автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизированная система управления испытаниями накопителей на гибких магнитных дисках

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

На правах рукописи

Айрапетян Арег Мелисович

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ИСПЫТАНИЯМИ НАКОПИТЕЛЕЙ НА ГИБКИХ МА1ШТНЫХ ДИСКАХ

05.13.06 - "Автоматизированные системы управления"

I ;

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени ^ кандидата технических наук

Ленинград - 1990

Работа выполнена в научно-производственном объединении "АНИ" (Завод "Араке").

Научный руководитель:

Официальное оппоненты:

Ведущее предприятие:

доктор технических наук, профессор Гаскаров Диляур Вагизович

доктор технических наук, профессор Исмаилов Ш.Ю.

кандидат технических наук, доцент Шеховцов О.И.

Научно-исследовательский технологический институт микроэлектроники

Защи'

та диссертации состоится

/Я

1991 г.

в ' ' часов на заседании специализированного совета К 116.01.05 Ленинградского ордена Трудового Красного Знамени института водного транспорта по адресу: г.Ленинград, Двинская ул., д.5/7, ауд. ¿¿Зд .

Автореферат разослан

января 1991 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью просим направлять в адрес ученого секретаря специализированного совета ЛИВТа по адресу: 198035 Ленинград, Двинская ул., д.5/7.

Ученый секретарь специализированного совета к.т.н., доцент

Ю.М.Кулибанов

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕГМСТМКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Создание сложных микроэлектронных устройств связано прежде всего с невероятно трудными технологическими процессами, результат которых требуется оценить тут же на стадии испытаний в производственных условиях. Учитывая специфику подобных устройств, важность выполняемых ими функций, а также многопаряметричность как отдельных его блоков так и всего устройства, принятие решения о его качестве и работоспособности становится серьезнейшей задачей.

Эта задача дополняется такой трудностью как необходимость управления процессом производства на определенной стадии создания производства с целью обеспечения требуемого уровня работоспособности. Упомянутая задача требует объемных проработок как в теоретическом, так и в прикладном плане. В теоретическом - необходимо разработать основательное математическое обеспечение, а в прикладном - автоматизированные технические средства контроля и управления.

Исследуемый объект - накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД), является достаточно важным и ответственным узлом персональных микро-ЭВМ, существенно расширяющих возможности вычислительных средств и во многом определяют работоспособность ЭВМ.

В связи со сказанным, целью исследования диссертационной работы является разработка алгоритмического обеспечения и технических средств контроля и синтеза накопителей на гибких магнитных дисках с повышенной работоспособностью в рамках автоматизированной системы управления, используемой в процессе испытаний объектов на стадии их производства.

В соответствии с поставленной целью исследования в работе решаются следующие основные задачи:

- разработка метода эквивалентных замен для синтеза НШД с повышенной работоспособностью с автоматизированным принятием решения и выбора наилучшего варианта;

- обоснование процедуры оперативной идентификации объекта исследования, включающая в себя одномерный анализ и многомерную оценку функции работоспособности как отдельных блоков, так и объекта в целом;

- алгоритмизация построения совокупности стохастических разнообразных моделей работоспособностей объекта и его блоков;

- разработка иерархии принятия решений в.АСУ испытаниями на основе множества моделей работоспособности и структуры НЩЦ;

- создание информационной базы данных для описания работоспособности объекта и синтезирование объекта с требуемой степенью работоспособности;

- разработка технических средств для автоматизированного решения метрологических вопросов и оперативной идентификации объекта и его блоков.

Предмет исследования в диссертации составляют методы, алгоритмы и средства автоматизированного контроля и идентификации работоспособности НШД.

Методы исследования. Методологической основой и общетеоретической базой диссертационного исследования служат принципы вероятностно-стохастического подхода идентификации технического состояния НШД и его блоков.

Используются методы корреляционного и регрессионного анализа, теории алгоритмизации и программирования, теории чувствительности, методы синтеза измерительных комплексов.

Исследование опирается на материалы Минэлектронпрома и Мин-прибора СССР по контролю и обеспечению качества и работоспособно-

сти НШД, специальную математическую и техническую литературы.

Научная новизна, полученных в диссертации результатов, заключается в следующем.

1. Разработан метод эквивалентных замен, позволяющий оценивать работоспособность НГМД и его основных блоков на основе математических моделей и позволяющий синтезировать объект с требуемой степенью работоспособности.

