автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Автоматизация процессов диагностики неисправностей и прогноза остаточного ресурса узлов автомобилей

Г ,)

п - Г"".

а !• - ■

На правах рукописи

ИСАИД Мухаинад Джампль Махмуд

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ДИАГНОСТИКИ НЕИСПРАВНОСТЕЙ И ПРОГНОЗА ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА УЗЛОВ АВТОМОБИЛЯ

Специальность: 05.13.16 -Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград 1998

Работа выполнена на кафедре "Системы автоматизированного проектирования и поискового конструирования" Волгоградской государственного технического университета.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Камаев В. А.

Научные консультанты: доктор технических наук, профессор Дворянкин А. М.

кандидат технических наук, доцент Зотов Н. М.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Андрейчиков А. В.

доктор технических наук, профессор.член корреспондент академии транспорта РФ Ревин А. А.

Ведущее предприятие: ОАО "Волгоград-Лада"

Защита диссертации состоится "29" сентября 1998 года в "Ю.(№ часов на заседании диссертационного совета К 063.76.05 ВАК РФ пр Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400066, г. Волгоград, проспект В. И. Ленина. 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградског государственного технического университета.

Автореферат разослан "_" августа 1998 года.

Ученый секретарь диссертационного совет а

Водопьянов В. И

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Применение новых информационных технологий при решении задач автомобильного транспорта является одним из существенных этапов ускорения научно-технического прогресса. Главной характеристикой современного этапа информатизации является внедрение вычислительной техники нового поколения (персональных компьютеров) и соответствуюшего программного обеспечения. В частности, обеспечение безопасности движения автомобиля и сохранение экологически чистой окружающей среды являются двумя важными требованиями, предъявляемыми к автомобилю. Чтобы удо&зетворить этим требованиям необходимо содержать автомобиль в исправном техническом состоянии. Для этого необходимо проводить диагностику неисправностей узлов автомобиля. Однако, проведение диагностики по известным методикам даже с помощью диагностических средств (приборов) требует значительных материальных средств и специалистов высокой квалификации, а прогнозирование известными способами практически невозможно. Таким образом, актуальными являются задача автоматизации как процесса диагностики неисправностей систем (узлов) автомобиля с последующей выдачей соответствующего заключения, так и прогнозирования остаточного ресурса отдельных узлов автомобиля и их сопряжений.

Цель работы. Целью диссертационной работы является автоматизация процессов диагностики неисправностей и прогноза остатОшых ресурсов узлов автомобиля в виде построения экспертной системы, позволяющей: -проводить диагностику неисправностей узлов автомобиля; -определять способы устранения неисправностей;

-вырабатывать рекомендации по техническому обслуживанию н ремонту неисправных узлов автомобиля;

-прогнозировать остаточный ресурс некоторых узлов автомобиля.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1.Исследовать процесс диагностики неисправностей узлов автомобиля н выделить основные процедуры этого процесса.

2.Сформировать базу знаний для поиска неисправностей узлов автомобиля.

3.Для прогнозирования остаточного ресурса разработать алгоритм экспресс-определения остаточной долговечности отдельных сопряжений с учетом известных закономерностей процесса естественного изнашивания поверхностей деталей типовых сопряжений автомобильной техники.

4.Реализовать экспертную систему (ЭС) в виде программы на ПЭВМ.

5.Проверить правильность работы ЭС на примерах.

Методы исследования. Основными методами исследования, применяемыми для решения поставленных задач являются: методы искусственного интеллекта, в частности методы построения ЭС; математическая логика; методы математического моделирования; методы прогнозирования ресурса машин и конструкций.

Научная новизна. Научной новизной в диссертационной работе обладают следующие результаты:

1.Модель представления знаний экспертной системы на основе семантической сети (семантическое дерево), отличающаяся о*г известных расширением семантики типов вершин.

2.Модель для прогнозирования остаточного ресурса узлов автомобиля, позволяющая в отличие от известных моделей определять остаточную долговечность.

J

Практическая ценность. На основе предложенных моделей базы знаний ЭС и моделей для определения остаточного ресурса узлов автомобиля реализована ЭС в виде программно-информационного комплекса для ПЭВМ. Разработанная ЭС может использоваться для диагностики неисправностей узлов автомобиля а также для прогноза остаточного ресурса (пробега) узлов автомобиля.

