автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизированные системы управления техническим обслуживанием судовых устройств

К' &

^О сС?

с*

^ На правах рукописи

/

Сайдун Мефти

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМ ОБСЛУЖИВАНИЕМ СУДОВЫХ УСТРОЙСТВ

Специальность: 05.13.06 - Автоматизированные

системы управления

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург -1999

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственном-университете водных коммуникаций

Научный руководитель;

кандидат технических наук, профессор Бескид П.П. Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Сикарев А.А. кандидат технических наук, профессор Вихров Н.М.

Ведущая организация - НИИ радиоэлектронных средств прогнозирования чрезвычайных ситуаций при СПбГЭТУ

заседании диссертационного совета Д 116.01.03. при Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций по адресу: 198035, Санкт-Петербург, ул. Двинская д.5/7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан " " _ _ 1999 г.

Защита состоится

е&ооо

г99<Гг. в 14 часов на

доктор технических наук, профессор Кулибанов Ю.М.

________. - ь „ .

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Научно-технический прогресс в области комплексной автоматизации судовых процессов в течение последних 20 лет определяется достижениями в области электроники и • вычислительной техники. Современные тенденции развития средств автоматизации в мировом судостроении характеризуются широким применением вычислительно-информационных систем, микро-ЭВМ,

микропроцессорных средств, позволяющих существенно повысить безопасность плавания, .снизить эксплуатационные расходы за счет периодического контроля, диагностирования и прогнозирования! техшпеского состояния судовых технических средств, сократить' численность судовых экипажей и повысить эффективность использования судов.

Основной особенностью программ автоматизации является объединение всех систем управления отдельными технологическими процессами и оборудованием в автоматизированную систему управления судном с распределенной структурой, единой информационной базой и базой данных, выполняющих определенные функции как на борту судна, так и в стратегии его использования судовладельцем.

При этом особенно эксплуатация судового оборудования в условиях длительного автономного плавания судов при воздействии множесгва внешних и внутренних факторов при требовали высокой надежности всего комплекса судовых механизмов выдвигает на первый план необходимость регламентированного контроля технического юстояния оборудования и принятия решения в рамках 1втоматизированных систем управления всеми процессами технического эбслуживания судовых систем.

Анализ судовых технических средств (СТС) сводится прежде всего к эпределению контролепригодности, возможности измерения ;овокупности параметров и получения информаииошюго массива денных, пригодного для решения поставленных задач контроля и гправления по повышению надежности и безопасности как судна в 1елом, так и отдельных СТС.

Поскольку надежность и безопасность по определению весьма ложные понятия, дадим определение надежности судов и кораблей, иод :оторым будем понимать свойство судов (кораблей) сохранять во ременн в установленных пределах значения параметров, арактеризующих способность выполнения требуемых функций перевозок) в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. В широком мысле надежность обуславливается безотказностью, емоктопригодностъю,. долговечностью и сохраняемостью, а в узком мысле - только безотказностью.

Безотказность судовых технических средств (СТС) может быть обеспечена в условиях длительного автономного плавания судов путем периодического контроля технического состояния судовых механизмов, принятия решения о работоспособности этих механизмов и прогнозирования изменения состояния СТС хотя бы на период плавания (перевозок грузов). Для организации контроля множества параметров СТС, анализа и обработки, одежи технического состояния судовых объектов и принятия управленческих решений необходима система технического обслуживания (СТО). Поскольку у некоторых объектов на судах количество анализируемых признаков достигает нескольких сотен, то безусловно СТО должна быть автоматизированной (ACTO), т.е. с применением ПЭВМ и в отдельных случаях включать специализированные микропроцессорные устройства. При этом, если учесть, что продолжительность плавания судов достигает часто несколько десятков дней, то становится необходимым решать задачу прогнозирования изменения технического состояния СТС для предвидения отказовых ситуаций.

Иными словами необходимо организовать работу ACTO, которая решала бы задачу управления технического обслуживания судовых технических средств и тем самым обеспечивала надежность и безопасность плавания судов в течение заданного времени.

В связи с этим целью диссертационной работы является алгоритмизация управления техническим обслуживанием судовых технических средств на основе методов диагностирования и прогнозирования их работоспособности.

Для достижения этой цели решаются следующие задачи:

1) Анализ работоспособности технических средств системы информационной поддержки (СИП) судоводителя;

2) Аппаратно-программная реализация управления техническим обслуживанием системы автоматического сопровождения целей;

3) Информационное и методическое обеспечение процессов управления техническим состоянием механических конструкций;

4) Алгоритмизация прогнозирования и контроля работоспособности мобильных радиолокационных станций (РЛС) по результатам экспресс-оценки показателей качества функционирования отдельных блоков;

5) Создание автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора по анализу работоспособности системы информационной поддержки.

Методы исследования. Общетеоретической базой проводимого исследования служат методы теории радиолокации, теории управления, системного анализа, теории технической диагностики и статистической классификации, теории прогнозирования, теории вибрации и прочности механических объектов, теории фильтрации и других теорий.

Научная новизна результатов исследования состоит в следующем:

1. Проанализированы СТС, входящие в сосгав СИП, факторы, влияющие на их надежность и модели всех подсистем СИП как объектов диагностики. --------

2. Разработаны структура, метод, алгоритмы и машинная программа для автоматизированного комплекса управления техническим состоянием СИП.

3. Предложена концепция контроля механических конструкций СТС, в рамках которой рассмотрен метод получения спектральных характеристик вибраций, разработан алгоритм адаптивной фильтрации сигналов вибродатчиков, исследованы методы снижения размерности пространства признаков, предложен метод экстраполяции временных рядов и разработан S-ми канальный аппаратно-программный комплекс контроля работоспособности механических конструкций.

4. Предложены принципы анализа и прогнозирования состояния работоспособности мобильных PJIC систем автоматического сопровождения целей (САЦ) по результатам экспресс-оценок показателей качества функционирования.

5. Изложен общий подход к построению системы технического обслуживания СТС и описана интеллектуальная система выбора оптимального алгоритма распознавания в диалоговом режиме.

Практическая значимость. Работа выполнена в рамках важнейших ПИР в соответствии с Федеральной целевой программой "Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997-2000 годы", имеющей статус президентской программы.

Практическая ценность результатов, полученных в работе, заключается в том, что созданы методические и алгоритмические основы управления техническим обслуживанием судовых технических средств, входящих в систему информационной поддержки судоводителя.

По результатам проведенных исследований при участии автора разработаны модели, алгоритмы и программы, предназначенных для управления упомянутыми системам« оценки технического состояния и прогнозирования работоспособности объектов СТС.

Результаты нашли внедрение в различных организациях и предприятиях региона.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались, обсуждались и были одобрены на

-Международной научно-технической конференции "Транском-97" (С.Петербург, 1997 г.)

-Международной конференции по информатике и управлению (Россия, С.Петербург, 1997 г.)

-Третьем международном симпозиуме по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии 'ЭМС-97"(С.Петербург, 1997г.)

-на ежегодных научно-технических конференциях СПГЭТУ в 1997-1999 г.г.

Публикации. Основные научные результаты опубликованы в 5 печатных работах, из которых 3 статьи и 2 тезиса докладов на конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами, заключения, списка литературы, включающего 101 наименование и двух приложений. Основная часть работы изложена па 165 страницах машинописного текста. Работа иллюстрирована 44 рисунками и содержит 8 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении определяется научная проблематика работы, обосновывается ее актуальность, приводятся цель, задачи, основные положения, выносимые на защиту, и основные практические результаты диссертационной работы,

В первой главе работы дан анализ работоспособности систем информационной поддержки судоводителя.

Управление и обслуживание судовых технических средств (СТС) связано с процедурами принятия решений обслуживающим персоналом по выбору наиболее рациональных действий для решения задач по содержанию готовности СТС. Сложность и многовариантность решения практических задач, возможный дефицит времени и высокая ответственность за последствия принимаемых решений обусловили появление нового класса информационных систем - систем информационной подержки (СИП) операторов.

Все задачи по управлению и обслуживанию СТС с точки зрения ' особенностей организации СИП могут быть разделены на три группы:

- задачи, напрямую не связанные с принятием решений, но обеспечивающие быстрое представление нужной информации оператору;

- задачи, требующие принятия решений как реализации процедур выбора оптимального или рационального варианта среди некоторого конечного множества альтернатив;

задачи, требующие принятия решений в условиях неопределенности, неполной или противоречивой информации, а также если принятие решений связано с серьезной ответственностью за последствия их реализации.

При создании СИПвозникает ряд новых проблем, не входящих в круг традиционной тематики специалистов СТС. Одна из них - оценка качества циркулирующей в этих системах информации.

