Разработка методов и алгоритмов обеспечения контролепригодности систем на основе оптимальной организации точек съема диагностической информации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Иванова, Анастасия Анатольевна

• Иванова, Анастасия Анатольевна
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Иванова, Анастасия Анатольевна

Введение

Глава 1. Обзор существующих методов обеспечения контролепригодности и синтеза контролепригодных объектов

Глава 2. Правила организации точек контроля и блокирования для обеспечения контролепригодности систем

2.1 Точки контроля

2.2 Точки блокирования

2.3 Совместное использование точек контроля и точек блокирования. 46 Выводы по главе

Глава 3. Диагностирование систем на основе информационного критерия

3.1. Метод определения состояния системы

3.2. Информационный критерий качества диагностирования

3.3. Алгоритм безусловного поиска

3.4. Алгоритм условного поиска

3.5. Оценка сложности алгоритмов

3.6. Статистическое моделирование отказов блоков

Глава 4. Практическое применение основных 82 результатов

4.1.Краткое описание объектов диагностирования и их моделей

4.2.Рекомендации по выбору точек контроля и блокирования 93 4.3 Возможности дальнейшего расширения области применения разработанных методов 96 Выводы по главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов и алгоритмов обеспечения контролепригодности систем на основе оптимальной организации точек съема диагностической информации»

В настоящее время актуальным является наиболее полное использование ресурсов дорогостоящих сложных систем, которое возможно только за счет комплексного решения задач их проектирования, производства и эксплуатации, что является фундаментальной проблемой диагностики, которая сформировалась как отдельное научное направление. В рамках этого направления в результате изучения системы создаются ее математические модели, на основе которых разрабатываются методы решения диагностических задач, соответствующие алгоритмы и их программные реализации.

Накоплен достаточно большой теоретический и практический опыт как отечественных исследователей П.П.Пархоменко, Е.С.Согомоняна, В.В.Липаева, В.И.Сагунова, С.И.Беляевой и др. так и зарубежных Г.Майерса, С.ЯатаашооПЬу, 1.Мауес1а, и др.

В настоящее время в теории и практике диагностики основное внимание уделяется синтезу контролепригодных систем, так как именно решение этих задач позволяет наиболее эффективно использовать технические средства диагностирования.

Сложность решения проблемы диагностирования систем различного назначения обусловлена прежде всего тем, что в настоящее время для этих целей используются различные подходы. Все эти подходы базируются на различных математических моделях и алгоритмах, что в общем случае затрудняет применение их в практических условиях. В то же время есть некоторые общие характеристики, которые присущи всем структурам, например, представление ориентированными графами. Все это позволяет предположить, что задачи диагностики этих структур возможно решить на основании единого теоретического подхода. Последовательная проверка состояний всех компонентов системы, которая применялась на первых стадиях становления теории надежности, не применима для диагностирования сложных систем, поскольку, во-первых это требует много времени и во-вторых -разрушения системы. Кроме этого, функционирование системы зависит не только от состояний компонентов, но и от связей между ними, т.е. от структуры системы. Существующие методы диагностирования, основанные на структурной модели, не полностью используют возможности структурного диагностирования, из-за отсутствия модели, пригодной для описания широкого класса систем и сложности реализации соответствующих алгоритмов. Диссертация посвящена преодолению указанных недостатков посредством соответствующей организации способа получения информации о состоянии системы и доведения алгоритмов до простой инженерной реализации. Кроме этого, использование информационного критерия позволило расширить класс диагностируемых систем.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование моделей, методов и алгоритмов обеспечения контролепригодности систем на основе оптимальной организации точек контроля и блокирования.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

- анализ существующих моделей, методов и алгоритмов диагностирования сложных систем.

- разработка диагностической модели системы с учетом совместного использования точек контроля и блокирования.

- выбор критерия и разработка метода диагностирования на основе совместного использования точек контроля и блокирования.

- разработка алгоритмов диагностирования и методов их оптимизации по информационному критерию. апробация разработанных методов и алгоритмов диагностирования на конкретных системах.

Методы исследования.