2. Построены математические модели работоспособности НШД:

- по измеряемым параметрам блоков и по обобщенным показателям;

- первого и второго порядка;

- линейные и нелинейные по коэффициентам;

- на основе теории чувствительности и приращений.

3. Предложена процедура количественной идентификации работоспособности НШД и его блоков как в одномерном, так и в многомерном случае.

4. Обоснован иерархический подход к принятию решений при обеспечении необходимой работоспособности накопителей на стадии производственных испытаний в рамках АСУ.

5." Создан автоматизированный измерительно-управляющий комплекс с микро-ЭЩ, позволяющий на основе библиотеки моделей идентифицировать работоспособность объектов и выдавать управляющие рекомендации.

Практическая ценность. В результате исследований создан автоматизированный измерительный комплекс, включающий в себя методики, алгоритмы и программное обеспечение по оценке качества и работоспособности с целью их повышения непосредственно на выходе производственного процесса таких важных для народного хозяйства объектов, какими являются НШД.

Реализация работы. Разработанные в диссертации метод эквивалентных замен, методики и алгоритмы построения

моделей работоспособности, а также программная продукт были проверены в процессе вычислительных экспериментов по реальным данным на предприятиях Минэлектронпрома СССР и внедрены в ПО "Ани" (г.Ереван).

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и семинарах:

- П-ом польско-советском семинаре "Моделирование процессов эксплуатации...'1, г.Кельце, ПР, 1990 г.;

- 1Х-ой Межвузовской школе-семинаре "Методы и средства технической диагностики", г.Ивано-Франковск, 1990 г.;

- научно-технической конференции Ереванского регионального центра НПМ, г.Ереван, 1985г.;

- 43-Я научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава ЛИВТа, г.Ленинград, 1989 г.;

- 25-й конференции молодых научных работников института водного транспорта совместно с Ленинградским научно-техническим обществом водного транспорта, г.Ленинград, 1989 г.

Публикации. Основные положения диссертации изложены в б публикациях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из названий. Содержит 7 страниц машинописного текста, ^О страниц рисунков.

П. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проанализированы отдельные стороны состояния задачи автоматизированного определения качества и работоспособности сложных объектов на стадии производственных ис-

питаний, а также существующие системы управления.

Этап испытаний в процессе производства изделий электронной техники весьма специфичен, так глк во всей дллшпй цепи их стпдп-ния: проектирование - производство - эксплуатация, именно на нем впервые оценивается в полной мере качество и работоспособность готового изделия. То-есть, впервые появляется возможность осуществить обратную связь на этапы проектирования и производства с количественной оценкой результатов их деятельности.

Процесс испытаний анализируется с позиций теории управления и рассматривается как управляемый процесс, имеющий вход, непосредственно процесс и выход. Весь алгоритм управления предполагает контроль с запоминанием, обработкой и анализом информации с последующим оцениванием качества и работоспособности и подготовкой принятия решения. Принятие решения уже определяет управляющее воздействие на процесс испытаний.

При этом показывается связь между системами контроля и управления качества (в том числе автоматизированного) на стадиях проектирования (САПР), производства (АСУ ТП), когда информационные потоки обратных связей передают количественную информацию на предыдущие этапы с целью корректировки качества изделия. На рис.1 штриховыми линиями показаны эти потоки. Очевидно, что необходимо считать АСУ испытаниями составной частью других автоматизированных систем, входящих в единую интегрированную АСУ качеством.

Автоматизированная система управления испытаниями обычно решает несколько организационных задач: повышение достоверности результатов испытаний, повышение оперативности испытаний и уменьшение затрат на испытание. Кроме того, автоматизация испытаний связана с унификацией испытательных стендов, автоматизированного контроля режимов испытательного оборудования и регулирования па-

раметров и т.п. Вне всякого сомнения АСУ испытаниями повышает эффективность испытаний готовых объектов, а также их качество и работоспособность.

Среди методов определения качества и работоспособности наблюдается на протяжении последних десятилетий тенденция перехода к комплексным оценкам обобщенного характера.

