Управление состояниями технических объектов на основе алгоритмов прогнозирования с применением дискриминантного анализа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Смирнова, Оксана Вячеславовна

• Смирнова, Оксана Вячеславовна
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Смирнова, Оксана Вячеславовна

Введение

Глава 1. Повышение работоспособности технических объектов на основе методов диагностирования.

J 1.1. Анализ используемых методов диагностирования и управления и их классификация.

1.2. Описание задачи испытания технических изделий при воздействии климатических и механических воздействий.

1.3. Методы определения работоспособности технических объектов управления и контроля.

1.4. Выводы по главе 1.

Глава 2. Информационная поддержка автоматизированной системы диагностирования и управления.

2.1. Алгоритмы создания метрически однородного информационного пространства.

2.2. Преобразование многомерного пространства в пространство одномерное.

2.3. Свертка многомерного параметрического пространства.

Ъ 2.4. Выводы по главе 2.

Глава 3. Математическое обеспечение АИСДУ и применение дискриминантного анализа в оценивании состояния работоспособности технических объектов.

3.1. Задача дискриминантного анализа.

3.2. Построение дискриминантных плоскостей, разделяющих классы работоспособности.

3.3. Функции потерь и вероятности неправильной классификации.

3.4. Выводы по главе 3.

Глава 4. Алгоритмическое и программное обеспечение автоматизированной информационной системы диагностирования и управления.

4.1. Структуризация АИСДУ.

4.2. Интерфейс программного обеспечения АИСДУ.

4.3. Экспериментальное исследование АИСДУ при решении задач оценивания технического состояния объектов.

4.4. Выводы по главе 4.

Основные результаты.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Управление состояниями технических объектов на основе алгоритмов прогнозирования с применением дискриминантного анализа»

С начала 70-х годов прошлого века тема диагностирования и оценки состояния технических объектов (таких как оборудование, аппараты, установки и т.д.) волновала ученых. Научные исследования в этой области проводили такие ученые как Пархоменко ГТ.П. в работе «Основы технической диагностики», Мозгалевский А.В., Бергер И.А., Гаскаров Д.В. и др.

Однако, не смотря на то, что с тех пор прошло немало времени проблема диагностирования технических объектов (ТО) и в настоящее время остается актуальной. С начала 90-х годов на предприятиях, заводах не модернизировались и не менялись имеющиеся технические объекты. В связи с этим сейчас остро встает проблема прогнозирования (предсказания) аварийных ситуаций. Располагая подобными сведениями можно заранее планировать профилактические мероприятия, повысить эффективность эксплуатации ТО, а также исключить дополнительные затраты на ремонт. Эти действия помогут не только скоординировать и наладить работу предприятий, но и избежать простоя целых технологических линий из-за непредвиденного выхода из строя одного из ее компонентов.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности работы технических объектов на основе управления техническими состояниями с использованием алгоритмов прогнозирования и дискриминантного анализа.

Для достижения сформулированной цели решаются следующие задачи:

1) анализ и классификация основных методов диагностирования и управления техническими объектами;

2) формализация метрически однородного информационного пространства и преобразование полученного многомерного информационного пространства в одномерное пространство;

3) построение обобщенной математической модели работоспособных состояний ТО и идентификация их весовых коэффициентов;

4) разработка алгоритмического и программного обеспечения для автоматизированной информационной системы диагностирования и управления (АИСДУ).

Объект исследования - автоматизированная информационная система диагностирования и управления техническими объектами.

Предметом исследования являются модели, методы, алгоритмы и программные продукты, обеспечивающие автоматизированное оценивание технического состояния технического объекта (ТО).

Методы исследований. При решении основных задач диссертационной работы использовались методы математической статистики и теории вероятностей, методы планирования эксперимента, теория случайных процессов, дискриминантный анализ, а также теория информационных систем.

Научная новизна исследования. предложена процедура нормализации информационного параметрического пространства, получаемого в результате контроля ТО;

- разработана математическая модель с обобщенным параметром для оценивания работоспособности многомерного объекта в одномерном параметрическом нормализовашюм пространстве;

- разработан алгоритм дискриминантного анализа технического состояния объектов для оценивания их работоспособности в процессе эксплуатации;

- предложена методика динамического дискриминантного анализа для классификации технических состояний, являющихся функциями времени, и позволяющих принимать прогнозирующее решение.

Практическая ценность диссертационного исследования заключается в разработке алгоритмов нормализации, методики построения критериев работоспособности элементов по состоянию, алгоритм динамического дискриминантного анализа и реализация алгоритмов в виде программного продукта.