Решение поставленных задач в настоящей работе получено при использовании методов теории множеств, системного анализа, теории графов, математической логики и булевых матриц, теории вероятностей, теории информации.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Сформулированы и систематизированы правила организации точек контроля и блокирования, на основе которых разработаны новые методы обеспечения контролепригодности систем.

2. Разработаны новые алгоритмы безусловного и условного поиска дефектов на основе информационного критерия и проведена оценка их сложности.

3. На основе информационного критерия исследована возможность учета погрешностей контрольно-измерительной аппаратуры с целью снижения их влияния на результат поиска дефекта.

Практическая ценность и рекомендации по использованию результатов

Предложенный метод обеспечения контролепригодности на основе использования точек контроля и блокирования позволяет за счет наиболее эффективного использования структурных связей в системе значительно снизить материальные затраты, связанные с реализацией разработанных методов. Большинство полученных в работе алгоритмов впервые доведены до конкретных программных реализаций, пригодных для решения инженерных задач, что подтверждено Свидетельством о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Разработанные в диссертационной работе методы и алгоритмы использовались в ОАО «Федеральный научно-производственный центр» «Научно-Исследовательский Институт Радиотехники» (г. Нижний Новгород), что подтверждается актом о внедрении.

Обоснованность и достоверность результатов обеспечена корректным использованием современного математического аппарата и полученными результатами статистического моделирования.

На защиту выносятся:

1. Обоснование целесообразности введения точек блокирования с целью повышения контролепригодности систем.

2. Метод совместного использования точек контроля и блокирования для обеспечения контролепригодности систем.

3. Алгоритмы условного и безусловного поиска дефектов, разработанные на основе информационного критерия, применение которого позволило расширить класс диагностируемых систем.

4. Алгоритмы и программы, реализующие разработанные методы.

Апробация работы.

Материалы диссертационной работы докладывались на следующих научных конференциях:

VII Международной конференции НТИ-2007 (Москва, ВИНИТИ, 2007)

14-й Международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации» (Воронеж, 2009).

12-й Международной научно-практической конференции «Системный анализ в проектировании и управлении» (С.-Петербург, С.-Пб.ГПУ, 2008).

Международных научно-технических конференциях «Информационные «Информационные системы и технологии (ИСТ-2009, ИСТ-2010, ИСТ-2011)»(Н. Новгород, НГТУ).

Публикации.

По теме диссертационного исследования опубликовано 12 работ, в том числе одна в издании, рекомендованном ВАК России.

Структура и объём работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, библиографического списка и приложений. Общий объём работы 117 страниц текста, содержащего 20 рисунков и 7 таблиц. Список литературы содержит 89 наименований.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Иванова, Анастасия Анатольевна

Выводы по главе 4

1. Для РЛС, модель которой задана графом причинно-следственные связей, получено минимально множество точек контроля и блокирования, необходимое для определения однократного дефекта. Совместное использование точек контроля и блокирования позволило сократить объем технических средств диагностирования по сравнению с использованием только точек контроля за счет исключения дорогостоящего прибора, предназначенного для измерения флуктуация частоты гетеродина.

2. Для импульсной доплеровской РЛС, заданной логической моделью, получено минимальное множество для определения однократного дефекта

3. Рассмотрены возможности дальнейшего расширения области применения разработанных методов

Заключение

1. Разработана методика и обоснована целесообразность совместного использования точек контроля и блокирования, а именно: дополнения заданного множества точек контроля минимальным множеством точек блокирования; дополнения заданного множества точек блокирования минимальным множеством точек контроля.

2. Разработаны алгоритмы условного и безусловного поиска дефектов, основанные на информационном критерии, и проведена оценка их сложности.

3. Исследованы возможности использования информационного критерия при поиске дефектов с учетом погрешностей контрольно-измерительной аппаратуры.

4. Выполнена программная реализация разработанных алгоритмов для их практического применения.

5. Полученные результаты были использованы в ОАО «Федеральный научно-производственный центр» «Научно-Исследовательский Институт Радиотехники» при разработке обеспечения контролепригодности радиотехнических систем.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Иванова, Анастасия Анатольевна, 2011 год

1. Андерсон, Р. Доказательство правильности программ Текст./ Р. Андерсон; пер. с англ. - М.: Мир, 1982. - С. 168

2. Аржененко, А.Ю. Применение теории вопросников к тестированию программ Текст./ А.Ю. Аржененко; -М.: Мир, 1980.