Разработанная ЭС может применяться:

-на станциях технического обслуживания и ремонта автомобилей, -при обучении студентов следующим дисциплинам: •автоматизированные банки данных и банки знаний; •методы искусственного интеллекта; техническая эксплуатация и ремонт автомобилей. Реализация результатов работы. Результаты диссертации были использованы при проведении госбюджетной научно-исследовательской работы по теме "Разработка автоматизированных контрольно-обучающих систем по раздела.« j-чебных курсов" (№ 37.065), подсистема "Разработка автоматизированных контрольно-обучающих систем по САПР, методам инженерного творчества, эвристическим системам" "Nb 37.065.05), проводимой в ВолгГТУ г. Волгограда.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации докладывались и обсуждались на (31-34) конференциях ВолгГТУ и на семинарах кафедры "САПР и ПК" в 1997 и 1998 годах. Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатные работы и 2 работы находятся в печати.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введеТшя, трёх глав, выводов, списка используемой литературы, приложения и содержит 118 страниц, включая 19 рисунков и 11 таблиц, 23 страницы приложения и 84 наименования источников используемой литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введения обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель исследования и дана краткая характеристика работы. В первой главе описан процесс диагностики автомобиля, производимый по следующим шагам:

-сбор информации, -анализ и обработка информации, -определение вариантов неисправностей, -определение причин найденных неисправностей, -уменьшение количества полученных вариантов неисправностей, -упорядочение неисправностей и их причин по частоте встречаемости,

-определение способов устранения

Обобщенный процесс диагностик» представлен на рис. 1. Приведен обзор современного состояния проблем автоматизации процесса диагностики неисправностей узлов автомобилей. Приводится анализ и выявление существенных недостатков нескольких рассмотренных систем (Edars, V-expair, Med, Digen и др.). На основе сравнительного анализа ставится задача разработки новой ЭС, предоставляющей возможности диагностики неисправностей и прогноза остаточных ресурсов узлов автомобиля. Здесь также приведены возможности экспертной системы для автоматизации процесса диагностики. В результате анализа опубликованных работ сформулирована цель и задачи работы. Во второй главе сформулирована модель представления знаний ЭС для диагностики неисправностей узлов автомобиля в виде семантического дерева, где подробно описаны компоненты данной модели.

_^ ... ...

Анализ и обработка

ДИ

31

Определение вариантов неисправностей

Упорядочение «исправностей и га причин по частоте 5Стречаемости

ДИ- диагностическая

информация БД 1 -БД сбора ДИ БД2-БД специализированных

расчётов БДЗ-БД эталонов

Определение способов устранения

Ремонт технического объекта

Испра&кый технический объект

Рис.1. Обобщенный процесс диагностики

г

Модель представлена в следующем виде:

М = < Т, R >

Здесь, Т = (Р, А) - семантическое дерево,

Р = Pi ^ Рг... w Ps - вершины дерева; P¡nPj = 0, (i * j) Здесь, Pi-вершина "вопрос", задаваемый пользователю о наличии признаков неисправностей;

Р2-вершина "диагностический параметр", представляющий собой вопрос о значении диагностического параметра;

Рз-ьершина "условие перехода определённого вида", анализирующее ответы пользователя и наличие номеров неисправных систем;

Рл-вершина "промежуточный результат", содержащий номера неисправных систем;

Р5-вершина "результат", содержащий номера неисправностей.

Дуги дерева представляют собой переходы из одной вершины в другую.

А = {Api, Арз, Ар5} - дуги дерева;

• Api = Ai «j А2 u А? - дуги дерева, выходящие из множества Pi "вопрос, задаваемый пользователю о наличии признаков неисправностей". Здесь, Ai-дуга при ответе пользователя "Да";

Аз-дуга при ответе пользователя "Нет";

Аз-дута при ответе пользователя "Не знаю",

Дуга при ответе "Не знаю" может выходить на вершину Рз с текстом справки по проверке признака диагностического параметра, после чего осуществляется возврат в исходную вершину.

• Арз = А4 v Аз - дуги дерева, выходящие из множества Рз "условие перехода определенного вида, анализирующие ответы пользователя

и наличие номеров неисправных систем",

Злесь, А<-дуга перехода на определенную вершину при значении логической функции "истина" (.Т.).

А5-дуга перехода на определенную вершину при значении логической функции"ложь" (.Р.).

• Ар5= Аб-дуга дерева, выходящая из множества Р5 "результат, содержащий номера неисправностей " и исходящая на следующую вершину (вершину "вопрос" или вершину "условие").

I? = Ш и ... ^ 1?з - справочник». Здесь, справочник вопросов, задаваемых пользователю,

1Ъ - справочник диагностических параметров,

Ю - справочник условий перехода определенного вида,

Яд - справочник промежуточных результатов,

Я? - справочник результатов.

Из вершины- "условие" исходит две дуги:

1-переход на определенную вершгау при значении логической функции "истина" (.Т.);

2-переход на определённую вершину при значении логической функции "ложь" (.Р.).

Из вершины- "результат" исходит одна дуга перехода на следующую вершину (вершину- "вопрос" или вершину- "условие").

