автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Алгоритмизация мониторинга технологических процессов со слабо формализуемыми критериями

На правах рукописи

РГЬ од

1 5 М 2003

ГУСАРОВА Наталия Федоровна

АЛГОРИТМИЗАЦИЯ МОНИТОРИНГА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СО СЛАБО ФОРМАЛИЗУЕМЫМИ КРИТЕРИЯМИ

05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы 05.13.01 - Управление в технических системах

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 2000

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном институте точной механики и оптики (техническом университете) Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Г.Г. Ишанин доктор технических наук, профессор В.Н. Дроздов доктор технических наук, профессор Л.Н. Рассудов

Ведущая организация: АО ЛОМО

Защита диссертации состоится "/<?" 61 А'^. 2000 г. в 15 час. 20 мин. на заседании специализированного совета Д 053.26.01 "Оптические и оптико-электронные приборы" при Санкт-Петербургском государственном институте точной механики и оптики (техническом университете) по адресу: 197101 г. Санкт-Петербург, ул. Саблинская, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан " " 2000 г.

Ученый секретарь » / /

специализированного совета Д 053.26.01 I // кандидат технических наук, доцент / / // В.М. Красавцев

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из основных направлений научно-¡хнического процесса на современном этапе развития общества является эвышение результативности технологических процессов (ТП), лежащих в :нове любого материального производства. Нарастающее количественное и 1чественное усложнение ТП в условиях конкурентной среды стимулирует азвитие парадигмы "качество" как постепенный сдвиг в сторону все более [ирокого спектра его показателей, объединяемых понятиями эезультативность" или "эффективность". При этом результативность осматривается как комплексная, системная характеристика, выражающая эответствие организационно-хозяйственной системы (и, в частности, ТП) ее глям, интегральное качество ее функционирования, ее успешность.

Еще одним аспектом развития парадигмы "качество" становится греход от узко контрольных функций к системам всеобщего управления ячеством, когда продукция и соответствующий ТП разрабатываются и эганизуются таким образом, чтобы обеспечить качество, "встроенное" в зделие, вместо того, чтобы проверять качество продукции после ее зготовления. Другими словами, качество понимается не только и не только как соответствие продукции требованиям технического задания, только как ее соответствие назначению (ожиданиям потребителей), а эбственно инженерная деятельность (разработка ТП, измерения, анализ аботы) уступает место системному инжинирингу, цель которого - перевод отребностей заказчиков в свойства продукции и параметры ТП.

В систему индикаторов и характеристик, отражающих результативность П, в общем случае входит целый ряд показателей - действенность, кономичность, качество, прибыльность, производительность, качество рудовой жизни, внедрение новшеств и т.д. Данная работа ограничена гхногенными аспектами этой проблемы, которые в наибольшей степени лизки к комплексу понятий, объединяемых термином "техническое иагностирование". Однако идеология технического диагностирования, юрмировавшаяся, в первую очередь, в связи с потребностями машино- и риборостроения, предполагает наличие формализованных и гфиксированных в документации технических требований к продукции. В э же время в условиях современного рынка не менее важное значение ачинают приобретать отрасли промышленности (и соответствующие ТП), це качество продукции определяется не только в формально-оличественных, но и в когнитивно-эстетических категориях - легкая, ищевая, полиграфическая и т.п. Поэтому более адекватным целям астоящей работы видится термин "мониторинг", подразумевающий гслеживание динамики состояния ТП как системы в любых доступных (а е только в количественных) измерительных шкалах.

Все изложенное определяет актуальность темы научной работы, вязанной с исследованием общесистемных и прикладных принципов

мониторинга ТП со слабо формализуемыми критериями и созданием на это* основе комплексной методологии проектирования систем такого мониторинга Возрастающая сложность современных ТП заставляет использовать I качестве методологической основы организации их мониторинга системны! анализ. Изучение системных аспектов организации контроля в известны: ТП позволило констатировать, что максимальная доля исследований связанных с организацией контроля в ТП, с точки зрения их классификацш сосредоточена в области малых систем, которые рассматриваются как сугуб( рефлексные, с формализованной критериальной функцией и прямыа управлением. Участие человека в таких системах сводят к минимуму ограничивая его ролью оператора или заменяя роботами, а критериальнук функцию на всех структурных уровнях стремятся формализовать.

Значительные усилия прилагаются также к решению проблем контроле ТП, позиционируемых в классе больших систем. В этих случаях, как правиле система^ строится в сопряжении с человеком, который на всех уровня: структурной организации выступает в роли лица, принимающего решение (ЛПР), и, соответственно, является носителем интегрального критерия.

В то же время практически не находит отражения организация мониторинг; тех ТП, для которых характерны слабо формализуемые критерии, которые, одной стороны,' допускают определенную формализацию, а с другой стороны хотя бы на некоторых уровнях структурной организации задаются в шкала: слабее абсолютной или в категориях нечетких множеств. Тем не менее, така: ситуация объективно присуща реальным и, в частности, технически! иерархическим структурам, где на нижних уровнях цели могут выражаться : виде конкретных критериев, а по мере повышения уровня иерархии - либо : общих требованиях (например, "повысить эффективность"), либо вообще » формулироваться.

Указанные обстоятельства определили выбор в качестве облает! научных исследований вопросы организации в классе малых систе: мониторинга ТП со слабо формализуемыми критериями.

Необходимым условием получения законченного результата в системно? анализе является учет специфики, то есть конкретизация, концептуально] среды (предметной области) исследования. В качестве базовой концептуально; среды в настоящей работе рассматривается один из ведущих ТП легко! ; промышленности -_..ТП трикотажного производства (ТПТП). ,

ТПТП, как, впрочем, и большинство производств легко] промышленности в целом, имеет свои особенности, усложняющи организацию его мониторинга. Если в традиционных системах техническо: диагностики в роли критерия качества выступают величины, поддающиес. измерению в количественной или хотя бы ординальной шкале (вероятност правильных решений, среднее время решения, сводный показатель качеств и т.д.), то качество конечной продукции ТПТП задается одновременно технических и когнитивно-эстетических категориях., что усложняет процес целеобразования и обоснования целей. Кроме того, задача обнаружен!!, дефектов трикотажного полотна даже в постановочном плане отличаете. 4

от классических задач поиска объекта на фоне: трикотажное полотно представляет собою объект с нежестко упорядоченной (квазирегулярной) структурой, для которого характерны морфологическое сходство дефекта и структурообразующего элемента, а также пространственно-временная поливариантность параметров объекта и дефекта. Видимо, с этими обстоятельствами во многом связано сегодняшнее состояние организации контроля в ТПТП: эти задачи, как правило, позиционируются в классе Больших систем и решаются либо путем привлечения ЛПР как носителя интегрального критерия, либо путем наращивания номенклатуры полностью формализуемых критериев.

Другими словами, ТПТП как концептуальная среда является более сложной, а получаемые для нее закономерности имеют достаточно эбобгценный характер по сравнению с традиционными ТП машино- и приборостроительного профиля. Поэтому выбор указанной концептуальной :реды в качестве базовой имеет не только важное народно-хозяйственное, то и методологическое значение и позволяет распространить разработанные яа ее основе принципы и методики на другие концептуальные среды. Как примеры таких переходов в работе рассмотрены вопросы организации и мониторинга учебно-полиграфического ТП, а также ТП создания электронного учебного пособия.

Таким образом, базовой предметпой областью (концептуальной :редой) для исследований в настоящей работе является технологический процесс трикотажного производства, а полученные на ее основе закономерности и методики использую.тся в других предметных областях. Основные задачи диссертационного исследования. Методы исследований. Целью настоящей диссертационной работы является разработка научно-технических и методологических основ алгоритмизации мониторинга технологических процессов со слабо формализуемыми критериями в классе даяых систем на базе ТПТП как концептуальной среды. Заметим, что термины "алгоритмизация" и "слабо формализуемые критерии" здесь не противоречат друг другу, так как первоначально сугубо математическое гонятие алгоритма в настоящее время расширено и допускает включение 5 него неформализованных действий, если они однозначно понимаются и гыполняются человеком (может быть, и неосознанно).