Концепция оценки качества информации применительно к СИП должна учитывать следующие положения:

- качество информации не сводится к ее достоверности, является комплексным свойством и оценивается совокупностью значений показателей; ~ " ~ - ---------- ---------------

- факторы, оказывающие влияние на качество информации, не описываются полностью в терминах отказов, сбоев и ошибок аппаратных и программных средств.

- СИП является не системой представления информации, а системой управления его, поэтому формирование множества показания качества информации следует рассматривать и как задачу формирования множества управляющих воздействия.

На рисунке 1 приведена типовая структурная схема системы интеллектуальной подцержкй судоводителя, интегрированная на базе персональной ЭВМ. В систему входит гирокомпас, лаг, приемо-индикатор спутниковой навигационной системы (СНС) и радиолокационная станция (РЛС) с системой автосопровожденйя цели (САЦ) и электронной картографической системой (ЭКС).

Рис. 1.

Как следует из вышеизложенного, основным требованием, предъявляемым к СИП, является непрерывность ее функционирования и высокая надежность выдаваемой информации.

Отсюда особенности СИП как объекта диагностики:

- контроль работоспособности системы должен осуществляться непрерывно;

при потере работоспособности системы должна быть предусмотрена возможность ее восстановления без нарушения ее функционирования;

- должна ' быть предусмотрена возможность непрерывного управления качеством. системы по данным экспресс-оценок наиболее информативных диагностических параметров;

прогнозирование работоспособности системы должно осуществляться на коротеие интервалы времени, в пределах единиц часов. ---- -----

Как следует из рисунка I, СИП как объект диагностики состоит из трех подсистем: подсистемы электронных блоков и узлов (приемо-индикаторные устройства, приемо-передающие устройства, РЛС, гидролокационные станции, лаги), подсистемы механических конструкций (антенно-фидерные устройства РЛС, системы стабилизации, платформы), подсистемы, обеспечивающей аппаратно-программную реализацию решения задач судовождения (система автосопровождения цели, микропроцессоры, другие вычислительные и коммутирующие устройства). Рассмотрены модели контроля работоспособности каждой из этих подсистем.

Особенностью контроля системы автосопровождения цели является то, что контроль, а в случае необходимости и замена, каждого канала должен осуществляться в течение времени между каждыми двумя входными сигналами, т. е. /коетр ^ (пос.

Результатом проверки на работоспособность системы из N фильтров является не только установление факта неисправности, но и автоматическая замена вышедшего из строя фильтра, так как зачастую у оператора нет времени произвести такую замену вручную, что может привести к потере цели. При решении вопроса автоматической замены возникает еще одно немаловажное условие. Особенность работы фильтра в том, что с увеличением статистики измерений ошибки фильтрации и экстраполяции уменьшаются, и при замене необходимо свести к минимуму потери, связанные с этим, т. е. не допустить рост ошибки.

Предположим, что система автоматического сопровождения цели состоит из Л'-каналов. При этом все каналы однотипны и выполняют некоторую операцию Ь. Пусть у,-, £ = 1,2,...,N входные сигналы, тогда на

выходе каждого получим сигналы х,- = ¿(л)- Для осуществления контроля в схеме предусмотрены дополнительные т проверочных и q запасных. Проверочные и запасные каналы полностью идентичны рабочим.

Процедура контроля работоспособности заключается в следующем. После каждого обновления входной информации проверочный канал подключается к основному (рабочему) и производит те же вычисления, что и рабочий. При этом, если х„р = х^, то есть результат вычисления на

выходе проверочного датчика равен результату на выходе 1-го датчика, то /'-й датчик является работоспособным и проверочный датчик подключается к следующему г' + 1 датчику и т. д. Если хпр * х,-, то для

устранения неопределешюсти к этому каналу подключается запасной и выполняет ту же операцию, что и проверочный и основной. При этом если Хин = л'пр, но хзал то ?-й канал считается неисправным и

заменяется запасным. Если же хзш = х,-, но л-зап ф хПр. то неисправным

считается проверочный и он подлежит замене.

Для прогнозирования состояния ~ механических конструкций необходимо иметь математические модели процессов вибраций.

Большими возможностями обладает динамическая модель, построенная на основе метода уравнений состояния. Динамическая модель базируется на том положении, что процесс вибрации формируют на выходе четырехполюсника, возбужденного белым гауссовым шумом.

Обозначим коэффициент четырехполюсника через Л'ф(р), белый

гауссов шум, возбуждающий четырехполюсник, через £(/), а процесс на выходе - через л(?). Коэффициент передачи зададим дробно-рациональной функцией:

1 „П1~1 , г, т-2 , , 1

*ф(Р)° „ т■

ргп + ^\Р +-+Ч»«

где Х\,\2Ч'ьЧ'г•■•■•Ут " постоянные коэффициенты.

Определить порядок математической модели можно путем вычисления коэффициентов формирующего

четырехполюсника на основе известного энергетического спектра процесса вибрации.

Контроль работоспособности электронных устройств рассмотрен применительно к прогнозированию работоспособности РЛС, входящих в состав СИП.

Для оперативной опенки и прогнозирования состояния работоспособности РЛС необходимо описание качества функционирования станции единым сводным показателем, содержащим информацию обо всех частных тактических показателях и параметрах РЛС, влияющих па ее работоспособность.

Предложена процедура построения единого сводного показателя, которая состоит из следующих этапов:

определение состава вектора X-\х\,х2,-...хп^ входных переменных, т. е. частных показателей и параметров, влияющих на состояние работоспособности РЛС;

- набор массива значений вектора входных переменных X;

- набор массива значений единого сводного показателя у, соответствующего массиву измеренных значений вектора X;

- выбор вида целевой функции для аппроксимации функции ДХ9);

- вычисление параметров 9 целевой функции;

- проверка адекватности полученной целевой функции истинной функции /(х) .

В работе предложена линейная модель целевой функции вида • У = Хв + е,-

где .....е=(е1,Е2.....£и)г; е=(е1,б2,...,б/г)У;

Х(1 х21 ... хп{

41 х22 - хп2

Х =

количество учитываемых входных

-Щт х2т ■■■ хппу переменных; т - количество исследуемых РЛС или количество испытаний одной РЛС; ег- - случайная погрешность аппроксимации. Оценка в

вектора неизвестных параметров 0 находится методом наименьших квадратов.

Во второй главе изложена аппаратно-программная реализация процедуры управления техническим обслуживанием систем автосопровождения целей. Контроль работоспособности САЦ осуществляется в соответствии со схемой, изображенной на рис. 2. В рабочих каналах производятся все расчеты параметров траектории, а также все операции, связанные с обработкой вновь поступающих отметок. Количество рабочих каналов ш = Лгц, где УУЦ - количество сопровождаемых целей. В проверочных каналах проводятся те же расчеты, что и в основных, но полнота, или глубина этих расчетов (в зависимости от требуемой достоверности проверки) может быть

772 Т

сокращенной. Количество проверочных каналов п = -—р, где Т - темп

поступления информации, т - время обработки одной отметки, р -коэффициент, определяющий полноту проверки. Количество запасных каналов г может быть произвольным и определяется исходя из экономических и конструктивных требований.

Предполагается, что все рабочие, проверочные и запасные каналы идентичны и реализованы на однотипных микропроцессорах.

В работе предполагается, что фильтрация и экстраполяция параметров траекторий в каждом канале осуществляется с помощью алгоритма фильтра Калмана, формульная схема которого может быть представлена в виде следующих выражений

хэп = Фп*п-\ + ГпПп-Ъ Рэп = ФпРп-\Ф1 + Г„&Г„Г,

Кп ~ Рзп^п (ВДХ + 7 ^ЭЛ — НпХт,

хп ~ + Кв(г„ Рп ~ Р*п ~~ К-п^пРэпу

где хп{хзп)(я х 1) - вектор оцениваемых (экстраполированных) параметров траектории; - вектор измеренных

(экстраполнрованных) значений координат; ' 1)п 1 - математическое ожидание (/г х I] - вектора возмущений параметров; Ф„ - переходная (.V х л) - матрица модели траектории; Р„(Рт) - корреляционная (л >. л) -матрица ишибок оценки (экстраполяции) параметров траектории: ()п -корреляционная (/г х /г) - матрица случайных возмущений траектории; Г„ - (хх/г) - матрица накладывающая ограничения на наблюдения; //„ -известная (т х л) - мерная матрица, устанавливающая связь между наблюдаемыми координатами и оцениваемыми параметрами; Нп -корреляционная (мхи) - матрица погрешностей измерения координат.

