Метод определения последовательности элементарных проверок при диагностировании Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 658.58:004

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ПРОВЕРОК ПРИ ДИАГНОСТИРОВАНИИ

© 2011 г. В.П. Димитров, С.М. Харахашян

Предлагаемый метод позволяет реализовать на практике подсистему получения диагностической информации по влиянию внешней среды в техническом состоянии агрегата. Существенно снизить трудоемкость и оперативную продолжительность технического обслуживания.

Ключевые слова: диагностирование, метод, трудоемкость, техническое обслуживание, внешняя среда, техническое состояние.

This method lets to realize in practice the subsystem receiving of the diagnostic information in environment influence in the technical state of the set, to decrease essentially the la-bour-intensiveness and efficient duration of the technical service.

Key words: diagnostics, method, labour-intensiveness, maintenance, environment, technical state.

Диагностирование объекта требует временных и материальных затрат на проведение элементарных проверок. Те или иные затраты называют ценой элементарной проверки [1, 2]. Примером цены элементарной проверки является время, затраченное на реализацию проверки.

На основе целевых функций разработаны точные математические методы оптимизации алгоритмов диагностирования (полного перебора, динамического программирования и др.) [2]. Однако на практике при реализации этих алгоритмов возникают трудности, связанные с отсутствием необходимой исходной информации о техническом состоянии объекта диагностирования и ценах их элементарных проверок. Поэтому часто приходится и цены проверок, и веса технических состояний объекта диагностирования принимать приближенно, ориентируясь либо на собственный предшествующий опыт поиска дефекта в подобных объектах, либо на опыт эксперта.

Для диагностирования сложных объектов наиболее широко используются приближенные способы построения оптимальных алгоритмов, основанных на предварительно выбранных функциях предпочтения.

В литературе приведены различные методы реализации проверок, обеспечива-

ющих требуемую глубину диагностирования: методы последовательного функционального анализа, половинного разбиения, времявероятностные, с использованием информационных критериев и т.д. [1-5].

Опытный диагност способен определить оптимальную последовательность реализации элементарных проверок, не пользуясь в явном виде «книжными» методами. Указанные методы предполагают использование априорной информации, а человек при решении этой задачи активно пользуется особым видом информации - внешними признаками технических состояний. Реализации и (по возможности) превосходству «полезных» особенностей человеческого интеллекта при разработке интеллектуальных систем (в частности, экспертной системы для технического обслуживания комбайнов [6]) уделяется особое внимание. В настоящей статье приведено описание метода определения последовательности реализации элементарных проверок на основе наблюдаемых внешних признаков технических состояний.

Внешним признаком технического состояния является значение параметра (совокупность значений нескольких параметров), свидетельствующее о нахождении объекта в этом техническом состоянии. Например, внешним признаком неисправного состояния трубопровода является

наличие капель или струек, свидетельствующих об утечке жидкости из него (качественный параметр - герметичность -имеет значение «нет» (трубопровод не герметичен)).

В приведенном примере описан явный отказ конкретного элемента, не требующий проведения элементарных проверок после обнаружения. С точки зрения диагностики более интересна регистрация внешнего признака технического состояния объекта в результате функционального диагностирования: на объект диагностирования (ОД) подается рабочее воздействие и снимается ответ в контрольной точке [7]. Внешний признак в этом случае и представляет собой совокупность воздействий и ответов.

Обозначим символом V множество всех возможных или рассматриваемых внешних признаков V/, /=1, 2, ..., IV] технических состояний объекта.

РУтл = Р(^т\У1) =

Р(У,)

где ) - вероятность совместного

наступления двух событий: наличия в ОД неисправности 5т и наличия внешнего признака V/; Р(У1) - вероятность наличия внешнего признака V/; Р($т) - вероятность

наличия в ОД неисправности \ )

- вероятность наличия внешнего признака V/ при наличии неисправности sm.