Реализация сформулированной цели строится как постановка и эешение применительно к различных иерархическим уровням и подсистемам сласса информационных, аналитических и оптимизационных задач, ¡бъединенных единой концептуальной средой и доведенных до уровня фограммно-аппаратного исполнения, адаптированного к конкретным условиям ювременного производства, в частности:

- системный анализ концептуальной среды как объекта мониторинга, фганизация и факторизация признакового пространства, исследование его фограммно-алгоритмической и технической обеспеченности, труктурирование концептуальной среды и организация ее инфологической гадели как основы для построения соответствующей базы данных;

- концепция построения иерархической структуры системы мониторинга ТПТП, обоснование выбора критериальной функции для каждой подсистемы и критериальной свертки для системы в целом в условиях ресурсных ограничений; методологическое и технологическое обеспечение реализации концепции в условиях реального производства;

- разработка теоретических основ дефектоскопии поверхностей с квазирегулярной пространственной структурой, проблемно-ориентированное исследование их характеристик рассеяния, концепция выявления информативных признаков дефекта, характерных для всего алфавита классов подсистемы и обеспечивающих достаточную надежность распознавания в условиях ресурсных ограничений;

- программно-аппаратный анализ статистической структуры полотна как случайного яркостного поля, математическое моделирование сигнально-помеховой ситуации;

- теоретическое и экспериментальное исследование характеристик элементов иглы как объекта мониторинга, организация и факторизация признакового пространства для подсистемы контроля игл с учетом ее факторной нагрузки в общей структуре системы мониторинга ТПТП, разработка теоретических основ проектирования оптико-электронных приборов контроля элементов игл;

- изучение характеристик нитей как объектов мониторинга, организация и факторизация признакового пространства для подсистемы мониторинга нитей с учетом как ее относительной факторной нагрузки, так и программно-аппаратной обеспеченности в общей структуре системы мониторинга ТПТП, разработка методических основ проектирования оптико-электронных приборов контроля нитеподачи.

Методы исследований, используемые в работе, определяются, с одной стороны, ее общесистемным характером, а с другой стороны -спецификой базовой концептуальной среды.

ТП, как и любая система вообще, может быть описан различными структурными представлениями. В этом смысле проблема проектирования системы управления ТП состоит в построении модели ее функционирования при заданной структуре, которая определяется неформальным образом. В настоящей работе для описания структуры управления используется теория иерархических многоуровневых систем. Заведомо более сложная организация таких систем в данном случае представляется оправданной, так как обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с централизованным управлением:

- введение избыточности в систему, что повышает ее надежность и адаптивность к внешним возмущениям;

- снижение требований к точности информации, используемой отдельными подсистемами, вследствие их взаимной коррекции;

- возможность самостоятельного описания процессов в каждой подсистеме с использованием оптимальных для нее формализмов.

Организация и снижение размерности признакового пространства как исследуемой системы в целом, так и отдельных ее подсистем в работе выполняется с применением методов многомерного статистического анализа, в том числе метода главных компонент, факторного анализа, нелинейного отображения многомерных данных в пространства пониженной размерности и др. При этом используются прикладные программные пакеты Statistica 2.0, Statgraph 3.0.

Особенности концептуальной среды и, в частности, характерный для нее диапазон пространственных частот объектов и дефектов порядка 1-10 мм"1 обусловливают выбор в качестве основного средства аппаратной реализации мониторинга ТПТП систем технического зрения. Этой проблематике соответствуют используемые в работе теория оптико-электронных приборов и систем, а также теория распознавания образов.

В экспериментальной области при исследовании статистических свойств отдельных подсистем концептуальной среды привлекались методы математического моделирования. Модели в основном реализованы на основе системы программирования Turbo Pascal.

Обработка и оценка результатов экспериментальных исследований макетов и опытных образцов, реализованных в ходе выполнения работы, проводились по общепринятым статистическим методикам.

Научная новизна работы состоит в разработке концептуальных основ,, методологического и алгоритмического обеспечения мониторинга технологических процессов со слабо формализуемыми критериями, а также теоретическом и экспериментальном исследовании характеристик концептуальной среды и отдельных ее подсистем как объекта мониторинга, что позволило улучшить характеристики обнаружения дефектов и расширить рабочий диапазон параметров концептуальной среды.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. В качестве методологической основы для построения рабочего алфавита классов, характеризующего структуру концептуальной среды, правомерно использовать математико-статистические методы снижения размерности признакового пространства. Конфигурация получаемого при этом группирования незначительно изменяется при смене метрики отображающего пространства и, следовательно, отражает имманентную структуру признакового пространства концептуальной среды.

В частности, для ТПТП как концептуальной среды адекватной эказывается эвклидова метрика.

2. Система мониторинга концептуальной среды может строиться как цвухуровневая иерархическая система с использованием принципов координации; стратегия координации при этом включает в себя прогнозирование взаимодействий и модификацию целей. Созданный комплекс базовых признаков для всех подсистем концептуальной среды эбеспечивает отчетливую кластеризацию как пространства экзогенных переменных (признаков), так и пространства эндогенных переменных ^целевых функций), а также возможность построения графа соответствий

между кластерами обоих пространств и, следовательно, применимость выбранной стратегии координации.

3. Монотонность признакового пространства концептуальной среды позволяет при организации связи между локальными и глобальной функциями качества обойтись без их формализации, используя процедуру обучения и включив ЛПР непосредственно в процесс контроля на уровне координатора. При этом задача координатора по сравнению с традиционными алгоритмами упрощается, ограничиваясь толькс фиксацией отсутствия дефектов в течение процесса обучения.

4. Построенная в работе система алгоритмов функционирования и, в частности, организации итеративной процедуры обучения подсистем концептуальной среды реализует близкие к предельным характеристика обнаружения при сравнительно небольших значениях отношений сигнал/помеха

5. Показано, что для оптической обработки полотна как текстурированной среды целесообразно использовать информацию оЕ объемной структуре его приповерхностного слоя, что позволяет уже нг уровне оптического сигнала уменьшить паразитную модуляцию за счет штатной структуры полотна. Выявлен "канальный" механизм рассеяние излучения в полотне, связанный с распространением излучения в толще полотна параллельно его поверхности и выходом его наружу в зоне дефекта. Предложена модель приповерхностного слоя полотна, адекватнс объясняющая большинство выявленных закономерностей.

6. Для снижения паразитной модуляции в подсистеме ните£ предложено использовать многократное прохождение пучка излученш через зону, содержащую нить.

7. В качестве показателя адекватности системы мониторинге концептуальной среды правомерно использовать ее устойчивость I вариациям статистических характеристик концептуальной среды Построенная система критериев обеспечивает, в отличие от аналогов автоматическое поддержание координации критериев отдельны? подсистем концептуальной среды при изменении характеристик последне! в пределах и с точностью, определяемых процедурой обучения.

8. Результаты натурных и модельных экспериментов, включающие в себя

- относительную оценку дисперсий отдельных подсистеь концептуальной среды;

- комплексную оценку отражательно-рассеивающих характеристш полотна как подсистемы концептуальной среды;

- оценку характеристик пространственного спектра базовыз переплетений полотна как элементов концептуальной среды;

- комплексную оценку фотометрических свойств игл как подсистемь концептуальной среды и их модельное представление.

Практическая ценность работы. Полученные в работе теоретическш положения и экспериментальные результаты послужили основой для разработга методов проектирования комплекса оптико-электронной аппаратуры осуществляющей мониторинг ТПТП в условиях реального производства 8

1. Разработаны методики:

- расчета параметров приемо-передающих узлов для подсистем контроля полотна и игл, позволяющих уже на уровне оптического сигнала повысить отношение сигнал/помеха;

- численной оценки параметров штатной структуры и дефектов для объектов контроля отдельных подсистем;

- расчета параметров конфигурации узла подвески для подсистемы контроля полот на, позволяющая расширить зону контроля без конструктивных изменений основного оборудования;

- оценки параметров процедуры обучения, позволяющих организовать ее одновременно для всех подсистем системы мониторинга.

2. Разработаны и описаны через технологически достижимые переменные алгоритмы итеративной процедуры самообучения для отдельных подсистем системы мониторинга, реализующие близкие к предельным характеристики обнаружения дефектов.

3. Конструктивно реализован и в производственных условиях апробирован комплекс оптико-электронной аппаратуры для мониторинга ТПТП, обладающий повышенными, по сравнению с аналогами, техническими и производственными характеристиками.

Личный вклад автора. Диссертация написана по материалам исследований, выполненных лично автором, при его непосредственном участии или под его руководством. Автором выполнены исследования, определившие защищаемые положения, разработанные методики и алгоритмы. Соавторство, в основном, относится к проведению экспериментальных исследований и внедрению конкретных образцов аппаратуры.