Рис. 2.

По этой формульной схеме построен граф процедуры фильтрации и экстраполяции траекторий, изображенный на рис. 3. Граф представляет собой последовательность математических операций, входящих в алгоритм фильтрации.

Ркг.З

Каждая дуга графа (элементарный алгоритм) характеризуете? трудоемкостью, которая определяется числом арифметических операций необходимых для его реализации, а также .количеством ячеек ОЗУ задействованных на каждом шаге алгоритма фильтрации

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1 2 3 4 5 6 Номера элементарных алгоритмов

Рис.4

Вероятнэстъ огредепзжя ошбки

Р/с. 5

В диссертации разработана методика вычисления трудоемкости алюритмов фильтрации и произведена оценка этой трудоемкости применительно к фильтру Калмяна, а также оценка количества ячеек памяти ОЗУ для каждого участка графа. На основании выполненных расчетов проведена оценка эффективности контроля работоспособности САЦ, которая выражена в виде зависимое™ вероятности правильного обнаружения ошибок вычислений траекторных параметров от полноты (глубины) проверок, проводимых в проверочных каналах. Эта зависимость представлена на графике рис. 4, где по осп абсцисс отложены номера элементарных алгоритмов в соответствии с рис. 3, выполняемых в проверочных каналах, а по оси ординат - вероятность обнаружения ошибок вычисления. График построен в предположен™, что выход из строя любой ячейки памяти ОЗУ равновероятен. На рис. 5 представлен график зависимости отношения требуемого числа проверочных каналов к числу рабочих от вероятности определения ошибок сбоя.

В работе приведены алгоритмы контроля работоспособности САЦ для случая полной и частичной проверок. Алгоритмы приведены в виде структурных схем с их подробным описанием. Текст программы контроля написан на языке С++ и представлен в приложении к диссертации.

В третьей главе исследованы методы управления техническим состоянием механических конструкций судовых технических систем. Для ре/нения этой задачи предложена следующая концепция вибродиагностики механических конструкций СТС. В качестве диагностических признаков объектов выбраны значения дискретных спектров мощности сигналов с выхода акселерометров, расположенных в критических точках механических конструкций. Таким образом, многомерный вектор признаков диагностирования определяется следующим образом:

Х=

\лт

где X; - дискретный Фурье-образ случайного процесса \\kAt) на выходе вибродатчика

■у

щ = хДтДу)=

Здесь Дt - период дискрешзации случайного сигнала л(/); T-N-Al -

Т

требуемая для обработки длительность сигнала; N = — - объем выборки;

= Ут~Ушг ' спектРальноеразрешение; m,k = 0,l,...,N~l.

Спектр вибраций вычисляется через определенные промежутки времени. Таким образом, на выходе классификатора имеется матрица наблюдений X размерностью тхп, где т - количество признаков, п -количество наблюдений. На практике при Av равном нескольким единицам или десяткам Герц количество признаков т превышает несколько сотен. Для уменьшения количества признаков в работе предложено использовать метод главных компонент. Первой главной компонентой исследуемой системы Х = (х\,х2,---,хт) называется такая нормированно-цеитрированная линейная комбинация этих признаков, которая среди всех прочих нормированно-центрированных линейных комбинаций обладает наибольшей дисперсией :

У\ -h\x\+hlx2+---+hnixm-hx'i

УЧ = /¿1*1 + hzx2+- ■ -+hmxm =- ' = U.....т.

Вектор Ц, определяющий преобразование перехода от x{,xi,...,xm к vy, является /-тым собственным вектором ковариационной матрицы S, т. е. его компоненты определяются как нормированное решение системы уравнений:

т

(S-X,/)lT = 0; =

м

где 1 - единичная матрица; л,- - /-тый по величине корень характеристического уравнения Я/! - 0.

В матричной форме переход от системы признаков л'|,Х2,...,л"ш к главным компонентам >•], у2,-.-, ут выражается как

Y= LxX,

где L - матрица составленная, из собственных векторов ковариационной матрицы л.

Критерием для выбора числа главных компонент т'<т служит относительная доля дисперсии, вносимая первыми т' главными компонентами:

](tri) = Д(>'2К-+Р(.У;»') = +

D{xl)+D{x2)+...+ß{xm) Xl + X2+...+lm-

По описанному методу были обработаны первичные векторы наблюдений виброшумов волноводного тракта радиолокационной

станции. При этом уменьшение размерности пространства признаков от значения ш=401 до т'= 8 для четырех классов наблюдений привело к снижению информативности признаков в среднем на Í10-; 15)%.

При обработке сигналов от вибродатчиков весьма актуальной становится задача их фильтрации с целью максимизации полезного сигнала на фоне как широкополосных, так и узкополосных шумов. Эта задача в работе выполняется с номощыо фильтров с конечной импульсной характеристикой (KIÍX-фшп.тров), реализующих алгоритм

я«)= ZKkHn-k),

b-Q

где х(п), у(к) - соответственно входная и выходная последовательности фильтра, h{k) - управляемый коэффициент передачи фильтра, 0 < к < /V.

Если нам известна желаемая выходная последовательность cl(n), то можно выразить сумму квадратов ошибки / как функцию коэффициентов КИХ-фильтра:

-¡2

т т

п-л) л-О

N-1

d{n)~ У Ык)х{п - к)

к-О

Алгоритм фильтрации основа!! на рекуррентном градиентном методе, который находит минимум / и обновляет коэффициенты фильтра в соответствии с уравнением

1гп{к)= Ип_\{к) + Ае{п)х\п~к), к - 0,1...../V,

где А - размер параметра шага.

В работе реализован адаптивный КИХ-фильгр па сигнальных цифровых процессорах серии АБ8Р-2100 для Ы- 5, А = 0.005.

Прогнозирование возможных отказов механических конструкции основывается на анализе временных рядов вариаций спектров колебании. Результаты регистрации спектральных характеристик представляют собой временные ряды, которые в данном случае хорошо аппроксимируются авторегрессионной моделью вида

% = /=¡,2.....р,

где р - порядок процесса авторегрессии: % - оценка к-го значения временного ряда; «д- - член, описывающий ошибку модели; Ф/ -параметры авторегрессии.

Параметры авторегрессии и значения автокорреляционной функции р связаны уравнениями Юла-Уокера

р! = Ф[%-1, 1 = 12,....р. / = 1,2,..„р.

Решениё этой системы уравнений дает значения оценок параметров авторегрессии, называемых оценками Юла-Уокера.

В диссертации разработан 8-канальный._аппаратно-программный комплекс системы вибродиагностики механических конструкций, обеспечивающий прием и запись данных на жесткий диск в реальном масштабе времени, демонстрацию принимаемого сигнала, визуализацию формы сигнала, цифровую фильтрацию, корреляционный и спектральный анализ. Программа выполнена на языке Borland С++ версии 3.1.

Четвертая глава посвящена вопросам алгоритмизации контроля работоспособности мобильных радиолокационных станций (РЛС) по результатам экспресс-оценок показателей качества функционирования отдельных блоков. Задача решалась в предположении следующих ограничений и допущений:

- прогноз работоспособности - краткосрочный (единицы часов);

- РЛС находится в рабочем состоянии и контроль параметров должен осуществляться на рабочих, а не стимулирующих, сигналах;

- контролируемый параметр должен быть многоуровневым;

- в контролируемой РЛС переделки, связанные с установкой датчиков для измерения информативных параметров, должен быть минимальным.

РЛС будет считаться работоспособной, если все ее тактические характеристики y,(i = 1,...,п) лежат в допустимых пределах. Если хотя бы одна из п тактических характеристик выходит за допустимые пределы, РЛС становится неработоспособной:

Л 6[>'imJn;>'imM]n...n>'/ е[yjmin;У;max]П...Пу„ фпшш; Улит]

РЛС работоспособна.

min > У1 max maxi

РЛС не работоспособна.

Так как, измерение тактических характеристик при работе РЛС в рабочем режиме по реальным целям невозможно, то для экспресс-оценки состояния работоспособности РЛС желательно измерение ее технических параметров, подающихся оперативному контролю.

Каждый из этих параметров влияет на одну или несколько тактических характеристик. Это влияние может быть описано функцией

У1 = fß(Xj,Qß),

где у, - тактическая характеристика РЛС (i = l,...,n); xj - технический параметр РЛС (j = l,...,m); ОJ; - параметры функции

При заданном интервале [yimin;y/max] может быть выделен диапазон [jcyimm; .Ху;тах] значений параметра Xj , при котором выходная характеристика yi лежит в допустимых пределах . Это диапазон А Хр

нараметра л*; , обеспечивающий работоспособность РЛС по ¿-ой выходной характеристике.