Среди распространенных моделей комплексного оценивания качества: аддитивные, средневзвешенные арифметические и средневзвешенные геометрические. Кроме того много встречается показателей эмпирического характера. Особое место занимает экспертный метод, когда качество оценивается балльным методом. Есть подходы, когда качество оценивается экономическими и стоимостными критериями. Б общем случае управление качеством можно представить в следующем

виде 5 :Х-V/-6 — Y

(i.i)

где S - состояние объекта, Х,У - входные и выходные параметры, "W - управляющие воздействия, £ - возмущения, F -некий оператор преобразования.

Выражение (I.I) отражает структурную сторону обеспечения требуемых выходных показателей. С точки зрения оптимизации качества в операторном виде можно аналогично (I.I) записать

{Gj

где - целевая функция, f G] -множество состояний цели.

Функция может быть задана, в свою очередь, двумя

функциями:

F:X-V— У * G:X-W-Y—{GJ или £ (X, и)« G 1х, и, F(x,u)] где ueW , X е X

Цель в этом случае заключается в максимизации целевой функции, т.е. g(x) —^тах^х)

В этой же главе осуществлена постановка задачи диссертационной работы, которая была уже раскрыта в первом разделе.

Вторая глава посвящена разработке метода эквивалентных замен в процессе экспериментального моделирования и создание информационной базы системы управления, которая должна обеспечить построение зависимости У = ^(Х.) в виде математической модели. Структура модели и алгоритм ее идентификации существенно влияют на алгоритм управления и зависят от количества и качества априорной Iй и текущей (экспериментальной) I* информации. Основными вопросами при идентификации объекта с целью управления его работоспособностью являются: выбор алгоритма обработки с учетом характера информации; обработка как априорной, так и текущей информации; выбор структуры объекта; идентификация модели;оценка качества модели; алгоритм принятия решения и управления работоспособностью объекта.

Решение перечисленных вопросов возможно при хорошо спланированном эксперименте. Суть эксперимента заключается в следующем. Объект Л компануется из подсистем £>с , 1,т , близких к эталонным £и значения выходных параметров подсистем равны уу^ . Исследуемый тип объекта позволяет рассматривать Ус выходные параметры с -ой подсистемы входными параметрами ( )-ой подсистемы, т.е.

У. = ¿Щ-Хг "Уг-/Д -Ь-...

При экспериментировании осуществляется замена эталонных подсистем, сначала йи поочередно на //1 испытуемых и наблюдается каждый раз функционирование объекта, затем аналогичным образом и т.д.:

Зи , -£>¿2 ..., ..£>1№, ¿-Т^п, (2.1)

где - число 6 -ых подсистем в партии предназначенных для

замены.

Для выходных параметров, определяющих работоспособность подсистем:

У*^ Ул.Уг.,... Уу......Уил, I = О^гп. (2.2)

Кроме эталонных У;3 существуют наиболее устойчивые статистические характеристики выходных параметров:

- математическое ожидание

ММ = |М171],М[уг1.....М[уе1,...,М1уЛГ; ¿-1& (2-3)

- дисперсия,

Зу = | ®ул , ... , £)уп Г; £ = & (2.4)

- плотности распределения вероятностей

где | - знак транспонирования.

Таким образом информационная база на первом уровне включает в себя массивы (2.2) 1- (2.4) на втором уровне одномерные (2.5) и многомерные плотности распределения , Ь * ±,т

Третий .уровень составляют математические модели, построение которых с помощью предлагаемого метода эквивалентных замен осуществляется при следующем плане экспериментирования:

1-ый эксперимент: ... Д. = сопз+;'

2-ой эксперимент: у,= ...,У^ - соп&+;

(2.6)

¿-«й эксперимент:У^У^^У^,...,^ = «п^.

т-ый эксперимент: уэ = \ГЭ Y& V9 - 4-

^ 1т уак; 11 ,..., К; ... , 1т-1 -сопзт.

Эксперимент по плану (2.6) из трудкоопределяемой многоподсистемной зависимости выходных параметров объекта "Ук « > ,

позволяет оценить зависимости от параметров одной подсистемы

Т^Д) Л=ш.....(2-7)

которые практически сложно описать каким-либо другим методом кроме как предлагаемого.

Зависимость (2.7) есть векторно-векторная (многомерно-многомерная), т.е. отражает влияние на множество выходных параметров объекта множества выходных параметров подсистем. Для понятия механизма влияния подсистем на объект и его качественной и количественной оценки следует рассматривать также одномерно-многомерные и одномерно-одномерные зависимости, т.е.

