Методика определения неисправности технической системы с использованием программного обеспечения Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 629.735.064(075.8)

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕИСПРАВНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Д. В. Букин, В. В. Лукасов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: xxxdimabukinxxx@mail.ru

В работе представлена методика определения неисправности технической системы с использованием вероятностного метода Байеса на основе программного обеспечения Microsoft Excel.

Ключевые слова: техническая система, метод Байеса, состояние, признак, матрица.

THE METHOD OF DETERMINING MALFUNCTION OF A TECHNICAL SYSTEM USING A SOFTWARE

D. V. Bukin, V.V. Lukasov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: xxxdimabukinxxx@mail.ru

The method of determining malfunction of a technical system with using a probabilistic Bayes method on the base of software Microsoft Excel are presented in the research.

Keywords: technical system, the Bayesian method, condition, sign, matrix.

Летательные аппараты (ЛА) являются одной из самых сложных технических систем, создаваемых и использующихся человеком. Но как любое техническое изделие, ЛА имеют свойство отказывать, то есть прерывать процесс функционирования, а это снижает безопасность полетов

[1-3].

Устранить отказ или неисправность можно, но, не выявив и не устранив причину их вызывающую, нельзя гарантировать надежность. Причину можно определить по проявляющимся признакам (последствиям).

Если есть один признак, то он явно указывает на неисправный элемент, агрегат или изделие [2]. Намного сложнее, когда неисправность проявляется несколькими признаками. В этом случае, даже высоко квалифицированный специалист не всегда способен определить причину неисправности. Требуется дополнительная проверка, контроль, время и материальные затраты. Проблемы, связанные с определением причины неисправности можно разрешить, используя методы распознавания. Рассчитанные и построенные на их основе модели, таблицы, графики, позволят сократить время на отыскание причины отказа или неисправности и снизить материальные затраты.

Используем вероятностные методы распознавания. Основное преимущество вероятностных (статистических) методов распознавания состоит в возможности одновременного учета признаков различной физической природы, так как они характеризуются безразмерными величинами - вероятностями их появления при различных технических состояниях объекта. Среди этих методов используем метод Байеса.

Этот метод благодаря своей простоте и эффективности широко используется в технической диагностике, но имеет и ряд недостатков: большой объем априорной (предварительной) информации, а, следовательно, «угнетение» редко встречающихся диагнозов.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2017. Том 2

Основан он на простой формуле Байеса. Суть ее состоит в том, что если имеется состояние 8; и простой признак К|, встречающийся при этом состоянии, то вероятность совместного появления событий 8; и К (наличие у объекта состояния 8; и признака К|) определяется выражением

Р(8; / К) ) = Р(8;) Р(К / 8;) = Р(^) Р(8; / К^ из этого равенства вытекает формула Байеса:

Р(8;/К)) = [(Р(8;)*Р(К/8;)]/Р(К;)

В том случае, если обследование производится по комплексу признаков К, состоящим из признаков Кь К2, ..., К|, ..., Ку, каждый из которых может иметь Ш| разрядов и становится известной реализация признаков К|* = К и всего комплекса К*, то вероятность наличия состояния 8; определяется на основании обобщенной формулы Байеса:

Р(8;/К*)=Р(8;)-Р(К*/8;)/[ХР(8;)-Р(К*/8;)].

Для определения вероятности состояний, по методу Байеса составляется диагностическая матрица в виде таблицы (таблица 1), которая формируется на основе предварительного статистического материала. В этой таблице содержатся вероятности разрядов признаков при различных диагнозах. Если признаки двухразрядные (простые признаки «да - нет»), то в таблице достаточно указать вероятность появления признака Р(к,/8;). Вероятность отсутствия признака Р(к, /8;)=1 - Р(к / 8;)

Таблица 1

Неисправные состояния 81 Вероятность проявления признака к ] Р( 8 ;)

по к1 по к2 по к3 по к4

Р(к 1 / 8 ;) Р(к 2 / 8 ;) Р(к 3 / 8 ;) Р(к 4 / 8 ;)

81 Р(к 1 / 8 1) Р(к 2 / 8 1) Р(к 3 / 8 1) Р(к 4 / 8 1) Р( 8 1)

82 Р(к 1 / 8 2) Р(к 2 / 8 2) Р(к 3 / 8 2) Р(к 4 / 8 2) Р( 8 2)

83 Р(к 1 / 8 3) Р(к 2 / 8 3) Р(к 3 / 8 3) Р(к 4 / 8 3) Р( 8 3)

84 Р(к 1 / 8 4) Р(к 2 / 8 4) Р(к 3 / 8 4) Р(к 4 / 8 4) Р( 8 4)

Расчетная таблица представляет собой матрицу 10х10, в ней рассчитаны все возможные варианты, например, Р(к1к6к4/82), где к1к6к4 - один из комплексов признаков. В реальности используется вариант 4х5 (4 признака и 5 состояний), который достаточно применим для любой технической системы гражданской авиации. Мы используем 10х10, так как системы самолета могут между собой пересекаться, например, отказ насоса гидросистемы и насоса топливной системы по причине выхода из строя электрогенератора или разрыва электросети.

Варианты:

• проявление двух признаков в 2, 3, 4 и 5 неисправных состояниях

• проявление трех признаков в 2, 3, 4 и 5 неисправных состояниях

• проявление четырех признаков в 2, 3, 4 и 5 неисправных состояниях

Вариации:

• проявление 2, 3 и 4 признаков в 1 или 2 неисправном состоянии из 2

• проявление 2, 3 и 4 признаков в 1или 2,3 неисправном состоянии из 3

• проявление 2, 3 и 4 признаков в 1или 2,3,4 неисправном состоянии из 4

• проявление 2, 3 и 4 признаков в 1или 2,3,4,5 неисправном состоянии из 5

Вариант 1, вариация 1 2x2-P(k2k4/S3) - есть 2 признака (k2k4) и проявляются они в 2 неисправных состояниях (S3S9).

P(k2k4/S3)=P(k2/S3)-P(k4/S3)-P(S3)/[ P(k2/S3>P(k4/S3> P^)+ P^/S^P^/S^ P(S9)].

На основе программного обеспечения Microsoft Excel весь расчет всех возможных вариантов и вариаций будет автоматизированным. В финале мы получим возможные неисправные состояния, по которым можно будет решить в каком из неисправных состояний находится система. Например, P(k2k4/S3) = 0.12 и P(k2k4/S9) = 0.88, следовательно, нужно сначала проверить состояние S9, потом уже S3.

Данная методика расчета позволит определять неисправные состояния в минимальное время и меньшим количеством привлекаемых специалистов, что снизит материальные затраты, повысит эффективность выполняемых работ, положительно скажется в повышении надежности и обеспечении безопасности полетов летательных аппаратов в ходе эксплуатации.

Библиографические ссылки

1. Решетов, Д. Н. Надежность машин / Д. Н. Решетов, А. С. Иванов, В. З. Фадеев. - М.: Высшая школа, 1988. 239 с.

2. Сугак, Е. В. Основы теории надежности / Е. В. Сугак, Г. Г. Назаров, В. Л. Королев, С. А. Мангараков. - Красноярск: Сиб. аэрокосмич. акад., 1998. 380 с.

3. Гихман, И. И. Теория вероятностей и математическая статистика И. И. Гихман, А. В. Скороход, М. И. Ядренко. Киев: Вища школа, 1988. 439 с.

© Букин Д. В., Луксов В. В., 2017