CC BY
112
us
RESEARCH
НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ОБСЛУЖИВАЮЩЕГО ПЕРСОНАЛА ПРИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СИСТЕМ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Анисимов О.В., к.т.н., доцент, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского (г. Ярославль), qwaker@inbox.ru
Ключевые слова:
информационная поддержка, техническая эксплуатация, концептуальная модель, радиоэлектронная аппаратура, цикл восстановления.
АННОТАЦИЯ
Одним из путей повышения эффективности решения задач технической эксплуатации систем специального назначения является использование средств автоматизации. При этом в технической эксплуатации существуют задачи, уровень автоматизации которых ограничен высокой степенью участия обслуживающего персонала в решении этих задач.
Работа посвящена выбору и обоснованию направлений совершенствования систем информационной поддержки обслуживающего персонала за счет повышения уровня автоматизации деятельности обслуживающего персонала, связанной c поиском и извлечением необходимой технической информации. С этой целью рассматриваются три аспекта в организации систем информационной поддержки, отражающие роль обслуживающего персонала в решении задач технической эксплуатации: предметный, прикладной и интерфейсный.
Показывается, что при автоматизации задач технической эксплуатации эти аспекты имеют различную значимость, что позволяет разделить такие задачи на три класса, среди которых выделяется класс частично автоматизируемых задач. Этот класс задач характеризуются тем, что обслуживающий персонал является неотъемлемым звеном процесса их решения. В этих задачах существенное значение имеет предметный аспект, который должен находить отражение в интерфейсе обслуживающего персонала со средствами автоматизации решения задач. Автоматизация решения такого класса задач имеет важное значение в цикле восстановления радиоэлектронной аппаратуры. Анализ цикла восстановления позволяет выделить задачи, выполняемые обслуживающим персоналом при восстановлении изделия специального назначения, влияющие на значение показателей технической эксплуатации и требующие повышения уровня автоматизации. Повышение уровня автоматизации процессов технической эксплуатации осуществляется за счет развития способов организации информационных интерфейсов обслуживающего персонала. Это связанно с созданием концептуальных моделей предметной области технической эксплуатации, моделей радиоэлектронной аппаратуры в терминах предметной области, языковых интерфейсов взаимодействия обслуживающего персонала в системах информационной поддержки, методов формирования виртуальных документов для обеспечения обслуживающего персонала оперативной технической информацией.
Постановка и решение комплекса задач в рамках предлагаемых направлений связаны с использованием новых моделей концептуального типа, разработкой методов их построения и алгоритмов работы с ними. Решение такого класса задач позволяет повысить уровень автоматизации задач технической эксплуатации в системах информационной поддержки обслуживающего персонала и улучшить эксплуатационные показатели систем специального назначения.
Особенностью эксплуатации систем специального назначения (ССН) является тот факт, что обслуживающий персонал (ОП), как правило, должен совмещать умения использования изделия по назначению с навыками по их техническому обслуживанию и восстановлению. Это предъявляет высокие требования как к обслуживающему персоналу, так и к системам автоматизации при технической эксплуатации ССН.
Основными задачами процесса облуживания является поддержание и восстановление изделия специального назначения (в частности радиоэлектронной аппаратуры), а также подтверждение выполнения заявленных функций в случае нарушения работоспособности изделия. Одним из путей повышения эффективности решения задач технической эксплуатации является использование средств автоматизации.
Составной частью средств автоматизации ТЭ является система информационной поддержки (СИП) обслуживающего персонала (ОП), которая обеспечивает решение совокупности прикладных задач при выполнении обслуживающим персоналом процессов технического обслуживания, технического диагностирования и ремонта. Целевой функцией СИП является повышение эксплуатационных показателей ССН, таких, как коэффициент готовности КГ, коэффициент технического использования КТИ, время восстановления ТВ и время технического обслуживания ТТО, причем значения этих показателей определяются общем уровнем автоматизации.
