CC BY
70
Оценка будущей эффективности программно-аппаратных комплексов позволила предсказать ускорение и масштабируемость планируемых систем, а также определить узкие места аппаратной платформы, сделать выбор оборудования до реализации, снизив тем самым риск нецелесообразных экономических затрат. Планируется разработать более подробную модель вычислительного узла, учитывающую в том числе и возможную обработку на графических процессорах, а также расширить имитационную модель новыми параллельными алгоритмическими структурами.
Литература
1. Герценбергер К.В., Чепин Е.В. Аналитическая модель оценки производительности многопроцессорной обработки
данных для набора параллельных алгоритмических структур. Бизнес-информатика // Междисциплинар. науч.-практич. журн. 2011. № 4 (18). С. 24-30.
2. Gertsenberger K.V., Chepin E.V. Using a CASE-oriented approach for parallel software development / In Proc. of the International Workshop on Computer Science and information technologies (CSIT'2008). Bashkortostan. Ufa State Aviation Technical University. 2008. Vol. 1, pp. 63-68.
3. Герценбергер К.В. Методы параллельной обработки изображений и сигналов в зависимости от локальности вычислений // Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности: сб. тр. 7-й Междунар. науч.-практич. конф. Т. 2. СПб: Изд-во Политех. ун-та, 2009. С. 49-50.
4. Gertsenberger K.V., Chepin E.V. Implementation parallel processing of digital signals on cluster system / In Proc. of the International Workshop on Computer Science and information technologies (CSIT'2007). Bashkortostan. Ufa State Aviation Technical University. 2007. Vol. 1, pp. 152-155.
УДК 007:519.816
ТЕХНОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ОПЕРАТИВНОЙ ДИАГНОСТИКИ ОБОРУДОВАНИЯ АТОМНЫХ ЭНЕРГОБЛОКОВ
А.А. Башлыков, к.т.н.
(Национальный исследовательский университет «МЭИ», г. Москва, bashlykovAA^mpei-ru)
Рассматривается технология построения диагностических экспертных систем реального времени для оценки состояния сложных технологических объектов на примере энергоблока атомной электростанции. Выделяются и описываются две компоненты экспертных систем - для неоперативного и оперативного контуров диагностирования. Показываются принципы декомпозиции оборудования энергоблока. Описываются архитектура диагностической системы и пользовательские интерфейсы экспертов и операторов энергоблока.
Ключевые слова: экспертная диагностическая система, реальное время, сложная система, атомный энергоблок, диагностическая модель, база диагностических знаний, интерфейс эксперта, интерфейс оператора, интеллектуальный интерфейс.
Характерными особенностями аварий на зарубежных и отечественных АЭС являются сложность процессов их развития и непредсказуемость. Анализ тяжелых аварий на ядерных энергетических установках [1-4], происшедших главным образом из-за нечетких и ошибочных действий оперативного персонала станций, позволил сделать парадоксальный, на первый взгляд, вывод: именно человек обладает теми ресурсами, активное использование которых в будущем поможет предотвращать аварии.
Однако человеческие возможности имеют предел. Наивысшая пропускная способность ЛПР при обработке информации - 44 бит/с. В стрессовых ситуациях она может снизиться до 0,5 бит/с [2]. К тому же требование активного участия оперативного персонала в управлении переходными процессами несовместимо с традиционным проектированием операторских АЭС (избыточное количество измерительных приборов, сигнализаторов и
органов управления, расположенных на больших площадях), первоначальное предназначение которых - непосредственное управление, а не решение стратегических задач.
И все же при рассмотрении проблем управления такими сложными системами, как АЭС (когда речь идет о «размытом» управлении технологическими процессами), становится очевидным, что человек-оператор может управлять сложным процессом более эффективно, чем автоматическая система. Даже при максимальной насыщенности современной АЭС средствами автоматики оценка критических ситуаций ложится на операторов, которые анализируют обстановку и принимают решения, руководствуясь опытом и эвристической логикой. Если же оператор испытывает при этом трудности, то их можно объяснить недостаточной скоростью или несовершенным способом представления информации либо отсутствием анализа, необходимого для принятия соответствующих си-
Верификация моделей знаний
Рис. 1. Архитектура средств ДИЭКС
туации решений. Проблему помогут решить
- усовершенствование формы и содержания процедур, выполняемых оператором при нормальной эксплуатации, в аварийной ситуации и после аварии;
- обеспечение операторов соответствующим образом обработанной обобщенной и исчерпывающей информацией, например диагностической.
Разработанная технология построения диагностических экспертных систем (ДИЭКС) ориентирована на создание средств диагностической информационной поддержки человека-оператора и позволяет строить системы оперативной диагностики в составе действующих или вновь проектируемых АСУ ТП энергоблоков АЭС.