ЭС работает в интерактивном режиме, где на поставленный вопрос, пользователь отвечает Да, Нет или Не знаю. В зависимости от значения ответа, осуществляется переход к следующему вопрос^. Этот процесс продолжается до тех пор, пока система не находит неисправность. Надо отметить, что при ответе пользователя "Не знаю" система выдает сообщение - рекомендацию для проверки признаков или цифровые

значения параметров.

Входными данными ЭС является сформированная экспертом модель диагностики, признаки неисправностей и диагностические параметры.

Выходной информацией процесса диагностики узлов автомобиля яаляется заключение о его работоспособности: список всех выявленных неисправностей и рекомендаций по техническому1 обслуживанию и ремонту диагностируемого узла.

БЗ ЭС формируется путем наполнения баз данных (БД), содержащих: -признаки неисправностей, в качестве которых выступают вопросы, задаваемые пользователю,

-диагностические параметры, -справочную информацию по проверке признаков, -неисправности и рекомендации по ТО и Р, -наименование узлов автомобиля;

-описание модели диагностики в виде информации о вершинах и дугах дерева.

Формирование модели диагностики узлов автомобиля и наполнение БЗ проводились в следующем порядке:

¡.Для двигателя, как главного узла автомобиля были выделены пять основных признаков, характеризующих неисправности его систем:

1) Падение мощности.

2) Повышенный расход масла.

3) Повышенный расход топлива.

4) Перегрев двигателя.

5) Уменьшите давленая масла.

2.По каждому признаку были сформированы несвязанные между собой модели диагностики, которые были затем объединены в единую древовидную структуру.

3.Процесс выявления неисправностей для признаков 2, 4 рассматривался как цепочка выявления неисправностей (рис.2 а). Для признаков 1,3, 5 - как цепочка выявления неисправностей (рис.2 б).

(а) Рис. 2. Цепочки выявления неисправностей: (а) для признаков 2,4; (б) для признаков 1,3,5 В згой же главе (раздел 2.2) разработан* модель для прогнозирования остаточного ресурса (пробега) узлов автомобиля.

Так как работоспособность любого механизма определяется работоспособностью сопряжений деталей, входящих в этот механизм, то основным параметром состояния в предложенном методе приняты зазоры в сопряжениях, обеспечивающих скользящую посадку.

Как известно, форма кривой износа любой поверхности, подвергаемой в эксплуатации механическому («нашиванию, представляется в форме, показанной на рисунке 3. На кривой имеются характерные точки, взяв которые за ориентиры, можно решить поставленную задачу. В частности, точка (В) на приведенной кривой

указывает точку предельно допустимого нормального изнашивания как по величине износа (Ьпр), так и по времени (Тпр).

Исходными данными для функционирования данной системы служат как данные о сопряженных деталях (размеры и зазоры), так к данные о длительности работы этих детален. Определяющим параметром здесь является допустимый зазор между деталями, образующими сопряжения. Значения допустимых зазоров берутся по данным различных испытаний или по данным соответствующей нормативно-технической документации.

Рис.3. Зависимость износа деталей сопряжения от времени 1- Фактическая линия износа; 2- Прогнозируемая линия износа

О величине зазора при диагностике можно су дить либо по величине размеров поверхностей, образующих сопряжения, либо непосредственно по величине зазора. Последний может быть определен либо непосредственно, либо косвенно.

В основе алгоритма действия ЭС положены известные закономерности процессов изнашивания поверхностей.

Алгоритм работы данной ЭС описываем следующим образом: По диагностическим обследованиям в моменты Т1, Т2 и Тп определяются зазоры 51, Б2 и Зп (см. рис.3). По указанным точкам с помощью метода наименьших квадратов определяются коэффициенты уравнения вида:

5 = 8+ Ь*Т, (I)

где Б-зазор в данной сопряженной детали; Т-пробег данного узла автомобиля; а и Ь-коэффициенты уравнения.

Далее, определив значения коэффициентов а н Ь и подставив в полученное выражение вместо Б известную величину Бпр (предельно допустимый зэлор) решаем уравнение (1) относительно Т = Тпр

Таким образом, определив общую долговечность работы данного сопряжения мы можем определить остаточный ресурс данного сопряжения:

Тост = Тпр - Тп» (2)

где Тпр-предельно допустимый ресурс данного сопряжения; Тп-пройдекный пробег (ресурс) на момент проведения диагностики остаточного ресурса (точка а на графике).

В данной работе этот метод был использован для реализации ЭС по определению предельного и остаточного ресурсов узлов двигателя ЯМЗ-236.

В этой же главе (раздел 2.3) описаны компоненты данной ЭС.

Такими компонентами являются следующие:

• подсистема диагностики;

• подсистема прогпозз;

• подсистема ведения БЗ,

• подсистема подсказок.

