CC BY
24
УДК 629.113
МУЛЬТИАГЕНТНИЙ П1ДХ1Д ДО ПОБУДОВИ 1НТЕЛЕКТУАЛЬНО1 СИСТЕМИ ТЕХН1ЧНОГО ОБСЛУГОВУВАННЯ Й РЕМОНТУ ТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБ1В
В.М. Павленко, доц., к.т.н., Харкчвський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ун1верситет
Анотаця. Запропоновано nidxid до створення ттелектуалъног системи тдтримки процеав техтчного обслуговування й ремонту для забезпечення надiйностi nid час експлуатацИ' транспортних 3a^6ie. Використання мулътиагентних технологт тдвищитъ рiвенъ надiйностi транспортних засобiв i MiMMi3ye витрати на виконання операцт з ремонту й обслуговування.
Ключов1 слова: експлуатащя, мулътиагентна система, надттстъ, прогнозування, транс-портний зааб.
МУЛЬТИАГЕНТНЫЙ ПОДХОД К ПОСТРОЕНИЮ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
В.М. Павленко, доц., к.т.н., Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет
Аннотация. Предложен подход по созданию интеллектуалъной системы поддержания процессов технического обслуживания и ремонта для обеспечения надежности при эксплуатации транспортных средств. Исполъзование мулътиагентных технологий повысит уровенъ надежности транспортных средств и минимизирует затраты на выполнение операций по ремонту и обслуживанию.
Ключевые слова: эксплуатация, мулътиагентная система, надежностъ, прогнозирование, транспортное средство.
MULTI-AGENT APPROACH TO BUILDING AN INTELLIGENT VEHICLE MAINTENANCE AND REPAIR SYSTEM
V. Pavlenko, PhD., Assoc. Prof., Kharkiv National Automobile and Highway University
Abstract. To ensure the reliability of the car, early detection and prevention of the occurrence and development of failures is required in order to reduce the costs of maintenance and repair. Multiagent technologies make it possible to raise the level of technical reliability of cars and minimize the costs of performing repair and maintenance operations.
Key words: safety, maintenance, operation, multi-agent system, reliability, forecasting, vehicle
Вступ
Експлуатащя транспортних 3aco6iB (ТЗ) ви-магае великих економiчних витрат, тому не-обхщно прагнути мiнiмiзувати витрати на обслуговування при збереженш необхщного
рiвня надшносп Це завдання е не менш важливим, шж проектування й виробництво [1]. Для тдтримки ТЗ у робочому справному сташ необхщно висувати висою вимоги не тшьки до надшносп окремих вузлiв i агре-ганв, але й до надшносп виробу в цшому, а
це можливо при своечасному проведенш техшчного обслуговування й ремонту (ТОР) [2, 3].
Щц час планування всього процесу ТОР важливу роль вщграють особливосн його конструктивних характеристик i системи техшчного обслуговування (ТО). До них можна вщнести: номенклатуру й надшнють комплектуючих; перiоцичнiсть i трудомют-кiсть виконання планових ТО; трудомютюсть i тривалiсть пошуку й усунення несправно-стей тощо. Конструкщя й система ТО, почи-наючи з перших етапiв проектування ТЗ, по-виннi ретельно аналiзуватися на предмет вщповщносн заданим вимогам за рiвнем нацiйностi й витратами на його забезпечення. Виходячи з цього, можна видшити конкретш завдання: аналiз i формування структури об'екта за допомогою онтологiï; аналiз вицiв, критичносн й наслiцкiв вiцмов; вибiр технологи й розробка заходiв ТО; ощнка потреб у запасних частинах, витратних матерiалах, облацнаннi для планового й позапланового ТО; ощнка вкладень на ТО для забезпечення надшносп.
Для оптимiзацiï процешв ТОР тд час експлуатацiï ТЗ, а також забезпечення показ-никiв нацiйностi пропонуеться використо-вувати мультиагентнi технологiï для побудо-ви iнтелектуальноï системи тдтримки про-цесiв ТОР, яка, у свою чергу, повинна бути тдсистемою штелектуально1' системи ке-рування життевим циклом PLM (Product Lifecycle Management) [4, 5].