В технической эксплуатации (например, при восстановлении изделия) существуют задачи, уровень автоматизации которых в СИП ограничен высокой степенью участия ОП в решении этих задач. В этих задачах важную роль играет предоставление обслуживающему персоналу разнородной технической информации из различных информационных источников, в том числе из эксплуатационных документов. В существующих СИП время, которое ОП затрачивает на анализ получаемой информации оказывается значительны, из-за того, что полнота и качество необходимой информации достигается посредством большого числа запросов со стороны ОП.
Уменьшение числа запросов может быть достигнуто за счет организации высокоуровневых интерфейсов, предоставляющих ОП возможность взаимодействовать со средствами автоматизации СИП в терминах предметной области, что существенно повышает информационную емкость запросов и соответствующих ответов.
Это указывает на практическое противоречие между необходимостью улучшению эксплуатационных показателей ССН и недостаточным уровнем автоматизации процесса информационной поддержки в деятельности ОП при решении задач ТЭ. С точки зрения разрешения указанного противоречия, следует рассмотреть три аспекта в организации СИП, отражающих роль ОП в решении задач ТЭ:
1) предметный аспект, характеризующийся тем, что каждый элемент системы решает определенную прикладную задачу в предметной области технической эксплуатации,
2) прикладной аспект, характеризующийся тем, что автоматизация каждый выделенной задачи требует разра-
ботки соответствующих моделей и алгоритмов обработки,
3) интерфейсный аспект, связанный с тем что, в решении задач технической эксплуатации участвует обслуживающий персонал и это требует использования соответствующих интерфейсов, ориентированных на человека.
При автоматизации каждой задачи технической эксплуатации ЕТЭ эти аспекты имеют различную значимость, что позволяет все задачи технической эксплуатации разделить на три класса: полностью автоматизируемые ЕСА, неавтоматизируемые ЕОП и частично автоматизируемые
Е,
ОП/СА
(1).
!7_I7iil7i I 17 (1)
ТЭ CA W ОП W ОП/СА
Рис.1. Модельное представление полностью автоматизируемых задач технической эксплуатации
В полностью автоматизируемых (рис. 1) задачах наибольшее значение имеет прикладной аспект. Примерами такого класса задач являются контроль технического состояния изделия, формирование отчетных документов и т.п.
В этом случае исходные данные А, необходимые для выполнения задачи Е е ЕТЭ средствами автоматизации, поступают через интерфейс 11 (А) который полностью формализован и определен в средствах автоматизации СА. Результаты решения этой задачи А' и А'' могут быть доступны через интерфейс 12(А') другим средствам автоматизации, а также предоставляться через интерфейс 13(А'') обслуживающему персоналу (2).
А)
(2)
Интерфейс 13(А'') может быть реализован с использованием средств отображения информации, ориентированных на ОП (световые и звуковые устройства, индикаторы, экраны, печатающие устройства и т.п.).
При выполнении такого класса задач ОП выполняет простые операции управления П' (например, связанные с вызовом задач на исполнение, управлением вводом-выводом данных) на основе интерфейса 14(П'). Использование данного интерфейса не требует глубоких знаний предметной области технической эксплуатации от ОП.
Выполнение неавтоматизируемых задач (замена неработоспособных элементов, получение ЗИП, выполнение процедур технического обслуживания и т.п.) возлагается
His
RESEARCH
полностью на ОП (рис. 2). Решение таких задач определяется навыками и умениями ОП, а не общим уровнем автоматизации ТЭ.
В этом случае исходные данные, необходимые для выполнения задачи Е е ЕТЭ обслуживающим персоналом могут быть получены от средств автоматизации А" через интерфейс 13(А''), от внешних технических средств Г через интерфейс 15(Г) или от неавтоматизированных средств информационного обеспечения О через интерфейс 1д(О).
