автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.17, диссертация на тему:Объектно-структурные модели представления и обработки информации по эксплуатации технических средств МЧС

На правах рукописи

МОЛОДЦОВА Юлия Владимировна

ОБЪЕКТНО-СТРУКТУРНЫЕ МОДЕЛИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ МЧС

Специальность 05.13.17 - теоретические основы информатики

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пенза - 2014

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет» на кафедре «Информационные технологии и менеджмент в медицинских и биотехнических системах».

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Горюнова Валентина Викторовна.

Официальные оппоненты: Макарычев Петр Петрович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», заведующий кафедрой «Математическое обеспечение и применение ЭВМ»; Иванов Александр Иванович, доктор технических наук, доцент, ОАО «Пензенский научно-исследовательский электротехнический институт», начальник лаборатории биометрических и нейросетевых технологий.

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Академия государственной

противопожарной службы МЧС России», г. Москва.

Защита состоится 26 декабря 2014 г., в 13 часов, на заседании диссертационного совета Д 212.337.01 на базе ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет» по адресу: 440039, г. Пенза, пр. Байдукова / ул. Гагарина, д. 1 а/11.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет» и на сайте www.penzgtu.ru.

Автореферат разослан 31 октября 2014 г.

Ученый секретарь I /I

диссертационного совета vtty Чулков Валерий Александрович

РОССИЙСКАЯ

ГСГ^ИБАЛИ015ЕКЛ АЯ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

20Хктуальность темы. В настоящее время важную роль в ликвидации чрезвычайных ситуаций играют технические средства, используемые подразделениями МЧС России. К ним относятся всевозможные комплексы для служб спасения и сложная техника, используемая при ликвидации пожаров, аварий и катастроф. На современном этапе перед МЧС России стоит задача создания инновационных наукоемких образцов пожарно-спасательной техники и технологий ее качественной эксплуатации и ремонта. Накопленный опыт показывает, что даже в повседневных условиях требуется постоянно актуализируемая комплексная информация о возможных отказах в работе подобной техники и особенностях ее эксплуатации. Используемые до настоящего времени принципы и модели обработки и хранения информации не могут в полной мере обеспечить требуемую эффективность в работе лиц, обслуживающих технические средства МЧС России.

Разработка моделей обработки и анализа данных и знаний в области эксплуатации техники МЧС является современным и актуальным направлением развития информационных технологий, в частности технологий разработки интерактивных электронных технических руководств (ИЭТР). К представляемой структурными моделями ИЭТР информации относятся данные о составе, структуре изделия, его технических характеристиках, конструкторско-технологических параметрах и эксплуатационных свойствах. Достаточно активно проводятся также научные изыскания в области создания информационных систем, использующих базы знаний специалистов-экспертов, но разработки по созданию баз знаний, обеспечивающих приобретение персоналом навыков работы со специальной техникой различного назначения, пока развиты слабо. Специфика подобных интеллектуальных информационных сред состоит в том, что обычно база знаний не учитывает множества структурных ассоциативных и функциональных связей, кроме того, не всегда известны алгоритмы формализации и наследования свойств элементов. Все это затрудняет постановку и решение нетривиальных задач с использованием формальных и неформальных моделей информационных структур. Вопросами информационной поддержки жизненного цикла технических изделий занимаются ведущие научные центры, институты, а также предприятия-изготовители спецтехники. Среди авторов, известных в области создания общей теории информационной поддержки функционирования изделий следует назвать A.B. Речкалова, Б.Я. Советова, Г.Г. Куликова, Г.П. Мельникова, И.В. Прангишвили, И.Ю. Юсупова, С.И. Маторина и др. Однако в них лишь фрагментарно затрагиваются вопросы использования информационных технологий.

Методологической основой диссертационной работы являются труды В.Н. Вагина, В.Ф. Хорошевского, Г.С. Осипова, Г.С. Поспелова, Т.А. Гаврило-вой, Э.В. Попова и др., в которых теоретические вопросы получили всестороннее развитие. В то же время остается широкий круг прикладных задач, не получивших должного решения, и приоритетной задачей в этой области является повышение удельного веса интеграционной интеллектуальной составляющей

в процессе проектирования и формализации информационных структурных моделей технических средств и разработка методов их экспертной оценки.