3. Баршдорф, Д. Нейронные сети и нечеткая логика. Новые концепции для технической диагностики неисправностей. Текст./ Д. Баршдорд// Приборы и системы управления. 1996.- №2.

4. Беллман, Р. Динамическое программирование Текст./ Р. Беллман; пер. с англ. /под ред. Н. Н. Воробьева. М.: - 1960. - 400 с.

5. Беллман, Р., Дрейфус, С. Прикладные задачи динамического программирования Текст./ Р. Беллман, С. Дрейфус; пер с англ. под ред. А. А. Первозванского; М.: Наука. -1965. -С. 458.

6. Беляев, Ю. К., Богатырев, В.А., Болотин, В. В. Надежность технических систем. Справочник Текст./ Ю. К. Беляев, В. А. Богатырев, В. В. Болотин//.-1985

7. Бенкетс, Р.Дж. Проектирование тестопригодных логических схем Текст./ Р.Дж. Бенкетс; -М.: Радио и связь. 1990.

8. Биргер, И.А. Техническая диагностика Текст./ И.А. Биргер;

9. М.: машиностроение. 1978. - С. 240

10. Борисов, А.К. Диагностика технических объектов, классы состояний которых представляются размытыми множествами Текст./ А.К. Борисов; Техническая диагностика. М. - 1972. - С. 91-96.

11. Борисов, А.Н., Осис, Я.Я. Методика оценки функции принадлежности элементов размытого множества. Текст./ А.Н. Борисов, Я.Я. Осис// Кибернетика и диагностика. 1970. - В4. - С. 125-134.

12. Борщевич, В.И., Филимонов, С.Н. Стохастические методы в диагностике Текст./ В.И. Борщевич, С.Н. Филимонов// Автоматика и телемеханика. 1992. - №11. - С. 127-132.

13. Гаркавенко С.И., Бердникова (Ломакина) Л.С. Определение всех путей в ориентированном ациклическом графе Текст./ С.И. Гаркавенко, Л.С. Бердникова (Ломакина)//Кибернетика. 1979. -№4. - С. 49-52.

14. Гаркавенко, С.И., Сагунов, В.И. О диагностике неисправностей в непрерывных объектах Текст./ С.И. Гаркавенко, В.И. Сагунов // Автоматика и телемеханика. 1976. - №9. - С. 4952.

15. Гаскаров, Д.В., Голинкевич Т.А., Мозгалевский A.B. прогнозирование технического состояния и надежности радиоэлектронной аппаратуры Текст./ Д.В. Гаскаров, Т. А. Голинкевич, A.B. Мозгалевский; -М.: Сов.радио. 1974.

16. Гольдман, P.C., Чипулис В.П. Техническая диагностика цифровых устройств Текст./ P.C. Гольдман, В.П. Чипулис, М.: Энергия. - 1976.

17. Горяшко, А.П. Синтез диагностируемых схем вычислительных устройств. Текст./ А.П. Горяшко. Наука. -1987

18. Гуляев, В.А. Техническая диагностика управляющих систем. Текст./ В.А. Гуляев; -Киев. Наукова думка. - 1983.

19. Джарратано, Дж., Райли, Г. Экспертные системы. Текст./ Дж. Джарратано, Г. Райли // Принципы разработки и программирование. 4-е издание - М.: Издательский дом «Вильяме». - 2007. -1152с.

20. Диагностирование на граф-моделях. На примерах авиационной и автомобильной техники Текст./Под ред. Я.Я.Осиса. М.: Транспорт, 1991.

21. Дмитриев, А.К., Александров, В.В. Применение алгоритмов распознавания образов в задачах технической диагностики Текст./ А.К. Дмитриев, В.В. Александров// Техническая диагностика. М. -1972. - С. 127-130.