Обладая информацией о связях «неисправность - внешний признак», можно определить оценки вероятностей наличия неисправностей в данный момент, при наблюдении конкретного внешнего признака (признаков) технических состояний.

Для определения оценок вероятностей наличия неисправностей воспользуемся некоторыми положениями теории информации.

Диагностирование представляет собой процесс получения информации о техническом состоянии объекта, поэтому при диагностировании более ценны внешние признаки, несущие большее количество

Множество рассматриваемых или возможных технических состояний объекта обозначим символом Е, е е Е - исправное состояние объекта, ef е Е, ./=1, 2, ...,

-/ - неисправное состояние, Ет е Е, т=1, 2, ..., |£|, - подмножество неисправных состояний при наличии в объекте неисправности 8т из множества £ рассматриваемых или возможных неисправностей. При этом допускается наличие и других неисправностей из множества

Оценкой силы статистической связи «причина - следствие» неисправности $т и внешнего признака V/ является условная вероятность нахождения объекта диагностирования в техническом состоянии

е^ е Ет при условии наличия внешнего

признака V/ (т.е. условная вероятность наличия в объекте отказа т при условии наличия внешнего признака /):

)_ Р(*т )Р(^\*т)

Р(У,)

информации. Увеличение количества информации соответствует уменьшению энтропии. В общем случае под энтропией объекта по некоторому признаку понимают величину, численно выражающую неупорядоченность рассматриваемого объекта по этому признаку. Энтропия характеризует общее состояние объекта, с которым может совпадать п конкретных его состояний. Число п может быть известно, можно узнать энтропию как функцию этого числа, но нельзя узнать, какое из п состояний имеет место. Энтропия является мерой нашего незнания [8].

Если энтропия является мерой неопределенности случайного состояния объекта, то количество информации характеризует меру уменьшения или снятия неопределенности состояния объекта. Энтропия Н(Е), выражающая среднюю неопределенность состояния системы, является априорной характеристикой и может быть вычислена до эксперимента, если известна статистика состояний [9].

Если возможные состояния объекта характеризуются вероятностями Р/ (/=1, 2,

..., n), ^р = 1, то энтропия объекта опре-

i=1

деляется выражением [9]:

n

H(E) = -£ P log 2 Pt. (2)

Энтропия по признаку наличия в ОД неисправности 5т (т.е. принадлежности технического состояния ОД одному из двух подмножеств Ет е Е или

Ет = Е - Ет ) в соответствии с (2) равна

H(Sm ) = -{P(Sm ) log2 P(Sm ) + P(Sm )log2 P(Sm )),

где ) - вероятность отсутствия в ОД неисправности 5т.

Совместная энтропия объекта диагностирования по признакам наличия в нем каждой из неисправностей множества £ определяется как сумма:

H (S1, S2v

, S.

, S

) = ü H(Sm ) (4)

(3)

Выражение (4) применимо только в том случае, если все неисправности множества £ независимы друг от друга.

По значению условной вероятности

I VI) можно определить условную энтропию по признаку наличия в ОД неисправности 5т относительно внешнего признака VI

m=1

H(Sm | V, ) = -(P(Sm | V, )log2 P(Sm | V, ) + P(Sm | V, )log2 P(Sm | V, )) .

(5)

Значение условной энтропии Н| ) характеризует неопределенность наличия в ОД неисправности 5т после регистрации внешнего признака V]. При этом возможны следующие случаи.

1. Если Н(Бт | У1) > Н(Бт ) , то статистическая взаимосвязь между неисправностью 5т и внешним признаком v] существует и внешний признак несет отрицательную информацию (дезинформацию) относительно наличия в ОД неисправности sm.

2. Если Н(^т 1 V) = Н(^т) , то статистическая взаимосвязь между неисправностью 5т и внешним признаком v] отсутствует. Иными словами внешний признак не несет никакой информации относительно наличия в ОД неисправности sm.

