автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Гарантированное управление эксплуатацией технических объектов ответственного назначения
Автореферат диссертации по теме "Гарантированное управление эксплуатацией технических объектов ответственного назначения"
На плана* птолпиги
т»___..г?.,,.. * . -
_ г *г* л * г г*-* >
ГАРАНТИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЭГССИЛУЛТЛЦШЙ! ТЕШНЧЕСКИК ОБЪЕКТОВ ОТВЕГЕСГВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Автореферат
д!'сс«рч'ущ|я ил соис?:я!ито у-гегг«";» еч.гд^.н", доктора технических наук
л,/)/
I
* I
Владивосток -1997
. Работа выполнена в Институте автоыатшеи и процессов управления ДВО РАН.
Официальные оппоиегпы: доктор фцзико-иатсыатачсския наук, профессор Ащепков Л.Т.
доктор теднпчссик паук, профессор Ияпариоиоо Г.Ю. доктор технических наук, профессор Тескнп О.И.
Ведущая организация: Институт проблей ьгарския технологий ДВО РАН (г. Владивосток)
на заседании диссертационного совета Д 003.30.01 в Институте автоыатохи и процессов управления ДВО РАН по адресу: 650041, г. Владивосток, ул. Радио, 5, ИАПУ ДВО РАН, аудитория 510.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИАПУ
Заодгта состоится "__И_ 199$ г. п час.
ДВО РАН.
Автореферат разослан
■7
1997 г.
Ученый секретарь диссертационного совета д.т.и., профессор
Б.И.Коган
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ
Актуальность темы. Обеспечение безотказности и высокой эффективности зг-ссгпг/атглтттт со грсмсггт полмили самой просто» техники (устройств для подъема грузов, мельниц, плотни и т.п.) всегда ?;влялось важнейшей проблемой. При этой полное решение указанной проблемы ногою было найти еще на стадиях проегстнрозпют и производила за счет введения избыточности з струз.туру, параметры клк п свойства объекта (создание запаса прочности, резервироззвие отдельных элементов, узлов, бзтсйсов, ч'-лто обт-сктя и цепом, кодирование передаваемых сигналов и т.п.). Усложнение техники, расширен;» ф>тийцио;гааъ11Ьп; сб^зипюстсЗ, удорожание производства и эксплуатации, а главное, повышение ответственности выполняемых функций, когда любой отказ «ожег приводить (и приводит) к катастрофичссхзгм, с точки зркпш экономики, последствиям или к прямой угрозе кизни человека, заставили обратить особое вникание на этап эксплуатации.
На этапе эксплуатации безотказность функционирования .технических объектов может быть обеспечена за счет технического обслуживания (управления эксплуатацией), под которым петшшот все мероприятия, направленные па сохранение а аосстановя&те работсепоссбяссп:, определение а оценка фактического состотшш с 5т. саг,.
Техническое сбслуяиаште, прзатюсуекоа в настоящее зремя, спяза-ио, главным образов, с осреднением поведстю данного класса объест и .ка основе фиксация пргчегз: зозншагопеаая отказов или с использованием полных сгагаспгаесгсиг зргктгркстггп:, учитывающих предысторкю отказа каэдого конкретного экземпляра из рассматриваемого класса на интервале сто эксплуатации. Посяед:п!Й подход кв игнорирует езойехг.а и особенности функционировали, т.е. у?:пыгглгг шадизидуалгиоспь каждого конкретного объекта вне зависимости от сто прииздлезаюгта к тому или иному ютяссу. Указанный подход связан с папаткем технического об-сяуззгаания ко сосгояншо или с упрззггелнш 5Еспяуатш;ей (нежностью).
Управление эксплуатацией предполагает построение стратегии (правила) управления на основе результатов исследования закономерно-, стей дрейфа: параметров и процессов лрибгзжетгя к отказам, т.е. фактически на основе учета параметрических или постепенных отказов.
Постепенные (параметрические) отаазьх составляют подавляющую часть отказов (до 90%) такой техники, где всякий отказ сопряжен с большим риском возтпенопгния ситуаций, приводящих к катастрофическим экономическим последствиям или х угрозе гзгаш человека (газе- нефтепроводы, самолеты, суда и т.п.)'. При этом внезапные отказы в основной возникают из-за несовершенства технологии производства или нарушений правил эксплуатации.:
Существует тенденция (оправданная, согласно данных статистики), называющая на то, что доля постедкшыл отказов должна возрастать при уменьшении количества любых опсазов вообще.
Недостаточная изученность процессов дрейфа параметров, несовершенство методов обработки имеющейся здесь статистики для определения закономерностей поведения конкретного объекта на интервале эксплуатации (прогногйропання состояния могут приводпъ (к приводят) к существенный ошибкам при построении схратепш управления эксплуатацией). Такие ошибки для технических ебъеюов ответственного назначения редко бывают несвязанными с критическими последствиями. При этом реалии эксплуатации здссь таковы, что применение методов классической статистики для обработки исходной совокупности сведений с целью прогнозирования изменят]: состояния нельзя считать правомерным (существенная ограниченность и неопределенность обрабатываемой информации).
Актуальность исследования случайных процессов изменения состояния объектов и решения на этой основе задач управления эксплуатацией неоднократно отмечалось в работах Н.Г.Бруешхчз, А.А.Воропоса, Б.В.Гнздгнко, П.П.Паркомежо, Б.И.Сифорова, Б.С.Сотскоза и других ученых. Большой склад б решение задач прогнозирования и обеспечения безотказности (по параметрической падешгосго) внесли Б.В.Вас:шьеэ; Л.И.Волков, Д.В.Гаскароз, Т.А.Голижезич, Б.Г.Доступов, Г.В.Другкннкн, Л.Г.Еслаиоа, К.А.йыуду, ЮЛЛСофанов, В-ДЛСудришаш,
A.Я.Маслоа, , А .В. Михаилов, . А.В.МозгслезеЕий, А.С.Проникоп, Д.В.Свечарннк, В.Б.Склкп, Р.С.Судхтсоз, Т.А.Сыриц1ш, Р.М.Турксяьтауб, А.МШ1 фости, Дк.Бсндат, А.Ннрссн и др. Вопросам гшанироьашш зксгаху«тадш1 посеящеаы работы ЕЛО.Барзилоаича, ВЛСДедкова, Б.А.Кзгнтс&о&а, И.А.Ссзгрх;еза и др. Существенный' вклад б решите проблема! упрашхешп надккностъю внесли ' О.В.Абрамов, Б.1].Бунзаш, А-А-Бавиаоз, Ю-Х-Верьлшкз, Г.А.Дпдуп, Б.ИЛлыш, И.ЕЛСазаков, Р.В.Кугсль, Н.Н.Моксссз, И.П.Норешсов, В.С.Пугачеа,
B.В Солодошгакоэ, О.И.Тссзш, Я.З.Цьппсш, П.И.Чииаот, А.С.Шаталов, В.Б.Яховлсв, Дк.Блс£% С.ТЛ.Шсндон, С.Ма^н и др.
Следует однако заметить, что уровень теоретических и прикладных исследований, отаосящужсл к области управления подетшосшо еще далек от существующих потрсаиоетей. Подавляюще® большинство работ, посвященных проблеме учета косгспапнлх отказов па стадаи эксплуатации технических объектов, но учштльаег реалии имеющегося информационного обеспечения. Практически па пэувдшшт остались вопросы гарантии безо ¿поста и высокой эффективности функционирования технических объектов в условиях ограниченности и неопределенности исходной совокупности сведснчй, о тол числе з;птчи поотрое'шя критериев оптимальности для управлшия п таких услиаи^х, задачи рациональной обра-
Солсл имеощойся ссгоа^тшосш. сведении, для • предсказания поп**«»»?«'-
в иал ьспглго дюяксст^'го;. 1 такп« гчгньп о-п*-«.
гл ракши уирагпсииг. гзрац'?ирухии*! и яогтятопп, - чьтг'ж«?.» фжжзнссгь фувкцпотхров&тга тгхикч««»» о*"*
^ада-ш бгяотжтогти, '' тад Сол«: т-орак-п:::
":>сл$ т этапе ькгтуй-ппиаг; и гякгз! иолыязз& ^«¡¡¿¿гсгвук»щ«?1 ин-форкаписхгаой бя?« ~~~отгм ч:
г ,-ц ег..ч»ч.!\ '«¿дг: сгудиаасяс» ¡¿аш>ьри^.-ля'нлк для опредсяе-шм стр'атегкк управления эксплуатацией, ггозлтислошей --
и
1ИИМ(НТТ*.
1ШН 11117 ТГ*! ЛППТО
: эаспяузтгдн&З» а особенно па проблем« упразяензд згастхузтзШгей объектов отггтсглоптого иа-итснкя, когда гграотия безотгагноста зксшуаггаужого еСъкггз згзляггея стерхше^ей проблемой, псобходако учитывать рсашт зкотяуашлпг, т.е.. ограшгип-нссть и ??е-опргло."с:гкосг11. хшформациск'шй базы.
До последнего Еремсда обряботтсз пг<«ощ;.'1сл еопегг/ппоста сесдо-кнй отиосятекшо ббъсятоз отвсгстзеклого пазнаташя (это фсжгачески ушпгапькые объезды, акркорпыз сведения о которых и«гут рзс-
, 1 >•;.■ ¡'..п.: Г ; -.иСл": -т,_.т ••
. . ) ' ее"-■' ■ >':•
."ПС'...-; '¡отс-.,> . '•
ь ' . тлс^-.:: упр.-Г:.^ з "г.а^ :: .•;■■ ■
• д «я у,,-.';.-.:. и шра^чак»». ¿*ри »№(! дздгтю сыть
изйдеяо сшяугегцез петсло, которое позголхтао оы "сттшозшт. обпш« т г.»
------г:':'7.
г'■■ .-..- .-.б"-.г; " •
иршппрсзяош управпепшг гксшгугтпщлсй объектов от-аеяссгв«шого аазвачюся был пыпошют в ракюк программы фупдапс.-г-тапысдх гсс^ггог^югй АН СССР "Позы^кхн«' иадсгсюсш • сиск-.^ ''игтаа'Птлвеъ-ерехя* Лтргггг г--^С. -д ". езг ; ' ¡V. .
:: 15 !лрг>гг{0и-;рс'.'аг;".:1 акгстьл': г-; ■ --V
сг:с;- г оп.отосин'/го 1:азиа1в:аи'', зыношииааок по яоетакопаеште» П?1Впд:7тгг! ДВО РАН. л*о2договсрн;-к тем МАПЪ' ЛВС ''АН. ;Чдгор:<;-мы и 1фограм!.-;я, предстг-эпежгае р^бочо, К4И(»;гч->{13.-.»м »а прал^л.-« гни ЩШ11ЛС рамках_ НШ> "Рабство-АН". "Разработка МОП", "Надежнос1ъ-2"), а также других организащигг., в частости, з НПО "Свешана", ЦНИИ "Циклон" (тема "Станкца-2), НПО ии.Комиктсрна,
КБ "Дальнее" и в учебной процессе ДВГТУ и ДВГМА, выполненных при непосредственном учаспга автора я руководимой ии лаборатории "Прогнозирование технического состояния сложных систем".
Цепью работы является теоретическое обобщение н решение научной проблемы гарантированного управления эксплуатацией объектов ответственного назначения с учетом стохастических закономерностей изменения их параметров в условиях ограличенности и неопределенности исходных данных. В прикладном аспекте исследования направлены на решение вазкной народнохозяйственной задачи управления эксплуатацией (надежностью) технических объектов по постепенный или параметрическим отказам.
В соответствии с поставленной целью необходимо рассмотреть и решить следующие задачи:
- определить концепции и разработать основы гарантированного управления эксплуатацией технических объектов ответственного назначения;
- разработать единый подход к решению задачи гарантированного управления эксплуатацией на всех этапах ее решения;
- разработать и исследовать критерии оптимальности гарантированного управления эксплуатацией в условиях неопределенности исходных данных;
- предложить методы построения моделей деградации параметров технических объектов в условиях ограниченности и неопределенности исходных данных;
- разработать к исследовать'методы индивидуального прогнозиро- . вания состояния в условиях ограниченности и неопределенности исходных данных, пригодные Для использования в структурах систем управления эксплуатацией;
- разработать методы в алгоритмы определения стратегии гарантированного управления эггашуатгцией;
- разработать олторипшческое а программное обеспечение для автоматизированного решения комплекса задач гарантированного управления эксплуатацией на основе компьютерных технологий;
- произвести экспериментальную и производственную проверку разработанных истодов алгоритмов н программ.
Методы исспеяотшиия. используемые при выполнении работы, основаны на положениях теории вероятностей и математической статистики теории оптимальной фильтрации, теории управления, теории приближения функций и математического программирования, моделирования и ди гностики.
Научная новизна. В отличие от традиционного подхода к решению проблемы управления эксплуатацией (технического обслуживания по состоянию), цель которого состоит в обслечешш безотказности функцио-
пиропания технического объекта в условиях полной информационной
обеспеченности, в .диссертации разработаны основные положения теории, методы и алгоритмы гарантированного управления эксплуатацией, результатом которого является стратеги» управления параметра»"» технкче-ского объекта, гарантирующая безотказность и высокую эффективность его функционирования в условиях существенной неопределенности п ограниченности: йсходноЗ совокупности сселений.