Рис.2. Модельное представление неавтоматизируемых задач технической эксплуатации
Решение задачи ЕОП и использование результатов решения О'' (3) осуществляются ОП самостоятельно без использования средств автоматизации (интерфейс 17(О")). Результаты решения задачи ЕОП могут быть учтены в средствах автоматизации через интерфейс 16(Г'').
П"=Яоя(Д\Г, Q)
(3)
Частично автоматизируемые задачи (рис. 3) характеризуются тем, что ОП является неотъемлемым звеном процесса их решения. Это объясняется тем, что в этих задачах существенное значение имеет предметный аспект, который должен находить отражение в интерфейсе ОП со средствами автоматизации СА решения задач. Такой интерфейс требует использования концептуальных понятий предметной области технической эксплуатации и от его организации существенно зависит эффективность решения этих задач. Примерами такого класса задач являются поиск диагностической информации и информации для осуществления ремонта, описание факта отказа, определение правильной последовательности замены, формирование сигнатуры отказа, определение вида отказа и т.п.
Рис.3. Модельное представление частично автоматизируемых задач технической эксплуатации
Решения задачи Е е ЕТЭ с использованием средств автоматизации (4) характеризуется предоставлением ОП через интерфейсы 13(Д"), 1ю(Д)> ^(П, 1в(П) определенной совокупности данных А", Д , Г, П. Обслуживающий персонал анализирует данные от средств автоматизации А'' через интерфейс 13(А''), от внешних технических средств Г через интерфейс 15(Г) или от неавтоматизированных средств информационного обеспечения Г через интерфейс 18(О) и формирует запросы Г' к средствам автоматизации через интерфейс 19(Г'). лучив запросы Г' средства автоматизации осуществляют поиск и извлечение необходимой технической информации А предоставляемой ОП через интерфейс 110(д). При необходимости ОП может многократно выполнять указанную совокупность действий. Результаты решения задачи ЕОП/СА могут быть учтены в средствах автоматизации через интерфейс 16(Г'').
Для определения задач ТЭ, требующих повышения уровня автоматизации, выполнен анализ цикла восстановления [3] определяющий полную совокупность операций [4; 5], выполняемых ОП при восстановлении изделия специального назначения с точки зрения влияния этих операций на значение среднего времени восстановления ТВ. В цикле восстановления ЦВ [3] можно выделить (рис. 4):
операцию контроля технического состояния изделия ОКтс,
два самостоятельных цикла - цикл локализации отказа ЦЛО и цикл замены нерабтоспособных элементов
ЦЗАМ.
Операция ОКТС направлена на определение технического состояния изделия. Для ее выполнения выделяется промежуток времени гктс.
Цикл ЦЛО связан с выполнением операций представления факта отказа пфо, поиска диагностической информации пди, а также анализа полученной информации и принятия решения апр. Операция представления факта отказа заключается в определении внешних признаков проявления отказа и передачи их формализованного представления в СИП. В ответ система должна предоставлять ОП техническую информацию о точках контроля, диагностических параметрах и особенностях интерпретации полученных данных, требуемых инструментах и принадлежностях.
Цикл ЦЗАМ связан с выполнением операций поиска информации при необходимой для осуществления замены неработоспособного элемента изделия, анализа полученной информации и принятия решения апр', а также операцией зам по замене неработоспособного элемента.
Все действия в цикле восстановления ЦВ упорядочены организационной структурой этого цикла и занимают определенное время.
Время локализации отказа ьЛО изделия определяется временем представления факта отказа гГфо, временем
ш
RESEARCH
Рис.4. Модельное представление цикла восстановления изделия [6]
поиска диагностической информации а также временем анализа и принятия решения обслуживающим персоналом ^пр, поэтому на выполнение одного цикла локализации отказа будет затрачено время ЬЛО =
£пфо + ^пди + ^апр-
Время замены £зАм неработоспособных элементов определяется временем Шри поиска информации, необходимой для осуществления замены неработоспособного элемента изделия, временем 1'апр анализа и принятия решения обслуживающим персоналом, а также временем 1'зам выполнения операции замены неработоспособного элемента так, что на выполнение одного цикла замены будет затрачено время £зам = ^ди+ ^'апр+ £'зам-
Учитывая повторяемость циклов ЦЛО и ЦЗАМ в общем цикле восстановления ЦВ, можно записать общую формулу для определения времени восстановления:
(5)
где к - число повторений цикла ЦЛО, т - число повторений цикла ЦЗАМ, I - число повторений цикла ЦВ, £ОФО - время выполнения операции описания неработоспособного состояния (факта отказа) изделия, £КТС - время выполнения операции контроля технического состояния изделия.