3. Если Н (Бт | У1) < Н(Бт ), то статистическая взаимосвязь между неисправностью 5т и внешним признаком v] существует и внешний признак несет информацию относительно наличия в ОД неисправности sm.

4. Если Н(^ | ) = 0 , то статистическая взаимосвязь между неисправностью 5т и внешним признаком v] «жесткая» (возможны два случая: Р($т | у1 ) = 0 и

Р(ят | V) = 1 ). Иными словами внешний

признак однозначно определяет наличие или отсутствие в ОД неисправности 5т.

При диагностировании может наблюдаться сразу несколько внешних признаков. Наблюдаемые внешние признаки бу-*

дем обозначать , их множество V*,

V * с V . Рассмотрим три ситуации.

А) Зарегистрированы внешние признаки, снижающие энтропию наличия неисправности, т.е. удовлетворяющие условию Н(£т | V *) < Н(£т ) . Очевидно, что в качестве оценки вероятности наличия неисправности р($т) предпочтительно выбрать условную вероятность Р(^т | V1 ) , которой соответствует минимальное значение энтропии Н(^ | V ) по признаку

наличия неисправности

* ТГ ф

всех

m ДЛя

при условии

H(Sm | V ) < H(Sm) . Это условие «при-

v, е V

нимает во внимание» только те внешние признаки, которые несут информацию относительно наличия неисправности в ОД. Если имеется несколько различных

P(Sm | V, ) с H(Sm | V*) = min (их может быть не больше двух), то при выборе мож-

,=1

но воспользоваться одним из следующих правил:

- выбрать меньшее, если необходимо снизить вероятность ошибки диагностирования первого рода;

- выбрать большее, если необходимо снизить вероятность ошибки диагностирования второго рода.

В этом случае условная энтропия ОД по признаку наличия неисправности - 5т относительно наблюдаемых внешних признаков V* равна:

Н (?п\У *) = Н (Зт\у; )тп.

Б) Если для неисправности 8т не зарегистрировано ни одного внешнего признака, удовлетворяющего условию

НБ \ V ) Ф Н(бп) , т.е. внешние признаки не несут никакой информации относительно наличия этой неисправности, то в качестве оценки вероятности наличия неисправности р(Бт ) принимается Р(Бт) . При этом условная энтропия ОД по признаку наличия неисправности $т относительно внешних признаков V* равна

Н (Бт\У *) = Н (Бт ) .

В) Если для неисправности 5т не зарегистрировано ни одного внешнего признака, удовлетворяющего условию

Н Б \ V ) < Н(бп ) , но зарегистрирован хотя бы один внешний признак, удовлетворяющий условию Н(бп \ V*) > Н(бп ) , т.е. увеличивающий энтропию, то оценку вероятности наличия неисправности р($т )

предлагается определять следующим образом. Рассчитывается среднее значение полученной дезинформации Л :

(Н (Бп\У, ) - Н (Бт )) (6)

\ У * \ .

Определяется условная энтропия ОД по признаку наличия неисправности 5т относительно внешних признаков V*:

Н(Бт\У*) = Н(Бт ) + Л. (7)

По полученному значению Н(бп \ У*) по зависимости (5) находятся два возможных значения Рх(бп ) и Р2(бп),

из которых выбирается большее, если среднее значение условных вероятностей

Р(Бт ^) Р > 0,5 . Если Р < 0,5 , то

выбирается меньшее из Рх(бп) и Р2(бп) .

Полученные таким образом оценки вероятностей наличия неисправностей являются основой для составления (промежуточного) диагноза - перечня неисправностей, упорядоченных по оценкам вероятностей, начиная с наибольшей. При этом диагноз предоставляет информацию двух видов:

1) о достоверном (практически достоверном) наличии неисправностей в ОД;

2) о необходимости и приоритетности проведения дальнейших проверок с целью установления наличия или отсутствия неисправностей, выраженных (необходимости и приоритетности) в полученных значениях р(Бт ).