Аналогично определяются диапазоны Л л- ti допустимых значений параметра xf по всем выходным характеристикам у;(/ = !,...,«) , на которые влияет этот параметр. Тогда диапазон А параметра , обеспечивающий работоспособность всей PJIC, должен входить во все интервалы Д хй.

АХ J = AXji П- ■ • П Axji П. • • П AXjn = [-^niin^jmax]-

Подпространство значений параметров (xt_____ -tj,___, л'т),

ограниченное по каждой из m осей величинами Xjinia и .vjmax , определяет область работоспособного состояния РЛС в m-мерном пространстве всех возможных значений параметров станции. Если вектор параметров X = ,..., ,..., хт | попадает в это подпространство, все ш

учитываемых технических параметров находятся в допустимых пределах и РЛС должна быть работоспособгна.

Зависимости выходных характеристик РЛС от ее контролируемых

параметров в этом случае описывается функциями от нескольких параметров

у, = }){хх,...,хт) (i = l,...,rt).

причем вид и значения параметров функций /• (в общем случае нелинейных) можно определить только после набора экспериментальных данных о значениях л;- и у,.

Подпространство допустимых значений параметров л, О' = 1,..., т) определяется в этом случае решением системы неравенств

>'l mm (fl И • • •' хт ~ ,V1 max

Лиши ' — 'Хт) ~ Лапах

Процесс прогнозирования состояния работоспособности сводится соответственно к прогнозированию координат вектора У — {у}7у2,...,>'„Г либо к прогнозу скалярной велчипы у. Так как значения выходных характеристик у не могут быть измерены непосредственно, для их прогноза необходимо измерение технических параметров (хх,...,хт). При этом возможны следующие варианты процедуры прогноза:

1. В моменты времени г,,...,^,...,!; осуществляется измерение зеего вектора контролируемых параметров

Хик) = (х^к),х2(гк),...,хт(1к)). По этим измерениям в каждый момент времени вычисляется вектор выходных характеристик РЛС

Y{t) ='

Ы (*к ) = /п (■« 1 ). —. хт Ок »> Затем по последовательности ),..., У(г;)

прогнозируются значения вектора Упр(() для г > Г,.

2. По измерениям параметров (х1,..., хт) в каждый момент времени гк вычисляется единый сводный показатель

У(1к) = Ях\ (*к ).•••.*» )), .....I ■

Затем по последовательности ),-••, )»• ■■,>(*/)

прогнозируются значения сводного показателя уцр(0 для { > г,.

3. В моменты времени осуществляется измерение вектора контролируемых параметров. Затем по последовательности д:^), прогнозируется вектор

Апр(г) = .....-гтпр(/» для г>*! и вычисляется прогнозируемый

вектор

Лир = /¡(Х\щ,('),---,Хт1р(1))

у^Упар /п(хплр(*)> хтпр(^У)

выходных характеристик РЛС.

4. По последовательности измерения вектора параметров х(11),...,хи1,),...,х(11) осуществляется его прогноз хпр(г) для г > Затем по значениям х,ф(г) вычисляется прогнозируемое значение сводного показателя ущ, = ДхЫр(г),...,хтар(г)) для г > г,.

Ввиду того, что РЛС является многопараметрической системой, рассмотрены методы оценки работоспособности таких систем как с использованием одномерных, так и многомерных моделей.

При использовании одномерных моделей работоспособность многопараметрических систем определяется О-оценками, использующими в качестве меры работоспособности линейное расстояние в декартовой системе координат

" ¡=1 1 1=1

гдс у),, у°- - соответственно измеренные и крайние значения.

Этот метод предполагает решение задачи в два этапа: сначала вычисляются одномерные оценки," а затем производится их обобщение (как правило, посредством весовых коэффициентов) для получения оценок состояния всей системы.

Для практических нужд удобно, когда оценка вычисляется с помощью модели, использующей информационную базу данных, полученную в результате контроля. Известно, что вектор показателей у = (у\, у2,..., у„) системы гипотетически подчиняется нормальному закону:

/(у) =-1—_ехр

(2ПУЩ

/2

-0'-р)Г¥ '(у-ц)

где у = (у,,у2,...,уиУ - вектор параметров; ц = (р,,.и2,...,ц„)г- вектор федних значений параметров.

Тогда методика оценки работоспособности РЛС и ее важнейших блоков может быть следующей:

- априорно контролируются выбранные наиболее информативные параметры системы л раз:

■ = [ур>2.....Уп]

-"'И * 12 >'21 >22

'п! У п2 ■•• -"г,

- осуществляется статистический анализ информационного массива;

- контролируется и параметров системы, работоспособность шторой необходимо определить у} - (у}, у2,..., у„), I = 1, т;

- вычисляются рачения многомерной функции плотности распределения для у°: Г(у^

- с учетом ранее определенных /(у*) и /(д) вычисляется Q(y) -фитерий по формуле

Уъ,

б(у) =

¡Л/) - /(/) Дм) - /( у")

Предложенная методика бьша использована для контроля заботоспособности мобильной РЛС типа "Купол". В качестве юнтролируемых параметров были выбраны выходная мощность 1ередатчика, коэффициент стоячей волны, длительности фронтов шпульсов, напряжения и токи источников питания, коэффициент шума

приемника. Результаты эксперимента подтвердили правильность предложенной методики.

В пятой главе изложен общий подход_к построению системы управления техническим состоянием СТС.

Основными задачами системы являются:

- получение и накопление сопоставимых данных о состоянии контролируемого объекта;

- обработка и классификация полученной от различных источников информации с целью поиска неисправностей и прогнозирования состояния работоспособности;

- формирование и представление информации в реальном или квазиреальном масштабе времени с целью принятия оперативных управляющих решений;

- комплексный анализ и Оценка текущего состояния объекта контроля, создание банка моделей и данных, прогнозирование развития ситуации, протоколирование, принятое решения.

у Сам АРМ представляет собой вычислительный комплекс, включающий в себя персональную ЭВМ, специализированные вычислители и набор программных модулей, объединенных в Экспертную систему с развитым интерфейсом, способным решать следующий комплекс задач:

- статистическую обработку поступающих от датчиков информации;

создание первоначального описания состояния контролируемого объекта;

анализ информативности признаков на основе измеренных датчиками параметров;

отбор наиболее информативных признаков; уточнение описания объекта в пространстве выбранных признаков;

.. ■ - классификации обстановки; .. - слежение за обстановкой;

- прогноз развития ситуации;

' -визуализация' полученных результатов в виде удобном для оператора.

Статистическая обработка поступающей от датчиков информации позволит описать оперативную обстановку в формализованном виде.

АРМ строится по модульному принципу и может быть как разнесенного типа, когда первичная обработка вводимой от датчиков информации осуществляется в непосредственной близости от установленных датчиков, а вторичная обработка (обнаружение, классификация, отождествление) производится в пункте сбора и обработки информации, так и совмещенного типа, когда первичная и вторичная обработка осуществляется в месте установки датчиков. В пункте сбора и обработки осуществляется отождествление принятой от

различных датчиков информации, принятия оперативных решений и прогноз развития обстановки.

Одной из основных задач, решаемых АРМ, является выбор алгоритма распознавания. Анализ алгоритмов распознавания с учетом имеющейся априорной информации позволяет сделать вывод, что выбор конкретного алгоритма должен проводиться с участием специалистов в решении конкретной задачи, которые могут оценить полноту и вид априорных сведений, требуемый вид выходной информации, В качестве таких экспертов должны выступать люди, имеющие информацию о возможных вариантах оперативной обстановки, информацию об объектах, помехах, и специалисты по прикладной статистике, умеющие формализовать задачу, программисты, реализующие выбранные алюритмы в виде программ. Привлечение большого числа специалистов затруднительно на этапе решения задачи. В 'работе была создана интеллектуальная система, которая, имея базу знаний и данных, заполненных с участием специалистов, затем может решать эту задачу в диалоговом режиме с оператором, имеющим существенно более низкую квалификацию, чем специалисты, принимавшие участие в разработке системы.

Сам процесс создания этой системы в работе представлен в виде

дерева решений, на основании которого может быть построена экспертная система, реализующая выбор нужного алгоритма.

Система, построенная по т акому принципу, позволяет провеет и цепочку обратных рассуждений, т. е. после того, как решение принято, вернут ься к исходным данным и определить на основании чего данное решение было принято, т. е. проанализировать его.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В результате проведенных исследований были получены следующие основные рс.з\мын гы.