у«. ~ / (ТО,' у«*■ f (уч), ¡Дй, с - Д -та. (2-8)

Применительно к исследуемому объекту - НГМД, у которого контролировались три наиболее важные подсистемы: ШГ - блок магнитных головок (У-1 - ^ ), УЗВ - устройство записи и воспроизведения ( 1 ), УУ - устройство усиления ( Тъ-^ )> зависимость многомерно-многомерная (2.7) перепишется "У Остальные зависимости представляются в виде

причем зависимость (2.9) может быть выражена для устойчивых статистических зависимостей (для среднеарифметических значений и дисперсии параметров).

Весь массив информации, который входит в (2.9) обработан с помощью методов корреляционного и ковариационного■анализов. Идентификация плотности распределения вероятностей < -^(ц) «

, Д^1 всех подсистем и всего объекта позволяет

анализировать работоспособность объекта с вероятностных позиций. Дело в том, что значение плотности вероятности , а

для дискретных распределений > связывает значение слу-.

чайной величины (работоспособность блока - ЩГ) с

вероятностью ее появления в поле допуска (области работоспособности). Тогда работоспособность системы £(5) может быть представлена

где ~ условная вероятность того, что подсистема

(объект) имеет работоспособность, определяемой параметром V при значении параметров предыдущих подсистем ^ , £ , Если разбить - область работоспособности определенным образом на подобласти, то тогда можно ввести понятие степени работоспособности и осуществлять синтез объекта с соответствующей степенью работоспособности. Так при введении таких границ подобластей

Уь+^кУкУ+гё, х Ш

эус^ и I тСОу1.

^(Уи-гёукУкУ^4),

где У.б'д - соответственно среднеарифметическое и среднеквадра-тическое значение I -го выходного параметра, а в верхний

индекс показывает конкретную степень работоспособности, можно количественно выражать ту или иную степень работоспособности и соответственно работоспособность объекта , задаваться

состоянием подсистем, выбирая их сочетание с определенной степенью работоспособности ^ , , ^ , (где

А - число степеней работоспособности).

При этом целесообразно задавать единый показатель работоспособности для объекта или его отдельного блока, а не по каждому из К его параметров. С этой целью для каждого блока и всего объекта строятся многомерные функции плотностей распределения

где ~ вектоР средних значений параметров

(У,

V* аау » ~ ковариационная матрица ^, Й * 17^ »

( знак обращения; |л/| - определитель ковариационной

матрицы.

Нормируя тем или иным способом значения многомерной плотности распределения вероятностей (2.12), получаем нормированную функцию работоспособности для объекта и подсистем > , , изменяющуюся от I до 0, при изменении параметров от номинального до граничного значений. Отсюда оценка зависимости

(2лз)

позволяет решать основную задачу - получение объекта с заданной (максимальной) степенью работоспособности.

В третьей главе предлагается алгоритмическое обеспечение построения математических моделей работоспособности в рамках АСУ испытаниями.

Анализ теории чувствительности показывает, что для определения зависимостей (2.8), (2.9) или (2.13) ее алгоритмы в некоторых случаях вполне приемлимы особенно для определения одномерно-многомерной зависимости.

Как известно, отклонения выходных параметров являются прямым следствием отклонения параметров отдельных блоков:

(зл)

Выражение (3.1) можно переписать

-- зе/Ла-щ ¿Д* - а^, + ... ^?

где , , - коэффициенты "веса", определяю-

щие долю приращения выходного параметра дуй , вызванное изменением -б -го параметра соответствующей подсистемы

В случае малых приращений параметра 4 у весовые коэффициенты определяются дифференцированием параметров у^ ,

£ = 1, Ку по параметрам подсистем и модель изменения работоспособности можно записать

Частные произведения в практических задачах можно определить, если провести анализ для двух отличающихся наборов значений параметров подсистем и затем образовать разностные соотношения вида

Для приближенного вычисления (3.2) с помощью (3.3) необходимо осуществить число анализов равное +!-)+(+

Учитывая, что все контролируемые параметры в (3.2) есть случайные величины, то это выражение можно переписать, определив его как математическое ожидание:

ММ')" 'йШЩШ' +

где , ¿^ , - дисперсии б -ых параметров по-

дсистем ^ , ^ , ^

В случае изменения выходных параметров в большем диапазоне, чем оговаривалось выше, модели чувствительности для определения работоспособности будут давать увеличенную погрешность, поэтому воспользуемся таким классом алгебраических моделей, какими являются регрессионные модели. Подобную модель можно представить в виде —,

где ^(Х~ некоторая функция оси параметров подсистем и неизвестных коэффициентов , <£ - ошибка, природа которой может быть различна.