Вз защиту змиосягся следующие оспопныз научяые результаты:
- сс.юзы методологии гарантированного управления эксплуатацией;
- методы индивидуального прогнозирования состояния технических
гуггтсчэттп.:*: та пряаззю дгесдазгеа з поззояаещас «адумь твран-пфоваггаые оценки самих контролируемых процессов, а не их статистических характеристик;
- формализованная постановка, критерия и методы гарантирован-ного управления эксплуатацией технических объектов ответственного назначения;.
- принципиально новая мстоДгоса синтеза управляющих воздействий при управлении эксплуатацией, гарантирующая относительно имеющейся информационной базы безотказность и высокую эффективность функ-пиппттроппния технически." оОъехтов отзгх-сгзлг.юго назначения.
Практическая ценность работы. Получении« а диссертации результаты составляют теоретическую н алгоритмическую оснору управления эксплуатацией технических объело а ответственного иазначс-ния, гаргч-. г.;ру;ошгго безотказность к яысокую эффективность фук кч и о н иро п ?••' и ч и условиях существенной сгра1шч.е*шосга и неопределенности исходна данных. Разработаны положения теории, пркшшпы, комплекс методов алгоритмов напрошенные на решение пагшой народнохозяйственной зг.-аачи исключения откззозых снтуацчЗ зс прем;: эксплуатации технических сб~ *:\тст ответственного назначения за счет иазюишшького кспользова,-иня без всякого домысливания всей реально имеющейся информации о побэдснш! технического объяла отвегазеяяого назначения во прс:-.* эксплуатации.
Выполненные исследования характеризуются инженерной направленностью и доведены до конкретных методик, алгоритмов и программ. На их основе разработаны комплекс программ "Прогноз- Т и авто мат?'-зкрозипга сисгска управдетпи ззснгауатгцпеЗ ы«шшч<г«ого оборудования судов "ТОЮ", ориентированные на ПЗЕ-М типа ШМ-386 и позволяющие решать следующие задачи:
г построение патематкчеезшх моделей дрейфа выходных :«ш опредо-л итоги.:* параметров эггеплуаттфуеиого технического сбъетгш пра тт-л'.' чсиносш и неопределенности исходной совокупности сведений;
- гарантированный прогноз состояния технических объектов по совокупности алгоритмов в условиях дефицита исходных данных;
- определение целесообразных сроков и объемов проведения управ- . шпощих воздействий для гарантии безотказности и высокой эффективности функционирования эксплуатируемого технического объекта.
Выполненные разработки являются эффективным аппаратом для гарантированного управления эксплуатацией, позволяющим автоматизировать ряд трудоемких процессов, связанных с обработкой наблюдений; уменьшить затраты времени и средств за счет предотвращения возникновения аварийных ситуаций во время эксплуатации технических объектов ответственного назначения.
Реализация результатов работы. Результаты теоретических и прикладных исследований, выполненных в диссертации вкедренй на следующих предприятиях.
В организации ЦНИИ автоматики и гидравлики внедрены методы и алгоритмы гарантированного прогноза состояния технических объектов специального назначения.
В организации судоходной компании ДВГМА внедрена система гарантированного управления эксплуатацией "ТОРС".
На предприятии ЦНИИ "Циклон" внедрены методы и алгоритмы гарантированного прогнозирования состояния и определения целесообразных сроков и объемов проведения управляющих воздействий для обеспечения безотказности и высокой эффективности функционирования электронной техники.
На предприятии НПО иы.Комингерна внедрены методы и алгоритмы гарантированного прогноза состояния средств связи.
В КБ "Дальнее" внедрено программное и алгоритмическое обеспечение для определения гарантированных сроков безотказной работы под водных аппаратов.
Разработанные в диссертации методы гарантированного управления эксплуатацией технических объектов ответственного назначения используются при проведении НИР и в учебном процессе Дальневосточного государственного технического университета г.Владивосток.
Акты, подтверждающие внедрение результатов выполненных в диссертации исследований и разработок, приведены в приложении.
Апробация работы. Основные научные и практические результаты работы докладывались и обсуждались на научно-техническом семинаре "Надежность в технике" (Горький, 1983), на научно-техническом семинаре "Эксплуатация радиоэлектронных систем и надежность их элементов" (Минск, 1983), на III Международной симпозиуме ИМЕКО (Москва, 1983), на V Всесоюзном симпозиуме по модульным ИИС (Кишинев, 1985), на IV всесоюзном совещании "Надежность, жийучестъ и безотказность автоматизированных комплексов" (Суздаль, 1988), на III Всесоюзной конференции "Моделирование отказов и имитация на ЭВМ статистических испытаний ИМС и их элементов (Суздаль, 1989), на Международной
конференции "Техническая диагностака-89" (Чехословакия, Прага, 1989). на научно-техническом сеиппгре "Фгпжо-спшхткческке методы оценки состояния сложных систем" (Ордтсошшндзс, 1989), на Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизированные скстемм обеспэтенгл нгде^гсста радноэлгафокной аппаратуры" (Лызоз, 1990), на Всесоюзной школе-семинаре "Диагносгарова:те, падехиость, иеразрушагоишй контроль ajicKipoKHbix устройств и систем" (Вш»дн?осток, 0}, "а Межреспубликанской научно-технической конференции "Эксплуатации и надежность технических cäicxeü и компяезпукмцих :идсл1;5" (Севастополь, 1950), на Международной конференции по технической диагностике (Китай. Шйчьсгн, йа'иаучн^-тяктптгсаоа хзафе-
"Методы и епзака позьшнашя надежности приборов,
устройств и систем" (Пенза, 1994), на I Азиатской международной конференции по проблемам управления (Япония, Токио, 1994), на симпозиуме IFAC "Безопасность-94" (Фяшшшш, Хеяьсшпси, 1994), на Международной конферешпт "Матена-гаческое моделирование и криптография" (Владкзосток, 1995), каМеждуиароякой конференции IFAC "Управление двикением" (Германия^ Мюнхен, 1995), на Международной научно-технической конференции "Актуальные пробягаш анализа и обеспечение надежности и качества приборов, усгрлвстэ к (Пенза, ti-vS), рп II
Азиатской ■ международной конференция во аробяети управления (Корея, Сеул, 1997), на научных семинарах к заседаниях Ученого Совета Инспггуга аптоматсхег п процессов угрязлтш ДВО РАН. (1е''¡2-1997 гг.), . а также па apynnt ссзеовшисх, конференциях к семинарах.
Публикации. Результата дггсссртанш отралегпы о 22-х печатт** работах автора, в том числе 2-я ^енсграф;огх и одном тобретсиик.
Обт-гдт и струтегура ^гнссерташси. состоит т введения,
пята глад, Заключения, н трех приложений, содеушгг 14 рисунков, 11 таблиц, список литературы включает 173 наименования отечеетьггпюй и зарубежной литературы. Общий объем основного текста изложен на 213 стр. Приложения содержат ояисаяпв здтшатизированпой еисгсг/и "ТОРС", результаты прогноза состоятся конкретных тсхннчейсиг объектов, результаты сравнительного анализа сходимости среднестатистических и минимаксных алгоритмов прогноза состояния, документы о внедрении результатов диссертационной работы.
СОДБККАШга РАБОТЫ
Во введении обоснована а?луап!>иоеп> работы, показаны научная и практическая значимость, сформулироЕанм ocnosmic научные полшж-н-.»я, пьпгосшшэна ¿а1Д!ГГ/. ' ...
В перврй шаре рассмотрен спектр задач, составляющих общую проблему гарантированного управления эксплуатацией технических объис-
тов ответственного назначения. Отмечено, что по мере повышения качества проектирования и совершенствования технологий изготовления основной причиной отказов при функционировании технических объектов оказываются явления, связанные с деградацией параметров вследствие старения. Управление эксплуатацией для гарантированного предотвращения отказов деградирующих (стареющих) объектов составляет суть проблемы гарантированного управления эксплуатацией. При этом дня объектов ответственного назначения (отказ которых может приводить к катастрофическим последствиям или большим материальным потерям) . гарантия исключения эксплуатационных отказов является основным требованием к системе управления эксплуатацией. Указанное требование не может быть выполнено в рамках статистических подходов к управлению вследствие высокой неопределенности к существенной ограниченности сведений о поведении технических объектов ответственного назначения во время эксплуатации (данных контроля параметров, априорной информации и т.п.). Для преодоления возникающих трудностей предлагается использование расчета на "наихудший" случай при решении всего круга задач, составляющих общую проблему гарантированного управления эксплуатацией. Отмечено, что рассмотрение общих принципов и концепций гарантированного управления эксплуатацией связано с некоторыми новыми понятиями и определениями. При этом технический объект ответственного назначения представляется в виде:
(Г, W,S) (1)
где Y - множество значений выходных (определяющих) параметров объекта на интервапе эксплуатации Т. W- информационная база или исходные данные, определяющие поведение случайного процесса деградации параметров у(f) 6 У(t); S - множество управлений или стратегий эксплуатации. Цель управления эксплуатацией, т.е. обеспечение безотказности функционирования объекта на интервале 7* может быть достигнута изменением уе У по правилу se S на основе данных W. При этом управление эксплуатацией, построенное из расчета "на наихудший случай", т.е. с использованием принципа ыикимакса есть гарантированное управление эксплуатацией. Вообще говоря, построение общей стратегии решения задач рассматриваемой проблемы на основе минимаксного принципа составляет одну из двух основных концепций гарантированного управления эксплуатацией. Другая концепция здесь связана с тем, что гарантия безопасности и высокой эффективности функционирования технического объекта может и должна быть обеспечена на основе максимального использования только реально имеющейся исходной совокупности сведений.
С учетом представления (!) основное содгрлаке методологии га. ротированного-упратствг этжпяузгацйеЗ составляют ответы «а еяе-дуншше попро сы:
- как обрабатывать асходауа» информацию (в т.ч. и данные контроля параметре:;);
- какой критерий следует выбрать для обеспечения еппшаяншега управпешгя;
- когда к как вппояшпъ мероприятия по управления» эксляустацнсй.
При решении вопроса обработаем ¡»сходных дашх аеоСходимо
учитывать, что кавдый технический объект (в т.ч. и объект ответственного назначения) гикт^тот? пг~:о ^¿¡гдокршуег 5:ггг;зак
п-рпт,:стрсп у \yil"M, деградирующих случайным образом как y(i),
t&T. В определении индиввдуальной траектории y(i), Vie Т по данным контроля лараметроз на интервале 2],<г 7" и состоит решение вопроса обработки исходных данных при гарантированном управлении эксплуатацией. При дефиците исходных данных такое решение оказывается евязая-. иьш с предварительным выбором возможной модели у(() и последующем определении по выбрагпгой кодеяи и гакгрнтельнон информации гтеедг-
пия у (г), /е 7"\ (згдя-ей шля-аозл у(-)>,
В «оогёелхлпп: с приыпылш кспцегцяч»«: i; методолог:!?''. >&цу70 проблему ^-аралтчраванного упр&доогшх зкащуатвцней cccrajui-wi зат'.-
- л«..строен:к ь-одглей яроне'-со« деградации параметров технических объектов бет пепэльзозашъ: пшотсптоских свойств обрабатываемой статистики по ргзлыто имеющей га информации;
- пцкшшрованного определения поведений у(/) при / > Г, где f* текущее время, т.е. гарантированного (fi'-'fiiMaKcsioroj прегноза сосго.'-нил технического обьехта;
- разработки минимаксных крятеряея лптнмяльпеепт гьрдьтар-о-ванного ут:раг!лс-!:к-.эксплуатацией;
- синтеза мишшакспых стратегий управления эксплуатацией;
- разработа! прогрэдшного н алгоритмического обеспечения для реализации теоретических положений на практике.
Решайте перечисленных задач саскшлсет основное содержания исследований рзботы.
Во второй главе рассмотрены задали выбора модели процессов деградации парамехроз технических объектов отеетстрснного пгзпзчетшя s условиях дефицита исходных данных.
На основании проведенного анализа, в качестве базовой «одели предложено использовать структуру вида:
y(t)=A*F(t)+m (5)
где Л = (¡^Ц^,^- случайные ияи неопределенные коэффициента;
Р(/) ~ - набор непрерывных детерминированных функций вре-
мени; £(/) - стационарный случайный (неопределенный) процесс (ошибки модели). Представление (2) может быть интерпретировано как разложение случайного процесса изменения выходных параметров по детерминированному базису или как некоторая аппроксимация истинного процесса у({), где учтены ошибки приближения.
С учетом методологии и концепций гарантированного управления эксплуатацией исходную информационную базу доя выбора модели у(0 составляют фактически только данные контроля параметров. Отмечено, что для технических объектов ответственного назначения наблюдения за у(/) осуществляются дискретно и в присутствии случайных (неопределенных) ошибок с(/) 6 Е(1), для которых могут быть заданы только ограничения вида
¡«.•(О!^/), /еТГС. Т, (3)
г де с(^) - заданная функция.
Результат контроля здесь последовательность
1ке ТГ<^Т. При этом ошибка е(г) составляет аддитивную смесь с у(/), т.е.
г(/) = у(/) + е(/). (4)
Длина последовательности X, т.е. наблюдения за поведением технического объекта ответственного назначения во время эксплуатации, как правило, бывает ограниченной настолько, что не позволяет корректно применить для обработки известные методы и алгоритмы классической статистики. Обычно значенияр не превышает второго порядка, а чаще не достигает и первого.