В первой главе выполнен обзор методов диагностирования, средств диагностирования, а также рассмотрены климатические и механические факторы, влияющие на работоспособность ТО.

Вторая глава посвящена исследованию информационного пространства предметной области автоматизированной информационной системы диагностирования и управления, определяется обобщенная математическая модель работоспособного состояния ТО, ее структура, обобщенный параметр и весовые коэффициенты.

В третьей главе рассмотрены алгоритмы построения поверхностей разделяющих классы состояний, разрабатывается методика динамического дискриминантного анализа для оценивания работоспособного состояния ТО на протяжении периода эксплуатации.

В четвертой главе разработана структурная схема АИСДУ, описывается алгоритмическое и программное обеспечение автоматизированной системы диагностирования и управления.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Смирнова, Оксана Вячеславовна

Основные результаты:

1 , I J iil I 1 \Jj% l iv l I VMVI VlHIlDIH к I llljin J V I ^V l,v.'ll ДМ«1 1 IVV f iijJVnUNHn M J f I JJHOJ I V/t I I f/I техническими объектами, который позволил обосновать классификацию используемых методов диагностирования, позволяющих повысить уровень эксплуатации за счет автоматизации процедур диагностирования.

2. Выявлены внешние и внутренние факторы, влияющие на работоспособность ТО. Наиболее распространенные из них климатические (температура, влажность, давление, плотность воздуха, уровень радиации) и механические (вибрация, ударные рабочие нагрузки) воздействия.

3. Предложены алгоритмы построения нормализованного информационного пространства в предметной области диагностирования.

4. Обобщен метод принятия решения об однородности различных выборок, которые взяты из одной генеральной совокупности и подвержены различным воздействиям, предусмотренными условиями эксплуатации.

5. Формализован метод нахождения обобщенной математической модели работоспособного состояния ТО предметной области автоматизированной информационной системы диагностирования и управления.

6. Разработана процедура решения задачи управления и оценки состояний ТО методом дискриминантного анализа; выявлены ограничения, накладываемые на дискриминантные переменные и правила, используемые при построении моделей дискриминантного анализа.

7. Разработан алгоритм динамического дискриминантного анализа для классификации технических состояний, являющихся функциями времени, и позволяющих принимать прогнозирующее решение.

8. Создано алгоритмическое и программное обеспечение для автоматизированной информационной системы диагностирования и управления ТО и апробировано в техническом отделе Канонерского судоремонтного завода.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Смирнова, Оксана Вячеславовна, 2006 год

1. Адамов С.Ю. Предельные свойства некоторых методов обработки нечисловой информации. Многомерный статистический анализ и вероятностное моделирование реальных процессов. М.: Наука, 1990.

2. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. -М.: Наука, 1976.

3. Айвазян С.А., Бухштабер В.М., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика: Классификация и снижение размерности. М.: Финансы и статистика, 1989.-607с.

4. Андерсон Т. Введение в многомерный статистический анализ. — М., 1963.

5. Арене X., Лейтер Ю. Многомерный дисперсионный анализ. М.: Финансы и статистика, 1985. - 230с.

6. Асатурян В.И. Теория планирования эксперимента. М.: Радио и связь, 1983.-248с.

7. Афифи А., Эйзенс С. Статистический анализ. Подход с использование ЭВМ: Пер. с англ. -М.: Мир, 1982. -488с.

8. Бергер И.А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978. -240с.

9. Блинов И.Н., Гаскаров Д.В., Мозгалевский А.В. Автоматический контроль систем управления. Л.: Энергия, 1968.

10. Ю.Бобровский С. Delphi 5: учебный курс. СПб: Питер, 2001. - 640с.

11. Бокс Дж., Дженнкинс Г. Анализ временных рядов. Прогноз и управление. -М.: Мир, 1974.

12. Болч Б., Хуань К. Дж. Многомерные статистические методы для экономики: Пер. с англ. -М.: Статистика, 1979. -317с.

13. Болынев Л.Н., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. М., 1965.

14. Боровиков В.П. STATISTIC А: искусство анализа данных на компьютере. Для профессионалов. СПб.: Питер, 2001. - 656с.

15. Боровиков В.П. Популярное введение в программу STATISTICA. М.: КомпьютерПресс, 1998. - 267с.

16. Боровиков В.П., Ивченко Г.И. Прогнозирование в системе STATISTICA в среде Windows. Основы теории и интенсивная практика на компьютере: Учеб. Пособие. -М.: Финансы и статистика, 1999. -384с.

17. Боровков А.А. Курс теории вероятностей. -М.: Наука, 1972.