Аналiз публiкацiй
Для забезпечення надшносп ТЗ необхiцнi ранне виявлення й попередження загроз ви-никнення й розвитку вщмов, з метою зни-ження витрат на ТОР [6-8]. Витрати на експлуатащю й ТОР становлять значну ча-стину загальних витрат на супровщ життево-го циклу ТЗ. Прямi витрати на ТО мютять у собi витрати на планове й позапланове об-слуговування.
Щд плановим обслуговуванням маються на увазi планово-профiлактичнi роботи, вико-нуванi вiцповiцно до програми ТО для пев-ного типу ТЗ, де зазначаються умови й перюдичнють виконання робгг, а також зберiгаються вiцомостi про 1'х труцомiсткiсть, витраченi запаснi частини i матерiали.
Пiд позаплановим обслуговуванням маються на увазi роботи, виконуваш у випадку вияв-лення дефекпв i виникнення вiдмов вузлiв та спрямоваш на !х усунення. Слщ зупинитися на причинах високо! складносп завдання прогнозування вiдмов: кожен ТЗ мае власну динамшу вiдмов залежно вщ умов експлуа-тацп, особливостей складання, постачаль-никiв комплектуючих i проведення попе-реднiх видiв ТОР; вщмови е взаемозалежни-ми, тобто виявлена й усунута вщмова одного компонента може спричинити подальший розвиток вщмов в шших вузлах, пов'язаних функщонально або просторово; динамiка вщмов не випадкова й може бути виявлена при аналiзi статистики з напрацювань великого парку ТЗ. Але одного разу виявлена ди-намша не е постшною й зазнае змш у зв'язку зi змiнами умов експлуатацп.
На практищ розвитку вiдмов завжди передуе безлiч перших ознак або симптомiв виника-ючих дефектiв. Своечасне виявлення цих ознак може суттево пiдвищити ефективнють дiй з усунення джерел небезпеки шляхом вщновлення працездатностi вузла, що вщмо-вив, або повно! замши несправного агрегата, а також дозволить одержати супутнш еко-номiчний ефект за рахунок виключення простою ТЗ тд час позапланового ТО. Такий пщхщ вимагае збору, формалiзацil, штеграцп й використання рiзнорiдних знань про об'екти експлуатацп для побудови моделей !х будови й функщонування, а також спецiальних методiв раннього прогнозування й виявлення вщмов, динамiчного планування заходiв щодо 1хньо1 профшактики, попере-дження й усунення.
Ключовими параметрами пiд час виконання аналiзу е показники надшносп комплектуючих виробiв, трудомiсткостi й тривалосн пошуку та усунення несправностей рiзних ком-понентiв, аналопчш параметрам робiт планового ТО. Пщ час проектування зовсiм нового типу ТЗ немае шших можливостей, ^м використання розрахункових або експертних ощнок. Для вже експлуатованих ТЗ доцшьно скористатися накопиченою експлуатацiйною статистикою, що набагато бшьш вiрогiдно вiдбивае дiйсну картину. У зв'язку iз цим слiд видшити завдання мошторингу техшч-ного стану експлуатованих виробiв, прямо пов'язану зi створенням ефективно! системи оцiнки й оптимiзацil надiйностi при ТОР.
Мета i постановка завдання
Метою дослщження ще1 роботи е розробка нового тдходу до керування процесами тех-нiчного обслуговування та ремонту транспортних засобiв.
Пiдхiд до побудови штелектуальнот системи
У процес розробки штелектуально1 системи ТОР (1СТОР) розв'язок поставлених завдань пропонуеться здшснювати на основi муль-тиагентних технологш, а також подання й обробки знань на основi онтологiй [9, 10]. При застосуванш такого пiдходi кожнiй пiдсистемi або вузлу об'екта експлуатацп ставиться у вiдповiднiсть програмний агент. Агент являе собою автономну програму, яка може реагувати на поди, ухвалювати ршен-ня й взаемодiяти з шшими агентами або ко-ристувачами, не вимагаючи зовшшшх ш-струкцiй, а реалiзуючи внутршнш вбудова-ний цикл керування.