22. Закревский, А.Д., Островский, В.И. Оптимизация кратчайшего покрытия Текст./ А.Д. Закревский, В.И. Островский // Сборник "Проблемы синтеза цифровых автоматов". М.: Наука. - 1967. - С. 84-95.

23. Иванова, A.A. Диагностирование сложных технических и программных систем Текст. / Д.В. Ломакин, A.M. Ворон, A.A. Иванова. //Труды НГТУ им. P.E. Алексеева, Н. Новгород, 2011.№ 3 (90).--С. 83 -88.

24. Иванова, A.A. Принципы организации точек контроля и блокирования для обеспечения контролепригодности систем Текст. / JI.C. Ломакина, A.A. Иванова // Системы управления и информационные технологии Москва-Воронеж, №2(36), 2009. - С. 78-82

25. Иванова, A.A. Развитие структурных методов тестирования программных систем Текст. / JI.C. Ломакина, П.И. Уваров, М.Ю. Панков, A.A. Иванова //ДЕП. ВИНИТИ. Москва, per. номер 1158-В200724-26 от 11.12.2007 М: ВИНИТИ РАН, 2007. - 42 с.

26. Иванова, A.A. Структурное проектирование контролепригодных программных систем Текст. / A.A. Иванова, М.Ю. Панков // Мат. 14-ой Международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации», Воронеж: ВГТУ, 2009.- С.529-530

27. Иванова, A.A. Структурно-статистические методы обеспечения контролепригодности программных систем Текст. / JI.C. Ломакина, Д.В. Ломакин, В.Г. Волков // Отчет по НИР НГТУ. Н. Новгород, per. номер 0120.0 501015. от 05.02.2005. -С. 83.

28. Иыуду, К.А. Тестирование программы на основе минимального покрытия ее графа Текст./ К.А. Иыуду, Н.М. Арипов // Управляющие системы и машины. 1985. - №4. - С. 69-71.

29. Карибский, В.В., Пархоменко, П.П., Согомонян, Е.С. Техническая диагностика объектов контроля. Текст./ В.В. Карибский, П.П. Пархоменко, Е. С. Согомонян; М.: Энергия, 1967. - С. 78

30. Клетский, Е. Д. Применение теории информации к отысканию неисправностей в технических устройствах. Текст./ Е.Д. Клетский// В кн.: Оптимальные задачи надежности: пер с англ./ под ред. И. А. Ушакова. М.: Изд-во стандартов, 1968, С. 200 - 217

31. Климович, Г.И. Методы количественной оценки контроле пригодности логических схем дискретных устройств Текст./ Г.И. Климович// Автоматика и телемеханика. 1989. - 4.

32. Козлов, Б. А., Ушаков, И. А. Справочник по расчету надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики Текст./ Б.А. Козлов Б, И.А. Ушаков; М.: Сов. радио, 1975. 472 с.

33. Кузнецов, П. И., Пчелинцев, JL А., Гайденко, В. С. Контроль и поиск неисправностей в сложных системах Текст./П. И. Кузнецов, JI.A. Пчелинцев, B.C. Гайденко ; М.: Сов. радио. - 1969. - С. 239

34. Липаев, В.В. Обеспечение качества крупномасштабных программных средств. Методы и стандарты Текст. / В.В. Липаев. М.: СИНТЕГ, 2003. - С.520

35. Липаев, В.В. Обеспечение качества программных средств. Методы и стандарты Текст. / В.В. Липаев; М.: СИНТЕГ. - 2001. -С. 380

36. Липаев, В.В. Тестирование программ Текст./ В.В. Липаев. -М.: Радио и связь, 1986. С. 296

37. Ломакина, Л.С. Синтез контролепригодных систем поинформационному показателю Текст./ Л.С. Ломакина// Динамикасистем. Динамика, статичность, бифуркации. ГГУ. - 1930. - С. 129-139.