Решение указанной задачи предполагает разработку новых информационных структурных моделей образцов технических средств для комплексов интеллектуальной информационной поддержки процесса эксплуатации. Они необходимы для качественного технического сопровождения изделий, в том числе поддержания их технического состояния своевременной поставкой комплектующих и запчастей, а также восстановления изделий при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. То есть служба информационно-технического обеспечения процесса эксплуатации техники МЧС должна производить сбор сведений об отказах, ремонте, аварийных и чрезвычайных ситуациях, влиянии техобслуживания и ремонта на надежность техники, что облегчает дальнейший анализ и прогноз работы техники. Новые решения в области информационного обеспечения процесса эксплуатации технических средств необходимы для осуществления информационной поддержки изделия на стадиях его эксплуатации, технического обслуживания и ремонта, для организации эффективной коллективной работы предприятий-изготовителей и пользователей технических средств. Все это будет способствовать повышению эксплуатационной технологичности и эффективности функционирования изделий в чрезвычайных ситуациях в самых сложных условиях в любом регионе. Таким образом, создание информационных объектно-структурных моделей и программных комплексов ИЭТР в области эксплуатации, технического обслуживания и ремонта технических средств МЧС является актуальной научной задачей.

Объект исследования: информационные модели обработки и анализа данных и знаний в области эксплуатации технических средств.

Предмет исследования: способы кодирования, обработки и представления данных и знаний о состоянии образца техники МЧС в процессе его эксплуатации с применением интерактивных электронных технических руководств.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности обработки и анализа данных и знаний по эксплуатации технических средств МЧС посредством разработки новых информационных моделей с использованием интерактивных электронных технических руководств в среде информационного комплекса для обслуживания технических изделий.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1) исследовать информационные модели структуризации интерактивных электронных технических руководств в области эксплуатации технических средств МЧС и разработать информационную объектно-структурную модель сложного технического изделия, обеспечивающую анализ информационных процессов поиска неисправностей с использованием ИЭТР;

2) разработать функционально-графовую модель формирования и извлечения знаний в области эксплуатации и ремонта технических изделий МЧС;

3) разработать архитектуру и сформировать состав операций базы знаний в области эксплуатации техники для интерактивной оценки состояния изделия при использовании информационного комплекса ИЭТР;

4) создать методику реализации информационных моделей в среде информационного комплекса с базой знаний в области эксплуатации технического изделия МЧС.

Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы теории графов, теории искусственного интеллекта, теории баз данных и баз знаний, теории математического и объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем.

1. Разработана информационная объектно-структурная модель технического изделия, предусматривающая формальное представление двумерных объектно-структурных моделей с оценкой условий их оптимальности, что обеспечивает интеллектуальную поддержку процессов формирования, накопления, хранения и обработки данных и знаний в области эксплуатации технического изделия.

2. Разработана функционально-графовая модель извлечения знаний в области эксплуатации технического изделия, формирующая последовательность проверок с формализацией средствами правил продукций механизма представления и наследования свойств элементов в базе знаний, что позволяет ускорить процесс вывода решений и сократить число интерактивных обращений экспертов к ИЭТР.

3. Разработана архитектура базы знаний в области эксплуатации технического изделия, отличающаяся комплексным сочетанием данных о конструкционных и функциональных свойствах изделий, что позволяет исключить избыточные и противоречивые элементы и обеспечить выполнение операций абстракции, функционирования и наследования средствами правил продукций с соответствующими элементарным операциям функциями.

4. Разработана методика реализации информационных моделей в среде информационного комплекса подготовки специалистов с базой знаний в области эксплуатации техники МЧС.

Практическая значимость работы. Разработанная методика может быть использована предприятиями-изготовителями специальной техники, научно-исследовательскими учреждениями при составлении схем и алгоритмов диагностирования технических средств и оценке возможности их восстановления, что повысит качество и эффективность работы специалистов по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту техники МЧС.

Соответствие паспорту специальности. Содержание диссертации соответствует паспорту специальности 05.13.17 - теоретические основы информатики (технические науки) по следующим областям исследований:

п. 1 «Исследование, в том числе с помощью средств вычислительной техники, информационных процессов, информационных потребностей коллективных и индивидуальных пользователей»;

п. 2 «Исследование информационных структур, разработка и анализ моделей информационных процессов и структур»;

п. 4 «Исследование и разработка средств представления знаний. ...»;

п. 5 «Разработка и исследование моделей и алгоритмов анализа данных, обнаружения закономерностей в данных и их извлечениях ...».

На защиту выносятся.

1. Информационная объектно-структурная модель сложного технического изделия, отражающая последовательность решающих процедур диагностики и технического обслуживания изделия.

2. Функционально-графовая модель формирования и извлечения знаний, необходимых для обеспечения информационной поддержки процессов поиска неисправностей при эксплуатации технических средств МЧС.

3. Архитектура базы знаний и методика формирования состава операций базы знаний на основе продукционных правил, включающих операции объектной абстракции, функционирования и наследования свойств в области эксплуатации сложных технических изделий.

4. Методика реализации информационных моделей в составе комплекса интерактивных электронных технических руководств, определяющих регламенты работ по поддержанию состояния и восстановлению техники с использованием базы знаний.