Завданням 1СТОР е визначення фактичного стану або можливо! вщмови систем, вузлiв i агрегатiв ТЗ на пiдставi потоку рiзнорiдних даних: телеметри, показникiв бортово! системи, спостережень механЫв, умов експлуатацп, статистики попереднiх вiдмов та по-казникiв надiйностi аналогiчних виробiв. Це завдання пропонуеться виршувати на основi створення спецiалiзованих комп'ютерних засобiв подання й штеграцп знань - пред-метних онтологiй. В основу 1СТОР закла-даеться концептуальна модель ТЗ, яка скла-даеться з елементiв, оргашзованих у системи, де вихiд одного елемента або системи е входом шшого елемента або системи, утворюю-чи функцюнальш зв'язки.
Ус елементи й системи пов'язанi просторо-вими вiдносинами, за якими можна визнача-ти взаемозв'язки вiдмов з !хшми проявами, а також прогнозувати вплив рiзних подiй (змiни умов експлуатацп, замши блока, що вщмовив, неiдентичним аналогом, вiдмов сумiжних або шакше пов'язаних вузлiв i аг-регатiв i т.п.) на змшу динамiки вiдмов.
Кожна система ТЗ складаеться з вузлiв i компонента, яю в онтологи описуються атрибутами: щiльнiстю розподiлу вщмов, середнiм напраюванням до вiдмови, забезпечуваним коефщентом надiйностi, ресурсом роботи, строком експлуатацп та ш На пiдставi ш-
формацп про можливi види вщмов виробу i його компонента прогнозуеться ймовiрнiсть виникнення вiдмов у ТЗ, яю перебувають в експлуатацп, видшяються можливi види вiдмов на рiзних рiвнях структури (вiдмова елемента, вщмова пристрою, вiдмова системи), простежуються причинно-наслiдковi зв'язки, що зумовлюють виникнення вщмов i можливi наслщки. Унiкальнi особливостi кожного виробу будуть вщображатися в його «концептуальнш» моделi (КМ), яка е подан-ням складного об'екта в навколишньому се-редовищi за допомогою опису в онтолопч-ному ядрi, й з наступним одержанням моделi у форм^ максимально зручнiй для сприйнят-тя користувачем. Прикладом КМ може бути докладна юбернетична модель, яка супро-воджуе реальний об'ект протягом усього його життевого циклу - вщ проектування до угатзацп [11].
Протягом свого життя будь-який ТЗ також зазнае ряду змш, що мають вплив на його характеристики: замша рiзних деталей, вне-сення змiн в електропроводку, проведення позапланового ТО тощо. Змша умов експлуатацп ТЗ призводить до того, що навггь випущеш пiдряд серiйнi екземпляри почи-нають суттево рiзнитися за сво!ми характеристиками пiсля декiлькох роюв експлуата-цЦ. Вказана проблема е особливо актуальною для транспортно! сфери.
За допомогою закршлення за кожним ТЗ його КМ пропонуеться створити шструмент, що дозволяе: вчасно фшсувати, яю фактичнi змiни вiдбуваються з об'ектом, з метою от-римання знань; враховувати фактичш особ-ливост кожного ТЗ пiд час проведення планового ТО; прогнозувати вплив особливо-стей ТЗ на надшнють його окремих вузлiв i виявляти джерела потенцшних вiдмов; про-водити оцшку витрат при ТОР i виявляти можливi шляхи оптимiзацil витрат за збере-ження необхiдного рiвня надiйностi.
На пiдставi статистики вщмов минулих роюв i вiдомих даних про особливосп кожного ТЗ стае можливим спрогнозувати щшьнють розподiлу вщмов на планований перюд, що дозволяе сформувати номенклатурний список необхщних запасних частин.
Наприклад, зi збiльшенням вiдмов за певний перюд, порiвняно з таким же попередшм перiодом, можна зробити висновок, що або
минув фактичний строк працездатносп вузла (який може не збиатися з номшальним через особливосп експлуатацп), або вщмови викликаються зовнiшнiми умовами (середо-вищем експлуатацп або сусiднiми агрегатами) чи особливостями проведення планового ТО (вщ змiни використовуваного типу зма-щення аж до порушення методики проведен-ня ТО одним зi сшвробггниюв ремонтно1 бригади). Оскiльки спостериаеться змiна ди-намiки одного з контрольованих параметрiв, КМ виробу повинна на основi онтологiчних зв'язкiв проаналiзувати варiанти виникнення проблеми й запропонувати можливi способи И вирiшення.