Метод наименьших квадратов, позволяющий построить модель (3.4), минимизирует сумму 110 отношению к вектору,

точнее минимизируется величина

|| У-г(х^) II

-16 -

отсюда можно записать ХТ^У^ = О Если модель (3.4) представить в виде

У=$ (х,у>) = ^ +^ +_ +уькХк

то подставив ее в (3.5) получим систему уравнений

ХТХБ-ХТ

Оценки коэффициентов получаются из

Дисперсия адекватности вычисляется с помощью выражения

= С У ТУ -Ьт X* УI;

где с1 - количество вычисляемых коэффициентов.

В качестве дополнительной меры, характеризующей близость модели и экспериментальным данным, служит соотношение

| М/'

называемое множественным коэффициентом детерминации, К ¿О .

В работе исследовались четыре вида моделей линейных по коэффициентам:

а) первого порядка с линейными факторами (параметрами)

У(Х,Ь) = ио + и^х^ Цх^... + ;

б) первого порядка с линейными факторами плюс факторами парного взаимодействия

в) второго порядка с линейными факторами плюс квадратичными

факторами

4

г) модель Бокса-Вильсона (линейные, квадратичные и факторы взаимодействия)

% ,Ъ) ■ Ц^ ♦ ^1 ^.

Число факторов X равнялось 23 параметрам, и в каждом виде моделей было по 15 вариантов, которые получились уменьшением этого числа параметров на один, т.е. от 23 до 8 параметров. Таким образом исследовалось 60 моделей с разным объемом базы данных, которые сведены в таблицы и по показателям точности можно выбрать наилучшую.

Помимо упомянутых линейных по коэффициентам моделей 1-го и П-го порядка, для некоторых случаев более точные результаты дают модели нелинейные по коэффициентам. Исследовалась целая библиотека моделей, среди которых

I) мультипликативная. л

или для обобщенных оценок работоспособности

2) экспоненциальная

для обобщенных оценок состояния

+ ЦЦ);

3) двойная экспоненциальная

для обобщенных оценок работоспособности подсистем

4) обратная (гиперболическая)

-О; -л-;

для обобщенных оценок ¿остояния

У-

5) аддитивная

О

У- + Х,Ь

для обобщенных показателей работоспособности Qy^Qbi-Q^+Q^ Первые четыре типа моделей путем несложных преобразований сводятся к моделям полиномиального типа и с помощью метода наименьших квадратов определяются их коэффициенты.

Пятый же тип моделей не может быть построен алгоритмами регрессионного анализа, в связи с этим пришлось прибегнуть к комбинированному подходу построения такого типа моделей: к сочетанию алгоритмов нелинейного программирования и теории планирования эксперимента. В этом случае, считая неизвестными переменными коэффициенты "£>= L^J , а целевой функцией критерий адекватности ^ , задаем начальную базовую точку Ьо С U>1; 7 в К-мерном пространстве этих новых переменных. Начинается вычислительный эксперимент в основе которого имитационное моделирование вокруг этой точки для определения

2.

градиента возрастания целевой функции ( —- 1).

Таким образом множество точек имитационного эксперимента

, lo^, U^j 7 ;й ~ 1~м • представляется с по-

мощью матрицы плана

Ц ... Lb

и называется планом эксперимента. При этом точка

называется центром плана. Область исследования задается определением Ьстт и 1э;_тач , I = Т1< . Применительно к НШД, когда строилась модель по обобщенным показателям работоспособности трех блоков (2.13), был выбран план эксперимента

[г^-пАх. \rynin Ц. п-и*

Затем, выбрав конкретные значения 1=,, 1= 1,К. получаем Вт(2 ^

о т\ 11

от которого переходим к ^(2 ' и так далее. Однако на втором шаге оказалось, что шаги, которые делались путем изменения переменных на а , не дают должного увеличения К2" , поэтому пришлось воспользоваться процедурой Хука-Дживса из теории нелинейного программирования. Это позволило в области В> осуществить перемещение существенно увеличившее I?2" . Полученная модель имеет вид

Таким образом библиотека моделей информационной базы данных может быть дополнена нелинейными моделями работоспособности, вычисляемые с помощью предлагаемого алгоритма.