Реализация результатов работы. Развитые в ходе выполнения диссертационной работы методы, алгоритмы и технические решения нашли следующие применения:

- диссертационная работа является составной частью научно-исследовательской работы, выполненной при участии автора в СПбГИТМО(ТУ) по договору № 89139 между СПбГИТМО(ТУ) и ЦНИИАГ (г. Москва) на тему "Оптический анализ технологического процесса вязания";

- диссертационная работа является составной частью научно-исследовательской работы, выполненной при участии автора в СПбГИТМО(ТУ) по договору № 89126 между СПбГИТМО(ТУ) и АООТ "Вулкан" (г. Санкт-Петербург) на тему "Создание датчика по обнаружению дефектов полотна кругловязальных машин";

- комплекс оптико-электронной аппаратуры для мониторинга ТПТП получил промышленное внедрение на таких предприятиях, как СПбПТО "Ника" (г. Санкт-Петербург), ТОО ПКФ "Дом моделей" (г. Санкт-Петербург), СПбТО "ЛАК" (г. Санкт-Петербург), гардинно-кружевное объединение (г. Санкт-Петербург);

- ряд теоретических и прикладных результатов диссертации использован при организации допечатной подготовки литературы в

редакционно-издательском отделе СПбГИТМО(ТУ).

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих симпозиумах, конференциях, совещаниях и семинарах:

- Международном симпозиуме "Прикладная оптика-94" (Санкт-Петербург, 1994), V международной научно-методической конференции "Высокие интеллектуальные технологии образования и науки" (Санкт-Петербург, 1999);

- Всесоюзной конференции "Измерение и контроль при автоматизации производственных процессов" (Барнаул, 1982), II Всесоюзном совещании "ОСУ и измерительные приборы на их основе" (Барнаул, 1984), III Всесоюзном совещании "Координатно-чувствительные фотоприемники и оптико-электронные приборы на их основе" (Барнаул, 1985), III Всесоюзном совещании "Оптические сканирующие устройства и измерительные приборы на их основе" (Барнаул, 1986), IV Всесоюзной конференции "Эллипсометрия - метод исследования поверхности твердых тел" (Новосибирск, 1989), Всесоюзной конференции "Оптоэлектронные информационные системы и средства" (Москва, 1990), V Всесоюзном совещании "ОСУ и измерительные приборы на их основе" (Барнаул, 1991), 5 Российской научно-практической конференции "Повышение академического уровня учебных заведений на основе новых образовательных технологий" (Екатеринбург, 1997), 6 Российской научно-практической конференции "Повышение академического уровня учебных заведений на основе новых образовательных технологий" (Екатеринбург, 1998), 1 Всероссийской научно-практической конференции "Дизайн в России: проблемы теории и практики" (Санкт-Петербург, 1998), Всероссийской научно-методической конференции "Телематика-99" (Санкт-Петербург, 1999);

- Межотраслевой научно-технической конференции "Перспективы создания оборудования для трикотажной промышленности" (Санкт-Петербург, 1992), научно-техническом семинаре "Оптико-электронные приборы в системах контроля и управления" (Москва, 1978);

научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГИТМО(ТУ) (1999, 2000);

- IV научно-технической конференции молодых специалистов, ЦКБ "Точприбор" (Новосибирск, 1982), международной конференции молодых ученых и специалистов "Оптика-99" (Санкт-Петербург, 1999).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 47 научных работ, в том числе 7 авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, библиографического списка и приложений Работа содержит 347 страниц, включая 38 таблиц, 172 рисунка; библиографический список включает в себя 391 наименование.

II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В разделе "Введение" обоснована актуальность диссертационной темы, определены область научных исследований и базовая концептуальная среда (предметная область) работы, сформулированы цель и задачи исследования, а также научные и практические результаты работы, приведены положения, выносимые на защиту.

В первой главе анализируются системные характеристики концептуальной среды (ТПТП) как объекта мониторинга, причем ТПТП рассматривается как сложная (нерефлексная) система с использованием идеологии системного анализа.

Математическая модель ТПТП представляется кортежем О = <Т, X, У, Z, F, Ь > (здесь Т - множество моментов времени, в которые наблюдается система; X, У - множество входных и выходных сигналов, соответственно; Z- множество состояний системы; Г - оператор переходов, отражающий механизм изменения состояния системы под действием внутренних и внешних возмущений; Ь - оператор выходов, описывающий механизм формирования выходного сигнала как реакции системы на внутренние и внешние возмущения), а модель ее мониторинга - обобщенной диаграммой Т хХх г У-»Е-> Я,

\ I / (1)

У/Я

где Е - множество заданных видов технического состояния системы; У/<3 - фактор-множество, образуемое в результате разбиения множества всех состояний системы У на непересекающиеся классы, причем в каждый такой класс входят состояния, обладающие некоторыми общими свойствами и находящиеся друг с другом в отношении эквивалентности. Другими словами, проблема мониторинга ТПТП рассматривается как задача распознавания образов с критериальной функцией

ша

К = Я[(У / £3)°, у°] = тахтах £ Р(У^|ур)С(Уа,.) (2)

1 ' 07<2)а уг М

П

при ресурсных ограничениях с = Здесь (У/д)° определяет

1=1

оптимальный алфавит классов, а у° - оптимальный словарь признаков.

Информативный набор диагностических признаков ТПТП определялся путем снижения размерности признакового пространства. Исходные данные для статистического анализа ТПТП представлены в виде матрицы близостей; общий объем анализируемого массива составил п—33. Для верификации получаемых результатов, а также решения вопроса о метрике построенного признакового пространства в работе параллельно использованы три алгоритма снижения его размерности - факторный анализ, экстремальная группировка признаков и неметрическое многомерное шкалирование.

П

Показано, что в структуре признаков ТПТП компактно выделяются тр* основные группы, семантически связанные с состоянием иглы и полотна, нити а также посторонних включений и загрязненности полотна. Отдельные признаки не входящие в указанные группы, отражают детерминированные воздействие обслуживающего персонала и обнаруживают наименьшую изменчивость npi смене оборудования. Конфигурация группирования отличаете.? воспроизводимостью, то есть незначительно изменяется при смене метрик! отображающего пространства. Следовательно, можно говорить of имманентности выявленной структуры признакового пространства ТПТП, г для описания этого пространства адекватной считать эвклидову метрику. Имение это имманентное группирование признаков и положено в работе в основу алфавита классов (Y/Q)° при построении системы мониторинга ТПТП (CJ/ ТПТП).

Доминирующая доля суммарной дисперсии приходится на признаки входящие в группу "игла-полотно". Эта группа носит характер нечеткой (размытого) множества, а провести ее дальнейшую факторизацию используя только формально-статистические средства, не удается Учитывая это обстоятельство, а также соотношение факторных нагрузо! построенных группирований и характер ресурсных ограничений, в структур! СМ ТПТП выделены три относительно независимые подсистемы • подсистемы контроля полотна, игл и нитей.

Правомерность такого структурирования СМ ТПТП подтверждается также проведенным в работе обзором существующих вариантов построена устройств контроля отдельных звеньев ТПТП. Обзор показал, что дл.] организации контроля полотна наиболее перспективен оптический анали: полотна как трехмерного яркостного поля, а основными проблемами здес] являются близость уровня модуляции сигнала от сравнительно мелки: дефектов и от оптической неравномерности штатной структуры трикотажа а также отсутствие ярко выраженного признака (или комплекса признаков] выделяющего дефект на фоне элементов штатной структуры полотна. Прз этом большинство серийно выпускаемых устройств контроля полотна являясь весьма дорогостоящими, не регистрирует ряд важных дефектов имеет недопустимо большой уровень ложных срабатываний, а и: использование нарушает принятый технологический процесс.

Устройства мониторинга подсистемы игл разделяются н; механические (контактные), ферромагнитные и оптические, причег последние обеспечивают наибольшее пространственное разрешение i не создают помех технологическому процессу. Однако предлагаемые н; рынке модели неприемлемы для массового использования по показателя! надежности и экономическим соображениям. Аналогичные проблем! характерны и для оптического контроля нитей.

Анализ полученного материала как предметной области позволи. организовать его в виде базы данных, инфологическая модель ] структура которой представлены в работе.

По материалам главы сформулированы конкретные задачи диссертационных исследований.

Вторая глава посвящена организации мониторинга подсистемы полотна. Трикотажное полотно с оптической точки зрения представляет собою объект с квазирегулярной (нежестко упорядоченной) структурой, характерными чертами которого является морфологическое, а следовательно, и статистическое сходство дефекта и структурообразующего элемента, а также поливариантность параметров объекта Рисунок 1

и дефекта в системе координат {х,у,г,Х,ъ}. Таким

образом, задача дефектоскопии полотна может быть сформулирована как поиск и распознавание случайных локальных неоднородностей на поле квазирегулярных оптических неоднородностей. При этом воспринимаемое наблюдателем изображение дефекта может изменять не только контраст, но и морфологию.