При наличии информации первого вида диагностирование завершается и реализуется управляющее воздействие на ОД с целью устранения выявленных неисправностей.

Второй вид информации требует продолжения диагностических операций и определяет их: необходима последовательная реализация элементарных проверок с условной остановкой, начиная с наиболее вероятной неисправности. Реализация проверок останавливается, если наличие неисправности подтверждается.

Заключение. Предлагаемый метод позволяет реализовать в экспертной системе подсистему получения диагностической информации по внешним признакам технических состояний, т.е. без измерения параметров, демонтажа и разборки агрегатов, и существенно снизить трудоемкость и оперативную продолжительность технического диагностирования.

Литература

1. Основы технической диагностики (Оптимизация алгоритмов диагностирования, аппаратурные средства)/ под ред. П.П. Пархоменко. - Москва: Энергия, 1981. - 320 с.

2. Осипов, О.И. Усынин, Ю.С. Техническая диагностика автоматизированных электроприводов. - Москва: Энергоатом-издат, 1991. - 160 с.

3. Биргер, И.А. Техническая диагностика. - Москва: Машиностроение, 1978. -240 с.

4. Ксенз, С.П. Диагностика и ремонтопригодность радиоэлектронных средств. - Москва: Радио и связь, 1989. - 248 с.

5. Джейкокс, Дж. Руководство по поиску неисправностей в электронной аппаратуре / пер. с англ. - Москва: Мир, 1989. -176 с.

6. Димитров, В.П. Об организации технического обслуживания машин с ис-

пользованием экспертных систем//Вестник ДГТУ. - 2003. - Т. 3. - № 1 (15) С. 33-44.

7. Надежность и эффективность в технике: справочник. В 10 т. Т.9. Техническая диагностика/ под общ. ред. В.В. Клюева, П.П. Пархоменко. - Москва: Машиностроение, 1987. - 352 с.

8. Сапожников, Р.А., Матвеев, П.Н., Родин, Б.П., Филадельфина, Н.А. Основы технической кибернетики. - Москва: Высшая школа, 1970. - 464 с.

9. Вероятностные методы в вычислительной технике/ А.В. Крайников, Б.А. Кур-диков, А.Н. Лебедев и др.; под ред. А.Н. Лебедева и Е.А. Черявского. -Москва: Высшая школа, 1986. - 312 с.

Сведения об авторах Димитров Валерий Петрович - д-р техн. наук Донского государственного технического университета (г. Ростов-на-Дону).

Харахашян Сергей Михайлович - аспирант Донского государственного технического университета (г. Ростов-на-Дону).

Information about the authors Dimitrov Valeryi Petrovich - Doctor of Technical Science, Don State Technical University (Rostov-on-Don).

Kharakhashyan Sergei Michailovich - post-graduate student, Don State Technical University (Rostov-on-Don).

УДК 631.145:631.347.3

ВНЕДРЕНИЕ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОПРЫСКИВАНИЯ ПОЛЕВЫХ КУЛЬТУР В ЗОНЕ РИСКОВАННОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

© 2011 г. С.И. Камбулов, В.И. Вялков

Обеспечивает распыление жидкостно-воздушной смеси, осаждение капель, улучшение покрытия обрабатываемых растений в 2,7 раза, снижая при этом в 1,7 раза полидисперсность распыпяемых капель. Урожайность зерновых колосовых увеличивается на 1218%.

Ключевые слова: инновационные технологии, опрыскивание, полевые культуры, рискованное земледелие, сельское хозяйство.

This technology provides the liquid-air mixture dispersion, drop precipitation, the improvement of working plant covering in 2,7 time, reducing poly-dispersion of the spraying drops in 1.7 times. The grain crops capacity increases in 12-18%.

Key words: innovation technology, spraying, field crops, risky farming, agriculture.