1. Проанализирована структура систем информационной поддержки оператора (сформулированы задачи по управлению и обслуживанию СТС, предложена модель процесса принятия решения, определена концепция оценки качества применительно к СИП); проведен анализ влияния климатических факторов на надежность СТС по результатам их длительного хранения и эксплуатации в различных климатических поясах; осуществлена детализация СИП как объекта диагностирования па три подсистемы; предложены модели всех подсистем с позиции технической диагностики и процедуры управления их техническим состоянием.

2. Рассмотрен принцип автоматического сопровождения множества целей с помощью одной РЛС кругового обзора, обеспечивающей дискретное поступление информации о координатах сопровождаемых целей. В качестве математического аппарата, обеспечивающего операции

сглаживания и экстраполяции координат сопровождаемых целей, предложено использовать аппарат линейной фильтрации Калмана.

Кроме того получены математические соотношения между заданным числом каналов САЦ, допустимой вероятностью достоверности информации о состоянии работоспособности каналов САЦ, темпом поступления входной информации, требуемым временем обработки информации и требуемым числом проверочных и запасных каналов.

3. Разработано методическое обеспечение экспресс-контроля работоспособности САЦ путем непрерывного сравнения результатов вычислений в каждом из рабочих каналов системы с результатами вычислений в проверочных каналах. При этом разработаны структура автоматизированного комплекса для управления техническим состоянием САЦ, алгоритмы контроля и компьютерная программа на языке С++, реализующая этот алгоритм.

4. Предложена концепция контроля работоспособности механических конструкций СТС, основанная на исследовании спектральных характеристик сигналов вибраций отдельных элементов конструкций. В качестве диагностического признака предложено использовать значения интенсивности дискретного спектра сигнала вибрации в заданных частотных окнах. Рассмотрены методы получения спектральных характеристик вибраций и методы снижения размерности пространства признаков.

5. Разработан алгоритм адаптивной фильтрации сигналов вибродатчиков с целью максимизации на его выходе отношения сигнал-шум. Предложен метод экстраполяции временных рядов в задачах вибродиагностики механических конструкций, при этом рассмотрены авторегрессионная и взаимнорегрессионная модели.

Разработан и изготовлен восьми канальный аппаратно-программный комплекс для контроля работоспособности механических конструкций, позволяющий параллельно обрабатывать информацию от восьми вибродатчиков, расположенных в различных точках механической конструкции.

6. Разработаны методы анализа и прогнозирования состояния работоспособности мобильных РЛС САЦ по результатам экспресс-оценок показателей качества функционирования отдельных подсистем и узлов. Определено, что работоспособность РЛС определяется по значениям вектора ее выходных характеристик или по значениям единого свободного показателя. Из всего набора технических параметров для оперативного контроля выбрано ограниченное количество наиболее информативных.

7. Разработан алгоритм прогнозирования выходных характеристик РЛС и единого сводного показателя. Предложены пути оценки погрешности прогноза, выбора нужного алгоритма прогнозирования для

конкретной РЛС, уточнены динамические модели оценивания работоспособности станции.

8. Предложен общий подход к построению "систем "технического обслуживания СТС с изложением основных требований к ней и функциональная схема системы с перечислением основных решаемых задач. Описана интеллектуальная система, позволяющая в диалоговом режиме решать задачу выбора оптимального алгоритма распознавания при изменяющихся исходных данных.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Бескнд П.П., Рогалев IO.II., Сайдун Мсфш. Управление информационными образами объектов в задачах распознавания. Сб. научи, трудов "Информационные технологии на транспорте". С.Пб.:СПГУВК, с. 155-159.

2. Бескнд П.П., Рогалев Ю.Н., Сайдун Мефти. Метод снижения пространства признаков в задачах вибродиагностики. Труды международной НТК "Транском-97". СПб, СПУВК, 1997 г.

3. Шляхтов В.А., Грищенков A.A., (Сайдун Мефти. Задача классификации в оценке экологической информации. Упраление и информационные технологии на транспорте. Труды международной ПТК "Транском-97". СПб., 1997.

4. Беек ид П.П., Рогалев Ю.Н., Сайдун Мефти. Обратная задача распознавания как метод управления информационными образами надводных объектов. Труды международной конференции по информатике и управлению. С.Пб, 1997 г.

5. Бескид П.П.. Рогалев Ю.Н., Сайдун Мефти. Управление характеристиками рассеяния морских обьектов для решения задачи ЭМС портовых РЭС. Электромагнитная совместимость и электромагнитная экология. Труды IIf международного симплзиума. СПб. 1997.

-ПГУВК ИИЦ тир^ОЗак. 45 Ш9г.

Список основных сокращений.

Введение.

1. Анализ работоспособности систем информационной поддержки судоводителя.

1.1. Структура систем информационной поддержки оператора технических средств судовождения.

1.2. Модели контроля работоспособности устройств СИП.

1.2.1. Модель подсистемы аппаратно-программной реализации задач судовождения.

1.2.2. Модель контроля работоспособности механических конструкций СИП.

1.2.3. Модель контроля работоспособности электронных узлов СИП.

1.3. Анализ характера и причин возникновения неисправностей СТС для различных климатических зон.:.

Выводы.

2. Аппаратно-программная реализация управления техническим обслуживанием системы автоматического сопровождения целей.

2.1. Структура автоматизированного комплекса управления техническим состоянием САЦ.

2.2. Алгоритмизация САЦ.

2.3. Анализ эффективности ситемы контроля работоспособности САЦ.

2.4. Обобщенный алгоритм контроля работоспособности и управления техническим состоянием САЦ.

2.5. Реализация алгоритма контроля работоспособности и управления техническим состоянием САЦ на базе фильтра Калмана.

Выводы.

3. Управление техническим состоянием механических конструкций СТС.

3.1. Концепция вибродиашостики механических . конструкций СТС.

3.2. Методы получения характеристик вибраций # механических конструкций.

3.2.1. Получение частотных характеристик с постоянной шириной полосы.,.

3.2.2. Получение характеристик вибраций с применением параметрической следящей цифровой фильтрации.

3.2.3. Получение спектральных характеристик с постоянной относительной шириной полосы с применением полосовой фильтрации.

3.3. Алгоритмизация контроля работоспособности механических конструкций.

3.3.1. Снижение размерности пространства признаков.

3.3.2. Программное обеспечение метода снижения размерности.

3.4. Адаптивная фильтрация сигналов.

3.5. Экстраполяция временных рядов в задачах вибродиашостики механических конструкций.

3.6. Аппаратно-программный комплекс системы вибродиагаостики механических конструкций.

Выводы.

4. Алгоритмизация прогнозирования и контроля работоспособности мобильных РЛС по результатам экспресс-оценки показателей качества функционирования отдельных блоков.

4.1. Принципы анализа и прогноза работоспособности РЛС.

4.2. Прогноз сосотояния работоспособности РЛС на основе модели, учитывающей информацию датчиков различных типов.

4.2.1. Применение одномерных моделей для оценки работоспособности многопараметрических систем.

4.2.2. Многопараметрические модели оценки работоспособности РЛС.

4.2.3. Определение степеней работоспособности для многопараметрической РЛС.

4.3. Анализ базового варианта PJIC мобильного типа.

4.3.1. Анализ структурной схемы.

4.3.2. Основные параметры, подлежащие контролю в различных режимах работы PJIC.

4.3.3. Выбор вектора параметров, подлежащих экспресс-оценке в целях прогноза.

4.3.4. Выбор критерия работоспособности PJIC.

4.4. Разработка принципов построения аппаратных средств диагностики отдельных систем PJIC.

4.4.1. Контроль блоков питания.

4.4.2. Экспресс-оценка состояния передатчика.

4.4.3. Экспресс-оценка состояния приемника.

4.5. Экспериментальные исследования.

4.5.1. Макет устройства автоматизированной экспресс-оценки состояния отдельных узлов РЛС.

4.5.2. Экспериментальные измерения.

Выводы.

5, Система технического обслуживания СТС.

5.1. Структура системы технического обслуживания СТС.,.

5.2. Система выбора алгоритма распознавания.

Выводы.

Научно-технический прогресс в области комплексной автоматизации судовых процессов в течение последних 20 лет определяется достижениями в области электроники и вычислительной техники. Современные тенденции развития средств автоматизации в мировом судостроении характеризуются широким применением вычислительно-информационных систем, микроЭВМ, микропроцессорных средств, позволяющих существенно повысить безопасность плавания, снизить эксплуатационные расходы за счет периодического контроля, диагностирования и прогнозирования технического состояния судовых технических средств, сократить численность судовых экипажей и повысить эффективность использования судов.