С учетом ограниченности значений относительно поведения технического объекта ответственного назначения в условиях эксплуатации предложено осуществлять выбор конкретной модели у(/) вида (2) в два этапа. При этом первый этап состоит в оценке параметров по последовательности Z класса структуры (2), наиболее приемлемым для аппроксимации истинного процесса у(/), с учетом некоторых априорных сведений, достоверность которых не вызывает сомнений и укладывается, как и сама процедура оценки, в рамки концепций и методологии гарантированного управления эксплуатацией. Второй этап заключается в применении к полученным на первом этапе результатам некоторого критерия (критериев), позволяющего осуществить наилучший, в смысле принятого критерия (критериев), выбор структуры модели вида (2).
¡£¡¡1= шах У Ш»= • шах
Нахозхдение оценок пар а и «ров моделей пида (2) являегся оптимизационной задачей, реше!ше которой необходимо нахошпъ по данпы;,? контроля у(/).
Поиск указанного решения связан с построением некоторого критерия (гсртггернсз) оптимальности на основе матричных норм ¡£{1 "невязки"
между наблюдениями и данными расчета. При этом выделено три таких нормы:
/«о
£%/}('*)• С7)
. у»0
С учетом приютах норм (критериев) задача оценки параметров конкретной структуры модели (2) может быть сформулировала следующим образом.
Для модели (2) с заданной системой функций Щ*), »6 Ти измерений 2, вычислить неизвестные параметры а$>, I 1.Я, ] 0, тя, которые ми-нпитируют незязку мггзду наблюдаемыми н сычисляечмми по модели (2) значениями прогнозируемого процесса.
Минимаксный подход к оценке параметров модели (2) гтрг? независимости каналов контроля у(1) и при наложении некоторых ограничений
на набор функций |//(0)^ 0 п указанной модели состоит в нахождении так называемого полинома наилучшего приближения. Ограничения на набор состоят злее», в том, что {//(0}*9 образуют на интервале Т систему функций Чебышсза. Указанные ограничения явяяютая пракг«че-ски несущественными, тле. именно эту систему образуют функции
¡^е"^ | и т.д., наиболее часто используемые для аппроксимации у(/).
Задача построения полинома наилучшего приближения сводится к задаче так называемой чебышезскоЙ интерполяции, решение которой
может быть найдено при к'* 1, р.
Отмечено, что из всего спектра фугагций ?(/) можно выделить некоторую часть (порядка 15 структур), использование которой позволяет с достаточной точностью описывать у{/).
Определение тем или шшм образом параметров моделей вида (2) позволяет пергйти непосредственно к задаче выбора самой модели прогнозируемого процесса, то есть к нахождению наиболее подходящего (в
некотором смысле) набора функций 3 яяя аппроксимации у(/).
По существу данная задача является задачей структурной идентификации и относится к наиболее сложным задачам оценивания, идентификации и т.п. Постановка такой задачи'со стоит в следующем.
Пусть приблизительно известен спектр структур, описываемых через
наборы функций Р(0= которые могут быть использованы для
представления процесса у(/) в виде (2). На интервале контроля Т получена последовательность измерений у(/) в присутствии аддитивной
ошибки: (яС**)}^, ■ Применительно к каждой из рассматриваемых струк-
{■»я^п
в зависимосгш
(2). Определению подпеакит ьид структуры (из установленного спектра), соответствующий наиболее подходящей (в некотором смысле) для данной
последовательности модели у(/).
По своей суш поставленная задача, как и. задача выбора модели у({), иозхегг рассматриваться как оптимизационная и состоящая в поиске экстремума критерия оптимальности. Таким критерием может служить, например, некоторый- функционал, зависящий от "невязок"
|г(/к) —где в качестве Р(/) поочередно используются все наборы из установленного спектра.
Вообще говоря, применение одного критерия для выбора конкретной структуры у(1) не гарантирует однозначности решения такой задачи. Большая общность и гарантия однозначности выбора здесь может быть достигнута на основе применения последовательности (от простых к сложным) так называемых критериев "определения наилучшей модели", известных в регрессионном анализе. Такими критериями являются, например. критерии Вильямса и Клута (I) и Уилкса (2). Применение указанных критериев в последовательности 1->2 дает возможность получить единственное решение задачи структурной идентификации, т.е. найти наиболее подходящую (относительно имеющихся наблюдений) структуру прогнозируемого процесса у(*) из заданного набора структур.
В третьей главе рассматриваются задачи формирования критериев оптимальности" длл синтеза стратегий гарантированного управления эксплуатацией (максимальной или минимальной).
Огмечепо, что множество управляющих роэдейстпий при управлении процессом у(/) пхлгочает регулировки и наблюдения. При этом регулировки состоят в простом смещении процесса у(|) на неслучайное значение г. Набятодети как управляющее воздействие наменяют информационное поле, т.к. позволяют получать нопые данные о текущем состоя».?» технического объекта.
В формальном виде заяача упрязготая «яящуггаакей «о»мгг ьшь придстчняетг?. еяед^зэпцш сбрщом
Я'=ех1гС(у*,ц,0, (8)
{и(г,у*): теТ,уфе Г,иеЩ где и(г, у*) - стратегия управления, г- момент приложения управляющих воздействий. У* - множество значений оценок у* для у ; <5 (у, я, ?) - критерий оптимальности управления; ¡У - множество управляющих воздействий. Для неконтролируемых объектов 17 згЛ, где 2?- множество регулировок, и,- соответственно, и(т, у*)=>г(/). Для упрощения езягскг считать, что "(г, у*)а ц(?) или г(').
Предложено формировать крзггерии оптимальности гараатирепан-ного управления эксплуатацией иа. основе сущес1пу;оп";я и '¡.еоу <н п .практике надежности. При этом наибольшей предпочтение сноху<гг оказывать критериям экономического характера. Одтш из т?л:.а кри.^риев г.з-ляется показатель экономической эффективности иди уровня эксплуатационных потерь (затрат), который для мшшмагсснш оптимизационны?; задач может быть прздетавлен'как
8, =* яцг |/Я(у(/))гй + г|. (0)
где Н(у(ф - функция потерь; у • затраты на проведение упраэдегащпх ¡•оздейстаий.
Информационной основой для поиска минимаксной стратегии управления эксплуатацией слунат данные о пределах изменения случайного процесса у(/)сУ(?). Иначе говоря, относительно }(/) должно бьгт;. задано
Ь-(г)*у(05Ь+(0, УгеТ,
где Ь~(г) и Ь+(?) - некоторые детерминированные функции. Можно считать, что по структуре Ъ'(4) и Ь+(г) идентичны реализациям у(/). т.е. Ь" (<) и Ь+ (/) - граничные реализации случайного процесса у (/).
При аппроксимации у(t) зависимостью (2) функции b~(f) и Ь+(/), teT, можно определить как
b-(0 = B"F(0 (10)
b+(0=5+F(i), (И)
где F(f) = Щ0} j5> ■ непрерывные детерминированные функции;
В+~ 0. В' ~ 0 - матрицы неслучайных коэффициентов.
Если функции h~(t) и b*(t) известны, то информация для решения задачи (8) определена полностью. При этой оказываются излишними и не могут был. использспаны любые другие данные о техническом состоянии объекта на множестве Тв той числе и результаты наблюдений случайного процесса у(t), ie Т. Соответственно, искомая стратегия при априори заданных Ь~ (/) и l)+(t) uoser быть представлена как г(t).
Если функции Ь~(/) и Ь+(/) заданы не полностью, например, с точностью до параметров В* и В~ (та выражений (10), (11)), то поступающая в процессе контроля y(t) информация ыокет быть использована для устранения имеющейся неопределенности. Очевидно, что в этом случае измерения у(/) должны входить в состав допустимых управляющих воздействий.
Применительно к критерию (9) и исходя из уровня информационной обеспеченности, ыохпю выделить "следующие разновидности задачи (8):
- исходная информация задана полностью априори (функции Ь~ (/)
и b+(t) известны), искомая стратегия u(i) s r(t) есть результат решения задачи
g*= min • max G(y, u, /), (12)
- функции b~ (/) и b+ (i) априори определены не полностью ( с точностью до параметров В* и В~), поиск иратепт управления эксплуатацией u(t), u eUz>2l сводится к задаче
g*= min шах GKy, u, t), (13)
где b"(i) и b+(() определяют данные контроля у(/).
Конкретное содержание сформулированных задач составляет формирование стратегии управления эксплуатацией с использованием минимаксного принципа в различных условиях практики, с учетом которых можно определить методы решения (12), (13).
Отмечено, что при наличии ограничений на проведение регулировок г е R в интервале Г минимаксная стратегия управления эксплуатацией
п
и(/), у и ~ Р. (результат рсшеиш» задачи (12)) может бчть вкргетгсп ""'пой;ПрУтед ?иы примеры поиска такой схратспт.
В чстсертой главе предложен** кинимакспне ачгортны опред&аь-
ния индивилуалытй траевггйргп'у(*) го датшн\? контроля пара-
метров на интерпале Трс Т, т.е. алгоритм гар^гтропашого прогноза состояния технического объектаответстетаного назначения,
Ваточность рсакния рассматриваемой зедгчп паиг-'-лт недпрезеяев-яыг псгрешпосгп моделей прогнозируемого пробега, Дия ттаглиози сбъггкюа ответственного назначения определить априори адекватную модель прогнозируемого «"»ри ггег' ■ "гт йзложшяые в гя*?е гггорей, иг .о1Ч>утгаэяя модельных 01Ш160К. В результате исходные данные содержат в числе мешающих факторов и ошибки модели.
Эти ошибки, строго говоря, нельзя рассматривать как случайные, и поэтому с пими нельзя оперировать как со случайными величинами. Решение задачи прогнозирования состояния технических объектов ответственного назначения в таких условиях может привести к неоправданно оптамистическим результатам. Применение минимаксного принципа, здесь (расчет на "каихуяптай" скучай) козаяг яозволич.» гг. —
нпз Ытглвхнпи- ф-з1ш?рой ;:а хзчеегго оселок п^ол?./?"» (■«•/■чмотял т.'^н чссхих обьекгт» отлстегаешеге яязпъчакяа.
Принцип мннимакез по <,раян«пг.о с ггрпк'.гтъи: в этзсоп-лхЫ« «•, .. _ гасгике пр.г.пишом мишшжаит егсд>н;го риска, позволяет:
- решит?, эадччу без пргвл?1«якя гаяцх бы то >п; оы*с. ^оп^о'.^ли стохзстичсскчя снсЯсхвгх прогпозигг-омого прицссса:
- пслностыл испояьзовать.заьа.»;^ ае*оаву.о ппфир.маиито;
- обеспе?1«ть гарзпторопяшуи лосгвв<?рпосл»;; рез-, - -той прогноза.
Любой »с? од шш алгоритм юяшкахсиого (гарантарспашгаго) прогноза состояниятехвячеехвхоб*мп*ч>от^ягете^стег-'! я-т-а-1ю<я - иох.ж
лэиразяеи ¡'.л построй»?!? глрат™|/0и/>:.<пш -/голиц тж-чеш."? ;-'.,г при /е ТI Т}, т.е. на. аздуавх*« вигерышькой окяпда у(/). При зтоы ксгуг бьггь найдены точечные оценки у{*),. по с гзраптпровзипой шкеимагшю ВОЗМОЗКНОЙ ОШНбкОЙ ОЦКШВ31ШЯ.
В общем виоезаякюя птн»г»е?г?г?3итг-г своя'-птго,к*;«.
¡у5г;:мисмсго и пр»;с;тг«глкй ошагбег ¿га щ»л>г-> апе С '/*, ' и»п-, р»сш гксипуятацин, ршшкш случайного процесса лревфа нчх 'сосрлинат о'"т.гт:та /(*) пи:-'' € Г
Пусть з зпг<иснчосгл (2) нодгшпа? ь<чл$ж охуимуя:, м. ;{/) = Аг-Р(/), /«= Г.
Предположим, что возможен непрерывный контроль y(t), в результате которого получена реализация z(t) на интервале TfczT. Тогда с учетом (3) можно записать
z(0 - c(t) <,у(г) i. z</) + c(t), t e TfcT <14)
Из выражения (14) следует, что на интервале Tf истинная реализа- ■ дня заключена в "трубке", ограниченной функциями z(t)-c(t) и z(/)+c(/). В этой трубке находится множество реализаций вида (2), которые назовем допустимыми. Для прогнозирования процесса y(l) при t еТ\Тр выделяй из этого множества "наихудшие'1, т.е. такие, которые при / е 7" 17^ идут выше или1 ниже остальных. Можно показать, что при наложении некоторых ограничений на функции в част-
ности, если данные функции образуют на интервале Г систему Чебышева, такими "наихудшими" реализациями будут экстремальные полиномы Карлинаy(t)_ и y(t)+. Кривыеy(t\_ и y(t)* выделяют при t еТ\Тр так называемый "конус прогноза" в том смысле, что действительная реализация исследуемого процесса гарантированно находится внутри этого конуса при t еТ\Тр, при этом y(t)~ вЬ~(г), y(t)+ ab*(t) из выражений (10) и <Н).
Построим алгоритм нахождения экстремальных реализаций с учетом дискретности контроля. Показано, что в такой ситуации поиск y(t)_ и y(t)+ сводится к решению двух задач линейного программирования:
1) шах ArF(/*),
2) minÂrF(r*),, /' eT\Tf,
при ограничениях :(tk) -г фк) < ArF(tk) < z(tk) + с(гД к = 1, р.