Подсистема диагностики узлов автомобиля включает две процедуры -процедура поиска неисправностей и формирования диагноза, -процедура формирования твердой копии результата диагностики Подсистема прогноза ресурса узлов автомобиля включает три процедуры:

-Выбор узла автомобиля; -Ведение параметров прогноза; -Определение остаточного ресурса. Подокцема ведения БЗ включает следующие процедуры: -процедура работы с объектом, с помощью которой можно: редактировать иш объекта, удалить объект, создать новый объект, выбрать объект для работы с БЗ;

-процедура просмотра БЗ объекта; -процедура редактирования БЗ объекта; -процедура формирования БЗ нового объекта. Подсистема подсказок осуществляет выход на экран контекстной подсказки.

Алгоритм работы экспертной системы диагностики неисправностей и прогноза остаточного ресурса состоит в следующем: Выбор реззша работы ЭС:

1-Ведение БЗ ЭС;

2-Дпапюстка неисправностей;

3-Прогноз пробега (ресурса).

В зависимости от выбранного режима осуществляются соответствующие действия.

При выборе режима Ведение БЗ сначала выбирается объект (узел автомобиля) затем выбирается резким работы с его базой знаний (БЗ): •Просмотр БЗ; •Редактирование БЗ;

•Новая БЗ. Здесь для выбранного узла создается новая БЗ. В режиме Просмотр БЗ осуществляется выбор одного из компонентов, который необходимо посмотреть. Этими компонентами являются следующие' -вопросы; -неисправности; -дерезо диагностики; -узлы автомобиля; -диагностические параметры; -сообщения по проверке.

В режиме Редактирование БЗ осуществляется выбор одного из компонентов, над которым необходимо произгСсти изменения: редактирование, добавление или удаление каких-то записей. Этими компонентами являются следующие: -вопросы; -неисправности; -дерево диагностики; -узлы автомобиля; -диагностические параметры; -сообщения по проверке.

В режиме Новая БЗ осуществляется создание новой БЗ, где осуществляется формирование дерева диагностики. Затем можно произвести проверку правильности формирования БЗ.

При выборе режима Диагностика сначала выбирается объект, для которого будет производится диагностика.

Данный режим можно называть сеансом работы с пользователем. Здесь в диалоговом режиме осуществляется процесс диагностики, где пользователь отвечает на заданные ему системой вопросы в такой последовательности, чтобы как можно быстрее и точнее дойти до неисправности в узле, что мы выбрали.

При выборе режима Прогноз сначала выбирается узел, который необходимо прогнозировать. Затем производится ввод некоторых параметров: спрашивается число (количество замеров), произведенных над данным узлом за время его эксплуатации, а затем пробег (в км.) и значения диагностических параметров, характеризующие состояние данного узла (зазоры в сопряженных деталях узла). В конце, сравнивая вводимые параметры с имеющимися в БД, система дает заключение о работоспособности данного узла и о возможности его дальнейшей эксплуатации в виде остаточного пробега (ресурса).

В третьей главе описана реализация экспертной системы, разработана структура информационного обеспечения ЭС.

Система упраьления базами данных (СУБД) осуществляет следующие функции:

•возможность наполнения н ведения БД; •поиск информации.

В качестве базовой СУБД выбрана СУБД реляционного типа Clipper, поддерживающая формат файлов .dbf.

Информационное обеспечение включает в себя следующие БД:

-БД объектов, содержащая узлы автомобиля, диагностируемые в системе и имена БД объектов;

-БД, содержащая вопросы, задаваемые пользователю;

-БД, содержащая информацию о неисправностях узлов автомобиля, рекомендации по техническому обслуживанию и ремонту;

-БД- "узлы автомобиля", содержащая информацию об узлах автомобиля;

-БД-"диагиостические характеристики", содержащая параметры диагностики;

-БД-"справка" включает информацию по проверке признака или подсказку пользователю при ответе "Не знаю";

-БД- "дерево диагностики", содержащая информацию о всех вершинах дерева.

Общая структура информационного обеспечения ЭС представлена на

рис.4.

В соответствии с функциями ЭС разработано программное обеспечение, имеющее модульную структуру. Д^тее описаны подпрограммы и модули по следующей схеме: < название, назначение, обращение, передаваемые параметры, вызываемые подпрограммы >.

В этой главе приведены также общие характеристики программного обеспечения:

1 .Операционная среда: MS-DOS.

2.0бъём исходных текстов программ: 196 468 Байт.

3.Объём исполняемого файла: 464 762 Байт.

4.Требуемый объём внешней памяти на жестком днсхе зависит са наполнения БД.

Рис.4. Общая структура информационного обеспечения ЭС

Здесь также приведен пример конкретного узла (шииндро-поршнезой (1ДПГ) группы двигателей семейства ВАЗ-2101-2107), на котором проверена работоспособность экспертной системы. Для получения значения остаточных ресурсов ЦПГ в зависимости от значений компрессии, замеряемой каждый раз (через ГО-2) используем следующую модель:

М;Р=а + Ь«-Т (3)

где Р- давление, определяемое с помощью компрессометра, кгс/см2; Т- пробег автомобиля, км; а, Ь- коэффициенты модели.