Поэлементный анализ всего оптического поля и выделение информации о дефектах путем статистической обработки сигнала приводят к неприемлемым для потребителя показателям стоимости и надежности таких устройств. Вариант дефектоскопии трикотажного полотна, основанный на проверке выполнения закона Бугера, малоперспективен для работы в реальном масштабе времени. Подход к проблеме автоматической дефектоскопии трикотажного полотна найден в аналогии с работой зрительного анализатора человека: показано, что для оптической обработки трикотажного полотна как текстурированной структуры целесообразно использовать информацию об объемной структуре его приповерхностного слоя.

Построено признаковое пространство, описывающее дефекты полотна, и проведена его кластеризация с помощью процедуры решета Эратосфена. Важнейшие в техническом плане дефекты полотна образуют один кластер, который характеризуется наименьшей величиной внутрикластерной дисперсии, то есть является наиболее компактным из всех кластеров признакового пространства. Ядро этого кластера - дефект типа "сброс петель одиночный" (рис. 1) - можно рассматривать как типовой дефект полотна

На основании измерения индикатрис отраженно-рассеянного излучения для различных образцов полотна и различных уровней его натяжения в дефектной и бездефектной зонах построены контрастные характеристики для всех образцов. Это позволило предложить схему (рис. 2) отражательного приемо-передающего узла

1ППУ), позволяющего уже на уровне Рисунок 2

Рисунок 3

оптического сигнала существенно уменьшить паразитную модуляцию за счет штатной структуры трикотажа и, таким образом, повысить отношение сигнал/ помеха. При этом наличие дефекта на полотне соответствует образованию на нем затененного участка, геометрическая протяженность и глубина которого больше, чем у соответствующего

формообразующего элемента полотна.

Выявлен еще один - "канальный" -механизм рассеяния излучения в полотне, связанный с распространением излучения в

толще полотна параллельно его поверхности и выходом его наружу в зоне дефекта (рис. 3). Проведено экспериментальное исследование этого механизма и соответствующих сигнальных характеристик

Показано, что вариации натяжения полотна в технологически возможных пределах в обоих вариантах ППУ изменяют отношение сигнал/помеха не более чем на 20-40% относительно штатной ситуации.

Сравнительная оценка отражательной (ОС) и канальной (КС) схем ПП^ (рис. 4) показала, что канальная схема обеспечивает более высокий уровень глубины модуляции сигнала от дефекта; в то же время канальный механизм рассеяния проявляется не на всех типах полотна. Поэтому в качестве базовой: варианта ППУ принята отражательная схема.

Экспериментально изучены характеристики пространственного спектра полотна как случайного яркостного поля. Основная пространственная гармоника полотна образуется парой "нить-промежуток" и примернс соответствует полуширине петельного столбика; во всех образцам присутствуют также гармоника, соответствующая ширине петельногс столбика, и комбинационные частоты. Несмотря на то, что внешни« поверхности всех рассмотренных образцов визуально и по структур« идентичны, а некоторые образцы совпадают и по типу переплетения, он* существенно различаются по пространственному спектру.

Полученные результаты явились основой для построение; математической модели полотна как случайного яркостного поля. Егс одномерный профиль в направлении х, перпендикулярном петельньц« столбикам, правомерно моделировать суммой ортогональных случайные процессов, соответствующих доминирующим гармоникам его спектра, с экспоненциально-косинусной автокорреляционной функцией (АКФ) видг

Р.(*) = <i е*р[-сс,|Ц]со8(швя) , (3)

a в направлении у, параллельном петельным столбикам, - случайны!* процессом с экспоненциальной АКФ вида

Р„(У) = exp(-aji/|).

(4)

з 4 кУ,м В

2 5

2 0 •

1 5

Здесь а2

ст

дисперсии

О

о,зА

0,3 1. 0,2 0,2

4

У, и В

)

'1/,м В

КС

л=о

12 16 2 0

12 16 2 0

ОС

А=0

X, мм >

КС

А=1,2 мм

г!' у

соответствующих процессов; а, , ау-показатель затухания периодической и экспоненциальной составляющих, соответственно; ©01 = 2тс/ы - частотный параметр, характеризующий

центральную частоту периодической составляющей. Дефект структуры полотна моделируется косинус-квадратным импульсом

ф(сс) = Ф0 соб'

пх|

(5)

где тх - период импульса, а Ф0 - его амплитуда. Экспериментально

установлено, что Ф0>ах1, а причем величина тх определяет не истинную длину дефекта, а удвоенную ширину его фронта.

Для оценки предельных возможностей контрольного устройства полотна (КУП) в плане организации помехоподавления и выделения полезного сигнала в работе использован однострочный алгоритм обработки сигнала, для которого получено и проанализировано аналитическое выражение для отношения сигнал/помеха на входе порогового элемента КУП:

Р =

Ф!

зт2(я:а / тх)

1-ехр(- аа1)соз(аш1) Ь'а2

(6)

Рисунок 4

ехр(-Ьос„ ) + &(*,, -1

Выбор размера а анализирующей диафрагмы в направлении сканирования определяется соотношением периода тх шпульса, моделирующего дефект, и параметров пространственной периодичности полотна Т0 = 2к/а0 и а.. При этом традиционное согласование эазмера а анализирующей диафрагмы с периодом основной пространственной

•армоники по условию апг(т/тг)= невозможно в связи со случайным

характером интервала между двумя соседними нитями, так как такое решение привело бы к сильным колебаниям отношения сигнал/шум в процессе анализа, и проводится не по первому, а по третьему корню уравнения, то есть из условия а = 8-сх/2.

Здесь размер Ъ анализирующей диафрагмы в направлении, перпендикулярном движению сканирования, выбирается максимально большим и лимитируется непостоянством угла наклона петельных столбиков относительно петельных рядов. Другими словаки, условие оптимальной пространственной фильтрации дефекта состоит в максимально возможной параллельности оси анализирующей диафрагмы и направления петельногс столбика в течение полного оборота .трубки полотна. Во всех известных, в том числе зарубежных, моделях КУП проблема текущего поворота направления петельного столбика относительно вертикального сечения оболочки полотна игнорируется, а решение ее заменяется требованием безусловной цилиндричности оболочки.

Рассматривая трубку полотна как асимметричную оболочку сложной пространственной формы, в работе удалось описать круговую зависимость угла отклонения петельных столбиков от вертикали в аналитической форме (при отсутствии пространственного ширителя) и в виде семейства кривых - при введении ширителя (рис. 5). Установлено, что на всех возможных уровнях установки КУП направляющий вектор петельного столбика изменяет свое направление в течение оборота трубки полотна во всех трех координатных плоскостях. Выявлена • высокая чувствительность КУП к вертикальным смещениям приемно-передающего узла относительно поверхности полотна,• и показана необходимость фиксации положения приемно-

передающего узла

относительно пойерхности вращающегося полотна в течение всего времени анализа.

Проведенные исследования позволили обосновать построение оптической системы

контрольного устройства полотна (КУП) без применения приемного объектива. При этом появляется возможность уменьшить габаритные и 16 , .

стоимостные показатели КУП, а также разместить приемно-передающий узел в непосредственном контакте с полотном, что облегчает организацию работы КУП в условиях динамических помех. Кроме того, разработана конструкция следящей подвески с тремя степенями свободы, обеспечивающая параллельность анализирующей диафрагмы и направляющего вектора вертикального сечения оболочки в точке контакта КУП с полотном. Показано, что условием ее применимости является выпуклая форма сечения оболочки полотна на уровне установки КУП, что удовлетворяется на большинстве типов кругловязального оборудования без каких-либо конструктивных переделок. При этом амплитуда остаточной угловой ошибки установки диафрагмы относительно петельного столбика может быть доведена до ± 5°, что повышает возможную длину анализирующей диафрагмы до 30 мм.