Основное содержание рассмотренного алгоритма составляет определение пределов изменения у (г), t еТ \Tf (экстремальных полиномов У(0_ 11 У(0+) посредством решения задач линейного программирования. Трудоемкость этих задач в общем случае может быть достаточно высокой.
Вместе с тем, при учете свойств функций {/J'}™=0, наиболее
часто используемых для аппроксимации у(/), «окно найти и другие менее трудоемкие способы построения у(/)_ и у(/)+.
Отличительной особенностью функций вида {tJ}™-0, }JLo и
ряда jqv nix является то, что на множестве Т они образуют так называемую систему Декарта (Д-сисгему), которая является частным случаем системы Чебышева. Показано, что для Д-систем поиск y(i) и у(/)+ сво-
дмтся к решению набора алгебраических лшейных уравнений, привете" алгортк к примеры его реализации.
Для обеспечения возможности широкого ириуеисиия на пратеглк'; алгоритмы гарантированного прог*т?я, описанные гшге долкны удовлетворять определенным требованиям. Эти требования, вообще гочоря, являются общшш для любого алгоритма (для результатов его использования) прогноза и формулируется слогугошим образом:
Í. Алгоритм долкен быть оптимгяьким в емпеяе npmunvro критерия опттамлыюст:! прогноза.
2. Результат прогноза должен быть однозначным Лптя ?.*гго-
риша).
3. Б предположении об отсутствии ошибок измерения и модели результат прогноза должен совпадать с истинным значением прогнозируемого параметра (условие несмещенности).
4. По мере увеличения объема используемых исходных данных, например, числа замеров, длины интервала наблюденной т.п. результат прогноза должен приближаться к истинному значению прогнозируемого параметра (условие сходимости алгоритма прогноза).
Однозначность и несмещенность алгоритмов гарантированного прогноза очепкакы. Указанные алгоритмы также skhxíoks и еттгямидь-ныю: в том смысле, что ■жстремальшде поликоны на интервале прогноза Т\Тр выделяют из всего миожеадта реализаций y(t), te'/', облп<т:,, содержащую только таете реализации, которые могли бы ыгбто/ггося :га интервале Т^аТпри условии, что сшибка измерений c(í) ле-лтп- ь пределм-fc.'(í), £:(?)]. Никаких друпга реализаций у{1) в данной обягеги нет, г.е. область, ограниченная экстремальными полиномами, на интервал« Т\Т„ является наименьшей из йо-люношх, в которой гарантрсвапно находится истинная реализация }'(/).
Очевидно, что >'(/)_ и являются оптимальными гарантированными оценками v(0» t<sl\Tp только при отсутствии расхождек"» ьи: лу истинным процессом y(t) и его модеяышм предспиздешгеа (2). другая ситуация возникает, когда такой фактор, как ошибки модели y(t), нельзя обойти вниманием. Применение метода гарантированного прогноза позволяет учесть влияние ошибок модели y(t)r а тем езмым обеспечат, гарантированную достоверность получаемых результатов. Расширив, например, соответствующим образом область возмогших значений ¿(i) можно считать, что c(l) отражает йлияние не только погрешностей измерительных приборов, но и ошибок модели y(f). Исходя из предстйглег.-.: e(í) как совокупности ошибок измерений и модели y(í), можно адаптивно по мере накопления и уточнения результатов прогноза и контроля осуществлять коррекцию принятой структуры модели y(t) с тем, чтобы u¡ec-
та к минимуму влияние ошибок модели на прогноз. При неизменной модели у (с), не расширяя область возможных значений е(с), можно "забывать" часть более давних результатов измерений, строя экстремальные полиномы только по данным последних наблюдений. Один из возможных способов учета неравноценности по всей прошлой информации при несоответствии принятой модели реальному процессу у(г) заключается во введении в алгоритм прогноза специального индикатора. Этот индикатор должен реагировать на ьозшкновенне "опасных" расховдяииЛ между результатами прогноза и контроля у\1). С точки зрения теории управления он может рассматриваться как критерий отработки прогнозирующей системой ошибок модели у(г). Конструкцию специального индикатора, исходя из особенностей гарантированного прогноза, можно представить в виде:
• ?
(15)
р , к-гп+1
где ак = у{1к)+ - г -С1 (/.0; ок= 2 (**) -С\ (Г*) - ш+1 - размер да-
термикироз^нного базиса у(?) в ш>дзпи (2).
Физический смысл применения конструкции (15) в качестве индикатора несоответствия принятой модели реальному процессу у(I) состоит в том, что при совпадении структур и его модели результат прогноза не будет содержать некоторой систематической составляющей, вследствие чего величина будет колебаться около единицы, не презкшая при атом определенных пределов. Вопрос о том, какие отклонения © от единицы следует считать "опасными" можно решить, исходя из опыта прогнозирования у([), условий эксплуатации и степени ответственяосл! функций, выполняемых данным технических объектов ответственного назначения.
Рекурентные алгоритмы гарантированного пропюза представлены как решение следующей задачи.
Пусть ошибки наблюдение е(г), Т^сГ заключены в область, которая может быть представлена как ортогональный параллелепипед 2*(?) или как канонический эллипсоид (2(*):
б'(0 - КО:С[(0 £ е(05 с2(/), teTp<z21,
г е!Г, с71,
где В(() - матрица, задающая параметры гляилео^зда ошибок контроля на момент 1еТр\ q - константа. Для у(1) примем допущение о возможности его описания с лонощью зависимости (2) по Д-снстгые фунхций.
Любая область ¿,иа момент t„ яидакггс« чмпукяы»» «♦гтт^грз'пгагсн (если область Ь, зпдана :сак паралгелашпсд) млч п^рессчепи^м гыт&он-дпв (ес.*п? iJj - налохипегкай зхзштсонд, V /„). Она может быть постоо-
с"'г» с помощью нрравенсга гппл(14).
Аппрокс!ШИх:уем данную область описанным ортоюклльпми параллелепипедом c/.t Q*, Т) тггтт опрмриыу vt,-r«icuupft
Д.. п Or li'iTx'-T). С то«-!® злеякя х-срашу.ровяаьо; с -.so»»:.™
такая атшроксимация вполне допустима, т.к. не клетзт за собой снижение
достояеоилггги t'zT'T,. Ло.^ошиСш ншии-пя.
«ч-иг,!, г® l'V?;пз c6ps.cn: ;;läo op<i>t,..HhiibrtOMy иараяпелегатеду тождественны). В предположении неизменности принятой формы аппроксимации L, на Тр\Тт можно организовать рекуррентную процедуру построения £2г или Д, t^.T\Tr Рассматриваемая процедура состоит доя ö, з решении на каждом шаге когггроля системы неравенств;.
__- Ci('fc) S Л • ВД S z(/fc) + Cj (/,),]
Г,"-." Л-/?г -f 3. L' . ), -i'v-i)
pw on<iuv,,''iu'o ергпгщгплт.иого г
II-f.-:J,v:'.7j):-! - .":";/,.,;) i'OJ/« ?":.
insinni Utj. содержи* чабор: i ^'"iiuiuisttron !;'..;:нче;*.ои
у (/"}.. ч *■(;'}>, '"'¿УЛ, т.е. :-;<:m-ix ouwi v.'f t ; f/)_ £
Vi>/jt, Öftereren. фупх.;";! Длзртй -iwjvikut ос'-хчее»-
лн*ъ з»лд-л«1г.г« '.чкс;.плх twr -.^датад; обмене.»
одгш глог-^у и
Информация об ограш-хченнях на ошибки. шшсутстй\'куш1ЛЕ я «ям. ш-'л '"онtpo'ui рйч г. ea?;oft 'г '/;•'). : <>?cv,r ■ > л-нз и,-
г»яг'-риг>«г. xi гэгт-тис '-'i оП- vir
го назначения следующим образом.
Наиболее типичной является ситуация, когда контроль у О) ведется по кагадой компоненте отдельно, модедькыв onniOKxi vii) neiwn«rrww, ч О'-ичааШ:! ошибки К'»ШрОЛД -('} (?).
Прошозируеч1гй лсоиесс (с учетом cucrciOJ «üi.rj.^.ii: у(;) моадо ржткзтрдагп. kss псалкргяДи), списан п соотплсгаии с ио.'^яью (2). Дачные кетропя >'(/) п л 7'?с;Г о5ра->.члт »(ч-л-лл(л»лт<'т;;.нлсг»
Задача прогноза в минимаксном смысле здесь состоит в поиске таких оценок y(t) при / еТ\Тр, которые обеспечивают К0[|-
Б предположении присутствия ошибок модели при t вТ такая задача фактически сводится к определению вектора А на основе данных контроля и с учетом ограничения (3). Ока может бьгть сформулирована как
G- шах min fz-e-fA7'!, (17)
Нлг ЛеД""1« "
Критерием оптимальности в сформулированной задаче (17) служит норма "невязки", т.е. |z - е—.FAr|, которая мохсет быть определена в виде |z — с - — ((z-e-FA7)1"(z-6-FA1)), т.е. как квадратичная. Такое построение jjz — е~\FArJj является наиболее распространенным на практике
и позволяет использовать имеющиеся наработки в области оптимального управления и оценивания для решения задачи (17).
G= шах min ((zroFAi)r(iro-FAr)). (18)
лей .
Определяя в (18) минимум по А, получаем, что
A'^-iPFyiFrfy-e). (19)
■ Подстановка (19) в (18) дает
: G = max (cT(I-L) е - 2e*-(/-L) z + гr(I-L) z ), (20)
W^
где L - F(FTFylFT- симметричная матрица.
Естественно, что для решения любой задачи гарантированного рекуррентного прогноза должны быть заданы начальные услоаия. Такие условия определяют принадлежность у(/) при t =0 некоторой области М(0). При этом обычно М(0) s D, где D - область работоспособных состояний обьекга (параллелепипед).
Решение задачи (20) с помощью методов нелинейного программирования позволяет определить точечные минимаксные оценки у(/)> t еТ.
Отмечено, что кроме рассмотренных алгоритмов для минимаксного прогноза состояния можно использовать известные в теории и практеке идентификации минимаксные рекуррентные фильтры-экстраполяторы. Показан пример приведения одного из таких фильтров к виду, удобному для применения п задачах гарантированного управления эксплуатацией.
Все алгоритмы гарантированного прогноза ревизованы п виде пакета прикладных программ "Прогноз-2" и используются также в автоматизированной системе гарантированного управления эксплуатацией "ТОРС". При этом алгоритм гарантированного прогноза с совместной
обработкой данных реализован кроме того иаш ¡apa гурно в виде спениа-ттанрояагатего устройства, на которое попупеио авторское стщетольстзо.
Алгоритмы индивидуального прогноз» corro .«шя, троенные :<■•. осноЕЗ минимаксного подхода к обработке информации предстатели;-шло с предыдущих разделах ебесл^ивагот гар ипировашгло достоверность получаемых результатов в условиях дефицита. исходных езедгний. Однако сходимость данных алгоритмов вг> мпогил саучач/. окгзырагтег, хуже их. среднсскгакгш'кских аналогов к, » n.wnrocm, фипьтро« псвсхого тлиз. Х\ля улучшения сходимсск: ¿ниишаксною прогноза предложены некоторые процедуры, дополняющие соответствующие яиго.
PicciK.;p¿uí «ыьу ил тмких пто»»?^ nyrscnzrisüiv» к вск*рреяч-нкм ¿.'¿¿ор.;тм»ы прогноза.
Представленные рекуррентные алгоритмы минимаксного прогнозирования состояния по существу направлены на построение наименьших по объему из возмоленых ортогональных параллелепипедов, т.е. интервальных минимаксных оценок прогнозируемого процесса- у(0 на каждом шаге lke TfC.T, k~\,p, где Тг - интервал наблюдений, Т - интервал эксплуатации. Иными словами, решение задачи рекуррентного прогноза для каждого tirZT.cT. к=1. р позволяетnpt: ус~ог.кН ¿-.waiíwosmt с-р^упъттоз (MHHifsraivjjbJx оценок ^pvnpo-i-',7.
чоеть
Кг F2>.„>F,>...> «V (21 г
где Y",. - оо » 5м ортогонального париляеяепияета на /*- ток caat е т*»«'оде-жш; - объем априорного ортогонального параллелепипеда. С учетом (2i) moüíhg записать рекуррентное соотношение
(22)
где ак - некоторый коаффициенг, <хк ¿0.
Ветчине мчоунтетч Л',,., к*=\..р г (22) оир«и*.-гп.тст сходность мии«-маясного алгоритма пропшзя, которая достигаете* ирп условии, что 0< < KB соответствии с постановкой задачи минимаксного прогноза область М(0) обязательно содержит начальный вектор у(0), т.е. обеспечивает выполнение условия Oáífeá 1. Объём М{0) уода*тбыгь залял достаточно большим. При неизменной системе контроля от величины V* з»яя-cirr н неличпна множителя а\ в (22) и уменьшение Уо будет приводить к уменьшению ак. Oí 1. Иными словами, уменьшение К® позволяет изменять и характеристики сходимости алгоритма минимаксного прогноза состояния. Возможность внесения таких изменений дня ускорения сходимости рассматриваемого алгоритма обусловлено тем, что при грубом задании М(0) только некоторая ее часть является совместимой с результа-
тами наблюдений, т.е. содержит истинные начальные условия у(0). По мере накопления измерений и в ходе их обработки можно выделил, истинные начальные данные, т.е. определить область М (0) с М(0). При этом ускорение процесса выделения М (0) э у(/) из М(0) позволяет уменьшить величину ак, а следовательно и ускорить сходимость рассматриваемого алгоритма прогноза состояния.