Анализируя полученное выражение следует отметить, что все операции внутри цикла ЦЛО, в том числе и пди, выполняются I • к раз, в все операции внутри цикла Цзам - 1-т раз.
Таким образом, общее время в цикле восстановле-
ния ЦВ, связанное с поиском требуемой обслуживающему персоналу информации, необходимой для восстановлении изделия, определяется выражением:
ТПИ - I-к-tndu +l-m-tnpu.
(6)
Поскольку для нетиповых неисправностей величины I • к, 1-т »1 ,то следует отметить, что вклад ТПИ в общее значение времени восстановления Тв является значительным и его уменьшение может быть достигнуто на ос-нове повышения уровня автоматизации процессов связанных с получением ОП необходимой технической информации из эксплуатационной документации.
При этом необходимо учитывать, что в цикле восстановления ЦВ большой удельный вес занимает работа обслуживающего персонала с графическими документами (электрические схемы различных типов, мнемосхемы и т.д.). Значение таких документов в цикле замены ЦЗАМ существенно меньше, поэтому основное внимание необходимо уделять работе обслуживающего персонала с графическими документами в цикле локализации отказа ЦЛО. При этом процедуры поиска и извлечения необходимой информации при работе с такими документами могут использовать схемы или их фрагменты в качестве запросов, которые несут в себе объем информации, эквивалентный многочисленным запросам в текстовой форме [2].
На рисунке 5 представлена последовательность действий ax обслуживающего персонала при локализации отказа, связанных с использованием фрагментов эксплуатационных документов D1, D2, ..., Dm, имеющихся в базе данных СИП [6]. С точки зрения информационной поддержки при выполнении действия aх целесообразно
His
RESEARCH
Рис. 5. Процесс восстановления изделия радиоэлектронной аппаратуры
выделить время £ПИ(ах) поиска информации, необходимой обслуживающему персоналу при решении задачи восстановления.
Для одного действия ах величина £ПИ(ах) определяется выражением:
(7)
где £ФЗ(ах) - время формирования запроса обслуживающим персоналом для выполнения действия ах, 1ИИ(ах) -время извлечения информации, 1ВИ(ах)- время выдачи информации, п(ах) - количество запросов со стороны обслуживающего персонала (ОП).
В существующих информационных системах при восстановлении РТС запросы обслуживающего персонала являются текстовыми командами, а их количество п(ах) >>1 (рис. 6а). Величина 1ВИ(ах) мало зависит от вида запроса, поэтому основной вклад в значении величины 1ПИ вносит время формирования запроса £ФЗ(ах) и время 1ИИ(ах) извлечения информации.
Уменьшение времени £ИИ(ах) и времени £ФЗ(ах) может обеспечиваться за счет повышения уровня автоматизации [2], направленного на уменьшение количества запросов со стороны обслуживающего персонала вплоть до одного (рис. 6б), что определяет следующее значение времени £'ПИ:
t'пи— t'пи (—¿фз(ах) + tim(ax)+ tBH(iах)
(7)
проведенный анализ показывает, что вклад 1ПИ в общее значение времени восстановления Тв является значительным и его уменьшение может быть достигнуто на основе учета особенностей извлечения и использования
технической информации ОП в СИП.