Обоснованность и достоверность научных положений и результатов диссертации подтверждается результатами применения предложенных алгоритмов и моделей, а также экспериментальными данными по обслуживанию интерактивных электронных технических руководств. Разработанные модели и информационные структуры определяются методологической базой исследования, обоснованы теоретически с использованием общепризнанных математических методов, не противоречат известным результатам исследований других авторов, а также апробированы на всероссийских и международных научных конференциях.

Внедрение результатов исследования. Результаты работы использованы в производственном процессе Научно-исследовательского и конструкторского института радиоэлектронной техники - филиала ФГУП ФНПЦ «ПО Старт» имени М.В. Проценко» (г. Заречный Пензенской области), в вычислительном отделе филиала в г. Серпухов Московской области Военной академии ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого, а также в учебном процессе кафедры радио и космической связи факультета военного обучения Пензенского государственного университета.

Апробация работы. Результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на следующих конференциях: IV всероссийской научно-технической конференции «Информационные и управленческие технологии в медицине и экологии» (Пенза, 2010 г.); Международном симпозиуме «Надёжность и качество» (Пенза, 2010 г.); международной научно-технической конференции «Инновационные технологии проектирования и эксплуатации автотранспортных средств» (Пенза, 2010 г.); международной научно-практической конференции «Инновации на основе информационных и коммуникационных

технологий»(Сочи, 2010 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Информатизация образования - Поволжье 2010» (Пенза, 2010 г.); международной научно-практической конференции «Управление большими системами - 2011» (Москва, 2011 г.); международной научно-практической конференции «Передовые информационные технологии, средства и системы автоматизации и их внедрение на российских предприятиях - А1ТА-2011» (Москва, 2011 г.); международной научно-практической конференции «Инновационные информационные технологии» (Чехия, Прага, 2014 г.)

Публикации и личный вклад автора. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, из которых 4 статьи в ведущих рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК. В работах, опубликованных в соавторстве, лично автором получены все результаты, составляющие содержание диссертации, в том числе теоретические и математические обоснования найденных решений и информационные модели процессов.

Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов по главам, заключения, библиографического списка из 105 наименований и приложения. Работа изложена на 165 страницах основного текста, содержит 29 рисунков и 9 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи диссертации, показаны научная новизна и практическая ценность полученных результатов, отражена структура диссертации, перечислены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен анализ существующих моделей обработки информации эксплуатационно-технологического назначения, в результате которого показана необходимость проведения дальнейших исследований с целью создания эффективных методов представления, извлечения, обработки и анализа данных и знаний по техническим средствам МЧС России. Предложен состав структурной информационной модели по поиску неисправностей в образце техники. Сделан вывод о том, что реализация баз знаний в области эксплуатации и технического обслуживания техники МЧС позволит определить путь дальнейшего развития при создании информационных комплексов ИЭТР.

Введено понятие предметной области эксплуатации (ПэО), включающей процедуры эксплуатации, технического обслуживания и ремонта техники, и проведено исследование технологий информационного анализа данных, в результате которого выявлены три группы ПэО. В первой группе ПэО преобладают частотные закономерности, во второй - жесткие причинно-следственные зависимости, в третьей - причинно-следственные зависимости, допускающие исключения. Первая группа наиболее подходит к использованию в ПэО (таблица 1).

В таблице 2 систематизированы данные по уровням представления информации для ИЭТР, по которым на рисунке 1 представлена обобщенная диаграмма, полученная в результате анализа эксплуатационно-технических документов.

Таблица 1 - Струю-ура ПэО

Характеристика предметной области Способы предъявления данных Методы информационного анализа данных Технологии информационного анализа дан ных

ПэО с доминированием случайных событий Атрибутивный (объекты описываются значениями фиксированного набора атрибутов) Алгебраические методы (сходные данные в них представляются в виде алгебраических структур) Технология интерактивной аналитической обработки данных

ПэО, в которых все события причинно обусловлены Структурный (объекты определяются типологически) Статистические методы (используют аппарат теории вероятностей и математической статистики) Технология глубинного анализа данных

ПэО, в которых наблюдаются как причинно обусловленные, так и случайные события Полнотекстовый (исходными данными служат тексты на естественном языке) Методы мягких вычислений (используются нейронные сети) Технология визуализации данных

Таблица 2 - Уровни представления информации для ИЭ'ГР

Уровень представления информации Вид информации

Документы Данные Знания

Методический Структуры архивов Структуры данных Модели знаний

4% 5% 3%

Содержательный Отчеты, методики, инструкции Справочники, каталоги Правила вывода, факты

22 % 10% 8%

Программно реализованный Документы (тексты, рисунки, фотографии, схемы) БД, файлы БЗ

30% 12% 12%

Всего 56% 27% 23%

Документы 56%

Знания 23%

Рисунок I - Диаграмма использования видов эксплуатационно-технологической

информации

Опыт эксплуатации и ремонта образцов техники (ОСТ) показывает, что например в сложных электротехнических системах время, затрачиваемое только на поиск причины отказа системы (Тп.и) занимает до 80 % от всего времени восстановления работоспособности системы 7„. Общее время восстановления работоспособности вычисляется по формуле:

т =Т =х<|) + т +х +х(2), (1)

а в пр п.н у.н пр ' '

где: т^ - время, необходимое для выявления отказа системы (определение признака отказа); тпн - время, затрачиваемое на поиск причины отказа системы (определение отказа элемента); тун - время, затрачиваемое на устранение отказа элемента; т^' - время, необходимое для проверки работоспособности системы после проведения ремонта. В тех случаях, когда для образцов ОСТ уже разработаны программы поиска неисправностей, время тпн можно значительно сократить. При этом процесс случайного поиска причины отказа системы (отыскания отказавшего элемента).превращается в простой упорядоченный процесс, для осуществления которого достаточно знать внешние признаки отказа системы, а причины этого отказа можно найти в программе поиска неисправности. Для решения этой задачи используется критерий «время - вероятность»

(2)

Ч, Яг Ч, <?„

где - время проверок /-го элемента; ц, - вероятность отказа /-го элемента в комбинации признаков отказов. Здесь значение q, определяется по формуле

, = ^ . <3>

/ = I

где X) - интенсивность (количество) отказов /-го элемента. Анализ указанного критерия показывает, что первую проверку следует назначать для такого элемента, у которого значение 1±. оказывается наименьшим. Последним следует

ч,

проверить тот элемент, у которого указанное значение будет наибольшим. В некоторых случаях величины X, для элементов неизвестны, поэтому вероятности ¿у, тоже нельзя определить. В этом случае последовательность проверок элементов может быть задана по критерию времени

Г| <г2 <...',■< ...г,,. (4)

Алгоритм программы поиска неисправностей составляется на основе расчета оптимальной последовательности проверок (П() /-ых элементов (я,-) для каждой у-й комбинации внешних признаков системы. Первым следует проверять тот элемент, для которого время проверки исправности является минимальным, и последним - для которого это время является максимальным.

Таким образом, в структурной информационной модели по поиску неисправностей, которая составляется на основе алгоритма диагностирования, указываются: внешние признаки нормальной работы каждого у-го состояния системы; возможные комбинации внешних признаков отказов (/?,■) и соответствующие каждому из них подмножества возможных неисправных элементов (л;); последовательность проверок (П,) в каждом у'-м подмножестве элементов; способы и средства, необходимые для выявления той или иной комбинации внешних признаков отказов системы. При этом можно сделать вывод о том, что реализация новых моделей структуризации и обработки информации по указанной проблеме предполагает использование интегрирующих интеллектуальных технологий, а именно интерактивных электронных технических руководств.

Во второй главе представлены результаты анализа информационных моделей структуризации информации, а также алгоритмические, структурные и математические средства создания моделей конфигурации структурированных образцов техники МЧС, отражающие взаимосвязи конструктивных и функциональных составляющих. Разработан системный подход к моделированию информационных структур образцов технических средств МЧС, основанный на использовании объектно-структурных моделей ОСТ, что позволяет повысить эффективность обработки данных о процессах эксплуатации и ремонта техники МЧС за счёт использования типовых технологических последовательностей обработки данных. Представлены алгоритмы создания последовательности решающих процедур для диагностики и технического обслуживания техники.

Разработка объектно-структурной модели ОСТ включает два этапа. Первый этап непосредственной разработки каждого средства представления информации включает определение его назначения, условий эксплуатации, используемых методов освоения и т.п., выбор вида итоговой модели (ИЭТР), а также формирование множеств Л^, Л*|, 0\, и Р\ на основе соответствующих множеств Ы, К,0 и Р, характеризующих систему 5. Результаты, полученные на первом этапе разработки первого варианта электронного руководства, образуют первую технологическую концепцию ТК\.

Для каждого из четырех типов множеств возможны различные варианты соотношения соответствующих множеств системы ТК\. Например, для множеств элементов N и ЛГ| системы и технологической концепции возможны варианты: Nlc:N; N ч. , а также одновременно N \ М, * 0 и М, \ N * 0. Далее формируется описание состава множеств, характеризующих вид и порядок применения будущей модели. Такое описание можно считать первичной моделью М\ системы 5 (рисунок 2).

Второй этап - разделение описаний объекта по степени детализации отображаемых свойств и характеристик изделия лежит в основе объектно-структурного подхода к проектированию на основе рассмотрения иерархических уровней (уровней абстрагирования) в представлении структурных образов (пирамиды знаний) объектов. На каждом иерархическом уровне используются свои понятия систем и элементов, включаемые в технологические концепции (ТК). На основе первичной модели М\ строится итоговая модель конкретного

Рисунок 2 - Порядок разработки объектно-структурных моделей

вида ОСТ. Любая из М^' моделей (ф,- = 1,ср) отражает все элементы соответствующих множеств, характеризующих модель М\. Альтернативные варианты создаются для их сравнительной оценки и выбора наиболее предпочтительного среди них по основным показателям качества для ИЭТР данного вида. Если для системы требуется иметь со моделей - средств различного вида, то с помощью

предлагаемого подхода может быть получена любая из моделей А/щ"1.