Для быстрого выделения М(0) можно использовать идею распараллеливания вычислений. Суть такой идеи состоит в разбиении исходного множества М(0) на ряд непересекающихся областей Ь„ N, каждая из которых составляет начальные условия для решения отдельной задачи минимаксного прогноза. При *=0 некоторые из Ц, 5=1, N, включают истинные начальные условия (область М (0)), а другие не включают. Соответственно из N алгоритмов прогноза часть будет давать адекватные оценки у(/), а остальные - неадекватные. Очевидно, что ошибка неадекватного алгоритма в общем случае превышает ошибку адекватного алгоритма. Соответственно, величину такой ошибки можно использовать как критерий для отделения множества решений адекватных алгоритмов от неадекватных. При этом множество адекватных решений дает итоговую оценку у(;), /е Т \ТР, которая может быть сформирована как некоторое объединение оценок адекватных алгоритмов на каждом шаге Скс ТгсТ.
Использование идей распараллеливания вычислений для ускорения сходимости алгоритмов минимаксного прогноза состояния, связано с определенной коррекцией их структуры. Суп» указанной коррекции состоит во введении в рассматриваемые структуры дополнительных процедур подготовки начальных данных, выделения адекватных оценок у(/) и формирования на основа последних итоговых оценок прогнозируемого процесса на каждом шаге /*е Тра'Г. Эти дополнительные процедуры по существу являются процедурами, обеспечивающими изменение (управление) ряда характеристик минимаксного алгоритма прогноза, в частности, сходимости и точности. Особая важность и ответственность управления такими характеристиками для всего алгоритма в цепом определяет целесообразность использования здесь в качестве базового при построении соответствующих процедур минимаксного принципа (расчета на "наихудший" случай).
Процедура выделения адекватных оценок прогнозируемого процесса может быть построена с помощью критериев, принятых в распознавании образов или статастики.
Предпочтительность того или иного варианта формирования итоговой оценки определяется конкретными условиями практики.
Сравнение сходимости обобщенного фильтра Кгагаасл со ^ходи-мосгью минимаксно! ó алгоритма, дополненного процедурам:*, рассмотренными в настоящем разделе, показало, что при худших (более грубых) начальных данных минимаксный злгоргггм позволяет полугатъ нехудшие (по интегральной ошибке) результаты.
В пятой главе разработаны методы синтеза локальных и пгобалмю-оптимальных стратегий гзранптрозанного управления эксплуатацией технических объектов ответственного назначения.
Содержание заключительного этапа гарантированного управления эксплуатацией составляет задача поиска оптим^тюй ( а к«иммя.кено:* crii.ic.ic) «ратегии упрзтегеаая ifr'(v, у7). Постановка этой задачи связана с определением последовательности, характера и величины управляющих воздействий, элементами множества которых являются наблюдения за состоянием технических объектов ответственного назначения и регулировки параметров (или замены отдельных блоков, узлов, элементов, угрожающих безотказности функционирования). При этом в зависимости от информационного обеспечения, избранного критерия оптимальности, воз-можносга управления, условий эксплуатации и т.п. в рамках общей постановки рассматриваемой задачи можно выделить ряд чг.етттьтя а; разновидностей.
Для критерия вида (9) на множества 7'искомая «лрэтегия управления (и, соответственно, решение задач определения такой стратегии) монет быть представлена как стратегия, обеспечивающая:
- гарантированный минимум общих эксплуатационных потерь (или гарантированная максимальна? эффективность эксплуатации):
- гарачтаровашшй минимум эксплуатационных потерь на отдельных отрезках интерзала Т.
Б зависимости от возможностей управления эксплуатацией и наличия информации о закономерностях дрейфа параметров объекта и имеющихся ресурсах (в том числе и вычислительных), ср»дн разаовидкооей . общей злда"и формирования :«(т, у*) можно выделить:
- задачи поиска глобально оптимальных стратегий гаралтирозанно-го управления эксплуатацией технических обте:стов ответственного назначения;
- задачи определения локаяыга-опптаньиых стратегий u(r. у*);
-задачи построения вырожденных стратегий гарантированного
управления эксплуатацией.
Приведенные выше задачи не исчерпывают всего многообразия разновидностей задач определения стратегий гарантированного управл^ии чкеплуатанней, но отражают основные особенности других таких задач ч являются наиболее типичными для практики.
Вообще говоря, выбор стратегии проведения управляющих воздействий является наиболее важной частью любых задач управления, в том числе и задач гарагггарояапного управления эксплуатацией, поскольку правильный выбор здесь определяет, в конечном счете, достижение (или недостижение) цели управления. Правильность Еыбора относительно и(г,у') кг только гарантирует безотказность к сохранение заданного качества эксплуатации, но и существенно увеличивает ресурс.
Наряду со сложностью и трудоемкостью формирования оптимальной минимаксной стратегии и(г, у*), нельзя оставить без внимания н трудности, связанные с реализацией такой стратегии на практике. В организационном отношении и(т, у*) является чрезвычайно неудобной. Здесь невозможно заранее спланировать объемы работ, численность персонала (эксплуатационщиков). Гораздо более удобной в реализации является директивная стратегия управления, при которой управляющее воздействие осуществляется через заранее известные промежутки времени. При этом, естественно, игнорируются причины и физические предпосылки утраты объектами работоспособности. В итоге директивная стратегия управления обеспечивает заданное качество функционирования лишь относительно заранее определенных для некоторой совокупности объектов характеристик потока отказов. Для каждого отдельного объекта из данной совокупности результат директивного управления появляется как случайное событие, роль управления эксплуатацией как средства предотвращения отказов попользуется далеко не полностью.
Трудности, связанные с нахождением оптимальной минимаксной стратегии гарантированного управления эксплуатацией, часто вынуждают прибегать к определенным упрощениям и вводить аппроксимацию и'"(г, у *). Такой подход является традиционным в теории оптимального управления и часто применяется на практике из-за большой простоты достижения конкретных результатов.
Вышеизложенное касается задачи построения стратегии гарантированного управления эксплуатацией (8), а которой поиск необходимо осуществлять в условиях, когда предел возможных изменений у(()
априори не определен, т.е. область [Ь~(/), Ь+(/)| не задана. Из-за недостатка априорных сведений при решении задачи (8) невозможно заранее установить функциональное соответствие между у({) и ожидаемыми результатами гарантированного управления эксплуатацией, т.е. априори определить и°т'(т, У*). Для преодоления возникающих'здесь трудностей можно аппроксимировать глобально-оптимальную стратегию управления совокупностью локально-оптимальных стратегий. При этом каждая из локально-оптимальных стратегий для уменьшения ошибки аппроксимации должна быть адаптивной, т.е. обладать способностью к улучшению
по мере накопления данных об изменениях у(/) е /'(/). Для нахождения ---- области [Ь~(/), Ь+(/)] здесь можно использовать один из алгоритмов минимаксного прогноза состояния.
В ряде ситуаций, в частности, при наличии большого числа ограничений на время проведения, характер и величину управляющих воздействий локально-оптимальная стратегия гарантированного управления эксплуатацией может совпадать с глобально-оптимальной стратегией.
Яредставлеяныс алгоритмы программно реализованы в «»ставе ав томатизированиой системы гарантированною управления эксплуатацией "ТОРС". Существует также возможность и аппаратной r^mfwtaz 9ЯЯПЫП ssropisfi»«». Примером тегттпсского устройства, «»озволя^оппг-: рсгаятт» зпдгчу пояска максиминкой стратегии управления эксплуатацией может служить устройство для гарантированной экстраполяции линейных процессов. В зависимости от конкретных условий практически могут был, найдены и другие технические решения для реализации предложенных алгоритмов.
Локальный характер u0/f(r, у*) не позволяет говорить о том, что все. возможности по гарантированному управлению эксплуатацией используются полностью и наиболее рациональным образом. Естествен"", *оте-soo. бы иметь достаточно обнртй нстод ("алгоритм"), кот-оры* плчио.чга
наход'пх, глобально-оптимальную стратегию гграл'шроя а • шого управления эксплуатацией, т.е. посюковатсг-тсть упраллгаош. л ¡¿owJ't-cTDiili, обеспечивающих безотказность и яысокую эффективность функционирования объекта па основа полного псппльзоначия гее:: возможностей управления н исходной г'ифорчшчютюп балы.
Наиболее общим и естественным критерием оптимальности гарантированного управления эксплуатацией является критерий, имеющий экономическую природу, а честности, критерий вида (9).
Для формирования искомой стратегии Ur"''(T> у*), учитывая аддитивность критерия (9) можно применить пряпппп оптимальности Бедлма-на.
.Для решения задачи формирования и//Г(г> Унеобходимо построить пространство состояний. Иначе говоря, необходимо определить совокупность координат, содержащих все сведения об. объекте на данном интервале времени вне зависимости от его прошлого поведения.
Информационную чар ajnvy и ста ку технического объекта ответственного назначения на интервале [/, fj £ Т, t £ le можно представить как (В~, В*, t, tc). Применительно к задаче (14) координаты В~, В*, /, /, содержат все сведения об обгекге пне зависимости от его прошло! о поведения при t, /се Ту т.е. {ВТ, В*, /, /с) можно рассматривать как информационное пространство состояний.
Если в качестве алгоритма прогноза, т.е. алгоритма определения состояния объекта на интервале, использовать рекуррентный минимаксный фильтр, то искомое информационное ^пространство состояний можно представшь как набор (А , fc), где А - матрица минимаксных оценок коэффициентов щ модели (2).
Сначала рассмотрим алгоритм" формирования и/*'(т, у") для информационного пространства состояний вида (В' ,B+,t, te).
Пусть функция S(B~, В+, t, te) характеризует предельные материальные потери, связанные с эксплуатацией объекта в состоянии (2Г, В*, t, tc) при проведении оптимальной стратами u(r, у*). Управляющие воздействия состоят в контроле и регулировке у(/).
Предельные материальные потери при отсутствии управления эксплуатацией объекта на интервале [/, /J для состояния можно представить в виде
Si(B',B*,t,te) = sup ¡H(ytT)dT,
BSAiB* t
где Н(у,т) • функция потерь.
Если в'ыомект времени 7, te произведено измерение у(/), связанное с затратами р, и получено значение (/) = у(t) (е(/)- случайная ошибка измерения, стохастические свойства которой не определены, а задана лишь область е» возможных вариаций), то информационное состояние объекта будет (B~,B*,7,te), где В~,В*- матрицы предельных значений коэффициентов йц, полученные по результатам проведенного измерения. При этом предельные материальные потери, связанные с эксплуатацией объекта, составляет
, В*, Г, /с) , В*, t,7) + M +S(B-,B\7ttc)}.
Если в момент времени Г, ¡£>7¿tc осуществляется регулировка у(/) (измерение у(/) на TeR), затраты на проведение которой составляют к, то предельные материальные потери для информационного состояния (В~, Вт, Л !с) можно описать как
7)+k+s(B;,B;j,tc)}.
где В~,В*- матрицы предельных значений коэффициентов fity с учетом изменения состояния объекта после регулировки.
Исходя из полученных зависимостей можно сформировать на основе принципа оптимальности Беллмана рекуррентные уравнения для на-
хождения оптимальной стратегии управления.эксплуатацией и(т, у*) по критерию
8(В',В\ /, !с) ~ тГ (5,) (23)
¿-адз
= Б(В~, /Г , /, 1С) (24)
тГ ,3\1,Т) Ы /Г,!,)} (25)
&= ¡г^ {^с 1Г ,В\ !, ?) + А' И1Г 8(В;, /; Г, Т, ?с) } (26
геЯ *
Значения /, на которых достигается а (22), « аначвми.« , н*>
тотсрьс: достигнет«?» обв^й шпшыум в (25) и (¿6), язаза&гса функциями (Л~, В+, I, ¡с) и описывают искомую стратегию гарантированного управления эксплуатацией и(г, у).
В приведенных соотношениях фигурируют параметры В~, В*, получение которых связано с использованием определенной прогнозирующей процедуры. В качестве такой процедуры может служить один из алгоритмов реализации метода гарантированного прогноза. Решение уравнений (23), (24), (25), (26) по существу является задачей динамического программирования.
В зависимости от имеющихся ограничений на уяргтление эксплуатацией (описания множества'упрагошоших во?дейстз!Ш У) соотношения (23), (2-4), (25) н (26) могут :.>чть пргоормопаны.
В качестве примера использования уравнений вида (23), (2^), (25), (26) для нахождения ?з/я(т> У*) ЛРИ «тредегашхення информационного пространства состояний обтекга о форме отличней от (Л", В*, I, ¿с), можно принести уравнения, определяющие п^'ут, у*) в зависимости от набора '(/> 1, ¡с). (Кок отмечалось выше указанный набор состаг.ляет информационное пространство состояний, обусловленное лл.а прогнозирования соетомшм минимаксных фильтроа-жс:?ШГОЛ„Т>\ »• ./; Данные уравнения жгут быть записали как
&= М { St (А*, 1,7}+ ЬГ£(А*.~,0}>
¡¿.Та, X"
&= тГ { 5, (Л\ (,?)+ к + ц1Г|У(/1*,Г,г ) >,
геЯ
Приведенные алгоритмы реализованы в виде програ;.:
голого '.'Д)—-с
и включены в состав автоматизированной системы гарантированного управления эксплуатацией ТОРС".