При пропонованому пiдходi до процесу експлуатацп ТЗ кожний з учасниюв процесу ТОР вносить сво! знання про об'ект, виходя-чи зi свое1 сфери вiдповiдальностi, критерпв,
переваг i обмежень, але здатний при вияв-леннi конфлiкту вертатися на кшька крокiв назад, змiнювати й переглядати сво! ршення у випадку, якщо результати виходять за рамки загальних обмежень, прийнятих для ко-манди. Пропонований мультиагентний шдхщ 1СТОР являе собою ствпрацю програмних агентiв, кожний з яких реалiзуе повний цикл керування сво1м об'ектом (пiдсистемою, вузлом i т.д.) у такий спошб (рис. 1).
Чим бiльше задоволенi агенти сво1ми зв'яз-ками - тим сильшшими е зв'язки - i тим у бь льшiй рiвновазi перебувае вся система. Але при виникненш непередбачених подiй части-на зв'язюв обриваеться i елементи починають негайно шукати новi можливостi, при цьому iснуючi зв'язки починають переглядатися. Система поступово приходить у стан хаосу й переходить у нову рiвновагу, вiдповiдно до нового розподшу потреб i можливостей або нових планiв використання ресуршв.
Рис. 1. Цикл керування агентом у мультиагентнш систем1
Першим завданням 1СТОР е виявлення мож-ливо! майбутньо1 проблеми з потоку рiзнорi-дних даних. Це завдання пропонуеться вирь шувати на основi створення спецiалiзованих комп'ютерних засобiв подання й штеграцп знань: предметних онтологiй i КМ ТЗ на ос-новi мереж потреб i можливостей, яю опи-сують основнi ресурси й допомагають про-слiдковувати зв'язки основних тдсистем на рiвнi потреб i можливостей окремих вузлiв,
що показують взаемш залежностi мiж ними. Другим завданням 1СТОР е динамiчне пла-нування своечасних заходiв щодо забезпе-чення проведення ТО у випадку появи перших ознак i виникнення загрози появи вщ-мов. Це завдання пропонуеться виршувати на основi створення мультиагентно! системи, де кожний агент вщповщае за певну пiдсис-тему, блок або вузол ТЗ.
Висновки
Створення ТЗ, здатного забезпечувати необ-хщний piBem безпеки й надшносп, - складне й комплексне завдання. Для його виршення пропонусться розробити 1СТОР для забезпе-чення показниюв надiйностi й економiчностi тд час експлуатацiï ТЗ на основi мультиа-гентних технологiй.
Планований результат створення та^' си-стеми: розв'язок складного завдання прогно-зування й попередження вщмов на раннiх стад1ях в умовах невизначеностi; забезпечен-ня оперативно'' й гнучко'' реакцiï на неперед-баченi подiï; зниження складносп й тру-домiсткостi роботи персоналу; тдвищення ефективностi робiт при ТОР i оптимiзацiя необхiдного запасу запасних частин за збе-реження необхщного рiвня надiйностi; мож-ливiсть прогнозування ймовiрностей варiантiв виникнення, протiкання й розвитку вщмов; одержання економiчного ефекту за рахунок оптимiзацiï стратегiï ТО.
Лггература
1. Автомобiльний транспорт Украши: стан, проблеми, перспективи розвитку: монографiя / Державний автотранспорт-ний науково-дослщний i проектний ш-ститут; за заг. ред. А.М. Редзюка. - К.: ДП «Державтотранс НД1проект», 2005. - 400 с.
2. Российская автотранспортная энциклопедия. Техническая эксплуатация, обслуживание и ремонт автотранспортных средств. Т.3 / Ред. Е.С. Кузнецов. - М.: Просвещение, 2000. - 455 с.
3. Волков Ю.В. Ретроспективный анализ и перспективы развития технической эксплуатации автомобилей / Ю.В. Волков // Вестник ХНАДУ: сб. науч. тр. - 2015. -Вып. 71. - С. 30-35.
4. Петрушин С.И. Принципы оптимизации жизненного цикла изделий машиностроения / С.И. Петрушин, Р.Х. Губайду-лина // Известия ТПУ. - 2012. - Т. 321, №6. - С. 96-100.