Последнее выражение может быть представлено в виде следующей системы уравнений:

г

а*п + Ь»Е Т = ЕР а»ЕТ + Ь*2Г = 1Т»Р

V

где п-номер замера (в частности, для компрессии).

После проставления значений соответствующих параметров в уравнения системы, получаем значения коэффициентов модели а, Ь и, подставляя значения последних, определяем значения прогнозируемого общего ресурса. Используя уравнение (2) мы получим значения остаточного ресурса ЦПГ автомобиля (см. табл. 1).

Таблица 1

т Р Расчетные значения параметров модели

п а Ь Тобщ Тост

0 12,6 - - - - 80

10 12,3 2 12,6 -0,03 86,6 76,6

20 12,0 .3 12,598 -0,0298 87,18' 67,18

30 11,7 4 12,7 -0,03 90 60

40 11,2 5 12,64 -0,034 77,6 37,6

50 11,1 6 12,6 -0,032 81,3 31,3

60 10,8 7 12,66 -0,032 83,1 23,1

70 10,3 8 12,62 -0,032 81,88 11,88

80 10,2 9 12,8 -0,035 80 0

Затем, по полученным значениям мы строим график зависимости остаточного ресурса от значения компрессии (см. рис. 5)

Тост, [кто] 80

40'

Т, [кто]

Рис.5. Зависимость остаточного ресурса от пробега

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1 .Разработана модель представления знаний в виде семантического дерева, на основе которой можно реализовать экспертную систему поиска неисправностей узлов автомобиля.

2.Предложена модель прогнозирования остаточного ресурса узлов автомобиля, с помощью которой можно определить долговечность сопряжений деталей и оценивать величину остаточного ресурса.

3.На основе предложенных моделей разработано информационное обеспечение, которое состоит из баз данных для обеспечения процессов диагностики и прогнозирования.

4.Предложены алгоритмы работы ЭС диагностики и прогнозирования. ЭС выполняет следующие функции:

-диагностика и поиск неисправностей узлов автомобиля;

-прогнозирование остаточных ресурсов узлов автомобиля;

-ведение БЗ ЭС.

5.ЭС реализована в виде комплекса программ для ПЭВМ. Правильность работы ЭС проверена на тестовых примерах.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1.Дворянкин A.M., Исаид М.Д. Экспертные системы для поиска неисправностей технических объектов //Тезисы докладов международной конференции "Информационные технологии в проектировании". - Москва, 1996.-с. 56-60.

2.Исаид Муханнад Д.М. Блок прогнозирования в экспертной системе определения неисправностей узлов автомобиля. //Тезисы докладов Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника. Микроэлектроника. Системы связи и управления". -Таганрог, 1997. - с. 75.

3.В.А. Камаев, A.M. Дворянкин, М.Д. Исаид. Экспертная система диагностики и прогнозирования состояния узлов автомобиля. //Концептуальное проектирование в образовании, технике и технологии: Сб. науч. тр. ВолгГТУ. - Волгоград, 1997.-е. 68-71.

4.Исаид Муханнад Д.М., Дворянкин A.M., Зотов Н.М. Моделирование ресурса узлов автомобиля на основе прогноза. //Труды Международного форума по проблемам науки, техники образования. -Москва, 1997. - с. 73-74. '

5.A.M. Дворянкин, М.Д. Исаид. Разработка экспертной системы по диагностике неисправностей автомобиля /Известия ТРТУ, №3. Тематический выпуск. Интеллектуатьные САПР. Материалы всероссийской науч.-техн. конф-ии с участием зарубежных представителей "Интеллектуальные САПР-96". - Таганрог, 1997. - с. 222-223.

6.В.А. Камаев, A.M. Дворянкин, М.Д. Исаид. База зн&1шй экспертной системы диагностики неисправностей узлов автомобиля/Материалы науч.-техн. конф-нч "Новые информационные технологии в региональной инфраструктуре (НИТ РИ - 97)". - Астрахань, 1997. с. 203-204.

Волгоградский государственный технический университет

ИСАИД Муханнад Джамиль Махмуд

УДК 629.113-2.004.58: 681.3

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ДИАГНОСТИКИ НЕИСПРАВНОСТЕЙ И ПРОГНОЗА ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА УЗЛОВ АВТОМОБИЛЯ

Специальность 05.13.16- Применение вычислительной техники,

математического моделирования и математических методов в научных исследованиях

Научный руководитель: д-р техн. наук, профессор

Камаев В. А. Научные консультанты: д-р техн. наук, профессор

Дворянрш А. М. к-т техн. наук, доцент Зотов Н. М.