Основной особенностью программ автоматизации является объединение всех систем управления отдельными технологическими процессами и оборудованием в автоматизированную систему управления судном с распределенной структурой, единой информационной базой и базой данных , выполняющих определенные функции как на борту судна , так и в стратегии его использования судовладельцем.

При этом особенно эксплуатация судового оборудования в условиях длительного автономного плавания судов при воздействии множества внешних и внутренних факторов при требовани высокой надежности всего комплекса судовых механизмов выдвигает на первый план необходимость регламентированного контроля технического состояния оборудования и принятия решения в рамках автоматизированных систем управления всеми процессами технического обслуживания судовых систем.

Анализ судовых технических средств (СТС) сводится прежде всего к определению контролепригодности, возможности измерения совокупности параметров и получения информационного массива данных, пригодного для решения поставленных задач контроля и управления по повышению надежности и безопасности как судна в целом, так и отдельных СТС.

Поскольку надежность и безопасность по определению весьма сложные понятия, дадим определение надежности судов и кораблей, под которым будем понимать свойство судов (кораблей) сохранять во времени в установленных пределах значения параметров, характеризующих способность выполнения требуемых функций (перевозок) в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. В широком смысле надежность обуславивается безотказностью, ремонтопригодностью, долговечностью и сохраняемостью, а в узком смысле - только безотказностью.

Безотказность судовых технических средств (СТС) может быть обеспечена в условиях длительного автономного плавания судов путем периодичесого контроля технического состояния судовых механизмов, принятия решения о работоспособности этих механизмов и прогнозирования измерения состояния СТС хотя бы на период плавания (перевозок грузов). Для организации контроля множества параметров СТС, анализа и обработки, оценка технического состояния судовых объектов и принятия управленческих решений необходима система технического обслуживания (СТО). Поскольку у некоторых объектов на судах количество анализируемых признаков достигает нескольких сотен, то безусловно СТО должна быть автоматизированной (ACTÓ), т.е. с применением ПЭВМ и в отдельных случаях включать специализированные микропроцессорные устройства. При этом, если учесть, что продолжительность плавания судов достигает часто несколько десятков дней, то становится необходимым решать задачу прогнозирования изменения технического состояния СТС для предвидения отказовых ситуаций.

Иными словами необходимо организовать работу ACTO, которая решала бы задачу управления технического обслуживания судовых технических средств и тем самым обеспечивала надежность и безопасность плавания судов в течение заданного времени.

В связи с этим целью диссертационной работы является алгоритмизация управления техническим обслуживанием судовых технических средств на основе методов диагностирования и прогнозирования их работоспособности.

Для достижения этой цели решаются следующие задачи:

1) Анализ работоспособности технических средств системы информационной поддержки (СИП) судоводителя;

2) Аппаратно-программная реализация управления техническим обслуживанием системы автоматического сопровождения целей;

3) Информационное и методическое обеспечение процессов управления техническим состоянием механических конструкций;

4) Алгоритмизация прогнозирования и контроля работоспособности мобильных радиолокационных станций (PJIC) по результатам экспресс-оценки показателей качества функционирования отдельных блоков;

5) Создание автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора по анализу работоспособности системы информационной поддержки.

Методы исследования. Общетеоретической базой проводимого исследования служат методы теории радиолокации, теории управления, системного анализа, теории технической диагностики и статистической классификации теории прогнозирования, теории вибрации и прочности механических объектов, теории фильтрации и других теорий.

Научная новизна результатов исследования состоит в следующем:

1. Проанализированы СТС, входящие в состав СИП, факторы, влияющие на их надежность и модели всех подсистем СИП как объектов диагностики.

2. Разработаны структура, метод, алгоритмы и машинная программа для автоматизированного комплекса управления техническим состоянием СИП.

3. Предложена концепция контроля механических конструкций СТС, в рамках которой рассмотрен метод получения спектральных характеристик вибраций, разработан алгоритм адаптивной фильтрации сигналов вибродатчиков, исследованы методы снижения размерности пространства признаков, предложен метод экстраполяции временных рядов и разработан 8-ми канальный аппаратно-программный комплекс контроля работоспособности механических конструкций.

4. Предложены принципы анализа и прогнозирования состояния работоспособности мобильных РЛС систем автоматического сопровождения целей (САЦ) по результатам экспресс-оценок показателей качества функционирования.

5. Изложен общий подход к построению системы технического обслуживания СТС и описана интеллектуальная система выбора оптимального алгоритма распознавания в диалоговом режиме.

Практическая значимость. Работа выполнена в рамках важнейших НИР в соответствии с Федеральной целевой программы "Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997-2000 годы", имеющей статус президентской программы.

Практическая ценность результатов, полученных в работе, заключается в том, что созданы методические и алгоритмические основы управления техническим обслуживаним судовых технических средств, входящих в систему информационной поддержки судоводителя.

По результатам проведенных исследований при участии автора разработаны модели, алгоритмы и программы, предназначенных для управления упомянутыми системами оценки технического состояния и прогнозирования работоспособности объектов СТС. 8

Результаты нашли внедрение в различных организациях и предприятиях региона.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались, обсуждались и были одобрены на

-Международной научно-технической конференции "Транском-97" (СЛетербург, 1997 г.)

-Международной конференции по информатике и управлению (Россия, СЛетербург, 1997 г.)

-Третьем международном симпозиуме по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии "ЭМС-97"(С.Петербург,1997г.)

-на ежегодных научно-технических конференциях СПГЭТУ в 19971999 г.г.

Публикации. Основные научные результаты опубликованы в 5 печатных работах, из которых 3 статьи и 2 тезиса докладов на конференциях.

Объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав и приложения.

Выводы к главе 5.

1. Предложен общий подход к построению систем технического обслуживания СТС. Изложены основные требования, предъявляемые к системе технического обслуживания, предложена функциональная схема системы, перечислены основные задачи, решаемые системой.

2. Предложена интеллектуальная система, позволяющая в диалоговом режиме решать задачу выбора оптимального алгоритма распознавания при изменяющихся исходных данных.

Заключение

Требования к безопасности плавания морских и речных судов, а также кораблей военно-морского флота в жестких климатических условиях приводят к необходимости автоматизации процессов управления техническим обслуживанием судовых технических средств разнообразного назначения. При этом особенно важным является обеспечение повышенной надежности объектам системы информационной поддержки судоводителя, так как от их работоспособности зависит оптимальность пространственно-временного движения судна, эффективность и стоимость перевозок и выполнение задания.

В связи с этим в работе большое внимание было уделено именно объектам СИП, методам их контроля, алгоритмам анализа и обработки информации и программам принятия решения (диагностическим, прогнозирующим и управленческим).

В результате проведенных исследований были получены следующие основные результаты:

1. Проанализирована структура систем информационной поддержки оператора (сформулированы задачи по управлению и обслуживанию СТС, предложена модель процесса принятия решения, определена концепция оценки качества применительно к СИП); проведен анализ влияния климатических факторов на надежность СТС по результатам их длительного хранения и эксплуатации в различных климатических поясах; осуществлена детализация СИП как объекта диагностирования на три подсистемы; предложены модели всех подсистем с позиции технической диагностики и процедуры управления их техническим состоянием.

2. Рассмотрен принцип автоматического сопровождения множества целей с помощью одной РЛС кругового обзора, обеспечивающей дискретное поступление информации о координатах сопровождаемых целей. В качестве математического аппарата, обеспечивающего операции сглаживания и экстраполяции координат сопровождаемых целей, предложено использовать аппарат линейной фильтрации Калмана.

Кроме того получены математические соотношения между заданным числом каналов САЦ, допустимой вероятности достоверности информации о состоянии работоспособности каналов САЦ, темпом поступления входной информации, требуемым временем обработки информации и требуемым числом проверочных и запасных каналов.

3. Разработано методическое обеспечение экспресс-контроля работоспособности САЦ путем непрерывного сравнения результатов вычислений в каждом из рабочих каналов системы с результатами вычислений в проверочных каналах. При этом разработаны структура автоматизированного комплекса для управления техническим состоянием САЦ, алгоритмы контроля и компьютерная программа на языке С++, реализующая этот алгоритм.

4. Предложена концепция контроля работоспособности механических конструкций СТС, основанная на исследовании спектральных характеристик сигналов вибраций отдельных элементов конструкций. В качестве диагностического признака предложено использовать значения интенсивности дискретного спектра сигнала вибрации в заданных частотных окнах. Рассмотрены методы получения спектральных характеристик вибраций и методы снижения размерности пространства признаков.