Обобщённая комплексная модель ИЭТР представлена на рисунке 3. Она предполагает формирование технологических концепций по четырём аспектам (конструкторский, технологический, диагностический и организационный). Для классификации составных частей в виде объектно-структурной модели ОСТ используется достаточно сложная иерархия: на верхнем уровне весь образец спецтехники рассматривается как единый объект, состоящий из четырех уровней: класс, подклассы, виды, подвиды как части объекта:

ОСТ = [Б,, Бг, Бл, Б«}, (5)

где - класс, 52 - подкласс, 53 - вид, 54 - подвид.

(Икш1жгр)11)]111и шцс ОСТ

Система

Аспекты описания объектов

Рисунок 3 - Обобщенный состав ИЭТР в области эксплуатации техники МЧС

Иерархическую структуру ОСТ удобно представить разделенной на зон по числу категорий специалистов и режимов эксплуатации. Множество элементов , входящих в у-ую зону, должно включать элементы, являющиеся

в у'-м режиме объектом эксплуатации для специалистов 1-й категории, в соответствии с их функциональными обязанностями, которые определяют траекторию использования ОСТ для данной категории специалистов. Представляется естественным объединение множеств элементов Ау при /=согш и (у' = 1,5) в

одно множество Д = У Ду.

Метод исследования двухмерных объектно-структурных моделей с оценкой условий оптимальности заключается в следующем.

Пусть имеется система S, принимающая множество состояний Р, содержащая множество элементов N (где N - множество натуральных чисел, рассматриваемых в виде символов), и ее модель L, представляющая собой Ф статических моделей, отражающих состав функциональных элементов

¿ф =(<р = 1,|ф||. При символьном обозначении каждая модель ¿ф, имеет множество позиций Е для размещения символов, причем отображения а6 : Р —» Ф и а7 : N —> Е являются биективными, т.е. мощности соответствующих множеств равны: |.Р| = |Ф| и |w|=|e|. Тогда значение количества информации /ф определится как

И М

/ф = log2 А = log2 1оё2 mi. (6)

1=1 /=I

где Д - количество возможных сочетаний символов на позициях модели Lф, /п,

- количество символов í-ой позиции (алфавит).

Выявлены пути сокращения количества обрабатываемой информации в модели с целью ее оптимизации. Условиями оптимальности для двухмерной динамической искусственной модели являются биективность отображений а6 :Р Ф; а7: N —» £; ай: ЛГ —»G и совместное использование цветового кодирования и образования суперпозиций с целью сокращения количества информации по формуле

Ге = |E|log2 т + (|Ф| - l)log2 т = (|fi| + |Ф| - e)log2 т. (7)

В результате исследований определены характеризующие свойства ИЭТР количественные показатели, которые могут быть единичными и комплексными. Предложен неизбыточный состав показателей качества ИЭТР. Изучены методологические аспекты использования в ИЭТР идеографических и искусственных моделей. В случае, если элемент ИЭТР представляет собой идеографическую модель, количество информации в ней для неквалифицированного специалиста определится по формуле / = /,та*. Однако, поскольку специалист

на практике считывает названия информационных элементов с самой системы, справедливо считать, что он получит информацию и от системы. В связи с этим

Ы

будем полагать, что = ■

j=i

Количество символической информации в иллюстрациях также может быть определено с помощью предложенной выше методики.

На основании изложенного определится следующим образом:

а) если в качестве ИЭТР выступает идеографическая модель, то

^ H^lÉlog2-I+2Í¡/,„+¿/£ +/бБтс; (8)

ы j=i t=i

б) если в качестве ИЭТР берется естественная модель, то

^то + Битэтр ). (9)

1 = 1 у=/ с=/

где Бт0 - количество букв в типовом образце (ТО); Битэтр - количество букв в инструкции ИЭТР; /е - количество информации в е - ой иллюстрации; е - количество иллюстраций в ТО.

Для квалифицированного специалиста

^Ч^ + ^'иэ+Е'е+'ББто. (Ю)

¡=\ е=1

Зависимости (9) и (10) позволяют производить сравнительную оценку различных способов представления информации о структуре и состояниях технической системы для проведения технических осмотров и проверок с использованием ИЭТР. Пример численных данных об использовании ИЭТР квалифицированными и неквалифицированными специалистами приведен в таблице 3.