В четвертой главе рассматриваются вопросы иерархии принятия решений в АСУ испытаниями. Эти вопросы являются весьма важными в условиях применения множества разнообразных математических моделей для определения работоспособности многопараметрического и многоблочного объекта. При этом налицо много-параметричность как объекта в целом (23 контролируемых выходных параметра), так и отдельных его блоков: ЕМК (17 контролируемых параметров), УЗВ (10 параметров), УУ (8 параметров). Все это породило и множество моделей исчисляемых сотнями. В связи с этим возникает задача их упорядочивания по степени сложности или важности для принимаемого решения о работоспособности объекта.То-есть необходимо составить определенную иерархию моделей работоспособности. Причем следует помнить,- что с одной стороны иерархия моделей является отражением иерархии параметрической в объекте, а

с другой стороны она определяет иерархию принятия решений о работоспособности объекта и его блоков в отдельности.

Параметрическая иерархия рассматривается следующим образом. Исследуемый объект есть полная параметрическая система. Верхним уровнем является параметрическая подсистема уровня К с функцией работоспособности

Следующим уровнем является параметрическая подсистема уровня (К-1) и так далее ,

Оы -У/Хк-г)

Рассматривая вертикальное расположение элементов верхнего и нижнего уровней, следует учитывать, что взаимодействие между уровнями не обязательно происходит только между двумя близлежащими уровнями. При этом воздействие на более низкие уровни названо как управление или вмешательство.

Все это подсказывает основные виды иерархий:

А) иерархия (уровни) описания работоспособности, или уровни абстрагирования;

б) иерархия (уровни) сложности принимаемого решения;

в) организационная иерархия (уровни).

В первом случае описание АСУ испытаниями осуществлено с помощью двух уровней. На первом (низшем) уровне рассматриваются все вопросы, связанные с технической и метрологической сторонами рассматриваемой задачи, на втором (верхнем) - все, что связано с математическими, алгоритмическими и программными основами автоматизированной системы.

Во втором случае иерархический подход осуществляется при принятии решений. Вначале определяется семейство задач, которые пытаемся разрешить исследовательно. Причем решение любой задачи

из этой последовательности определяет и задает какие-то параметры в следующей задаче, которая становится полностью определенной и можно приступить к ее решению. Решение первоначальной (основной) задачи будут достигнуты, как только решаются все подзадачи.

В третьем случае организационная иерархия подразумевает, что

- система состоит из семейства структурно или алгоритмически выделенных взаимодействующих подсистем;

- некоторые из подсистем являются принимающими решения элементами;

- принимающие решения элементы располагаются иерархически так, что некоторые из них находятся под влиянием или управляются другими решающими элементами.

При достижении цели обеспечения работоспособности сложного многопараметрического объекта практически всегда возникает задача выбора принятия того или иного решения. В проводимом исследовании в рамках АСУ испытаниями дважды приходится решать вопросы выбора: во-первых, в случае синтеза НЩЦ методом эквивалентных замен блоков ШГ, УЗВ и УУ необходимо выбрать наилучший вариант сочетания блоков; во-вторых, при оценке работоспособности объекта и блоков на основе математических моделей, как однопараметрических, так и многопараметрических.

Управление процессом замены блоков ШГ, УЗВ, УУ, вычисление критериев работоспособности, выбор из библиотеки математических моделей работоспособности адекватной и вычисление ее коэффициентов, нахождение в зависимости от выдвинутых критериев оптимальности наилучшего сочетания вариантов различных блоков НГМД осуществляется на основе программного обеспечения в АСУ.

Пусть состояние работоспособности К объекта рт , в момент времени |;п (что соответствует определенному сочетанию т бло-

ков замены) зависит от работоспособности блоков

- 22 -

Введем в рассмотрение состояние комплекса объектов где

- число, характеризуемое сочетанием //^ , , ^ .