5. Разработан алгоритм адаптивной фильтрации сигналов вибродатчиков с целью максимизации на его выходе отношения сигнал-шум. Предложен метод экстраполяции временных рядов в задачах вибродиагностики механических конструкций, при этом рассмотрены авторегрессионная и взаимнорегрессионная модели.

Разработан и изготовлен восьми канальный аппаратно-программный комплекс для контроля работоспособности механических конструкций, позволяющий параллельно обрабатывать информацию от восьми вибродатчиков, расположенных в различных точках механической конструкции.

6. Разработаны методы анализа и прогнозирования состояния работоспособности мобильных РЛС САЦ по результатам экспресс-оценок показателей качества функционирования отдельных подсистем и узлов. Определено, что работоспособность РЛС определяется по значениям вектора ее выходных характеристик или по значениям единого свободного показателя. Из всего набора технических параметров для оперативного контроля выбрано ограниченное количество наиболее информативных.

7. Разработан алгоритм прогнозирования выходных характеристик РЛС и единого сводного показателя. Предложены пути оценки погрешности прогноза, выбора нужного алгоритма прогнозирования для конкретной РЛС, уточнены динамические модели оценивания работоспособности станции.

8. Предложен общий подход к построению систем технического обслуживания СТС с изложением основных требований к ней и функциональная схема системы с перечислением основных решаемых задач. Описана интеллектуальная система, позволяющая в диалоговом режиме решать задачу выбора оптимального алгоритма распознавания при изменяющихся исходных данных.

1. Байда Н.П., Кузьмин И.В., Шмыевой В.Г. Микропроцессорные системы поэлементного диагностирования РЭА. М: Радио и связь. 1987.256 с.

2. Глазунов Л.П., Смирнов А.Н. Проектирование технических систем диагностирования. Л.: Энергоатомиздат. 1982. 168 с.

3. Климов E.H., Попов С.А., Сахаров В.В. Идентификация и диагностирование судовых технических систем. Л.: Судостроение. 1978. 476 с.

4. Кузнецов С.Е., Фидев B.C. Основы технической эксплуатации судового электрооборудования и автоматики. СПб.: Судостроение. 1995. 448 с.

5. Мироновский Л. А. Функциональное диагностирование динамических систем. Автоматика и телемеханика. 1980. №8. с.96-121

6. Мозгалёвский A.B., Гаскаров Д.В. Техническая диагностика. М.: Высшая школа. 1975. 207 с.

7. Мозгалёвский A.B., Гаскаров Д.В., Глазунов Л.П., Ерастов В.Д. Автоматический поиск неисправностей. Л.: Машиностроение. 1967. 264 с.

8. Осипов О. И., Усынин Ю.С. Техническая диагностика автоматизированных электроприводов. М.: Энергоатомиздат. 1991. 160 с.

9. Пархоменко П. П., Согомонян Е.С. Основы технической диагностики (оптимизация алгоритмов диагностирования, аппаратные средства). Под редакцией Пархоменко П.П. М.: Энергия. 1981. 320 с.

10. Элементы теорий испытаний и контроля технических систем (Под редакцией Р.М.Юсупова). Л.: Энергия. 1978. 192 с.

11. Вопросы математической теории надежности (Е.Ю.Барзилович, Ю.К.Беляев, В.А.Каштанов и др.) Под ред. Б.В.Гнеденко. М.: Радио и Связь. 1983. 376 с.

12. Вихров Н.М., Гаскаров Д.В., Грищенков A.A. Управление и оптимизация производственно-технологических процессов. С.Пб.: Энергоатомиздат. 1995. 301 с.

13. Варжапетян А.Г. Техническая эффективность и надежность судовых систем управления. Л.: Судостроение, 1969.

14. Бескид П.П. Радиооборудование кораблей. С.Пб.: Поликом, 1998.256 с.

15. Турусов С.Н., Шапошников С.О. Об одной модели принятия решения в задачах поддержания готовности судовых технических средств. /Изв.ГЭТУ. Вып. 484. -с. 54-56.

16. Вирьянский З.Я. Проблема оценки информации в системах интеллектуальной поддержки операторов. /Изв. ГЭТУ. Вып. 484 с. 56-60.

17. Судовые системы автоматического контроля. /3.Я.Вирьянский, Ч.Л.Киселев, В.Н.Михайлов и др. Л.: Судостроение. 1974.

18. Дружинин Г.В. Надежность автоматизированных производственных систем. М.: Энергоатомиздат. 1986.

19. Мамиконов А.Г., Кульба В.В., Шелков А.Б. Достоверность, защита и резервирование информации в АСУ. М.: Энергоатомиздат. 1986.

20. Бескид ПЛ., Рогалев Ю.Н., Сайдун Мефти. Управление информационными образами объектов в задачах распознавания. Сб. научн. трудов "Информационные технологии на транспорте". С.Пб.гСПГУВК, с.155-159.

21. Шишов Ю.А., Ворошилов В.А. Многоканальная радиолокация с временным разделением каналов. -М.: Радио и связь. 1987.

22. Кузьмин С.З. Основы проектирования систем цифровой обработки PJI-информации. -М.: Радио и связь, 1986.

23. Зингер P.A., Бенке Е.К. Оценка характеристик и выбор фильтров сопровождения в реальном масштабе времени для тактических систем вооружения. -Зарубежная радиоэлектроника, 1972 г., №1, с.44-59.

24. Бакулев П.А., . Сосновский A.A. Радиолокационные и радионавигационные системы. М.: Радио и связь, 1994 г.

25. Корастелев A.A. Пространственно-временная теория радиосистем. -М.: Радио и связь, 1987 г.

26. Адаптивные фильтры. Под редакцией К.Ф.Н.Кроуэна и П.М. Гранта. М.: Мир, 1988 г.

27. Жданюк Б.Ф. Основы статистической обработки траекторных измерений.-М.: Советское радио, 1978 г.

28. Токхайм Р. Микропроцессоры. Курс и упражнения. -М.: Энергоатомиздат, 1988 г.

29. Батушев В.А., Вениаминов В.Н., Ковалев В.Г., Лебедев О.Н., Мирошничеснко А.И. Микросхемы и их применение. -М.: Радио и связь, 1983.

30. Сверхбольшие интегральные схемы и современная обработка сигналов. Пер. с англ. /Под ред. С.Гуна, Х.Уайтхауса, Т.Кайлата. -М.: Радио и связь, 1989.

31. Кун С. Матричные процессоры на СБИС. Пер.с англ. -М.: Мир,1991.

32. Цифровая обработка сигналов. Справочник /Л.М.Гольденберг, Б.Д.Матюшкин, М.Н.Поляк. -М.: Радио и связь, 1985.

33. Марпл.- мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения. Пер. с англ. -М.: Мир, 1990.

34. Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов. Пер. с англ. -М.: Мир, 1989.

35. Гаркуша В.Н., Кочуров В.А., Хорьков Г.И. Параллельные методы обработки сигналов с применением ЦПОС TMS32010. -Изв. ЛЭТИ: Сб.научных трудов Ленинградского электротехнического института им. В.И.Ульянова (Ленина).-Л.,1984, Вып.433.

36. Юшков C.B. Исследование и разработка корректоров первичных преобразователей на базе микропроцессорных средств для динамических испытаний. Кандидатская диссертация. Л.,ЛЭТИ им. В.И.Ульянова (Ленина), 1990.

37. Разработка 15-канального анализатора спектра (фильтра) для исследования резонансных свойств поврежденных авиационных конструкций. Отчет по НИР ЭМЦ-44/2886. ЛЭТИ им. В.И.Ульянова (Ленина) Л., 1984.

38. Кустов О.В., Лундин В.З. Операционные усилители в линейных цепях.-М.: Связь, 1978. с. 103-107.

39. Зиновьев A.B., Филиппов Л.И. Введение в теорию сигналов и цепей. -М.: "Высшая школа", 1968, с. 158-166.

40. Брюль и Къер. Электронная аппаратура. Каталог 1989/90 г.

41. Брюль и Къер. Аппаратура для акустики, электроакустики, виброметрии, фотометрии, исследований тепловых условий и газов, анализа сигналов и медицинской диагностики. Краткий каталог 1989/90 г.

42. Гаврилова Т.А., Червинская K.P. Извлечение и структурирование знаний для экспертных систем. -М.: Радио и связь, 1992 г. .

43. Поспелов Г.С. Искусственный интеллект основа новой информационной технолгии.-М.: Наука, 1988 г.

44. Макшанов A.B., Смирнов A.B., Шашкин А.К. Робастные методы обработки сигналов в системах синхронизации. СПб.,ЛГУ, 1991 г.

45. Латинский С.М., Шарапов В.И., Ксенз С.П., Афанасьев С.С. Теория и практика эксплатации радиолокационных систем. М.: "Сов. радио", 1970.