Архитектура средств технологии ДИЭКС
Технология ДИЭКС [5] базируется на понятиях общего поля данных и знаний об объекте диагностирования и инструментальных средствах неоперативного контура, предназначенных для создания и верификации БД, БЗ и операторского интерфейса, а также оперативного контура, предназначенных для решения задач интеллектуальной информационной диагностической поддержки человека-оператора в реальном времени (рис. 1).
БД подразделяются на оперативные, содержащие измеренные переменные, характеризующие текущее состояние объектов диагностики, и нормативные, включающие нормативное описание состояния технологического оборудования энер-
гоблока АЭС для различных технологических режимов.
БЗ реализуются моделью семиотического типа и подразделяются на неоперативные, содержащие текстовые описания диагностических моделей знаний для каждого диагностируемого элемента оборудования, и оперативные, в которые входят бинарные диагностические модели знаний для оперативной диагностики элементов оборудования. БЗ представляют собой иерархию моделей знаний, соответствующую иерархии оборудования в конкретном энергоблоке АЭС (рис. 2).
Диагностические экспертные модели
технологических установок
Диагностические экспертные модели технологических систем
Диагностические экспертные модели технологических подсистем
I О
Рис. 2. Иерархия диагностируемых компонент энергоблока и их экспертных моделей
Под технологическими установками в данном случае понимаются реакторная установка, турбо-установка; под технологическими системами -главный циркуляционный насос, генератор; под
подсистемами - насосно-теплообменная установка систем управления защит и т.д.
Переход от БЗ первого типа к БЗ второго реализуется в неоперативном контуре транслятором текстовых БЗ. Верификация оттранслированных моделей диагностики проводится в унифицированном решателе задач неоперативного контура. Оперативная обработка диагностических моделей производится в унифицированном решателе задач диагностики оперативного контура (рис. 3).
Особенностью диагностических моделей является то, что первым слоем обработки данных штатной системы измерений всегда является проверка правильности работы датчиков и только после нее диагностика состояния конкретного объекта.
Накопленный опыт применения ДИЭКС на Игналинской, Калининской, Нововоронежской, Билибинской АЭС и Черепетской ТЭС показал, что при диагностике состояния технологического оборудования для представления знаний достаточно использовать продукционные правила специального вида.
Например, для насосной технологической установки систем управления защит (НТУ СУЗ) реактора РБМК-1500 справедливы следующие утверждения эксперта: при снижении расхода воды (датчик ТК50F01) и ее давления (датчик ТК50Р01) при охлаждении каналов СУЗ необходимо проверить работу насосов (по амперметрам ТК21-24Х01 и давлениям на напоре ТК21-24Р01). При обнаружении отключения насосов можно установить адекватный возникшей аномальной ситуации диагноз. Фрагмент диагностических правил эксперт-
ной модели НТУ СУЗ имеет вид
А1А: TK50F01< & TK50P01<,B1A,A1B
A1B: TK21X01< & TK21P01< & TK22X01< & TK22P01<,A1 F,A1C
A1C: TK23X01< & TK23P01< & TK24X01< & TK24P01<,A1 F,A1D
AID: "обесточивание НТУ СУЗ", где А1А - метка узла; В1А, А1В - переходы на метки следующих узлов семантической сети по нулевому и единичному результатам логической операции соответственно; символ < означает выход значения параметра за нижнюю границу допустимых значений, а символ > выход за верхнюю границу допустимых значений.
Путь по семантической сети правил, ведущий к диагнозу, определяется единичными результатами, записанными в узлах логических операций: А1А-А1В-А1С-А1Д - вывод сообщения «обесточивание НТУ СУЗ».
Данные правила создаются экспертами-специалистами в области конкретных технологических компонент оборудования энергоблока, затем транслируются средствами ДИЭКС, верифицируются и из неоперативного контура передаются в базы диагностических знаний оперативного контура управления.
На рисунке 4 показан общий алгоритм функционирования ДИЭКС реального времени.
Принципы построения пользовательского интерфейса с экспертами
Основными принципами такого построения при передаче знаний от эксперта к ДИЭКС в виде диагностических моделей знаний и БД являются
- принцип одного окна при конструировании моделей знаний и данных;
- принцип все в одном инструменте - от построения моделей знаний и данных до верификации и валидации моделей знаний и данных.
Средства конструирования БЗ в первую очередь содержат средства редактирования правил БЗ: это могут быть средства редактирования как текстовой, так и графической информации. Формирование БЗ с помощью интерфейса взаимодействия с экспертами (рис. 5) существенно упрощает работу последних.
Для редактирования различных правил экспертной модели диагностики предусмотрено большое количество функций. Каждая из таких панелей имеет интерфейс для редактирования соответствующего типа правила.