Таблица 3 - Пример использования ИЭТР

Режимы эксплуатации Индексы категорий исполнителей эксплуатации I

I. Руководители эксплуатации II. Специалисты служб обеспечения III. Исполнители эксплуатации

К Н К Н К Н

а0 88% 12% 100%

а, 41 % 5% 46% 8 % 100%

аг 23 % 9% 60% 8 % 100%

аз 39% 6% 50% 5 % 100%

а4 92% 8 % 100%

А 5 90% 10% 100%

Ав 53 % 3% 42% 2% 100%

Таким образом, на основе состава структурных моделей сложных технических изделий разработаны общие принципы исследования двумерных объектно-структурных моделей с оценкой условий оптимальности. Произведён анализ использования ОСТ для разных категорий специалистов. Составлена экспертная оценка исследования свойств ИЭТР на основе ОСТ.

В третьей главе произведено исследование информационных процессов для создания комплекса ИЭТР в области эксплуатации и ремонта техники МЧС, а также разработаны теоретические основы создания программных систем для информационных технологий ИЭТР.

В работе рассмотрен случай, когда обследование проводится по комплексу признаков К, включающему признаки К\, АГ2, ... Ку. Каждый из признаков имеет т] разрядов (Кл, КР_, ..., К]Б.....Аул,). В результате обследования выявляется реализация признака и всего комплекса признаков К*

К] = К]3. (11)

Индекс * означает конкретное значение (реализацию) признака.

Предполагается, что система находится только в одном из указанных состояний и потому

= (12)

5=1

Чтобы задавать траекторию локализации неисправностей по заданной программе более детально, предусмотрено кодирование проверок и состояний о месте отказа в технически сложном изделии, которые обнаруживаются в процессе последовательного поиска. Информационные состояния, содержащие в своем коде только одну единицу, совпадают с реальными состояниями изделия при отказе соответствующих элементов. Двоичный код состояния информации о месте отказа в изделии образуется с соблюдением предложенных правил.

Таким образом, разработана информационная структурная модель образца техники, включающая объектно-структурную составляющую, отражающую взаимосвязи конструктивных элементов и функционально-графовую составляющую, которая используется для представления последовательности решающих процедур диагностики и техобслуживания изделия.

В четвёртой главе разработана методика создания и обработки объектно-структурных моделей с использованием базы знаний области эксплуатации техники МЧС России. Предложена архитектура базы знаний области эксплуатации техники, которая математически представляется шестёркой

OB =(5i, Z?2, Bj, /|, /2, /э), (13)

где: В, - база глубинных знаний, представляющая понятийные структуры ПэО-проверок и контроля; В2 - база фактов; fi3 - база метазнаний, включающая знания по аспектам структурного описания (ПэО-О - организационный, ПэО-К -конструкторский, ПэО-Т - технологический, ПэО-Р - операционный); /, - интерфейсы между Д| и В2\ h ~ интерфейсы между В2 и By, /3 - интерфейсы между Я| и В).

Используемые в работе типы абстракций представлены в таблице 4.

При использовании предложенного подхода восстанавливающее воздействие представляется в виде кодовой комбинации элементов классификации и проверочных решающих процедур через коды составляющих его типовых задач как «if Lal{n) then А,(1-2-1)» (рисунок 4).

Детализируем приведенный пример восстановления ОСТ с учетом типовых технологических операций if L*in) then L/(l 1-12-22-23-12-14), где первая цифра записи оператора соответствует номеру типовой задачи, а вторая - номеру типовой операции.

Детализируем задачу восстановления элемента ОСТ по конструктивным уровням if L„ (n) then 111-112-211-212-321-322-323-324-212-214-112-114). Если восстановление элемента выполняется на 3-м уровне в ремонтном подразделении, то цифровая запись процесса восстановления будет иметь вид «if L*(n) then L,(l 111-1112-1211-1212-4321.4322-4323-4324-4212-4214-4112-4114)» при условии, что ремонтная бригада сможет локализовать место неисправности и вид «if L*{n) then /,,(4111-4112-4212-4212-4321-4322-4323-4324-4212-4214-4112-4114)», при условии, что все виды работ проводятся в ремонтном подразделении.

Типы абстракций Формула Правила продукции

1 4 (4(^1' 1п)] А РЯ.....Р,т) if !-<,'(») then Л,(Р,]:Р,т)

2 4 [А ..... ifL„\n) then A0(P0l:P0m)

3 4[Л (^. Р,2. П,)] -» А,(Р„,. Ро2. -, Р„т) if L„\n) then AAPxl:Pjm)

4 4 [ А {Рп. Рп.....Ры)] -> Л. . . iflj(n) then L,(Ak:An.„Hi)

5 ..........%)..... \(Р.>. Р„О]"» Ра*~'РЛ< if La (n) then list (A„:AM)

6 &А{Рп.Р\г....../>,„,>-» Ат<Рг\-Рп.....Я2„,).-Д2(^|.Л2.....P„J 1"» Аа(Ро\-Рог.....PaJ- if La (n) then list (A„,:AM)

7 ..........Ъч)..... Mil. Р"2.....I]-'* Ak' Ak+......A+m-l- if L,,1 (n) then list (A,.A+m-i)

/\ / "<-Г\

К

ж

ч.