38. Ломакина, Л.С. Структурный синтез контролепригодных систем Текст./ Л.С. Ломакина// Системы управления и информационные технологии; Москва-Воронеж. ИПУ-ВГТУ. -2007. -№3(29). - С.57-62

39. Ломакина, Л.С., Сагунов, В.И. Оптимизация глубины диагностирования непрерывных объектов Текст./Л.С. Ломакина, В.И. Сагунов // Автоматика и телемеханика. 1986. - 3. -С. 146152

40. Ломакина, Л.С.Информационный синтез контролепригодных систем Текст./Л.С. Ломакина // Системы управления и информационные технологии; Москва-Воронеж.-ИПУ-ВГТУ . -2007. -№2(28). -С.53-57

41. Ломакина, Л.С. Модели и методы диагностики сложных систем Текст./Л.С. Ломакина // НТИ сер.2 . -1995. -№8

42. Ломакина, Л.С. Надежностный синтез контролепригодных систем Текст./Л.С. Ломакина //Системы управления и информационные технологии, Москва-Воронеж, ИПУ-ВГТУ. -2007.-№4(30)-С.36-41

43. Майерс, Г. Искусство тестирования программ Текст. / Г. Майерс. М.: Финансы и статистика, 1982. - 178 с.

44. Майерс, Г. Надежность программного обеспечения Текст. / Г. Майерс. М.: Мир, 1980. - 360 с.

45. Миронов, C.B., Сперанский Д.В. Генетические алгоритмы для сокращения диагностической информации Текст./ C.B. Миронов, Д.В. Сперанский // Автоматика и телемеханика. №7, 2008

46. Муромцев, Ю.Л. Безаварийноеть и диагностика нарушений в химических производствах Текст. / Ю. Л. Муромцев; М.: Химия. - 1990. -С.144

47. Карибский, В.В., Пархоменко, П.П., Сомогян, Е.С., Халчев,

48. B.Ф. Основы технической диагностики Текст./ В. В.Карибский, П.П. Пархоменко, Е.С. Согомонян, В.Ф. Халчев; М.: Энергия.-1976.

49. Пархоменко, П. П. Теория вопросников. Текст. / П.П. Пархоменко; AT. - 1970. - № 4. С. 140 - 159

50. Пархоменко, П.П., Согомонян, Е.С. Основы технической диагностики Текст./ П.П. Пархоменко, Е.С. Согомонян; М.: Энергоатомиздат. - 1981

51. Пархоменко, П. П. Вопросники и организационные иерархии Текст./ П.П. Пархоменко// Автоматика и телемеханика. -2010. -№ 6. -С. 163-174

52. Пархоменко, П. П. Фигурно-решетчатые графы как модели многопроцессорных вычислительных систем Текст./ П. П. Пархоменко//Автоматика и телемеханика; 2005. № 3.1. C. 169-180

53. Пархоменко, П. П. Организация самодиагностирования дискретных многокомпонентных систем со структурой типа двудольных квазиполных графов (ДКПГ) Текст./ П.П. Пархоменко// Автомататика и телемеханика. 2009. - № 5. -С. 180-189

54. Пархоменко, П. П., Амбарцумян, А. А. Легович, Ю. С. Основные результаты исследований и разработки технических средств и систем автоматизации Текст./ П. П. Пархоменко, А. А. Амбарцумян, Ю. С. Легович // Пробл. управл. 2009. № 3.1. -С. 36-55

55. Пархоменко, П.П. Диагностирование программного обеспечения Текст./ П.П. Пархоменко, П.А. Правильщиков // Автоматика и телемеханика; 1980. -№4. - С. 117-141

56. Пархоменко, П.П. Основные задачи технической диагностики Текст./ П. П. Пархоменко // Техническая диагностика; М. 1972. -С. 7-22

57. Пархоменко, П.П. Построение максимальных циклов в неисправных двоичных гиперкубах Текст.

58. П. П. Пархоменко //Автоматика и телемеханика; 2005. № 4. -С. 141-155

59. Пашковский, Г.С. Задачи оптимального обнаружения и поиска отказов в РЭА. Текст./ Г.С. Пашковский// М.: Радио и связь. 1981

60. Мозгалевекий, A.B. Техническая диагностика (непрерывные объекты) Текст./ A.B. Мозгалевеки// Автоматика и телемеханика. 1981.- 13.-С. 145-151

61. Пчелинцев, JI. А. Поиск неисправностей как поглощающая марковская цепь. Текст./ Л.А. Пчелинцев //Изв. АН СССР. Техн. Кибернетика. -1964. № 6, С. 123 - 126

62. Ракитянская, А.Б., Ротштейн, А.П. Диагностика на основе нечетких отношений Текст./ А.Б. Ракитянская, А.П. Ротштейн// Автоматика и телемеханика. -2007. -№12

63. Романюк, С. Г. Оценка надежности программного обеспечения Электронный ресурс./ С. Г. Романюк // Открытые системы сайт. -URL: http://www.osp.ru/os/1994/04/178540/ (дата обращения 14.03.2009).