Такой многоаспектный анализ [3] позволяет выделить задачи ТЭ, полная автоматизация которых в СИП ограничена тем, что при их решении ОП необходимо выполнять значительное число операций по получению, обобщению и интерпретации разнородных технических данных. Повышение уровня автоматизации при решении таких задач определяется способами организации информационных интерфейсов ОП в СИП. Это определяет следующие направления совершенствования СИП ОП при решении задач ТЭ:
- создание концептуальных моделей предметной области ТЭ,
- создание моделей РЭА в терминах предметной области,
- создание языковых интерфейсов взаимодействия ОП в СИП при решении задач ТЭ,
- создание виртуальных документов для обеспечения ОП оперативной технической информацией.
Решение комплекса задач, в рамках перечисленных направлений связано с определением множества необходимых моделей данных, а также методов и алгоритмов работы с ними. Это создает основу для совершенствования принципа организации деятельности ОП в процесса ТЭ ССН по извлечению необходимой технической информации.
Реализация концептуальных моделей предметной области позволяет создать формальную основу для представления области ТЭ изделия СН в виде совокупности базовых понятий на предметном языке.
Концептуальные модели предметной области создают формальную основу для построения совокупности непротиворечивых моделей РЭА с использованием понятий и терминов, применяемых в эксплуатационных
H&ES
RESEARCH
б
a
Рис. 6. Эффект сокращения времени извлечения информации при использовании высокоуровневого интерфейса на основе естественноподобного языка для предметной области технической эксплуатации
документах на изделие.
Для создания концептуальных моделей предлагается использовать онтологический подход [1]. Следует отметить, что для некоторых предметных областей (медицина, юриспруденция, образование) разработаны алгоритмы и подходы к формированию онтологий, позволяющие отражать особенности этих предметных областей. Для области технической эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры, в том числе и специального назначения, такие исследования отсутствуют [2]. В тоже время нормативная база данной предметной области хорошо проработана, что позволяет, за счет использования онтологического подхода, повысить уровень абстракции используемых в средствах информационной поддержки (СИП) моделей. Такое представление РЭА обеспечивает возможность ОП при решении задач ТЭ оперировать предметными терминами и понятиями.
Такая возможность может быть реализована с помощью высокоуровневого интерфейса на основе естествен-ноподобного языка. Словарь такого языка представляется совокупностью терминов и понятий предметной области используемых в концептуальных моделях, а грамматика языка определяется структурой ССН и структурой деятельности ОП в процессе ТЭ. Использование естественноподобного языка в СИП изменяет форму запросов, способствуя сокращению общего количества запросов со стороны ОП при решении конкретных задач ТЭ. Ответ на каждый запрос в СИП формируется в виде виртуального документа, отражающего разные аспекты решаемой задачи ТЭ.
Представленный подход позволяет повысить уровень автоматизации процессов технического эксплуатации и сократить время восстановления ССН за счет уменьшения времени на извлечение требуемой ОП технической
информации. Литература
1. Ontological engineering: with examples from the areas of knowledge management, e-commerce and the semantic web/ Asuncion Gomez-Perez, Mariano Fernandez-Lopez, and Oscar Concho. /Springer-Verlag, London 2004.
2. Анисимов О. В., Курчидис В.А., Игнатьев С. В. и др. Модели радиоэлектронной аппаратуры как основа организации информационных интерфейсов в системах автоматизации технической эксплуатации/Монография.
- М.: Изд. ООО «Норд», 2013. - 88 с. : ил. - ISBN 978-5901803-33-2.
3. Анисимов О.В., Курчидис В.А. и др. Метод информационной поддержки обслуживающего персонала при восстановлении радиоэлектронной аппаратуры/Материалы ВНК «Современные тенденции развития теории и практики управления в системах специального назначения». - М.: Концерн «Системпром», 2014 г., стр. 33-45.
4. Быкадоров А. К., Кульбак Л. И., Лавриненко В.Ю., Ры-сейкин И. Н., Тихомиров В. Л. Основы эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры. Под ред. Лавриненко В.Ю.