В третьей главе рассматриваются проблемы, связанные с организацией мониторинга подсистемы игл. Показано, что подмножество входных воздействий на контрольное устройство игл (КУИ) правомерно характеризовать -двумя векторами, которые описывают мгновенное положение некоторых точек, геометрически связанных с крючком и язычком иглы, соответственно. .При этом положение крючка иглы в статике задается достаточно жестко; в то же время мгновенное статическое положение язычка иглы является в большой степени случайным

Специфика ТПТП - работа в условиях ударных возбуждений игл.. В результате наиболее массовым видом повреждений игл на кругловязальных машинах являются полом и отгиб крючка; при этом выявленные типы дефектов крючка соответствуют развитию его деформации вплоть до облома (рис. 6). На втором месте стоит отгиб язычка. Выделение дефектных игл осложняется за счет динамических возмущений как регулярного, так и случайного характера, возбуждающих весь спектр резонансных частот иглы.

: Множество воздействий внешней среды на КУИ является многофакторным и слабоформализуемым. В рамках работы его анализ был ограничен только теми аспектами, которые связаны с возможностями построения фотоэлектрических КУИ. Это, в первую очередь - оптические характеристики сигнально-помеховой ситуации при контроле игл на работающей машине. Показано, что смена технологического оборудования не сводится к пропорциональному изменению размеров возможной зоны установки КУИ, а существенно изменяет

конфигурацию этой зоны. Более того, даже в пределах одной машины характеристики фона при контроле игл являются нестационарными 'пыль, пух, масляные пятна и т.д.).

Гг^ г-1 Р п

\ ч! и \ 1 - а У э

ш

I

/р1-

Рисупок 6

Формирование признакового пространства для контроля текущего состояния игл проведено на базе экспериментальных исследований фотометрических характеристик элементов игл. Методика исследований моделировала условия эксплуатации КУИ. Исследования проводились по различным выборкам игл. Полученные зависимости показывают, что:

- для контролируемых элементов игл в отраженном излучении преобладает зеркальная компонента;

- колебания величины потока, отраженного от крючка и язычка, при переходе с иглы на иглу случайны и достаточно велики (до 70%);

- помеха от рассеивающего фона носит аддитивный характер;

- с помощью пространственной селекции возможен подъем глубины модуляции сигнала от элементов иглы, а также диагностика отогнутого язычка;

- правомерно моделировать крючок иглы зеркально отражающей сферой, а язычок иглы - зеркально отражающим цилиндром.

Для контроля элементов иглы допустимый уровень ложных срабатываний КУИ составляет Рет < 5 "10, а допустимый уровень правильного обнаружения Р^— 0,8 - 0,9, то есть требуемая величина параметра обнаружения составляет q = 13 -19. При этом преобладающими видами помех в КУИ являются флуктуационные шумы приемно-усилительного тракта, а также отражения рабочего излучения сифоновой поверхности; мешающим фактором является неопределенность положения элементов иглы в момент их контроля.

Разработана схема приемно-передающего узла и тракта обработки сигнала для устройства контроля крючков игл; получены соотношения для оценки взаимосвязи между основными параметрами учтройства, обеспечивающими максимально высокий уровень и минимальную девиацию полезного сигнала во всем диапазоне возможных положений крючка.

Сигнально-помеховая ситуация в случае контроля язычков игл (рис. 7) значительно сложнее, чем при контроле крючков, так как область возможных положений для язычка гораздо больше, чем для крючка, а вся игла в момент контроля язычка находится внутри игольного паза. В этом случае целесообразно использовать освещение

параллельным пучком малого 18

Рисунок 7

диаметра или узким гомоцентричным пучком с центром в точке наиболее вероятного положения язычка, а при аберрационном расчете оптической системы необходимо учитывать как один из компонентов поверхность язычка. Кроме того, выявлена возможность контроля оптическими средствами не только поломки, но и отгиба язычка, что весьма существенно с экономической точки зрения. С этой целью должна использоваться оценка временного положения язычка иглы относительно ее же крючка.

В четвертой главе рассмотрены вопросы мониторинга нитеподачи в ТПТП. Обрывность нити для ТПТП является наследуемым дефектом; кроме того, как показано в работе, ее вклад в суммарную дисперсию ТПТП минимален по сравнению с другими факторами. Поэтому решение проблемы обрывности нити в полном объеме должно проводиться с использованием идеологии Парето-оптимизации и с учетом полного набора ресурсных ограничений, что выходит за рамки заявленной в работе ориентации на техногенную среду. Здесь оказалось целесообразным ограничиться оценкой принципиальных возможностей организации контроля дефектов нитеподачи оптическими средствами.

Проведенные экспериментальные исследования различных образцов нитей позволили оценить ожидаемый уровень сигнала и параметры объекта в нитенаблюдателе (оптическая плотность, максимальный диаметр и линейная скорость нити) и свести оптический контроль нити в процессе вязания к допусковому контролю величины проходящего через пряжу потока излучения.

Одна из основных проблем при построении КУН - снижение паразитной модуляции выходного сигнала за счет поперечных смещений нити при ее технологических вибрациях. С этой целью предложено использовать многократное прохождение пучка излучения через зону, содержащую нить.

В устройстве (рис. 8) этот принцип реализуется с помощью отражателя из двух плоских зеркал, расположенных одно относительно другого под углом, обеспечивающим многократное переотражение введенного в него излучения. Угловой базис устройства с учетом оправ оптических элементов обеспечивает достаточно большие величины коэффициента использования излучения, а также зоны возможных положений нити.

При замене одного из зеркал на :ферическое (рис. 9) появляется возможность преобразовать расходящийся пучок на выходе зветодиода в сходящийся пучок на выходе }эотоприемника без применения дополнительной силовой (линзовой) оптики. £отя пучок излучения на выходе теряет свою ■омоцентричность, схема реализует товышенный коэффициент использования 1злучения светодиода без виньетирования

Рисунок 9

фотоприемником, а также малокритична к ошибке углового базиса.

В схеме с использованием двух соосных сферических зеркал (рис. 10) размер пространственной зоны равномерной чувствительности может изменяться путем подбора радиусов И размеров зеркал.

Экспериментальные исследования разработанных устройств контроля нитей показали, что все предложенные схемы обеспечивают уверенное различение характерных состояний нити на фоне паразитной модуляции, связанной с вариациями параметров нити е каждом состоянии. Выбор конкретной схемы определяется, в первую очередь, экономической ситуацией на рынке.

Для основовязального производства одновременный контроль всех перерабатываемых нитей удается организовать с помощью одной пары "излучатель - приемник". Разработанная схема обеспечивает эффективную защиту от большинства имеющихся е трикотажном производстве типов промышленных помехи и успешнс эксплуатируется в промышленных условиях.

В пятой главе рассматриваются общесистемные аспекты мониторинга ТПТП как базовой концептуальной среды. Попытки объединения отдельных контрольных устройств в единую систему мониторинга (СМ) ТПТП на сегодняшний день немногочисленны, проводятся в небольших объемах и на механическом уровне, то есть не обеспечивается сшивание критериальных функций отдельных КУ; в лучшем случае между критериями организуется параметрическая связь, не поддерживаемая аппаратурно.

Непосредственный поиск управляющего сигнала теМ, минимизирующего глобальную целевую функцию СМ

то есть попытка решения глобальной задачи СМ ТПТП бе:

разделения ее на подзадачи, оказывается неэффективной как в теоретическое плане, так и с точки зрения программно-аппаратного обеспечения. Более реалистично иерархическое построение СМ ТПТП как двухуровневой системь управления (рис. 12), описываемой отображениями Р: М х 17—> У для процессг в целом, С: М х 17—> V для его глобальной целевой функции и Р:. Mi х 17-> У для его подпроцессов. Здесь М - множество управляющих сигналов < 20

н

Рисунок 10

1;. С. 1 С,

т А '_____ т,1 ?

р

Рисунок 11

подмножествами МУ -выходной объект системы, множество и отражает взаимодействие подпроцессов, а множество V имеет смысл оценочного объекта ТПТП.

Формализация глобальной целевой функции ТПТП наталкивается на принципиальные трудности, так как качество конечной продукции здесь задается не только в технических, но и в

когнитивно-эстетических категориях. Наиболее эффективным в таких ситуациях становится использование, наряду с формализованными представлениями, интуиции и опыта специалистов (ЛПР), которые являются носителями целостного восприятия, отражаемого в индивидуальных системах ценностных ориентаций и предпочтений.

Показано, что СМ ТПТП целесообразно строить как двухуровневую иерархическую систему с использованием принципов координации и с включением ЛПР; при этом необходимо, во-первых, определить стратегию координации, во-вторых, организовать признаковое пространство, обеспечивающее реализацию глобальной и локальных задач СМ в необходимых точностных пределах, и, в-третьих, определить, а также программно и аппаратно поддержать оптимальную функцию ЛПР в составе СМ.