64. Сагунов, В.И., Ломакина, Л.С. Контролепригодность структурно связанных систем Текст./ В.И. Сагунов, Л.С. Ломакина; М.: Энергоатомиздат. - 1990. - С. 112

65. Сагунов, В.И. Диагностирование кратных ошибок в программных модулях Текст./ В.И. Сагунов // Программирование. 1988, - №4. - С. 34-38.

66. Синдеев, И. М. К вопросу о синтезе логических схем для поиска неисправностей и контроля состояния сложных систем Текст./ И.М. Сиднев; Изв. АН СССР. Техн. кибернетика, 1963. -№ 2. - С. 22 - 28

67. Справочник по радиолокации // под ред. М. Скольник/ перевод с англ. под ред. К. Н. Трофимова; -Сов. радио. 1976

68. Субботин, С. А. Синтез вейвлет-нейро-нечетких моделей для диагностики деталей авиадвигателей. Текст./ С.А. Субботин; ОАО "Мотор-Сич". 2003

69. Тимонен, Л. С. О построении оптимальных программ диагностики состояния сложных технических систем. Текст./ Л.С. Тимонен; Изв. АН СССР. Техн. Кибернетика. 1966. - № 4. - С. 95 - 101

70. Уильяме Т.У., Паркер К.П. Проектирование контролепригодных устройств Текст./ T.Y. Уильяме, К.П. Паркер// ТЖоР, 1983. - Т.71. - iv I. - С. 122- IS9

71. Фёдоров, В.П. Прикладная теория надёжности технических объектов Текст. / В.П.Фёдоров: БГТУ (Брянск). - 2006

72. Черкесов, Т.Н. Надежность аппаратно-программных комплексов Текст. / Г.Н.Черкесов:- СПб.: Питер. 2005. - 479 с

73. Чипулис, В.П. Методы минимизации разрешающейспособности диагноза и диагностической информации Текст./

74. В.П.Чипулис // Автоматика и телемеханика; 1975. - 3. - С. 133141

75. Чипулис, В.П. Методы предварительной обработки и формы задания диагностической информации для поиска неисправ костей дискретных устройств Текст./ В.П.Чипулис // Автоматика и телемеханика

76. Chang H. Y. An algorithm for selecting an optimum set of diagnostics tests Текст./ H.Y. Chang// IEEE Trans. Electron. Computers, 1965, vol. EC-14, p. 706 711.

77. IBM Rational Unified Process Электронный ресурс. // CM Consult. Сайт:

78. URL:http://cmcons.com/tech rational/ibm rational unified process r Ш ■

79. Joachim Wegener, Evoulutionary test environment for automatomatic structural testing. 2001

80. Lower E. L., Wood D. E. Branch-and-Bound methods: a survey. -Oper. Res., 1966, v. 14, № 4, p. 699 719. Пер. на русск. яз. Экспресс-информация, серия Техническая кибернетика, 1966, № 47.

81. Ramamoorthy C.V. A structural theory of machine diagnosis Текст./ С. V. Ramamoorthy. // Proc. of Spring Joint. Gomput.Gonf. 30. 1967. P. 743-756

82. Ramamoorthy С. V., Mayeda W. Computer diagnosis using the blocking gate approach Текст./ С. V. Ramamoorthy. IEEE Trans. Computers, 1971, vol. C-20, № 11, p. 1294 - 1299.

83. Ramamoorthy, С. V. Analysis of Graphs by Connectivity ConsiderationsTeKCT./ С. V. Ramamoorthy: J. ACM 13(2): 211-222 1966ш