/р\

Ж ■ /-. /3 . ~~ж ~~~3 ,

/4\ /4\

/Zi

0 - организационные уровни восстановления ПэО-О

1 - на месте бригадой

2 - на месте с привлечением ремонтных подразделений

3 - в ремонтном подразделении

4 - в ремонтном отделе

5 - в вышестоящих ремонтных органах

Т - технологические задачи восстановления ПэО-Т

1 - определение технического состояния

2 - замена элемента

3 - ремонт элемента

4 - регулировка элемента

5 -заправка и покраска элемента Рисунок 4

К - конструктивные уровни восстановления ПэО-К

1 - система в целом

2 - составная часть функционального назначения

3 - составная часть технического назначения

4 - сборочная единица

5 - деталь

Р - технологические комплекты восстановления ПэО-Р

1 - слесарная

2 - механическая

3 - электроаппаратуры

4 - радиоаппаратуры;

5 - сборочная

Многоаспектная классификация ИЭТР по конструктивным, организационным уровням, технологическим задачам и операциям восстановления

Фрагмент диаграммы деятельности проверки технического состояния элемента ОСТ представлен на рисунке 5.

Рисунок 5 - Фрагмент диаграммы деятельности локализации неисправностей в функционально-графовой модели

Для оценки технологичности восстановления элементов ОСТ введены лингвистические переменные: ДОСТУПНОСТЬ; ЛЕГКОСЪЕМНОСТЬ; КОНТРОЛЕПРИГОДНОСТЬ; ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ; МОНТАЖЕПРИГОД-НОСТЬ; ПРИСПОСОБЛЕННОСТЬ К РЕМОНТУ; ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ ВОССТАНОВЛЕНИЯ.

Схема информационного комплекса ИЭТР представлена на рисунке 6.

Таким образом, информационная модель технологичности восстановления ОСТ определяет наиболее целесообразную последовательность выполнения работ, обеспечивает изображение действий личного состава, выполняемых в определенной логической последовательности и в определенное время.

Задание параметров для обработки

выездная бригада

Свой ремонтный орган

Вышестоящий ремонтный орган

Рисунок 6 - Схема информационного комплекса ИЭТР

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Разработана новая информационная объектно-структурная модель технического изделия, описание которой включает конструктивный, технологический, организационный и операционный аспекты, что обеспечивает интеллектуальную поддержку процессов формирования, накопления, хранения, распространения и обработки данных и знаний о показателях эксплуатации и восстановления оборудования.

2. На основе исследования механизма наследования свойств элементов в базе знаний разработана функционально-графовая модель формирования и извлечения знаний об эксплуатации и ремонте технических изделий, позволяющая ускорить процесс вывода решений и повысить на этой основе показатели качества эксплуатации технических средств МЧС.

3. Разработана архитектура базы знаний в области эксплуатации технических средств МЧС, позволяющая исключить избыточные и противоречивые элементы и обеспечить выполнение операций абстракции, функционирования и наследования средствами правил продукций с функциями, соответствующими элементарным операциям. Это позволяет применять при анализе и оценке процессов восстановления изделия интерактивные электронные руководства.

4. Предложена методика реализации информационных моделей в базе знаний информационного комплекса интерактивных электронных технических руководств, позволяющая в отличие от традиционных методик, управлять процессом подготовки специалистов в области эксплуатации техники МЧС.

5. Разработана методика информационного моделирования процессов эксплуатации и восстановления технических средств МЧС с использованием специализированной базы знаний, которая может использоваться как универсальное средство представления информации об эксплуатационно-технических процессах и процессах управления обслуживанием технических изделий.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в журналах, рекомендованных ВАК

1. Молодцова, Ю.В. Разработка событийно-продукционной модели онто-логий / В.В. Горюнова, Ю.В. Молодцова, Д.В. ССмин // Информационно-измерительные и управляющие системы. - 2010. - № 4. - Т. 8. - С. 64-68.

2. Молодцова, Ю.В. Методология использования концептуальных спецификаций интегрированных сред / В.В. Горюнова, Ю.В. Молодцова, Д.В. Сёмин // Автоматизация и современные технологии. - 2010. - № 8. - С. 17-22.

3. Молодцова, Ю.В. Автоматизированное декларативное проектирование процессов технического обслуживания аппаратно-программных комплексов / В.В. Горюнова, A.A. Сотникова, Ю.В. Молодцова // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2011. - № 4. - С. 1-5.

4. Молодцова, Ю.В. Анализ концептуальных спецификаций эксплуатационно-технологических процессов в медицинском приборостроении / Ю.В. Молодцова // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2011. -№5.-С. 17-20.