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград -1998

СОДЕРЖАНИЕ

Введение....................................................................................................4

Глава 1. Обзор работ по автоматизации поиска неисправностей

узлов автомобиля и постановка задач исследования ... 7

1.1. Методы диагностики неисправностей узлов автомобиля и прогнозирования величин остаточного ресурса....................7

1.2. Возможности экспертной системы (ЭС) для автоматизации процесса диагностики............................... 19

1.3. Подходы к решению задач диагностики................25

1.4. Постановка задач исследования.......................30

Глава 2. База знаний экспертной системы для поиска неисправностей и прогноза остаточного ресурса узлов

автомобиля..............................................................................32

2.1. Модель представления знаний ЭС для диагностики неисправностей автомобиля..................................................32

2.2. Модель для прогнозирования остаточного ресурса узлов автомобиля................................................................................39

2.3. Описание компонент ЭС ............................57

2.4. Алгоритм работы ЭС..............................................................64

Выводы по главе 2......................................................................................73

Глава 3. Реализация экспертной системы..............................................74

3.1. Структура информационного обеспечения ЭС......................74

3.2. Структура программного обеспечения ЭС............................81

3.3. Описание работы ЭС..............................................................97

Выводы по главе 3........................................... 102

Заключение................................................ 103

Список литературы.......................................... 104

Приложение 1. Примеры деревьев диагностики................... 112

Приложение 2. Экранные формы экспертной системы............. 122

ВВЕДЕНИЕ

Применение новых информационных технологий при решении задач автомобильного транспорта является одним из существенных этапов ускорения научно-технического прогресса. Главной характеристикой современного этапа информатизации является внедрение вычислительной техники нового поколения (персональных компьютеров) и соответствующего программного обеспечения. В частности, обеспечение безопасности движения автомобиля и сохранение экологически чистой окружающей среды являются двумя важными требованиями, предъявляемыми к автомобилю. Чтобы удовлетворить этим требованиям необходимо содержать автомобиль в исправном техническом состоянии. Для этого необходимо проводить диагностику неисправностей узлов автомобиля. Однако, проведение диагностики по известным методикам даже с помощью диагностических средств (приборов) требует значительных материальных средств и специалистов высокой квалификации, а прогнозирование известными способами практически невозможно. Таким образом, актуальными являются задачи автоматизации как процесса диагностики неисправностей узлов (систем) автомобиля с последующей выдачей соответствующего заключения, так и прогнозирования остаточного ресурса отдельных узлов автомобиля и их сопряжений.

Целью диссертационной работы является автоматизация процессов диагностики неисправностей и прогноза остаточных ресурсов узлов автомобиля в виде построения экспертной системы, позволяющей: -проводить диагностику неисправностей узлов автомобиля; -определить способы устранения неисправностей;

-вырабатывать рекомендации по техническому обслуживанию и ремонту неисправных узлов автомобиля;

-прогнозировать остаточный ресурс некоторых узлов автомобиля. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1.Исследовать процесс диагностики неисправностей узлов автомобиля и выделить основные процедуры этого процесса.

2.Сформировать базу знаний для поиска неисправностей узлов автомобиля.

3.Для прогнозирования остаточного ресурса разработать алгоритм экспресс-определения остаточной долговечности отдельных сопряжений с учетом известных закономерностей процесса естественного изнашивания поверхностей деталей типовых сопряжений автомобильной техники.

4.Реализовать экспертную систему (ЭС) в виде программы на ПЭВМ.

5.Проверить правильность работы ЭС на примерах.

Основными методами исследования, применяемыми для решения поставленных задач являются:

-методы искусственного интеллекта, в частности методы построения экспертных систем;

-математическая логика; -методы математического моделирования; -методы прогнозирования ресурса машин и конструкций. Научной новизной в диссертационной работе обладают следующие результаты:

1.Модель представления знаний экспертной системы на основе семантической сети (семантическое дерево), отличающаяся от известных расширением семантики типов вершин.

2.Модель для прогнозирования остаточного ресурса узлов автомобиля, позволяющая в отличие от известных моделей определять остаточную долговечность.

На основе предложенных модели базы знаний ЭС и модели для определения остаточного ресурса узлов автомобиля реализована ЭС в виде программно-информационного комплекса для ПЭВМ. Разработавшая ЭС может использоваться для диагностики неисправностей узлов автомобиля а также для прогноза остаточного ресурса (пробега) узлов автомобиля. Разработанная ЭС может применяться:

-на станциях технического обслуживания и ремонта автомобилей, -при обучении студентов следующим дисциплинам: •автоматизированные банки данных и банки знаний; •методы искусственного интеллекта; •техническая эксплуатация и ремонт автомобилей.