5. Левин А. И. CALS - сопровождение жизненного цикла / А.И. Левин, Е.В. Судов // Открытые системы. - 2001. - № 3. -С.31-36.
6. Кузнецов Е.С. Управление технической эксплуатацией автомобилей / Е.С. Кузнецов. - М.: Транспорт, 1990. - 272 с.
7. Говорущенко Н.Я. Системотехника транспорта (на примере автомобильного транспорта). Ч. 1 / Н.Я. Говорущенко, АН. Туренко. - Х.: РИО ХГАДТУ, 1998. - 255 с.
8. Ременцов А.Н. Автомобили и автомобильное хозяйство / А.Н. Ременцов. -М.: Академия, 2010. - 192 с.
9. Гаврилова Т.А. Базы знаний интеллектуальных систем / Т.А. Гаврилова, В.Ф. Хорошевский. - С.Пб.: Питер, 2000. - 384 с.
10. Wooldridge M. An Introduction to MultiAgent Systems / M. Wooldridge. - Chichester: John Wiley & Sons, Inc., 2002. -348 p.
11. Говорущенко Н.Я. Экономическая кибернетика транспорта / Н.Я. Говору-щенко, В.Н. Варфоломеев. - Х.: РИО ХГАДТУ, 2000. - 218 с.
References
1. Avtomobil'nyy transport Ukrayiny: stan,
problemy, perspektyvy rozvytku [Car transport of Ukraine: state, problems, prospects of development]. Derzhavnyy avto-transportnyy naukovo-doslidnyy i proektnyy instytut [State car transport research and design institute]. Za zah. red. A.M. Redzyuka. Kyiv, Derzhavtotrans NDIproekt Publ., 2005. 400 p.
2. Rossijskaja avtotransportnaja jenciklopedija.
Tehnicheskaja jekspluatacija, obslu-zhivanie i remont avtotransportnyh sredstv T. 3 [Russian motor transport encyclopedia. Technical operation, maintenance and repair of motor vehicles Part 3]. Red. E.S. Kuznecov. Moscow, Prosveshhenie Publ., 2000. 455 p.
3. Volkov Ju.V. Retrospektivnyj analiz i per-
spektivy razvitija tehnicheskoj jekspluatacii avtomobilej [Retrospective analysis and prospects of development of technical operation of cars]. Vestnik HNADU, 2015, no.71. pp. 30-35.
4. Petrushin S.I., Gubajdulina R.H. Principy op-
timizacii zhiznennogo cikla izdelij mashi-nostroenija [Principles of optimizing the life-cycle of engineering products]. Izvestija TPU, 2012, no. 6, iss. 321. pp.96-100.
5. Levin A.I., Sudov E.V. CALS - soprovozhde-
nie zhiznennogo cikla [CALS - Suppont life cycle]. Otkrytye sistemy [Open system]. 2001, no. 3. pp. 31-36.
6. Kuznecov E.S. Upravlenie tehnicheskoj jek-
spluataciej avtomobilej [Management of technical operation of cars], Moskow, Transport Publ., 1990. 272 p.
7. Govorushhenko N.Ja., Turenko A.N. Siste-
motehnika transporta (na primere avtomo-bil'nogo transporta): Ch.1. [System engineering of transport (by the example of motor transport). Part.1. Kharkov, RIO KhGADTU Publ., 1998. 255p.
8. Remencov A.N. Avtomobili i avtomo-bil'noe
hozjajstvo [Automobiles and automobile economy.]. Moskow, Akademija Publ., 2010. 192 p.
9. Gavrilova T.A., Horoshevskij V.F. Bazy
znanij intellektual 'nyh system [The
knowledge base of intelligent systems]. St. Petersburg, Piter Publ., 2000. 384 p.
10. Wooldridge M. An Introduction to MultiA-
gent Systems. Chichester: John Wiley & Sons, Inc., 2002. 348 p.
11. Govorushhenko N.Ja., Varfolomeev V.N. Jekonomicheskaja kibernetika transporta. [Economic cybernetics of transport]. Kharkov, KhGADTU Publ., 2000. 218 p.
Рецензент: О.В. Бажинов, професор, д.т.н., ХНАДУ.