Аномальная в технологической
t
Аномальная в технологической
t
Аномальная в технологической
Рис. 3. Виды задач диагностики
Рис. 4. Архитектура общего алгоритма функционирования и интеллектуального операторского интерфейса
ДИЭКС реального времени
Принципы построения пользовательского интерфейса с человеком-оператором
Основными принципами данного построения в системе ДИЭКС реального времени являются автоматизация всех видов диагностической деятельности (принцип полной автоматизации) и мини-
мизация деятельности человека-оператора (принцип прямопоказывающего прибора).
Интерфейс ДИЭКС приведен на рисунке 6. Технология ДИЭКС апробирована на энергоблоках №№ 1 и 2 Игналинской и Калининской АЭС, № 5 Нововоронежской АЭС, а также на Билибин-ской АЭС и Черепетской ГРЭС.
ДИЭКС - Конструктор диагностических баз знаний
База знаний Источник данных Модель знаний Трансляция Режим
Аналоговые переменные Дискретные переменные
Функции арифметики Текст модели Диагнозы Управляющие рекомендации
А1А: TK50F01< & TK50P01<,B1A,A1B A1B: TK21X01< & TK21P01< & TK22X01< & TK22P01<,A1F,A1C A1C: TK23X01< & TK23P01< & TK24X01< & TK24P01<,A1F,A1D A1D: "обесточивание НТУ СУЗ"
Функции математики
Функции логики
Сообщения транслятора диагностических баз знаний
Рис. 5. Пользовательский интерфейс конструктора диагностических БЗ
Динамический стек технологических систем (ТС) в нештатном состоянии
Имя ТС, дата, время Имя ТС, дата, время Имя ТС, дата, время
Имя вызванной ТС, дата, время возникновения нештатной ситуации
Описание нештатной ситуации в вызванной ТС и время возникновения нештатной ситуации Диагноз - найденная причина возникновения нештатной ситуации, возникшей в вызванной ТС
Прогноз последствий от возникшей нештатной ситуации в ТС
Рекомендуемые управляющие решения - команды управления
Рис. 6. Диагностический интерфейс оператора энергоблока
Рассмотренная в статье технология ДИЭКС позволяет строить экспертные системы диагностики основного оборудования ТЭС и АЭС, работающих в реальном времени. Технология ДИЭКС включена в технологию построения систем интеллектуальной поддержки операторов СПРИНТ [5], которые иногда называют системами верхнего блочного уровня АЭС.
Литература
1. Смутнев В.И., Ревин А.В., Ефрюшкин В.А. Оператор в системе управления АЭС и необходимость оптимизации ин-
формационного обеспечения его деятельности // Электрические станции. 1986. № 5.
2. Информационно-управляющие человеко-машинные системы: Исследование, проектирование, испытания: справочник; [под общ. ред. А.И. Губинского, В.Г. Евграфова]. М.: Машиностроение, 1993. 528 с.
3. Аварии и инциденты на атомных электростанциях: учеб. пособие для вузов. Обнинск: ОИАЭ, 1992.
4. Информация об аварии на Чернобыльской АЭС и ее последствиях, подготовленная для МАГАТЭ // Атомная энергия. 1986. Т. 61. Вып. 5. С. 301.
5. Интеллектуальные системы поддержки принятия решений в нештатных ситуациях с использованием информации о состоянии природной среды / А.А. Башлыков [и др.]. М.: Эдиториал УРСС, 2001. 303 с.
УДК 004.853
ЭЛЕКТРОННОЕ ОБУЧЕНИЕ СПЕЦИАЛИСТОВ В СИСТЕМАХ ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ
В.Н. Кустов, д.т.н. (Удостоверяющий центр Газинформсервис, г. Санкт-Петербург, Kustov-V@gaz-is.ru);
Р.Г. Гильванов, к.в.н.; И.В. Новожилова, кт.н. (Газинформсервис, г. Санкт-Петербург, Gilvanov-R@gaz-is.ru, Novojilova_I@gaz-is.ru)
Рассмотрены ключевые вопросы организации электронного обучения и использования дистанционных образовательных технологий в системе профессиональной подготовки и повышения квалификации специалистов в области комплексной и информационной безопасности.
Ключевые слова: система дистанционного обучения, программно-аппаратный комплекс, электронное обучение, дистанционные образовательные технологии.
В условиях развития современных технологий все более актуальным становится комплексное обеспечение безопасности критически важных производственных систем и объектов. В первую очередь, это относится к объектам электроэнергетики, национальной транспортной системы, топливной промышленности, являющейся базой для развития российской экономики. Эффективное решение проблем комплексного обеспечения
безопасности производственных систем и объектов требует профессионального кадрового обеспечения, то есть регулярной подготовки, переподготовки и повышения квалификации необходимого числа специалистов самых различных уровней и профилей, обладающих соответствующим объемом актуальных знаний. Повышение квалификации и развитие персонала предприятия или организации должны вестись по нескольким направ-