18. Вапник В.Н., Червоненкис А.Я. Теория распознавания образов. Стохастические проблемы обучения. -М: Наука, 1974.

19. Васильев Б.В. Прогнозирование надежности и эффективности радиоэлектронных устройств. -М: Сов.радио, 1970.

20. Васильев И.В. Распознающие системы. Киев: Наукова думка, 1983.

21. Верхаген К., Дайн Р., Грун Ф., Йостен Й., Вербек П. Распознавание образов. Состояние и перспективы. М.: Радио и связь, 1985.

22. Гаскаров Д.В. Методы контроля и прогнозирования электронных приборов в процессе производства. JI.: Изд-во ЛЭТИ им. В.И.Ульянова (Ленина), 1976.-103с.

23. Гаскаров Д.В., Голинкевич Т.А., Мозгалевский А.В. Прогнозирование технического состояния и надежности радиоэлектронной аппаратуры. / Под ред. Т. А. Голинкевича. М.: Советское радио, 1974. - 224с.

24. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Советское радио, 1977.-608с.

25. Гоппа В.Д. Ввдение в алгебраическую теорию информации. М.: Наука, 1995.

26. Горелик А.Л., Гуревич И.Б., Скрипник В.А. Современное состояние проблемы распознавания: Некоторые аспекты. -М.: Радио и связь, 1985.

27. Горлик А.А., Скрипник В.А. Методы распознавания. М.: Высшая школа, 1977.

28. Горский В.Г., Адлер Ю.П. Планирование промышленных экспериментов. -М.: Металлургия, 1974.-264с.

29. Гренандер У. Лекции по теории образов. Т.2.: Анализ образов. М.: Мир, 1981.

30. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. -М.: Мир. Т.1, 1980. -610с. Т.2, 1981 -520с.

31. Дружинин Г.В. Надежность систем автоматики. М.: Энергия, 1967. -527с.

32. Дубров A.M., Мхитарян B.C., Трошин Л.И. Многомерные статистические методы. Учебник. -М.: Финансы и статистика. 1998. -352с.

33. Дэниел К. Применение статистики в промышленном эксперименте. М.: Мир, 1979.-299с.

34. Дюк В. Обработка данных на ПК в примерах. Санкт-Петербург: Питер, 1997.

35. Елисеева И.И., Рукавишников В.О. Группировка, корреляция, распознавание образов. -М.: Статистика, 1977.

36. Енюков И.С. Методы, алгоритмы, программы многомерного статистического анализа. — М.: Финансы и статистика, 1986.

37. Иванихенко А.Г., Лапа В.Г. Кибернетические предсказывающие устройства. Киев: Наукова думка, 1965.

38. Калявин В.П., Мозгалевский А.В. Технические средства диагностирования. -JI.: Судостроение, 1984. -208с.

39. Калявин В.П., Мозгалевский А.В., Галка В.А. Надежность и техническая диагностика судового электрооборудования и автоматики. СПб: Элмор, 1996.-246с.

40. Кендалл М.Дж., Стьюарт А. Многомерный статистический анализ временные ряды: Пер. с англ. М.: Наука. Гл. ред. Физ.-мат. Лит., 1976. -736 с.

41. Клюева В.В. Неразрушающий контроль и техническая диагностика. М.: Машиностроение, 2002.

42. Колемаев В.А., Калинина В.Н. Математическая статистика в экономике. -М.:МИУ, 1990.

43. Костылев А.А., Миляев П.В., Дорский Ю.Д. и др. Статистическая обработка результатов экспериментов. Л.: Энергоатомиздат, 1991.

44. Кудрицкий В.Д. Прогнозирование надежности радиоэлектронных устройств. — Киев: Техника, 1973.

45. Куликов В.А. Обеспечение надежности сложной радиоэлектронной аппаратуры. -М.: Сов.радио, 1966.

46. Культин Н.Б. Программирование на Object Pascal в Delphi 5. СПб.: БХВ - Санкт-Петербург, 2000. - 464с.

47. Левин Б.Р. Теоретические вопросы статистической радиотехники. — М.: Сов.радио, 1968.

48. Леман Э. Проверка статистических гипотез. -М.: Наука, 1964. 498с.

49. Лисичкин В.А. Отраслевое научно-техническое прогнозирование. М.: Экономика, 1971.

50. Лукашин Ю.П. Адаптивные методы прогнозирования экономических показателей. М.: Статистика, 1979.

51. Мозгалевский А.В. Автоматический поиск неисправностей. JI.:1. Машиностроение, 1967.