Глава 1

ОБЗОР РАБОТ ПО АВТОМАТИЗАЦИИ ПОИСКА НЕИСПРАВНОСТЕЙ УЗЛОВ АВТОМОБИЛЯ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1.Обзор методов диагностики неисправностей узлов автомобиля и прогнозирования величин остаточного ресурса

Для определения роли и места диагностирования, как совокупности технических операций в системе технического обслуживания и текущего ремонта автомобилей, приведём классификацию, полученную на основе анализа литературных источников [14, 15, 23, 57, 64].

Основными организационными признаками, позволяющими выбрать для любого автотранспортного предприятия (АТП) компоновку, состав, организацию и технологию работы диагностического комплекса, являются следующие [30, 44]:

-форма организации производства диагностических работ, -организационная структура комплексов диагностирования, -последовательность выполнения работ (элементы диагностированя) -периодичность проведения диагностических воздействий, -тип основных средств диагностирования.

Классификация видов диагностирования по рассмотренным признакам, составленная на основе анализа отечественного и зарубежного опыта [35, 62], приведена на рис. 1.1.

В соответствии с данной классификацией, диагностирование по форме организации производства подразделяется на:

Рис. 1.1. Классификация видов диагностирования по организационным признакам

-централизованное, при котором работы одного или нескольких видов централизованы в масштабе ремонта, автотранспортного объединения, комбината или выполняются базой централизованного технического обслуживания (БЦТО);

-децентрализованное, при котором все работы производятся на предприятиях (в подразделениях) базирования автомобилей;

-распределенное (промежуточные варианты), при котором одна часть работ централизована, а другая выполняется децентрализованным методом.

Организационная структура комплексов диагностирования характеризуется специализацией постов (участков) и степенью совмещения диагностирования с техническим обслуживанием (ТО). По организационной структуре диагностирование подразделяется на:

-специализированное, при котором работы по отдельным воздействиям технического диагностирования автомобилей производятся на отдельных специализированных участках (постах) диагностирования;

-комплексное, при котором все диагностические работы на предприятии выполняются на универсальном диагностическом посту с комплексным (комбинированным) стендом;

-совмещенное, при котором все диагностические работы на постах технического обслуживания и текущего ремонта (ТР) с помощью передвижных средств диагностирования.

По последовательности выполнения работ (относительно других работ технического обслуживания и текущего ремонта) диагностирование можно подразделять на:

-предварительное, которое выполняется перед проведением остальных работ технического обслуживания и текущего ремонта;

-заключительное, которое выполняется после проведения технического обслуживания и текущего ремонта;

-сопутствующее, операции которого сопутствуют выполнению регулировочных работ в процессе технического обслуживания и текущего ремонта.

По периодичности проведения диагностирование может быть: -плановое- производится в обязательном порядке всем автомобилям, запланированным на технического обслуживания;

-непрерывное- осуществляется непрерывно в процессе движения автомобиля или работы отдельного агрегата (например, при его обкатке);

-выборочное- проводится дополнительно к плановому диагностированию. Реализуется путем выборочных проверок автомобилей на участках (постах) диагностирования, а в дорожных условиях- на постах экспресс- диагностирования ГАИ.

По типу основных средств диагностирование может классифицироваться, как:

-стационарное- производится внешними средствами диагностирования автомобилей в стационарных условиях;

-бортовое- осуществляется встроенными или установленными на автомобиле средствами диагностирования;

-мобильное- выполняется с помощью передвижных станций и средств диагностирования автомобилей.

На основе приведённой классификации можно определить свойства конкретной системы диагностирования.

В настоящей работе разрабатываются средства помощи для диагностики, которые можно использовать для систем диагностирования, помеченных штриховой линией на рис 1.1.

Для автотранспортных предприятий предусмотрены два основных вида плановых технологических диагностировании [44, 64]:

•Диагностирование Д-1 предназначено для выявления неисправностей механизмов и систем, определяющих безопасность движения (ОБД) автомобиля. Диагностирование Д-1 дает ответ на вопрос-годен или не годен автомобиль к дальнейшей эксплуатации. Диагностирование Д-1 выполняется, как правило, перед и при ТО-1.

•Диагностирование Д-2 предназначено для определения мощностных и экономических показателей автомобиля, а также выявления конкретных неисправностей, их места, характера, причин и способов устранения. Одной из важных технологических задач диагностирования Д-2 является определение действительной потребности в производстве запланированных работ, выполняемых не при каждом обслуживании, а с определенным коэффициентом повторяемости. Чем меньше коэффициент повторяемости, тем выше эффективность применения диагностирования. Диагностирование Д-2 позволяет получать информацию, необходимую для планирования работ и управления производством ТО и ТР автомобилей. Диагностирование Д-2 выполняется, как правило, перед ТО-2.