46. Бережной В.П., Дубицкий Л.Г. Выявление причин отказов РЭА. М.: Радио и связь, 1983.

47. Гаскаров Д.В. и др. Выбор информативных параметров при контроле качества изделий электронной техники. Л.: Знание, 1979.

48. Испытания РЛС (оценка характеристик). А.И.Леонов, С.АЛеонов, Ф.В.Нагуменко и др. Под ред. А.ИЛеонова. М.: Радио и связь, 1990, с. 208.

49. Морская радиолокация. Под.ред. Винокурова В.И. -Л.: Судостроение, 1987.

50. Лукич Г.С., Сергеевич Л.В., Хорьков Г.И. Параметрический фильтр низких частот. -/Изв. ЛЭТИ : Сб. научных трудов Ленинградского электротехнического института им. В.И.Ульянова (Ленина). Л., 1984. -Вып.345.

51. Коробейников A.M., Сергеевич Л.В., Юшков C.B. Синтез фильтров по методу пространства состояния на ЦПОС К1813ВЕ1. устройства обработки информации -/Изв. ЛЭТИ : Сб. научных трудов. ЛЭТИ, -Л:, 1989, -Вып.418.

52. Бескид П.П., Рогалев Ю.Н., Сайдун Мефти. Метод снижения пространства признаков в задачах вибродиагностики. Труды международной НТК "Транском-97". СПб, СПУВК, 1997 г.

53. Зингер Р. Оценка характеристик оптимального фильтра. Зарубежная радиоэлектроника. №8,1970.

54. Бескид П.П., Валеев В.Г., Винокуров В.И. Построение судового радиооборудования. Л: Судостроение. 1982. -228 с.

55. Родионов А.И., Сазонов А.Е. Автоматизация судовождения. -М.: Транспорт, 1983. -216 с.

56. Найденов Е.В. Исследование принципов принятия решения судоводителем при расхождении судов. Автореферат диссертации. -Л.: ЛВИМУ, 1982.-20 с.

57. Г.Корн, Т.Корн. Справочник по математике. -М.: Наука, 1968.

58. Калман Р., Бьюси Р. Новые результаты в линейной фильтрации и теории предсказания. -В кн.: Труды американского общества инженеров-механиков. 1961. Серия Д. JMbl.C. 124-140.

59. Космические траекторные измерения. /Под ред. Агаджанова П.А. -М.: Сов. радио, 1969.

60. Колмогоров Л.Н. Интерполирование и экстраполирование стационарных случайных процессов. -В кн.: Известия АН СССР: Серия Математика, 1941, т.5, №1.

61. Фомин Я.А., Тарловскцй Г. Р. Статистическая теория распознавания образов. -М.: Радио и связь, 1986 264 е.: ил.

62. Фомин Я.А., Савич A.B. Оптимизация распознающих систем. -М.: Машиностроение, 1993. -288 с.

63. Селекция и распознавание на основе локационной информации. Под ред. А.Л.Горелика. -М.: Радио и связь, 1990. -240 е.,ил.

64. Миленький A.B. Классификация сигналов в условиях неопределенности. -М.: Сов.Радио, 1975. 328 с.

65. Горелик А.Л., Скрипнин В.А. Методы распознавания. М.: Высшая школа, 1989.-232 с.

66. Гихман И.И., Скороход A.B. Теория случайных процессов. -М.: Наука, 1971 г.

67. Страгович В.Г. Теория адаптивных систем. -М.: Наука, 1976.

68. Шляхтов В.А., Грищенков A.A., Сайдун Мефти. Задача классификации в оценке экологической информации. Упраление и информационные технологии на транспорте. Труды международной НТК "Транском-97". СПб., 1997.

69. Дрейнер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. М.: Статистика, 1973. -392 с.

70. Сейдж Э.П., Мелса Д.Л. Идентификация систем управления. -М.: Наука, 1974. -246 с.

71. Цифровые сигнальные процессоры ADSP. Перевод с англ. /Под ред. проф. Викторова А.Д. -СПб.: Поликом, 1997 г.-560 с.

72. Справочник по функциям Borland С++ 3.1/4.0. /Под ред. Дернеева И.И. -Киев, Диалектика 1994 г., -320 с.

73. Бескид П.П., Рогалев Ю.Н., Сайдун Мефти. Обратная задача распознавания как метод управления информационными образами надводных объектов. Труды международной конференции по информатике и управлению. С.Пб, 1997 г.

74. Давыдов П.С. Техническая диагностика радиоэлектронных устройств и систем. -М.: Радио и связь, 1988. -256 с.

75. Мозгалевский A.B., Волынский В.И., Гаскаров Д.В. Техническая диагностика судовой автоматики. -Л.: Судостроение, 1987. -224 с.

76. Большаков В.Д. Теория ошибок наблюдения. -М.: Недра, 1983.

77. Отчет по НИР "Поисковые исследования путей создания средств автоматической экспресс-оценки и прогноза состояния работоспособности мобильных РЛС". -Л.: ЛЭТИ, 1995 г.

78. Программирование экспертных систем на Паскале. Перевод с англ. Иванникова В.П. -М.: Финансы и статистика, 1990.

79. Экспертные системы. Базы знаний и данных. -М.: ЦРДЗ, 1992 г.

80. Отчет по НИР "Разработка методологии создания экологических систем". -Л.: ЛЭТИ, 1991 г.

81. Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами. -М.: Мир, 1973.-957 с.

82. Справочник по. оптимизационным задачам в АСУ. -Л.: Машиностроение, 1984.-212 с.

83. Асатурян В.И. Теория планирования эсперимента. -М.: Радио и связь. 1983. -248 с.

84. Хейс Д. Причинный анализ в статистических исследованиях. -М.: Финансы и статистика, 1981. -256 с.

85. Бескид П.П., Рогалев Ю.Н., Сайдун Мефти. Управление характеристиками рассеяния морских объектов для решения задачи ЭМС портовых ЮС. Электромагнитная совместимость и электромагнитная экология. Труды III международного симплзиума. СПб, 1997.

86. Рубак В.Я., Киримок Н.И., Девиков Э.А. Системное проектирование АСУ.-Киев: Техника, 1983.-136с.

87. Сергиенко И.В. Математические модели и методы решения задач дискретной оптимизации. -Киев: Наук.думка. 1985. -382 с.

88. Глушенко Н.В. Диагностирование электротехнических объектов на основе моделей. СПб.: СПГУВК, 1996. -102 с.

89. Гук М. Процессоры Intel: от 8086 до Pentium II. -СПб.: Питер Паблишинг. 1997.

90. Каталог. Все необходимое для индустриальных бортовых и встроенных систем управления, контроля и сбора данных. -M.:Prosoft, 1997.

91. Сидоров H.A. Адаптация программного обеспечения, управления синтаксическим описанием. Тезисы доклада Всесоюзной конференции по автоматизации программирования. -Калининград: 1986 г. -с. 17-18.

92. Бычонок H.H. Автоматизированные информационные системы для принятия решения. -Киев: Знание, 1982 г.

93. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов. Перевод с французского/Под ред. Волкова Н.Г. -Москва: Мир, 1983.

94. Герцбах И.Б., Кордонский Х.Б. Модели отказов. -М: Сов. радио,1996.95Самарский A.A. Введение в численные методы. -М: Наука, 1987. 288 с.165

95. Intelligent real-time system management: towards an operator companion for nuclear power plants /Garland W.I. Poehlman W.F.S./ Solutseff N. and oth.// Eng. Computat. -1989 -Vol. 6, №2. -p.5/9-11/10. -Англ.

96. Probl. solving using expert system techique /Mäher Mary Low// Exp. Syst. Giv. Eng: Ргос/ Ist Symp., Seattle, Wush.,Apr. 8-9, 1986/ -New York.

97. Knowledge based planning and replanning in naval command and control/ Gadsden J.A.//4th Cout. Artif. Intell. Appl., San Diego. Calif. March 14-18,1988; Proc. -Washington, 1988. -p.286-292. - Англ.

98. Conntction applied to a real timt expert system for tactical data fusion/ MacRae J.R., Byrne C.D.// 3rd Ann. Expert Syst. Gov. Conf., Washington, Oct 19-23, 1987; Proc. -Washington, 1987. -p.66-71. -Англ.

99. Brown R.G. Smoothing, Forecasting and Prediction of Diskrete time-series, Prentice-Hall, new Jercy, 1962.

100. Box G.E.R., Jenkins G.M. Nime series Analysis. Forecasting and Control. Holden-Day, San Francisco, 1970.