Определена возможная для СМ ТПТП стратегия координации как координация с использованием прогнозирования взаимодействия и модификации целей, формализуемая следующим образом: если для двухуровневой системы заданы два множества А и В такие, что А = К (М), где отображение К: М-> II описывает взаимодействие подпроцессов, а каждое (3 с В определяет локальные целевые функции д1< г < п, то для каждого координирующего сигнала у = (а, Р) из Г = А х В г-я локальная задача состоит в максимизации дф (т^, а) на множестве то есть нахождении такого значения т], что

д,р(т,г) = 5,,р(тп. .а) ■

(7)

При этом в фиксированной паре у = (а, Р) из А х В прогноз а" считается

правильным, если а = К (тт), где тт = т[х...х'т!п.

Показано, что используемые в работе базовые признаки отдельных КУ для всех разработанных локальных управляющих элементов удовлетворяют условию монотонности

д(т)<д(т') при д.(т)<д (т'), 1 <, г й п, т с: М, т'а М (8)

зо всей номенклатуре технологически наиболее важных дефектов, то

есть обеспечивают отчетливую кластеризацию как пространства экзогенны. переменных (признаков), так и пространства эндогенных переменны: (целевых функций), а также возможность построения графа соответствш между кластерами обоих пространств и, следовательно, применимост] выбранной стратегии координации для построения СМ ТПТП. С другое стороны, сравнительно низкая эффективность известных технически: решений КУП во многом может быть также объяснена структурой и: признакового пространства, не соответствующей условию (8).

Монотонность построенного в работе признакового пространств; позволяет при организации связи между локальными и глобальной функциям: качества обойтись без их формализации, используя процедуру обучения : включив ЛПР непосредственно в процесс контроля на уровне координатор; При этом задача координатора по сравнению с традиционными алгоритмам существенно упрощается, ограничиваясь только фиксацией отсутстви дефектов полотна, вырабатываемого за время обучения.

Предложенная и эмпирически обоснованная в работе структур организации пространства экзогенных и эндогенных переменных позволяв конкретизировать стратегию координации (7) применительно к СМ ТПТ] выражениями

а=К(т(ос,Р)); р=т,(т(а,р)), (9)

где tj есть отображение tj: М В, и записать уравнения координации линейном виде:

а = К(тг), (10)

Р = ¿{д'(тг)т; -g'iM(™,г,Щт'))т;], (11)

¡=1

где д (mt)mi и д'ш (mj ,К(т7))т{ - производные Фреше от функций д и

по т. в точке т7, соответственно.

Показана принципиальная возможность решения проблем: формирования СМ ТПТП из отдельных КУ в виде рекуррентной процедур обучения. Алгоритм обучения, то есть определения оптимального вектор с = с0, должен позволять по наблюдаемым значениям вектора признаке распознаваемого объекта х = {а^, ..., xw} на каждом n-ном шаге определят оценку неизвестного вектора параметров c[n] = {с1; ..., ск};

Перевод общих уравнений координации в технологически реализуему: процедуру базируется на экстремизации кажущейся глобальной целевс функции и организации итеративной процедуры, в которой участвуют ке локальные решающие системы, так и координатор. С использование стратегии самоотображения построены в общем виде и описаны чере технологически достижимые переменные уравнения сходящегос итерационного процесса

(оЛ)' = (са.) + ц [С,- сгп (т(аД))]; (12)

С/ = С,4а1[а- К(т (аД))], (13)

где С; - абсолютное значение уровня ограничения г-го КУ, а/ - дисперс* 22

¡-го подпроцесса ТПТП, а X, ц- положительные числа. Разработана пошаговая процедура обучения для производственных условий.

Сложности на пути технологической реализации процедуры обучения з СМ ТПТП создает статистический характер ТПТП, причем определяющим параметром здесь становится длина обучающей последовательности. Показано, сто величина траекторных потерь, задающая предельно возможную длину эбучающей последовательности Тдаф, определяется средней плотностью потока дефектов и при работе оборудования в штатном режиме является наименее лимитирующим фактором.

Терминальные потери отражают неточность установки уровня эграничения, который определяется как абсолютный максимум отрезка эеализации фотоэлектрического сигнала за время обучения Тоб. Путем математического моделирования построены распределения максимумов :оответствующих сигналов для характерных типов переплетений и исследовано их поведение в области абсолютных максимумов. Это юзволило получить единые для всех подсистем СМ ТПТП и всех типов юлотна значения времени обучения То6 =1 мин и порога срабатывания

ип = sup {S(t); 0 < t < TJ + Др, где Др / sup ft(t); 0 < t < TJ = 0,1.

Построенная организация итеративной процедуры обучения компонентов ИМ ТПТП реализует близкие к предельным характеристики обнаружения при :равнительно небольших значениях отношений сигнал/шум.

Наиболее существенными группами промышленных помех для КУ ГПТП являются электромагнитные и оптические помехи. Разработанные :хемные и конструктивные решения приборов обеспечивают эффективную ¡ащиту от всех рассмотренных типов промышленных помех, что юдтверждается опытом эксплуатации приборов на действующих •рикотажных фабриках.

Выделены два аспекта показателей эффективности СМ ТПТП -1декватность предложенного алгоритмического, математического и физического описаний системы в целом и отдельных процессов в ней, а •акже возможность использования полученных результатов [епосредственно в ТПТП.

В качестве показателя адекватности разработанных для СМ ТПТП :астных критериев и критериальной свертки в целом правомерно [спользовать их устойчивость к вариациям статистических характеристик :онтролируемых объектов. Показано, что принятая в СМ ТПТП ;ритериальная свертка обнаруживает достаточную устойчивость к ариациям статистики контролируемых объектов и обеспечивает, в отличие т аналогов, автоматическое поддержание координации критериев тдельных подсистем при смене объекта (например, артикула ерерабатываемого полотна или пряжи) в пределах и с точностью, пределяемых ходом процедуры обучения.

Результаты натурных испытаний экспериментальных образцов КУП КУИ в сравнении с лучшими зарубежными аналогами демонстрируют

Рисунок 12

целый ряд преимуществ разработанных приборов, которые, главным образом связаны с более адекватной структурной и алгоритмической организацие! СМ ТПТП и отдельных ее подсистем.

За период 1996-97 гг. контрольными устройствами, входящими I номенклатуру СМ ТПТП, был на коммерческой основе укомплектова] действующий парк кругловязального оборудования на трех ведущи: трикотажных производствах г. Санкт-Петербурга.

В шестой главе рассмотрены примеры распространения разработанных в работе принципов мониторинга технологических процессов на другие концептуальные среды. Одной из таких сред является технологический процесс допечатной

подготовки полиграфических изданий на настольно-издательских системах

(ТПНИС), который рассматривается как концептуальная среда со слаб формализуемыми критериями: участники ТПНИС совмещают функци оператора и ЛПР; оценочный объект Ук = Ут х Уэ задается одновременно технологических (Ут) и когнитивно-эстетических (Уд) категориях; для ТПНИ1 характерна сетевая топология с вариабельной структурной организацией.

Анализ причинно-следственных связей, характерных для ТПНИС, позволи свернуть многомерное и нечеткое множество признаков Ут в одномерно! задаваемое в номинальной шкале и характеризуемое критерием обратимост ТПНИС на любой его стадии. Такая свертка Ут не только адекватна с точк зрения качества конечного продукта, но и повышает эффективность работ исполнителей, расширяя их возможности как ЛПР.

Для структурной декомпозиции ТПНИС разработана методик итеративного структурирования процесса Р на подзадачи Р>, выполняемы отдельными участниками (рис. 12), в соответствии с которой:

V р"«' г- р

- исходное разбиение задается координатором, причем ¿-I • •;

- 8-ый участник изменяет множество Р< в диапазоне 0 с Р, с Р ;

р

____г___,__________________________,.. • — ;

- множества Р и Р рассматриваются как нечеткие; П^.*" Ф О

- ситуация

отражает наличие конкуренции среди исполнителе

Кроме того, алгоритмизирована технологическая реализация итеративной процедуры координации для ТПНИС.

Описанная структура управления ТПНИС обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с традиционным ТПНИС с прямым управлением. Итеративная организация ТПНИС с участием заказчика позволяет получить продукт, соответствующий не только исходным требованиям заказчика, как традиционный ТП, но и динамике их изменений в процессе работы. Упрощается и алгоритмизируется удовлетворение когнитивно-эстетических требований заказчика без их формализации. Практически все контрольные операции в рассматриваемом ТПНИС осуществляются обезличенно, причем эольшинство из них реализуется программно и, следовательно, свободно от субъективизма контролера. Эти обстоятельства снимают с повестки дня проблемы взаимных претензий участников процесса и обеспечивают :амоадаптацию процесса к текущим изменениям их мотивации, чего весьма трудно добиться в ТПНИС с прямым управлением.