На основе решения частных задач определения ^'(г, у*) составлена общая методика расчета наиболее целесообразных вариантов стратегий управления, исходя из реальных возможностей управления эксплуатацией и информационного обеспечения технических объектов ответственного назначения. Данная методика устанавливает порядок расчета проведения воздействий по гарантированному управлению эксплуатацией и состоит в следующем.
1. Набор алгоритмов, разработанный во второй главе, позволяет находить математическую модель прогнозируемого процесса в ситуациях, когда неизвестны стохастические характеристики возмущающих факторов, относительно ошибок измерения здесь обычно бывает заданы только границы их возможных вариаций. Структура модели у (У) является известной и удовлетворяющей требованию адекватности, как правило, это
у(/)=Л -Г, где (/)} {"=0 - набор детерминированных, функций времени,
А - матрица случайных (неопределенных) коэффициентов. Данное представление можно рассматривать как разложение случайного процесса по детерминированному базису. Иначе говоря, любой случайный процесс может быть описан таким образом. При этом ошибки модели, которые нельзя рассматривать как случайные, здесь могут быть учтены.
2. Определение модели прогнозируемого процесса у(<) позволяет перейти к решению задач первого уровня гарантированного управления эксплуатацией. Суп. таких задач состоит в определении критерия оптимальности управления. В условиях ограничений стратегия гарантированного управления эксплуатацией, как показано в главе 3, может бьпъ вырожденной. Вырожденность стратегии гарантированного управления эксплуатацией предполагает однократную и первоначальную установку параметров технического объекта ответственного назначения на уровень, необходимый для обеспечения его безотказности и высокой эффективности функционирования на интервале Г. Естественно, что здесь в исходных данных не фигурируют наблюдения у(/). Информационная база для построения вырожденной стратегии гарантированного управления эксплуатацией содержит только априорные сведения относительно у(/). Такие сведения практически всегда могут бьпъ даны в виде ограничений на прогнозируемы;* процесс, в частости, как уVIСТ, где £>- область работоспособных состояний.
3. Определение критерия оптимальности для гарантированного управления эксплуатации завершает решение задач первого уровня общей проблемы управления эксплуатацией техническими объектами ответственного назначения. Следующий уровень возникающих здесь задач связан с построением информационной базы для управления. Такая база может быть построена с применением алгоритмов обработки данных на-
блюдешш за состоянием объекта для прогнозирования изменения их состояния.
В зависимости от возможностей управления, и требований к виду ¡/редскшляеиых результатов гтропюза состояния объекта глохло выбрать один из пяти алгоритмов мшшмпкеного прогпозтфования у(?), ¡еТ\Ту
. 4. Третий уровень задач гарантированного управления экспяуатзцп-. «й'ссстопт в определении, собственно, наиболее рациональной стратегии управления, т.е. б построении у*). Талая стратегия (оптимальная в
минимаксном смысле) при условии успешного решения задач предмдутих ух»с8пей (спрадмкние млк«чтя *{?), гьтбор грихерия опги-ыальносш) мотает бьпъ найдена по аддх>ритмам, разработанным в настоящей главе. При этом в зависимости от возможностей управления и имеющейся вычислительной техники можно строить локально-оптимальную или глобально-оптимальную стратегию и(г, у*). Представленные в работе комплекс программ "Прогноз - 2" и автоматизированная система гарантированного управления эксплуатацией "ТОРС" позволяют решать все рассматриваемые задачи.
В приложения 1- 5 вынесены: 1) краткие сведения об автоматизированной системагаргнткрепаштего упр&плгякя эксплуатацией "ТОРС"; 2) краткие сведения о пакете прикладных программ "Прогноз-2" с расчетом примеров; 3) сравнительные характеристики сходимости среднестатистических и минимаксных алгоритмов прогноза состояния, полученных по реальный данным; 4) применение методики и алгоритмов глрантиро-"янного управления эксплуатацией; 5) акты и справки о внедрении результатов работы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проблема управления эксплуатацией технических объектов отвег-ствегного назпачеппя с учетом закономерностей дрейфа их пар?метров, гарантирующая безотказность и высокую эффективность фугоадног:ус-оанн.ч стноааельпо имеющегося объема исходных данных относится к числу наиболее важных теоретических и прикладных проблем.
Актуальность этой проблемы объясняется, в первую очередь, тем, что она самым непосредственным образои связана с решением одн-ч; головных проблем технологической резолюции - обеспечение бслс-тказно-стн футашонгфояапия и устранения угрозы аварий технических объектов. Необходимо тзкггс учитывать, что в основе мстодоа и алгор.тгмое гарантированного управленияэксплуатации!лежит тсонцепп::;. расч'чп .*.: "наихудший случай", т.е. концепция максимального использования иссЛ имеющейся информации об объекте без использования различного рода гипотез (без домысливания недостающей информации), И С ЭТОЙ ТО Т1К1!
зрения технология гарантированного управления эксплуатацией относится к числу наиболее передовых интенсивных технологий.
Проблема гарантированного управления эксплуатацией технических объех-стов ответственного назначения относится к числу фундаментальных и весьма сложных проблем теории управления. Основные трудности ее решения связаны со стохастическим (неопределенным) характером закономерностей нзмзиезия параметров, высокой размерностью задач, существенно:: неполнотой и ограниченностью исходной информации.
В настоящей работе гыпоянсл щет исследований, направленных на создание теоретических основ гарантированного упраштешш экеллуата-цией технических объектов отегтег-гппого назначения. Основные научные и практические результаты работы состоят в следующем.
1. Определены концепции и разработана методология гарантированного управления эксплуатацией техьячсск'лх обьсстов отоетегаегшого назначения.
Методологической основой работы является системный подход к рассмотрению задач гаразгпш безотказности и высокой эффективности фушсциокиросанкя технических сбъсюоз ответственного назначения, основное содержание методологии герантирезаккого управления скс-пяуатацией составляют откеты на вопрос: как нужно изменить состояниз технического объекта к в какие ш,г.;г:шл временя его эксплуатации, чтобы гарантировать высокую эффбягтаноегь безопасность его функционирования на заданной интервала срсценн.
Дана классификация задач гарантированного управления эксплуатацией технических обтекгоз ответственного назначения и определены принципы их решения.
2. С единых методологических позиций рассмотрены задачи гарантии безотказности и высокой эффективности функционирования технических объектов, возникающие иг. этап; эксплуатации. Показано, чго все они могут быть представлены в виде задело: микимаксиого управления случайными (неопределс:п1Ымя) процессами, особенностью которой ка-ляется нестационарный характер управляемых процессов и "скользящий" режим управления.
3. Разработав: и исследованы методы таран шрованиого прогноза, позволяющие относительно имеющейся информационной базы судаггь о поведении технического объекта во время эксплуатации.
4. Исследованы задачи гарантированного управления эксплуатацией и впервые формализована задача гарантированного управления эксплуатацией технических объектов ответственного назначения, разработаны алгоритмы кх решения.
5. Исследованы и поставлены впервые минимаксные задачи построения моделей деградации параметров технических объектов в услови-
йа ограниченности и псопведелетюста исходные палних,
6. Постпоэта негоде "а -.)«►••••■», г;гп"\гп:>:■!> ^ пгч
* * - * ■ л
ЛЛТрЯШГТРП1*М .
7. На сскос-о ьыпеяаепиых орет.ах 1:с5,/гдо--..гш!.'| г.-омзлекс 1;рогрлам "Прсп:о>2'' л сиай^а. "ТОГС.
-счил1 . тгччоакт!.- что ;; у г..-/. ^сЬ'-;""; ; ¡г.- .->;.■;:•>'-; :г,-•.-."•;
отъчаюс предъявляемый требованиям.
ПояУШЛШе ПЗУЧНЫЗ -сгзУЯТЬ'Пт.г ггагглггаггклтл-гт м™-тг.»»глг>«г»™» (ССХГСЛ!^ ¿¡¿¿СД,^«»';;.». »» »¡¿»шятяи ипаншртинипгп утттмпттл.
ния эксплуатацией технических объектов отаегстзенного назначения) з совокупности предсташкгот теоретическое обобщение и регледае крупноч научной проблемы, иияощеЗ загшоз нар.0днохохтйсгвваное значение.
Результата диссертационной работн пр".»к»'яя«сь рая исследований по темам хсавдкдатских диссертаций, по разработке методик управления состоянием различных эксплуатируемых объектов и по хоздоговорной тематике. По результатам исслсдозглггл опубликовано 2 монографии и получено 1 авторское свидетюткстпо.
1Ш.2>-м.*1. С.
¿. ?ол-ноаум Ад», ижнйы^ксиый нртхции в техническом обсяуяси-пашш по состоит!!?'». Поятрхагг. П'ижгсостш.-: КАПУ ЛТШП АН СГСР
рения нспшгшиЗ Н Нлясзшосгь и х:о:прсль качества. 1987. № 4. С. 25-2 0.
5. Розскбаум Л.И., Мусорина Е.А. Рссурр-лглгие аигор:ггмы гарантированного прогноза И Аимкз т^жпкчсгхгсг систем с у-ютом пграмстря-//.чч-чхин/й-;^?-: ДчО Л к '''Р-'/.С. } 2-
(>. Лбраг:и:1 "'.-'.В,, Гозен&.угл- А.П., Ккс.!, ыс. к.'1. Прогг«)-.';, >в«":?<-. состояния дяна^йчсских систем // "Фпзнко-статпстичеааге метогл.г оценит тешичгсхого состоят;« сложных слсте:.-.'; * "'И-:;1-! го нзуя?го-т©сш:ч«-скч*го одязгсрп. Орд-лмг.с.т.т^г-, С. - .
7. Розенбаум А.Н. Задача оценки и прогнозирования состо.вдня нической системы II Автоматизация проехегирспанпя и пара; .тричсонс синтез технических систем. Владивосток: ДВО АН СССР, 1990. С. 154-! 60.
8. Абрамов О.В., Розенбаум А.Н. Прогнозирование состояния технических систем. М.: Наука, 1990. 126 с.
9. Розенбаум А.Н., Кислова И.И. Прогнозирование эволюции технических систем в условиях неопределенности исходных данных // Вероятностно-статистические методы исследования надежности машин и аппаратуры: Материалы научно-технического семинара. Киев, 1990. С.20.
10. Розенбаум А.И., Кнслова И.И. Оценка эволюции динамической системы при ограниченности исходных данных // Цифровые модели в проектировании и производстве РЭС: Мехазузовский сборник научных трудов. Пенза, 1991. С.132-138.
11. Розенбаум А.Н. Прогнозирующий контроль при техническом обслуживании радиоэлектронной аппаратуры: Методическое руководство. Владивосток: ИАПУ ДВО АН СССР, 1991. 35 с.
12. Розенбаум А.Н. Об учете вероятностных характеристик ошибок контроля при минимаксном прогнозировании // Надежность и высокона-дежность. Тез. докл. научн. конф. Минск: МВИЗРУ, 1992. С. 70-71.
13. Розенбаум А.Н., Дорофеев А.И., Кислова И.И. Прогнозирование состояния при управлении эксплуатацией. Владивосток: ДВГТУ, 1995. 134с.
14. Розенбаум А.Н., Матвеев П.А. Реализация технического обслуживания по состоянию для объектов ответственного назначения // Актуальные проблемы анализа и обеспечение надежности и качества приборов, устройств и систем: Сб. докл. научн. конф. 4.2. Пенза: Изд-во Пенз. гос. тех. ун-та, 1996. С.34-35.
15. Абрамов О.В., Розгнбауч А.Н., Климченко В.В. Прогиозирова-ние состояния и планирование эксплуатации систем ответственного назначения // Вестник ДВО РАН. 1 Г>96. № 4. С. 65-75. -
16. Abramov O.V., Rozenbaum A.N. An approach for predicting the working capacity of analog devices. The 3rd Symposium oa Technical Diagnostic IMEKO Ц Proc. (Published by the IMEKO Secritariat). Budapest. 1984. P. 221-228.
17. Pvozenbaum A.N. Picidng maintenance strategy with due account of equipment state U Proc. of the Int. Conf. "Technical diagnostics-^". Praga, 1989. V.l. P. 74-78.
18. Rozenbaum A.N., Abramov O.V. A minima*: filter for state estimation and prediction // Proc. of the 1st Asian Control Conf. Tokyo. 1994. V.l.P. 73-75.
19. Rozenbaum A.N. Control procedure of quality of minimax predicting the state H Proc. Pacific Int. Conf. Math. Modeling and Criptography (PMMC-95). Vladivostok, 1995. P.71.
20. Rozenbaum A. N.. Abramov О. V. Minimax estimation and transfomation of motion models // Proc. of the IFAC-Workshop "Motion Control". Munich. 1995. P. 253-260.
(гммС-УЭ). У1:штшок, ¡ууэ. Г. и.