Можно предположить, что последовательность состояний, образуемое сочетанием блоков , г/ , ^ описывается управляемой цепью Маркова. Управлением Ип для этой марковской цепи в момент времени "Ьп (определенное сочетание) является номер сочетания, которое создала управляющая система. Количество сочетаний имеет конечное число значений. Пусть потери ("проигрыш сочетания

для сочетания Т объекта Ог , Г--зависят от текущего состояния объекта, причем при наличии управления потери уменьшаются, а при отсутствии управления они увеличиваются. Можно определить потери и всего объекта на интервале сочетания ( "Ьп , "Ъи-! ) как

где Лг - заданные весовые коэффициенты И - текущие значения сочетания (предполагаем, что сочетания выпадают непрерывно).

Формирование последовательности вариантов обеспечи-

вающей-достижение целевого условия решаемой задачи, следует осуществлять в соответствии с адаптивным подходом. При этом выбор очередного варианта II„ + 1 производится на основе полученной к данному моменту последовательности потерь п соот-

ветствующей реализованной последовательности вариантов 2!п •

Это значит, что является функцией 2117...^ 2.1 п ;

7..п и, возможно, от момента времени п и элементарного исхода и) , т.е.

7/п^ Тп и}); п-1,гг~,

где в зависимости от задачи либо скаляр, либо вектор.

Наличие априорной неопределенности приводит к необходимости использовать более сложные стохастические стратегии. Большин-

ство из них реализуют вероятностные правила выбора следующего вида

Н(и1;...;Ип;(4Л)

где I? - вектор-функция, Рп - вектор условных вероятностей выбора вариантов в момент времени t * .

Выбору очередного варианта 21 п + 1 предшествует вычисление в соответствии с (4.1) вектора Рп+1 • Вариант 2¡п+1 представляет собой' дискретную случайную величину, принимающую значения 71(1), •■■; У (л?) с условными вероятностями при фиксированной предастории (Ц±/...; £>1,...

Разработка испытательного стенда, включение в него тестера фирмы "ТЕАСЧСША) явились основными предпосылками для формирования автоматизированной системы контроля и принятия решения. В свою очередь, функциональное включение в стенд микро-ЭЕМ ДВК 3-2М позволило:

а) создать базу данных и массив информации о параметрах как отдельных блоков, так и объекта вцелом;

б) сформировать библиотеку математических методов, алгоритмов вычислений и обучения моделей, методов моделирования и программного продукта;

в) получить возможность автоматизированного принятия решения о качестве объекта и осуществить его синтез с заданной степенью работоспособности.

Кроме того, существует много возможностей выполнения системой множества сервисных услуг, которые так необходимы в производственных условиях.

Система, обобщенная структура которой приведена на рис.2, отличается высокой точностью и большим объемом измеряемых параметров, достаточным быстродействием и высокой производительностью. Основные особенности ее следующие:

- в стенде возможно прецизионное измерение параметров всех трех заменяемых узлов ШГ, УЗВ и УУ;

- с пульта управления (или программно) набирается код необходимой измерительной операции: запись, чтение, режим, номера дорожек на диске, сторона дискеты, повторяемость и т.д.;

- индикаторы, состояния накопителя в двоичном коде (н1н или "О") показывают: включение питания, включение приводного двигателя, подвод головок к поверхности дискеты, поверхность (верх/низ), синхро-сигнал, режим работы, плотность записи (одиночная/двойная), готовность, запрет записи и т.д.;

- цифровые индикаторы (шкала) показывают в четырехзначном коде текущую величину измеряемого параметра, а в конце измерения - его результат, почти все измерения автоматически производятся многократно, а результат усредняется (тем садам устраняются случайные ошибки);

- двухлучевой осциллограф позволяет визуально контролировать сигналы УЗВ обоих трактов одновременно и их величины (время, амплитуда, периоды, сдвиги по фазам и т.д.), которые выдаются на цифровую шкалу тестера;

- габариты стенда в комплекте (без микро-ЭВМ) 60x40x45 см и он размещается на рабочем столе 70x90 см., рядом на такой же площади сбоку располагается микро-ЭВМ ДВК- 3-2М и обслуживается система одним оператором;

- микро-ЭВМ позволяет выбрать.любую модель с экрана дисплея, вычислить показатель работоспособности для любого параметра (совокупности параметров) и обобщенный для любого блока.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

I. Разработан метод эквивалентных замен, как процедура экспериментального моделирования, которая с помощью приемов регрес-

сионного анализа и нелинейного программирования позволяет построить математические модели в виде многомерных зависимостей выходных параметров накопителя от параметров отдельных блоков (совокупности блоков) и синтезировать устройство с требуемой работоспособностью.