- М. : Высшая школа, 1978 - 320 с.
5. ГОСТ Р ИСО 17359-2009. Контроль состояния и диагностика машин. Общее руководство по организации контроля состояния и диагностирования. ИПК Издательство стандартов, 2009.
6. Анисимов О.В., Курчидис В.А., Попов Т.А. Модельное представление цикла восстановления радиоэлектронных средств/ Материалы XIV ВНПК «Проблемы развития и применения средств ПВО на современном этапе».
- ВКА имени А.Ф. Можайского (филиал г. Ярославль), 2013, стр. 17-24.
H&ES
RESEARCH
IMPROVEMENT OF SYSTEM OF INFORMATION SUPPORT FOR THE PERSONNEL DURING THE TECHNICAL MAINTENANCE OF SPECIAL-PURPOSE SYSTEMS
Anisimov O., Ph.D, associate professor, Military Space Academy, qwaker@inbox.ru
Abstract
One way to improve the efficiency of solving the technical operation of special-purpose systems is the use of automation. At the same time, there are problems of technical operation, which level of automation is limited by high level of participation service personnel in these tasks.
This work is devoted to the selection and justification of ways of improving the systems of information support of service personnel by increasing the level of automation of the service personnel's activity, associated with finding and removing the necessary technical information. For this purpose, we consider three aspects of the organization of information support systems, reflecting the role of service personnel in solving problems of the technical operation: subject, application and interface. It is shown that in the automation of tasks of the technical operation these aspects have different importance, which allows you to divide these tasks into three classes, among which the class of partially automated tasks is. This class of problems is characterized by the fact that service personnel is an essential element of the process of solving them. In these problems the substantive aspect, which should be reflected in the interface of service personnel and automation of solving problems is essential. The automation of solutions in this class of problems is important in the recovery cycle of radio-electronic equipment. The analysis of the recovery cycle allows you to select the tasks performed by service personnel in the reconstruction of products for special purposes, which affect the value of indicators of technical operation and require increasing levels of automation. The increasing of automation of processes of technical operation is carried out through the development of ways to organize informational interfaces of service personnel. It is connected with the creation of conceptual models of the subject area of
technical operation, models of electronic equipment in terms of subject area, language interface in interaction of service personnel in information support systems, methods of formation of virtual documents for providing service personnel with operational technical information.
The setting and solution of the complex of problems in the offered areas is related to the use of new models of conceptual type, the development of methods of their construction and algorithms for work with them. The solution of this class of problems can increase the level of automation tasks in the technical operation of the information systems support for service personnel and improve the operational indexes of special purpose systems.
Keywords: information support, conceptual model, technical maintenance, electronic devices, recovery cycle
References
1. Bykadorov, A & Kullback, L & Lavrynenko, V & Ryseykin, I & Tikhomirov, V 1978, Basics operation of electronic equipment, Higher School, Moscow, 320.
2. Asuncion Gomez-Perez & Mariano Fernandez-Lopez & Oscar Concho 2004, Ontological engineering: with examples from the areas of knowledge management, e-commerce and the semantic web, /Springer-Verlag, London.
3. Anisimov, O & Kurchidis, V 2014, The method of information support personnel for restoring electronic equipment, Systemprom, Moscow, Vol.1. pp.34-35.
4. Anisimov, O 2013, Models of electronic equipment as a basis for organizing information interfaces in automation systems technical manual, Nord, Moscow, 88.
5. GOST R ISO 17359-2009, 2009, Condition monitoring and diagnostics of machines. General guidance on the organization of state control and diagnostics. IEC Standards Publishing House, Moscow.
6. Anisimov, O & Kurchidis, V & Popov, T, 2013, Model of the recovery cycle of radio electronic facilities / Proceedings of the XIV RSPC "Problems of development and application of air defense at the present stage." - MAS of A.F. Mozhaiskogo (Yaroslavl Branch), pp. 17-24.