52. Мозгалевский А.В., Волынский В.И., Гаскаров Д.В. Техническая диагностика судовой автоматики. JI.: Судостроение, 1972. -224с.

53. Налимов В.В. Теория эксперимента. -М: Наука, 1981. 207с.

54. НильсонН. Обучающие машины: Пер. с англ. -М: Мир, 1967.

55. Основы технической диагностики. Т.1/ Под ред. П.П. Пархоменко. М.: Энергия, 1976.-464с.

56. Палий И. А. Прикладная статистика. -М.: Высшая школа, 2004.

57. Пархоменко П.П., Согомонян Е.С. Основы технической диагностики.• М.: Энергия, 1976. 320с.

58. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов/К. Хартман, Э. Лецкий, В. Шеффер и др. М.: Мир, 1977. -552с.

59. Прикладная статистика. Основы эконометрики: Учебник для вузов: В 2 т. 2-е изд., испр. Т.1: Айвазян С.А., Мхитарян B.C. Теория вероятностей и прикладная статистика. -М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. -656с.

60. Пугачев B.C. Введение в теорию вероятностей. -М.: Наука, 1968.

61. Растригин Л.А. Статистические методы поиска. -М.: Наука, 1968.

62. Розенблат Ф. Принципы нейродинамики. Пер.с англ. -М.: Мир, 1965.

63. Сапожников В.В. Основы технической диагностики. Учебное пособие. -М.: Маршрут, 2004. 316с.

64. Ф бб.Себестиан Г.С. Процессы принятия решений при распознавании образов.-Киев: Техника, 1965.

65. Смирнов Н.В. Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений. М.: Наука, 1969.

66. Статистические методы для ЭВМ/ Под ред. К. Эйнслейна, Э. Рэлстона,

67. Г.С. Уолфа. -М.: Наука, 1986. 459с.

68. Статистические методы повышения качества. / Под ред. Хитоси Куме. -М.: Финансы и статистика, 1991.

69. Статистический анализ многомерных объектов произвольной природы.

70. Ф Введение в статистику качества. М.: ИКАР, 2004. - 382с.

71. Таблицы планов эксперимента. -М.: Металлургия, 1982. 751с.

72. Тейл. Г. Экономические прогнозы и принятие решений. М.: Прогресс, 1970.

73. Ту Дж., Гонсалес Р. Принципы распознавания образов. М.: Мир, 1978.

74. Тюрин Ю.Н., Макаров А.А. Анализ данных на компьютере. / Под ред. В.Э. Фигурнова. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: ИНФРА, 2003. - 544с.

75. Управление и оптимизация производственно-технологических процессов/ Н.М. Вихров, Д.В. Гаскаров, А.А. Гршценков, А.А. Шнуренко; Под ред. Д.В. Гаскарова. СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отделение, 1995.-301с.

76. Факторный, дискриминантный и кластерный анализ: Пер. с англ., / Дж. -Он Ким, Ч.У. Мьюллер и др. М.: Финансы и статистика, 1989. - 215с.

77. Хальд А. Математическая статистика с техническими приложениями. -М.: Изд-во Иностранной литературы, 1956. 664с.

78. Хан Г., Шапиро С. Статистические модели в инженерных задачах. М.: Статистика, 1980.-444с.

79. Хевиленд Р. Инженерная надежность и расчет на долговечность. Пер. с англ. -М.: Энергия, 1966.

80. Хикс Ч. Основные принципы планирования эксперимента. М.: Мир, 1967.-406с.

81. Хинней К. Надежность наземного радиоэлектронного оборудования. -М.: «Советское радио», 1957.

82. Шапорев С.Д. Прикладная статистика. Учебное пособие. СПб.: БГТУ, 2004.

83. Широков A.M. Основы надежности и эксплуатации электронной аппаратуры. Минск: Наука и техника, 1965. - 265с.

84. Шураков В.В., Дайибегов Д.М., Мизрохи С.В., Ясеновский С.В. Автоматизированное рабочее место для статистической обработки данных. М.: Финансы и статистика, 1990.

85. Шустерович А.Н. Обнаружение неисправностей радиоэлектронного оборудования. -М.: Энергия, 1970.

86. Эддоус М., Стенсфилд Р. Методы принятия решения/ Пер. с англ. под ред. член-корр. РАН И.И. Елисеевой. М.: Аудит, ЮНИТИ, 1997. - 590с.

87. Эфрон Б. Нетрадиционные методы многомерного статистического анализа: Пер. с англ. М.: Финансы и статистика, 1988.

88. Яглом A.M., Яглом И.М. Вероятность и информация. -М.: Наука, 1973.130