Процедура мониторинга ТПНИС, построенного с использованием принципов координации, оказывается встроенной в сам ТП и, за исключением звена Ст' (рис. 14), присутствующего и в традиционном ТП, *е требует введения в него дополнительных контрольных операций или датчиков. И наконец, существенным преимуществом описанной организации ТПНИС и его мониторинга является улучшенная, по ¡равнению с традиционным ТП, структура мотивации участников, а также 5олее быстрое, по сравнению с традиционными методиками, профессиональное обучение и самообучение.

В качестве другого примера в работе рассмотрен ТП создания >лектронного учебного пособия (ЭУ) на базе сетевых ресурсов. Здесь зсобую важность приобретает выбор базового программного средства (ПС).

Признаковое пространство описывающее различные ПС для ЭУ, зассматривается как многомерное (размерности ЛГ) и одноуровневое. 3азмерность I. и номенклатура признаков г=1, _., I, признаковых фостранств V/. для каждого }-го ПС задаются экспертным путем. Эчевидно, что

V? = ...и ... и ¿=1,..., I. (14)

В то же время в общем случае признаковые пространства для сдельных ПС могут не совпадать, то есть N > I; достаточным является ■олько выполнение условия

... о 0, ;=1,„, I. (15)

Такая организация признакового пространства повышает адаптивность 1азработанной методики, одновременно существенно упрощая работу кспертов.

Обосновано использование факторного анализа в качестве базового гетода снижения размерности признакового пространства. При этом :зучение расположения точек-признаков в сочетании с их содержательной :нтерпретацией дает возможность установить количество факторов, беспечивающее семантически адекватное и конфигурационно

воспроизводимое группирование, а также относительную значимост] факторов. Ранжирование полученных группирований, производимое < помощью метода анализа иерархий, позволяет произвести объективно! сравнение вариантов ПС на основе вычисления вектора глобальны: приоритетов.

В разделе "Выводы" на основе сводок результатов по глава» сформулированы основные научные и практические результаты работа:

III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе проведено комплексное - на уровн! концептуальных основ, методологического и алгоритмическоп обеспечения - решение проблемы алгоритмизации мониторинг; технологических процессов со слабо формализуемыми критериями н; основе системного анализа применительно к ТПТП как базово] концептуальной среде.

1. Рассмотрены основные тенденции в организации контроля ) мониторинга технологических процессов. Обоснована возможность : необходимость организации мониторинга технологическх процессов с слабо формализуемыми критериями в классе малых систем.

2. Сформулированы принципы построения системы мониторинг, технологического процесса как концептуальной среды со слаб формализуемыми критериями. На этой основе разработаны методик выделения базовых для подсистем концептуальной среды признако! обеспечивающих применимость выбраной стратегии координации систем! мониторинга в целом.

3. Сформулированы принципы организации критериальног пространства для концептуальных сред со слабо формализуемым критериями. На этой основе разработан и алгоритмизован единый дл всех подсистем концептуальной среды комплекс методик организаци итеративной процедуры обучения, реализующий близкие к предельны: характеристики обнаружения при сравнительно небольших значения отношения сигнал/помеха и обеспечивающий, в отличие от аналого! автоматическое поддержание координации критериев отдельны подсистем при изменении характеристик концептуальной среды.

4. Обоснована применимость математико-статистических методо снижения размерности признакового пространства в качеств методологической основы для структурирования концептуальной сред! На этой базе разработана методика организации признакового пространств и построения рабочего алфавита классов для конкретног технологического процесса.

5. Проведены исследования оптико-физических свойств звенье технологического процесса как подсистем концептуальной среды. П результатам исследований предложен комплекс алгоритме функционирования и расчета параметров контрольных устройст] позволяющих уже на уровне оптического сигнала увеличить отношен!' 26

гнал/помеха, а также расширить зону контроля без конструктивных менений основного оборудования.

6. Показано, что в качестве показателя адекватности системы шиторинга концептуальной среды правомерно использовать ее тойчивость к вариациям статистических характеристик концептуальной еды. Достоверность полученных в работе результатов подтверждена >и апробации в производственных условиях комплекса оптико-электронной ларатуры для мониторинга ТПТП, продемонстрировавшего повышенные, сравнению с аналогами, технические и производственные характеристики.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Артемьев В.В., Булыгин Л.А., Гусарова Н.Ф. К вопросу о компенсации [зкочастотных помех в фотоэлектрических системах контроля скоростей

Оптико-электронные приборы в системах контроля и управления: атериалы семинара. - М.: МДНТП, 1978. - С. 143-147.

2. Гусарова Н.Ф. К вопросу о построении имитаторов подстилающей |Верхности // Вопросы исследования и разработки точных систем >иборостроения. Труды ЛИТМО. - JL: ЛИТМО, 1979. - С. 20-23.

3. Булыгин ЛА., Гусарова Н.Ф. Низкочастотный генератор тока треугольной )рмы // Приборы и техника эксперимента, 1980, № 5. - С 121-122.

4. Гусарова Н.Ф. К определению геометрического положения растра телевизионных измерительных системах // Известия ВУЗов СССР, эиборостроение, т. XXIII, 1980, №12, с. 79-82.

5. Гусарова Н.Ф., Сухопаров С.А. Оптико-телевизионный датчик оростей // Известия ВУЗов СССР. Приборостроение, т. XXIII, 1980, ! 7, с. 76-78.

6. АС №176361 (СССР). Спецтема / Гусарова Н.Ф., Сухопаров С_А., гдотов Н.В., Дубиновский А.М Зарег. в Госреестре СССР 02.08.82

7. Артемьев В.В., Гусарова Н.Ф., Приходько В.П. Компенсация [зкочастотных помех в оптико-телевизионных системах контроля раметров движения оптически неоднородных полей // Тез. докл. IV ■т. конф. молодых специалистов, ЦКБ "Точприбор". - Новосибирск: 1982.

8. Артемьев В.В., Гусарова Н.Ф., Приходько В.П. К вопросу о мехозащищенности оптико-телевизионных систем контроля параметров ижения // Измерение и контроль при автоматизации производственных оцессов: Материалы Всесоюзной конференции, 4.1. - Барнаул: 1982. - С 317.

9. Артемьев В.В., Гусарова Н.Ф. Фотоэлектрические системы контроля эростей с использованием суммарно-разностной обработки // ОСУ и изме-тельные приборы на их основе: Тез. докл. II Всес. совещ. Ч. .2. - Барнаул, 1984.

10. Артемьев В.В., Гусарова Н.Ф. Особенности построения :вариантных координатно-чувствительных ОЭП // Координатно-вствительные фотоприемники и оптико-электронные приборы на их нове: Тез. докл. III Всесоюзного совещания. - Барнаул: 1985.

11. Гусарова Н.Ф., Демин A.B., Приходько В.П. Повышение уровня аптации ОПК в реальном масштабе времени с помощью координатно-

чувствительных фотоприемников // Координатно-чувствительныс фотоприемники и оптико-электронные устройства на их основе: Тез. докл III Всесоюзного совещания. -Барнаул: 1985.

12. АС № 1262384 (СССР). Устройство для измерения скорости движения протяженного объекта / Артемьев В.В., Гусарова Н.Ф. Зарег. i Госреестре СССР 08.06.86.

13. Гусарова Н.Ф., Полыциков Г.В. Сканируемый по цветности источнш излучения с автокалибровкой // Оптические сканирующие устройства i измерительные приборы на их основе: Тез. докл. III Всесоюзного совещания - Барнаул: 1986.

14. Гусарова Н.Ф., Полыциков ГВ. Применение модуляторов в качеств! исполнительных элементов светофильтров перестраиваемой цветности /, Оптические сканирующие устройства и измерительные приборы на их основе Тез. докл. III Всесоюзного совещания. - Барнаул: 1986.

15. Гусарова Н.Ф., Демин A.B., Полыциков Г.В. Имитатор визуально! обстановки с переменным контрастом // Известия ВУЗов СССР Приборостроение, т. XXX, №1, 1987, с. 86-89.