22. л'к^аиу/ О'.. ; .и:.«:'.:/.Ко; г-л' «"■■г -.■нса^иу-- ?.-Л // Гсос. оС; Р Т-чО-^Л1)
держание диссертации, получены автором самостоятельно. В работах,
нм|[П1Ш1И4иыт п гпашутггпи» тгаггтта 1т»" оиятт гггятллтт*м п^тг^тг' I I л
- разраоотатл алгоритмы г лргпгр о г: а:; п с г о прогноза дня х^-скстгм функций; [5] - разработаны рекуррентные алгоритмы гарантированного прогноза; [7} - разработаны йлгор;тпл лттшиахспого оценивания для существенно динамических сбт.ссто:;; [Я] - разработана дасхсрстная версия метода гарантированного прогноза; [9, 10] -развиты минимаксные акго-ритмы-экстраполяторы для рекуррентного прогнозирования состояния дтгамических систем; [13] - поставлены и решены задачи построения моделей процессов дреЗфа параметров в условиях ограниченности и кеопрг-
I |-огс»\»,•(««.•••> ....!».*.:,г.ч'н:,;.....
¡';'1Чмчп 111 4.М"| он "г:";.
ГАРАНТИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ техничесшк оиьааоз отзегсгзешшго назначения
3 ¡<.,;:(/!гс:!Я.'1 к I/... П. V.')'. \'".:ли.'! ; ;' V';. л. --
Формат оО-'ЙтУ 16. Олуам ^акйз о«.
Издано ИАПУ ДВО РАН. Владивосток, Радио, 5. Отпечатано участком оперативной печати ИАПУ ДВО РАН. Владивосток, Радно, 5.
Оглавление автор диссертации — доктора технических наук Розенбаум, Анатолий Наумович
ВВЕДЕНИЕ.
Глава первая. ПРИНЦИПЫ ГАРАНТИРОВАНОГО УПРАВЛЕНИЯ
ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ.
1.1. Безотказность & старение технических объектов
1.2. Основные понятая и определения.
1.3. Принципы и задачи гарантированного управления эксплуатацией.
1.4. Гарантированностъ эксплуатаций технических объектов ответственного назначения.
1.5. Выводы.
Глава вторая. ВЫБОР МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССОВ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ
ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ ОТВЕТСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ.
2.1. Модели изменения состояния.
2.2. Критерии выбора моделей и оценка параметров прогнозируемого процесса.
2.3. Обобщение моделей прогнозируемых процессов
2.4. Выбор конкретной структуры модели прогнозируемого процесса
2.5. Выводы
Глава третья. КРИТЕРИИ ОПТИМАЛЬНОСТИ ПРИ ГАРАНТИРОВАННОМ
УПРАВЛЕНИИ ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ .:.
3.1. Определение оптимальной стратегии управления эксплуатацией.
3.2. Критерии оптимальности выбора стратегии управления эксплуатацией.
3.3. Вырожденные стратегии управления эксплуатацией
3.4. Минимаксные критерии оптимальности управления эксплуатацией.
3.5. Выводы.Î
Глава четвертая. МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ГАРАНТИРОВАННОГО
ПРОГНОЗА СОСТОЯНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ.
4. i. Минимаксный принцип при прогнозе состояния технических объектов.
4.2. Метод гарантированного прогноза, его рекуррентная модификация и обобщение.
4.3. Прогнозирование технического состояния с помощью минимаксных алгоритмов совместной обработки данных.
4.4. Минимаксный фильтр-экстраполятор для определения состояния технического объекта
4.5. Управление сходимостью алгоритмов минимаксного прогноза состояния технических объектов ответственного назначения.
4.6. Комплексирование результатов наблюдений и прогноза состояния технических объектов.
4.7. Выводы.
Глава пятая. СИНТЕЗ МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ ГАРАНТИРОВАННОГО
УПРАВЛЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
ОТВЕТСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ.
5.1. Общие положения.
5.2. Локально-оптимальные стратегии гарантированного управления эксплуатацией
5.3. Определение глобально-оптимальных стратегий гарантированного управления эксплуатацией.
5.4. Общая методика гарантированного управления эксплуатацией технических объектов ответственного назначения.
Введение 1997 год, диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению, Розенбаум, Анатолий Наумович
Обеспечение безотказности и высокой эффективности эксплуатации со времени появления самой простой техники (устройств для подъема грузов, мельниц, плотин и т.п.) всегда являлось важнейшей проблемой. При этом полное решение указанной проблемы всегда можно было найти еще на стадиях проектирования и производства за счет введения избыточности в структуру, параметры или в свойства объекта (создание запаса прочности, резервирование отдельных элементов, узлов, блоков, всего объекта в целом, кодирование передаваемых сигналов и т.п.). Усложнение техники, расширение функциональных обязанностей, удорожание производства и эксплуатации, а главное, повышение ответственности выполняемых функций, когда любой отказ может приводить (и приводит) к катастрофическим, с точки зрения экономики, последствиям или к прямой угрозе жизни человека, заставили обратить особое внимание на этап эксплуатации.
На этапе эксплуатации безотказность функционирования технических объектов может быть обеспечена за счет технического обслуживания (управления эксплуатацией), под которым понимают все мероприятия, направленные на сохранение и восстановление работоспособности, определение и оценка фактического состояния объекта [ 11, 27 ].
Техническое обслуживание, практикуемое в настоящее время, связано, главным образом, с осреднением поведения данного класса объектов и на основе фиксации времени возникновения отказов или с использованием полных статистических характеристик, учитывающих предысторию отказа каждого конкретного экземпляра из рассматриваемого класса на интервале его эксплуатации. Последний подход не игнорирует свойства и особенности функционирования, т.е. учитывает индивидуальность каждого конкретного объекта вне зависимости от его принадлежности к тому или иному классу. Указанный подход связан с понятием технического обслуживания по состоянию или с управлением эксплуатацией (надежностью) [7, 11,22, 87].
Управление эксплуатацией предполагает построение стратегии (правила) управления на основе результатов исследования закономерностей дрейфа параметров и процессов приближения к отказам, т.е. фактически на основе учета параметрических или постепенных отказов.
Постепенные (параметрические) отказы составляют подавляющую часть отказов (до 90%) такой техники, где всякий отказ сопряжен с большим риском возникновения ситуаций, приводящих к катастрофическим экономическим последствиям или к угрозе жизни человека (газо- нефтепроводы, самолеты, суда и т.п.). При этом внезапные отказы в основном возникают из-за несовершенства технологии производства или нарушений правил эксплуатации [ 13, 20, 27,44 ].
Существует тенденция (оправданная, согласно данных статистики [И, 46, 81]), указывающая на то, что доля постепенных отказов должна возрастать при уменьшении количества любых отказов вообще.
Недостаточная изученность процессов дрейфа параметров, несовершенство методов обработки имеющейся здесь статистики для определения закономерностей поведения конкретного объекта на интервале эксплуатации (прогнозирования состояния могут приводить (и приводят) к существенным ошибкам при построении стратегии управления эксплуатацией). Такие ошибки для технических объектов ответственного назначения редко бывают несвязанными с критическими последствиями. При этом реалии эксплуатации здесь таковы, что применение методов классической статистики для обработки исходной совокупности сведений с целью прогнозирования изменений состояния нельзя считать правомерным (существенная ограниченность и неопределенность обрабатываемой информации) [1,3, 151].
Актуальность исследования случайных процессов изменения состояния объектов и решения на этой основе задач управления эксплуатацией неоднократно отмечалось в работах Н.Г.Бруевича, А.А.Воронова, Б.В.Гнеденко, П.П.Пархоменко, В.И.Сифорова, Б.С.Сотскова и других ученых. Большой вклад в решение задач прогнозирования и обеспечения безотказности (по параметрической надежности) внесли Б.В.Васильев, Л.И.Волков, Д.В.Гаскаров, Т.А.Голинкевич, Б.Г.Доступов, Г.В.Дружинин, Л.Г.Евланов, К.А.Иыуду, Ю.Н.Кофанов, В.Д.Кудрицкий,
A.Я.Маслов, А.В.Михайлов, А.В.Мозгалевский, А.С.Проников, Д.В.Свечарник, В.Б.Силин, Р.С.Судаков, Т.А.Сырицын, Р.М.Туркельтауб, А.М.Широков, Дж.Бендат, А.Пирсон и др. Вопросам планирования эксплуатации посвящены работы Е.Ю.Барзиловича,
B.К.Дедкова, В.А.Каштанова, Н.А.Северцева и др. Существенный вклад в решение проблемы управления надежностью внесли О.В.Абрамов, Б.В.Бункин, А.А.Вавилов, Ю.Х.Вермишев, Г.А.Дидук, В.Н.Ильин, И.Е.Казаков, Р.В.Кучель, Н.Н.Моисеев, И.П.Норенков, В.С.Пугачев, В.В.Солодовников, О.И.Тескин, Я.З.Цыпкин, П.И.Чинаев, А.С.Шаталов, В.Б.Яковлев, Дж.Блек, С.М.Шендон, С.Маки и др.
Следует однако заметить, что уровень теоретических и прикладных исследований, относящихся к области управления надежностью еще далек от существующих потребностей. Подавляющее большинство работ, посвященных проблеме учета постепенных отказов на стадии эксплуатации технических объектов, не учитывает реалии имеющегося информационного обеспечения. Практически не изученными остались вопросы гарантии безотказности и высокой эффективности функционирования технических объектов в условиях ограниченности и неопределенности исходной совокупности сведений, в том числе задачи построения критериев оптимальности для управления в таких условиях, задачи рациональной обработки имеющейся совокупности сведений для предсказания поведения объекта в будущем без всякого домысливания, а также задачи определения стратегии управления, гарантирующей безотказность и высокую эффективность функционирования технических объектов.
Задачи обеспечения безотказности, а тем более гарантии безотказности на этапе эксплуатации и задачи подготовки соответствующей информационной базы (прогноза состояния) до последнего времени рассматривались независимо одна от другой. При этом результаты решения таких отдельных задач оказывались малоприемлемыми для определения стратегии управления эксплуатацией, гарантирующей безотказность и высокую эффективность функционирования объектов. При более общем взгляде на проблемы управления эксплуатацией, а особенно на проблемы управления эксплуатацией объектов ответственного назначения, когда гарантия безотказности эксплуатируемого объекта является сгепржневой проблемой, необходимо учитывать реалии эксплуатации, т.е. ограниченность и неопределенность информационной базы.
До последнего времени обработка имеющейся совокупности сведений относительно объектов ответственного назначения (а это фактически уникальные объекты, априорные сведения о которых могут быть расплывчатыми) редко приводила к результатам, которые могли бы служить информационной основой для построения такой стратегии управления эксплуатацией, которая бы гарантировала достижение цели управления. Актуальной поэтому является задача рассмотрения широкого круга задач, связанных с определением состояния и управления на заданных интервалах времени для технических объектов ответственного назначения. Указанная задача по сути является проблемной, т.е. включает круг задач анализа и синтеза систем управления эксплуатацией для гарантии высокой эффективности функционирования в условиях, когда информационная база для управления не определена и ограничена. При этом должно быть найдено связующее начало, которое позволило бы установить общие пути их решения.
Представленный в работе цикл исследований по созданию теоретических основ гарантированного управления эксплуатацией объектов ответственного назначения был выполнен в рамках программы фундаментальных исследований АН СССР "Повышение надежности систем "машина-человек-среда"" (проект №112), госбюджетной темы "Разработка методов и алгоритмов прогнозирования состояния сложных технических систем ответственного назначения", выполняемой по постановлению Президиума ДВО РАН, хоздоговорных тем ИАПУ ДВО РАН, Алгоритмы и программы, представленные в работе, использованы на предприятии ЦНИИАГ (в рамках НИР "Рабство-АН", "Разработка МОП", "Надежностъ-2"), а также в других организациях, в частности, в НПО "Светлана", ЦНИИ "Циклон" (тема "Станица-2), НПО им.Коминтерна, КБ "Дальнее" и в учебном процессе ДВГТУ и ДВГМА, выполненных при непосредственном участии автора и руководимой им лаборатории "Прогнозирование технического состояния сложных систем" .
Целью работы является теоретическое обобщение и решение научной проблемы гарантированного управления эксплуатацией объектов ответственного назначения с учетом стохастических закономерностей изменения их параметров в условиях ограниченности и неопределенности исходных данных. В прикладном аспекте исследования направлены на решение важной народнохозяйственной задачи управления эксплуатацией (надежностью) технических объектов по постепенным или параметрическим отказам.
В соответствии с поставленной целью необходимо рассмотреть и решить следующие задачи:
- определить концепции и разработать основы гарантированного управления эксплуатацией технических объектов ответственного назначения;
- разработать единый подход к решению задачи гарантированного управления эксплуатацией на всех этапах ее решения;
- разработать и исследовать критерии оптимальности гарантированного управления эксплуатацией в условиях неопределенности исходных данных;
- предложить методы построения моделей дрейфа параметров технических объектов в условиях ограниченности и неопределенности исходных данных;
- разработать и исследовать методы индивидуального прогнозирования состояния в условиях ограниченности и неопределенности исходных данных, пригодные для использования в структурах систем управления эксплуатацией;
- разработать методы и алгоритмы определения стратегии гарантированного управления эксплуатацией;
- разработать алгоритмическое и программное обеспечение для автоматизированного решения комплекса задач гарантированного управления эксплуатацией на основе компьютерных технологий;
- произвести экспериментальную и производственную проверку разработанных методов алгоритмов и программ.
Методы исследования, используемые при выполнении работы, основаны на положениях теории вероятности и математической статистики, теории оптимальной фильтрации, теории управления, теории приближения функций и математического программирования, моделирования и диагностики.
