aircraft High School, Yaroslavl.
For citation:
Anisimov O.V. Method of information support for the process of diagnosis for complex technical systems based on patterns of electric circuits elements of electronic equipment. H&ES Research. 2015. Vol. 7. No. 6. Pp. 60-68. (in Russian).