2. Получены в результате экспериментального моделирования и вычислительных процедур множество стохастических моделей работоспособности устройства и его блоков: четыре типа модели первого

и второго порядка для пятнадцати вариантов объема параметрической информации; линейные и нелинейные по коэффициентам, причем среди нелинейных были исследованы пять типов моделей с помощью комбинированного алгоритма построения; одномерно-одномерные и одномерно-многомерные по параметрам и обобщенным показателям устройства.

3. Предложены процедуры идентификации устройства с точки зрения описания его работоспособности, включающие в себя одномерный анализ (куб и квадрат априорной и текущей информации, статистический и корреляционный анализ, граф-модели) и многомерное вероятностное оценивание (многомерная плотность распределения, нормированная функция работоспособности как для двухсторонних, так

и односторонних границ).

4. Разработана структура автоматизированной системы контроля и управления испытаниями НГМД, обеспечивающей метрологические аспекты испытаний с необходимой точностью, информационную базу данных в нужном объеме, библиотеку математических моделей работоспособности и алгоритмы и программы их построения.

5. Предложено для ряда случаев оценивать работоспособность всего объекта на основе аппарата теории чувствительности в леа-низированном параметрическом пространстве, так как весьма перспективно сочетание экспериментального моделирования и методов теории чувствительности для определения многомерных моделей в рамках

АСУ испытаниями.

6. Обоснованы иерархические уровни'и процедура принятия решения, включающие в себя иерархию описания работоспособности, иерархию сложности принимаемого решения и организационную иерархию, в которых непосредственно используются математические модели работоспособности. Кроме того, на основе этого разработана процедура выбора наилучших вариантов блоков синтезируемого накопителя, обеспечивающая требуемую работоспособность устройства, путем использования управляющего воздействия, основанного на предыдущих управлениях и потерях априорно рассмотренных вариантов, а также условных вероятностей получения вариантов.

Результаты исследований нашли отражение в научно-исследовательских работах, выполненных на предприятиях министерства электронной промышленности и в ЛИВТе и опубликованы в следующих печатных работах:

1. Голоскоков К.П., Бучко A.A., Айрапетян A.M., Барегамян Д.К. Шабельник В.В. Об одном методе оценки технического состояния радиотехнических систем. - JI., В сб. "Вопросы автоматизации и применения ЭВМ в решении задач водного транспорта", ЛИВТ, 1988,

с. 150-154.

2. Гаскаров Д.В., Айрапетян A.M. Метод эквивалентных замен

и концепция экспериментального моделирования. - Л., В сб. "Применение средств вычислительной техники в задачах контроля и управления", ЛИВТ, 1990 г.

3. Айрапетян A.M., Алексикова A.M., Марцинковская Н.Г. Многомерные модели работоспособности технических объектов. - Л., В сб. "Применение средств вычислительной техники в задачах контроля и управления", JMBT, 1990 г.

4. Гаскаров Д.В., Айрапетян A.M. Количественная оценка работоспособности многопараметрических объектов.Сб. "Методы и средст-

ства технической диагностики" кн.1. Сборник материалов IX Межвузовской школы-семинара "Методы и средства технической диагностики" Ивано-Франковск, 1990г., с. 62-66.

5. Айрапетян A.M. Статистический анализ технологических процессов производства устройств ввода-вывода информации. Сборник технических работ совета молодых ученых и специалистов ЦК ВЛКСМ Армении. Ереван, 1987 г.

6. Айрапетян A.M. Определение работоспособности изделий электронной техники при помощи проведения комплексных испытаний. Тезисы научно-технической конференции Ереванского регионального центра НТТМ, Ереван, 1985 г.

Техничес-

кое задание

X

Средства контроля качества

Разработка изделия

Критерии

качества

Технологический процесс производства изделий

Входной контроль материалов

Контроль технологических процессов

Контроль состояния оборудования

Оптимизация условий применения изделий

С]

Выходной контроль качества изделий

О-

Испытания изделий

т

Анализ качества материалов

___I

Анализ состояния технологического процесса

Управление качеством процесса разработки Г

К поставщикам

материалов

Управление качеством технологического процесса

Анализ качества изделий Т

___J

1_

В эксплуатацию

Из эксп-

луатации

Управление качеством при оптимизации условий применения

Рис. I

НШД-612КМС 5305)

Рис. 2