Эти виды диагностирования по требованию отдела технического контроля (ОТК) могут проводиться как планово и непрерывно, так и выборочно [5, 59]. При регулировочных работах на постах технического обслуживания и текущего ремонта для сопутствующего контроля состояния агрегатов и систем также рекомендуется применять технологическое диагностирование Др.

Диагностирование Др является дополнительным видом диагностических работ на АТП, проводимых при выполнении регулировочных работ, ТО и ТР. Др включает в себя выполнение контрольно- диагностических операций, которые производятся на постах

ТО и ремонта с помощью передвижных средств диагностирования или посредством оборудования, дублирующегося с Д-1 и Д-2.

На станциях технического обслуживания автомобилей (СТОА) установлены виды диагностических воздействий, аналогичные Д-1 и Д-2 [24]. Контрольное диагностирование (Дк) производится как обязательное заключительное воздействие при ТО и для контроля систем, определяющих безопасность движения, после текущего ремонта. Его назначение и состав технологических операций аналогичны диагностированию Д-1, применяемому на АТП.

Заявочное диагностирование (Дзв) производится по заявкам клиентов, в основном как предварительное воздействие. При выполнении этого вида диагностирования в полном объеме используется технология обычного Д-2.

Для ГАИ целесообразно применение быстродействующего "экспресс"-диагностирования (Эд). Под ним понимается диагностирование ускоренными методами по ограниченному числу параметров механизмов и систем автомобиля, отказы которых могут вызвать аварийные ситуации или отрицательное влияние на окружающую среду. При Эд по принципу "годен- не годен" (к дальнейшей эксплуатации) проверяются эффективность действия тормозов, рулевого управления, состояние шин, устройств сигнализации, световых приборов и состав отработавших газов.

При годовом техническом осмотре автомобилей органами ГАИ могут использоваться как средства диагностирования Д-1 систем ОБД, так и средства, входящие в состав Д-2 (для проверки расхода топлива, потерь в трансмиссии, элементов карданных передач, передней оси и т. д.). Производится диагностирование (Дгод) в объеме Д-1 и Д-2.

На авторемонтных заводах (АРЗ) диагностированию отводятся специфические функции контроля качества ремонта в период приработки

агрегатов (Дагр). Выборочно, примерно в объеме Д-1 и Д-2 (Дплн), на специальных станциях диагностирования АРЗов могут проверяться и сдаваемые потребителю полнокомплектные автомобили [57].

Таким образом, основные виды диагностирования сформировались, и при наличии соответствующего оборудования могут выполнять возложенные на них функции, определяемые спецификой каждого производства [23, 59]. Схематически технологические виды диагностирования применительно к различным предприятиям изображены на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Виды диагностических воздействий для различных предприятий

автомобильного транспорта и ГАИ

Современный уровень технического прогресса позволяет создавать машины и конструкции, которые обладают высокой надежностью. Основой для этого служит комплекс мер, применяемых на стадиях проектирования, изготовления, монтажа и эксплуатации. Обнаружение и устранение скрытых дефектов на стадии обкатки и приработки, возлагается также на систему технического обслуживания, которая включает комплекс

диагностических и планово-профилактических мероприятий. Этот комплекс позволяет снизить до минимума вероятность возникновения отказов в процессе эксплуатации. Таким образом, наиболее актуальной становится проблема прогнозирования и обеспечения технического ресурса машин и конструкций [7].

Решение этой проблемы предусматривает установление качественных и количественных закономерностей, определяющих ресурс; разработку методов оценки влияния различных факторов на средний ресурс и разброс значений ресурса, а также на остаточный ресурс эксплуатируемого объекта.

Особый интерес при эксплуатации автомобилей представляет проблема прогнозирования индивидуального ресурса конкретных машин и их элементов по результатам наблюдений за их состоянием в процессе эксплуатации [49, 56].

Технический ресурс- это показатель долговечности, характеризующий запас возможной наработки объекта. Согласно ГОСТ 13377-75, ресурсом называют наработку объекта от начала или возобновления эксплуатации, до наступления предельного состояния. В зависимости от того, как выбирают начальный момент времени, в каких единицах измеряют продолжительность эксплуатации и что понимают под предельным состоянием, понятие ресурса получает различное истолкование

[7].

В качестве меры продолжительности может быть выбран любой неубывающий параметр, характеризующий продолжительность эксплуатации объекта. Для самолетов и авиационных двигателей естественной мерой ресурса служит налет в часах, для автомобилей- пробег в километрах, для прокатных станов- масса прокатанного металла в тоннах

и т. п. Если наработку измеряют числом производственных циклов, то ресурс будет принимать дискретные значения.

Под понятием «прогноз» будем понимать научно обоснованное и вероятностное утверждение с относительно высокой степенью достоверности о будущем состоянии системы, альтернатив