Публикации в других изданиях

5. Молодцова, Ю.В. Декларативное моделирование информационного обеспечения автоматизированных комплексов медицинского назначения /

B.В. Горюнова, Т.В. Истомина, Ю.В. Молодцова, С.А. Аленин // Информационные и управленческие технологии в медицине и экологии: Сборник статей IV всероссийской научно-технической конференции. - Пенза: ПДЗ, 2010. - С. 30-33.

6. Молодцова, Ю.В. Онтологические средства анализа информационного обеспечения автоматизированных комплексов медицинского назначения / Ю.В. Молодцова // Информационные и управленческие технологии в медицине и экологии: Сборник статей IV всероссийской научно-технической конференции. - Пенза: ПДЗ, 2010. - С. 82-85.

7. Молодцова, Ю.В.Методология проектирования распределённых медицинских систем на основе концептуальных спецификаций / В.В. Горюнова, Т.В. Истомина, Ю.В. Молодцова, С.А. Аленин, Е.А. Шамин // Надёжность и качество: Труды Международного симпозиума. - Пенза: ПГУ, 2010. - Т. 2. -

C. 255-258.

8. Молодцова, Ю.В. Онтологический подход к интеграции распределённых интеллектуальных систем управления эксплуатацией автотранспортных средств / В.В. Горюнова, С.А. Аленин, Ю.В. Молодцова, Д.В. Сёмин // Инновационные технологии проектирования и эксплуатации автотранспортных средств: Сборник материалов международной научно-технической конференции. - Пенза: ПГУАС, 2010. - С. 19-22.

9. Молодцова, Ю.В. Модульные онтологии в корпоративных информационных системах / В.В. Горюнова, М.В. Рычкова, Ю.В. Молодцова// Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий: Сборник материалов Международной научно-практической конференции. - Сочи, 2010. -С. 356-358.

10. Молодцова, Ю.В. Методология использования концептуальных спецификаций интегрированных производственных систем / В.В. Горюнова, С.А. Аленин, Ю.В. Молодцова // Информатизация образования - Поволжье 2010: Сборник статей Всероссийской научно-практической конференции. - Пенза: ПГУ, 2010.-С. 223-226.

11. Молодцова, Ю.В. Модульные онтологические средства интеллектуального анализа информационного обеспечения / В.В. Горюнова, Т.А. Буленко-ва, Ю.В. Молодцова// Инновационные технологии в экономике, информатике и медицине: Сборник статей VII Межрегиональной научно-практической конференции студентов и аспирантов. - Пенза: ПГТА, 2010. - С. 121-123.

12. Молодцова, Ю.В.Использование модульных онтологий в задачах управления проблемно-ориентированными организационными системами / Е.В. Власов, В.В. Горюнова, С.А. Кузнецов, Ю.В. Молодцова // Управление большими системами - 2011: Труды международной научно-практической конференции. - Москва: ИПУ РАН, 2011. - Т. 3. - С. 27-32.

13. Молодцова, Ю.В.Использование кластерного анализа и модульных онтологий при создании центров обработки данных медицинского назначения / В.В. Горюнова, Ю.В. Молодцова, A.A. Сотникова, Е.И. Брюханова, В.А. Ахма-

нов II Исследования и инновационные разработки в сфере медицины и фармакологии: Материалы региональной конференции. - Пенза: ПГУ, 2011. - С. 24-26.

14. Молодцова, Ю.В. Модульная реализация онтологий интегрированных производственных систем / В.В. Горюнова, Ю.В. Молодцова, A.A. Сотникова, A.B. Фионина // Передовые информационные технологии, средства и системы автоматизации и их внедрение на российских предприятиях - AITA-2011: Труды международной научно-практической конференции. - Москва: 2011. -С. 255-260.

15. Molodtsova, Yu.V. Creation of Object and Functional Model of Difficult Operational and Technological Object / Yu.V. Molodtsova //// Innovative Information Technologies: Materials of the International scientific-practical conference (Czech Republic, Prague, 2014 April 21-25). - M.: HSE, 2014. - Part 3: Innovative Information Technologies in Industry and Social-Economic Sphere. - P. 242-244.

14-143*6

МОЛОДЦОВА Юлия Владимировна

ОБЪЕКТНО-СТРУКТУРНЫЕ МОДЕЛИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ МЧС

Специальность 05.13.17 - теоретические основы информатики

Сдано в производство 24.10.14. Формат 60x84 '/ц, Бумага типогр. № 1. Печать трафаретная. Шрифт Times New Roman Суг. Уч.-изд л. 1,18. Усл. печ. л. 1,16. Заказ № 25-9. Тираж 100

Пензенский государственный технологический университет 440039, Россия, г. Пенза, пр. Байдукова/ул. Гагарина, 1"/11

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2014341323

Редактор Л.Ю. Горюнова Корректор А.Ю. Тощева Компьютерная верстка Т. А. Антиповой

2014341323