' 16. Гусарова Н.Ф, Полыциков Г.В. Светофильтр с плавным изменению цветности // Изв. ВУЗов СССР. Приборостроение, т. XXX, № 8, 1987, с. 76-8(

17. Артемьев В.В., Гусарова Н.Ф. Фотоэлектрические системы дл; стабилизации изображения. Уч. пособие - Л.: ЛИТМО, 1987. - 156 с.

18. Гусарова Н.Ф., Джаманбаев А А., Полыциков Г.В. Информационна; избыточность как метод повышения точности определения оптически: параметров материалов // Эллипсометрия - метод исследовани. поверхности твердых тел: Материалы IV Всесоюзной конференции, С( АН СССР. - Новосибирск: 1989.

19. Гусарова Н.Ф. К вопросу о возможности оптимизации спектральны: характеристик оптоэлектронных измерительных систем / Оптоэлектронные информационные системы и средства: Материал! Всесоюзной конференции. -Москва: 1990.

20. Гусарова Н.Ф., Полыциков Г.В. Повышение цветового контраст при наблюдении объектов с помощью светофильтров с перестраиваемо цветностью // Оптико-механическая промышленность, 1990, Ks 1, с. 12-1!

21. АС № 1610466 (СССР). Устройство для наблюдения цветоконтрастны объектов / Гусарова Н.Ф., Пальщиков ГВ. - Зарег. в Госреестре СССР 01.08.91

22. Гусарова Н.Ф., Полыциков Г.В. Оптико-электронная дефектоскопи. рассеивающих объектов с квазирегулярной пространственной структуро // Оптико-электронные методы и средства в контрольно-измерительно технике: Материалы семинара. - М.: МДНТП, 1991. - С. 73-76.

23. Гусарова Н.Ф., Гусаров С.Ф. Особенности организации оптическог сканирования малоконтрастных яркостных полей с объемной структуро // ОСУ и измерительные приборы на их основе: Тез. докл. V Всесоюзног совещания. Ч. 1- Барнаул: 1991. - С. 53.

24. Гусарова Н.Ф., Гусаров С.Ф., Петров И.В. Оптическо пространственное умножение как метод повышения надежности контрол 28

объектов // ОСУ и измерительные приборы на их основе: Тез. докл. V Всесоюзного совещания. Ч. 2. - Барнаул: 1991. - С. 125.

25. Гусарова Н.Ф., Гусаров С.Ф., Павлов A.B. Повышение надежности оптического контроля игл в трикотажном производстве // ОСУ и измерительные приборы на их основе: Тез. докл. V Всесоюзного совещания. Ч 2. - Барнаул: 1991. - С. 123.

26. АС № 1689460 (СССР). Устройство контроля дефектов трикотажного полотна / Гусарова Н.Ф., Полыциков Г.В., Минц М.Л., Молчанов К.И. - Зарег. в Госреестре СССР 08.07.91

27. АС № 1687674 (СССР). Устройство для контроля параллельно эасположенных нитей основы / Гусарова Н.Ф., Полыциков Г.В., Джанкезов К.З., Шергин Ю.С., Литйчевский В.М. - Зарег. в Госреестре СССР 01.07.91.

28. Гусарова Н.Ф. О внедрении оптико-электронного прибора ДСВ-30 з;ля кругловязальных машин // Перспективы создания оборудования для трикотажной промышленности: Тез. докл. н.-тех. конф. - СПб:'1992. - С. 59.

29.' АС № 1744448 AI (СССР). Устройство для контроля поперечных размеров движущейся нити / Гусарова Н.Ф., Полыциков Г.В., Гусаров 1Ф., Павлов A.B., Петров И.В. - Зарег. в Госреестре СССР 01.03.92.

30. Гусарова Н.Ф., Горелик СЛ., Тихомиров A.C. Экспериментальное 1сследование характеристик рассеяния трикотажного полотна // Опт. журн., .994, № 9, с. 55-59.

31. Гусарова Н.Ф., Тихомиров АС. Исследование оптических характеристик рикотажного полотна как объекта технологического контроля // Прикладная >птика-94: Материалы междунар. симп. - СПб: СПбГИТМО(ТУ), 1995. - С. 26.

32. Гусарова Н.Ф., Горелик СЛ., Тихомиров A.C. Оптимизация датчика юрвичного сигнала при оптической дефектоскопии трикотажного полотна '/ Оптический журнал, 1995, № 1, с. 35-39.

33. Береснев А.Д., Гусарова Н.Ф. Структурирование признакового фостранства при построении оптических и оптико-электронных систем •ехнической диагностики / Оптико-электронные приборы и системы. Сб. ;аучн. статей. Вып. 97. - СПб: ИТМО, 1997. - с. 99-106

34. Бобракова А.Б., Гусарова Н.Ф., Дроздов Ю.В. Индивидуализированная [одготовка специалиста в среде профессионального обучения/Повышение кадемического уровня учебных заведений на основе новых образовательных ехнологий. Рос. научно-практ. конфер. 24-28.11.97. Тез. докл. 4.3. - Екатеринбург: ТПУ, 1998. - С. 8

35. Бобракова А.Б., Гусарова Н.Ф., Дроздов Ю.В. Моделирование оциальной ситуации в производственно-образовательном процессе/ 1овышение академического уровня учебных заведений на основе новых бразовательных технологий. Рос. научно-практ. конфер. 24-28.11.97. Тез. окл. Ч.З. - Екатеринбург: УГПУ, 1998. - С. 10

36. Горлушкина H.H., Гусарова Н.Ф., Ищенко А.П., Потеев М.И. Об пыте подготовки инженеров-педагогов по специализации "Компьютерные ехнологии/Повышение академического уровня учебных заведений на

снове новых образовательных технологий. 6 Рос. научно-практ. конфер.

7-10.11.98. Тез. докл. - Екатеринбург: УГПУ, 1998. - С. 61

37. Гусарова Н.Ф., Дроздов ЮБ. Интеллектуальные технологии в подготовке менеджера проекта / Высокие интеллектуальные технологии образования и науки V междунар. научно-метод. конф. 30-31.01.98. - СПб: СПбГТУ, 1998. - С. 31

38. Гусарова Н.Ф. Системные принципы организации образовательного пространства в подготовке дизайнеров / Дизайн в России: проблемы теории и практики. I Всерос. научно-пракг. конф. 9-10.12.98. Тез. докл.- СПб: СПбГУТД, 1998. - с. 52

39. Гусарова Н.Ф., Повышев В.В. Мониторинг психологического состояния студенческой группы как инструмент в работе куратора / Высокие интеллектуальные технологии образования и науки. V междунар. научно-метод. конф. 29-30.01.99. - СПб: СПбГТУ, 1999. - с. 207

40. Гусарова Н.Ф. Системные принципы организации образовательного пространства в подготовке инженеров-педагогов / XXX научно-техн. конф. ППС СПбГИТМО(ТУ). 25-28.0159. - СПб: СП6ПГГМО(ТУ), 1999. - с.127

41. Гусарова Н.Ф., Скоробогатов A.C. Системный анализ программных средств для создания электронного учебника / Телематика - 99. Тез. докл. Всерос. научно-метод. конф. - С.-Петербург, 7-10.06.99

42. Гусарова Н.Ф., Ищенко А.П. Визуализация информативов лекции / Оптика-99. Международная конференция молодых ученых и специалистов. 19-21.10.99. - СПб: СПбГИТМО(ТУ), 1999. - с. 204-205

43. Аверина В.А., Гусарова Н.Ф. Управление профессиональным обученибем на базе технологического процесса / Инновации в профессиональном и профессионально-педагогическом образовании: Тез. докл. 7 Рос. науч.-практ. конф. - Екатеринбург: УГППУ, 1999. - С. 115-116

44. Гусарова Н.Ф., Скоробогатов A.C. Программные средства для электронного учебника: системный анализ / Труды молодых ученых к специалистов СПбГИТМО(ТУ). Вып. 1. - СПб: СПбГИТМО(ТУ), 2000. - а 204-209

45. Гусарова Н.Ф. Использование структурно-мотивационных принципов е организации профессионального обучения / XXXI научно-техн. конф. проф.-преп. состава СПбГИТМО(ТУ). 25-28.01.2000. - СПб: СПбГИТМО(ТУ), 2000.

46. Gusarova Ní\, Gorelick S.Y, Tichomirav AS. Experimental study of the optical characteristics of knitted fabric // J. of opt techn., 1994, 61(9), pp. 686-690

47. Gusarova NT., Gorelick S.Y., Tichomirov AS. Optimizing the primary-signal sensor used for optically detecting defects in knitted fabric//J. of opt. techn. 1994, 61(1), pp. 26-29.