Научная новизна. В отличие от традиционного подхода к решению проблемы управления эксплуатацией (технического обслуживания по состоянию), цель которого состоит в обеспечении безотказности функционирования технического объекта в условиях полной информационной обеспеченности, в диссертации разработаны основные положения теории, методы и алгоритмы гарантированного управления эксплуатацией, результатом которого является стратегия управления параметрами технического объекта, гарантирующая безотказность и высокую эффективность его функционирования в условиях существенной неопределенности и ограниченности исходной совокупности сведений.
На защиту выносятся следующие основные научные результаты:
- основы методологии гарантированного управления эксплуатацией;
- методы индивидуального прогнозирования состояния технических объектов, основанные на принципе минимакса и позволяющие получать гарантированные оценки самих наблюдаемых процессов, а не их статистических характеристик;
- формализованная постановка, критерии и методы гарантированного управления эксплуатацией технических объектов ответственного назначения;
- принципиально новая методика синтеза управляющих воздействий, гарантирующая относительно имеющейся информационной базы безотказность и высокую эффекгивность функционирования технических объектов ответственного назначения.
Практическая ценность работы. Полученные в диссертации результаты составляют теоретическую и алгоритмическую основу управления эксплуатацией технических объектов ответственного назначения, гарантирующего безотказность и высокую эффективность функционирования в условиях существенной ограниченности и неопределенности исходных данных. Разработаны положения теории, принципы, комплекс методов и алгоритмов направленные на решение важной народнохозяйственной задачи исключения отказовых ситуаций во время эксплуатации технических объектов ответственного назначения за счет максимального использования без всякого домысливания всей реально имеющейся информации о поведении технического объекта ответственного назначения во время эксплуатации.
Выполненные исследования характеризуются инженерной направленностью и доведены до конкретных методик, алгоритмов и программ. На их основе разработаны комплекс программ "Прогноз-2" и автоматизированная система управления эксплуатацией механического оборудования судов "ТОРС", ориентированные на ПЭВМ типа 1ВМ-386 и позволяющие решать следующие задачи:
- построение математических моделей дрейфа выходных или определяющих параметров эксплуатируемого технического объекта при ограниченности и неопределенности исходной совокупности сведений;
- гарантированный прогноз состояния технических объектов по совокупности алгоритмов в условиях дефицита исходных данных;
- определение целесообразных сроков и объемов проведения управляющих воздействий для гарантии безотказности и высокой эффективности функционирования эксплуатируемого технического объекта.
Выполненные разработки являются эффективным аппаратом для гарантированного управления эксплуатацией, позволяющим автоматизировать ряд трудоемких процессов, связанных с обработкой наблюдений; уменьшить затраты времени и средств за счет предотвращения возникновения аварийных ситуаций во время эксплуатации технических объектов ответственного назначения.
Реализация результатов работы. Результаты теоретических и прикладных исследований, выполненных в диссертации внедрены на следующих предприятиях.
На предприятии ЦНИИ автоматики и гидравлики внедрены методы и алгоритмы гарантированного прогноза состояния технических объектов специального назначения.
В организации судоходной компании ДВГМА внедрена система гарантированного управления эксплуатацией "ТОРС".
На предприятии ЦНИИ "Циклон" внедрены методы и алгоритмы гарантированного прогнозирования состояний и определения целесообразных сроков и объемов проведения управляющих воздействий для обеспечения безотказности и высокой эффективности функционирования электронной техники.
На предприятии НПО им,Коминтерна внедрены методы и алгоритмы гарантированного прогноза состояния средств связи.
В КБ "Дальнее" внедрено программное и алгоритмическое обеспечение для определения гарантированных сроков безотказной работы подводных аппаратов.
Разработанные в диссертации методы гарантированного управления эксплуатацией технических объектов ответственного назначения используются при проведении НИР и в учебном процессе Дальневосточного государственного технического университета г.Владивосток.
Акты, подтверждающие внедрение результатов выполненных в диссертации исследований и разработок, приведены в приложении.
Апробация работы. Основные научные и практические результаты работы докладывались и обсуждались на научно-техническом семинаре "Надежность в технике" (Горький, 1983), на научно-техническом семинаре 'Эксплуатация радиоэлектронных систем и надежность их элементов" (Минск, 1983), на III Международном симпозиуме ИМЕКО (Москва, 1983), на V Всесоюзном симпозиуме по модульным ИИС (Кишинев, 1985), на IV Всесоюзном совещании "Надежность, живучесть и безотказность автоматизированных комплексов" (Суздаль, 1988), на III Всесоюзной конференции "Моделирование отказов и имитация на ЭВМ статистических испытаний ИМС и их элементов (Суздаль. 1989), на Международной конференции "Техническая диагностика-89" (Чехословакия, Прага, 1989), на научно-техническом семинаре "Физико-статистические методы оценки состояния сложных систем" (Орджоникидзе, 1989), на Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизированные системы обеспечения надежности радиоэлектронной аппаратуры" (Львов, 1990), на Всесоюзной школе-семинаре "Диагностирование, надежность, неразрушающий контроль электронных устройств и систем" (Владивосток, 1990), на Республиканской научно-технической конференции "Эксплуатация и надежность технических систем и комплектующих изделий" (Севастополь, 1990), на Международной конференции по технической диагностике (Китай, Шеньян, 1991), на Международной научно-технической конференции "Методы и средства оценки и повышения надежности приборов, устройств и систем" (Пенза, 1994), на I Азиатской международной конференции по проблемам управления (Япония, Токио, 1994), на симпозиуме ІРАС "Безопасность-94" (Финляндия, Хельсинки, 1994), на Международной конференции "Математическое моделирование и криптография" (Владивосток, 1995), на Международной конференции ІРАС "Управление движением" (Германия, Мюнхен, 1995), на Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы анализа и обеспечение надежности и качества приборов, устройств и систем" (Пенза, 1996), на II Азиатской международной конференции по проблемам управления (Корея, Сеул, 1997), на научных семинарах и заседаниях Ученого Совета Института автоматики и процессов управления ДВО РАН (1982-1997 гг.), а также на других всесоюзных, региональных и отраслевых совещаниях и конференциях и семинарах.
Публикации. Результаты диссертации отражены в более 50-ти печатных работах автора, в том числе 2-х монографиях.
15
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, и трех приложений, содержит 14 рисунков, 11 таблиц, список литературы включает 173 наименования отечественной и зарубежной литературы. Общий объем основного текста изложен на 213 стр. Приложения содержат описание автоматизированной системы "ТОРС", результаты прогноза состояния конкретных технических объектов, выполненных по заказам различных предприятий и организаций, результаты сравнительного анализа сходимости среднестатистических и минимаксных алгоритмов прогноза состояния, документы о внедрении результатов диссертационной работы.
Заключение диссертация на тему "Гарантированное управление эксплуатацией технических объектов ответственного назначения"
5.5. Основные результаты и выводы
1. Разработаны алгоритмы гарантированного управления эксплуатацией в условиях дефицита исходных данных.
194
2. Для критериев управления, обеспечивающих безотказность и высокое качество функционирования, разработаны и исследованы алгоритмы локальной и глобальной оптимизации.
3. Исследованы вопросы применения критериев оптимальности гарантированного управления эксплуатацией экономической природы.
4. Разработана общая методика оптимального (в минимаксном смысле) управления эксплуатацией ТОН.
5. Предложенные методы и алгоритмы реализованы. Они включены в комплекс программ "Прогноз - 2" и автоматизированную систему гарантированного управления эксплуатацией "ТОРС".
195
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проблема управления эксплуатацией технических объектов ответственного назначения с учетом закономерностей дрейфа их параметров, гарантирующая безотказность и высокую эффективность функционирования относительно имеющегося объема исходных данных относится к числу наиболее важных теоретических и прикладных проблем.
Актуальность этой проблемы объясняется, в первую очередь, тем, что она самым непосредственным образом связана с решением одной из головных проблем технологической революции - обеспечение безотказности функционирования и устранения угрозы аварий технических объектов. Необходимо также учитывать, что в основе методов и алгоритмов гарантированного управления эксплуатацией лежит концепция расчета на "наихудший случай", т.е. концепция максимального использования всей имеющейся информации об объекте без использования различного рода гипотез (без домысливания недостающей информации), и с этой точки зрения технология гарантированного управления эксплуатацией относится к числу наиболее передовых интенсивных технологий.
Проблема гарантированного управления эксплуатацией технических объектов ответственного назначения относится к числу фундаментальных и весьма сложных проблем теории управления. Основные трудности ее решения связаны со стохастическим характером закономерностей изменения параметров, высокой размерностью задач, существенной неполнотой и ограниченностью исходной информации.
В настоящей работе выполнен цикл исследований, направленных на создание теоретических основ гарантированного управления эксплуатацией технических объектов ответственного назначения. Основные научные и практические результаты работы состоят в следующем.
1. Определены концепции и разработана методология гарантированного управления эксплуатацией технических объектов ответственного назначения.
Методологической основой работы является системный подход к рассмотрению задач гарантии безотказности и высокой эффективности функционирования технических объектов ответственного назначения, основное содержание методологии гарантированного управления эксплуатацией составляют ответы на вопрос: как нужно изменить состояние технического объекта и в какие моменты времени его эксплуатации, чтобы гарантировать высокую эффективность и безопасность его функционирования на заданном интервале времени.
Дана классификация задач гарантированного управления эксплуатацией технических объектов ответственного назначения и определены принципы их решения.
2. С единых методологических позиций рассмотрены задачи гарантии безотказности и высокой эффективности функционирования технических объектов, возникающие на этапе эксплуатации. Показано, что все они могут быть представлены в виде задачи минимаксного управления случайными процессами, особенностью которой является нестационарный характер управляемых процессов и "скользящий" режим управления.
3. Разработаны и исследованы методы гарантированного прогноза, позволяющие относительно имеющейся информационной базы судить о поведении технического объекта.
4. Исследованы задачи гарантированного управления эксплуатацией и впервые формализована задача гарантированного управления эксплуатацией.
5. Исследованы и поставлены впервые задачи построения моделей дрейфа параметров в условиях ограниченности и неопределенности исходных данных.
197
6. На основе выполненных теоретических исследований разработан комплекс программ "Прогноз-2?? и система "Торс".
Экспериментальная и производственная проверка разработок позволила установить, что в условиях дефицита исходной информации они отвечают предъявляемым требованиям.
Полученные научные результаты диссертационных исследований (основы методологии, теории и приложений гарантированного управления эксплуатацией технических объектов ответственного назначения) в совокупности представляют теоретическое обобщение и решение крупной научной проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение.
Библиография Розенбаум, Анатолий Наумович, диссертация по теме Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)
1. Абрамов О.В. Параметрический синтез стохастических систем с учетом требований надежности. М.: Наука, 1992. Г76 с.
2. Абрамов О.В., Бернацкий Ф.И., Здор В.В. Параметрическая коррекция систем управления. М.: Энергоатомиздат, 1982. Г76 с.
3. Абрамов О.В., Климченко В.В. Стабильный прогноз состояния и надежности объектов контроля // АиТ. 1987. N° 5. С. 165-173.
4. Абрамов О.В., Розенбаум А.Н. Назначение моментов контроля и профилактик методом экстремальных реализаций // Вопросы кибернетики. 1982. Вып. 94. С. 127-136.
5. Абрамов О.В., Розенбаум А.Н, Прогнозирование состояния технических систем. М.: Наука, 1990. 126 с.
6. Абрамов О.В., Розенбаум А.Н., Климченко В.В. Прогнозирование состояния и планирование эксплуатации систем ответственного назначения // Вестник ДВО РАН. 1996. № 4. С. 65-75.
7. Алексанян И.Т., Кривошапко В.М. Моделирование параметрических отказов и изучение надежности интегральных схем // Электронная техника. Сер. 8. 1981. № 4. С. 52-58.
8. Андрейкив А.Е., Лысак Н.В. Метод акустической эмиссии в исследовании процессов разрушения. Киев: Наукова думка, 1989. 176 с.
9. Балан Г.Н., Беленький Б.П. Прогнозирование высоковольтных конденсаторов с комбинированным диэлектриком // Электронная техника. Сер. 8. 1985. № 1.С. 13-17.
10. Барзилович Е.Ю. Модели технического обслуживания сложных систем. М.: Высшая школа, 1982. 231 с.
11. Барзилович Е.Ю. Об оптимальном управлении контролируемым монотонно-возрастающим случайным процессом // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. 1996. № 3. С. 144-149.
12. Барзилович Е.Ю., Каштанов В.А. Некоторые математические вопросы теории обслуживания сложных систем. М.: Сов. радио, 1971. 271с.
13. Барзилович Е.Ю., Каштанов В.А., Коваленко И.Н. О минимаксных критериях в задачах надежности // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. 1971. № 3. С. 87-98.
14. Барлоу Р., Прошан Ф. Математическая теория надежности: Пер. с англ. Ушакова / Под ред. Б.В.Гнеденко. М.: Сов. радио, 1969. 488 с.
15. Беккер П., Иенсен Ф. Проектирование надежных электронных схем: Пер. с англ. А.Л.Райкина / Под ред. И.А.Ушакова. М.: Сов. радио, 1977.256 с.
16. Беллман Р., Дрейфус С. Прикладные задачи динамического программирования: Пер. с англ. Н.М.Митрофановой и др. / Под ред. А.А.Первозванского. М.: Наука, 1965. 458 с.
17. Беллман Р., Калаба Р. Динамическое программирование и современная теория управления: Пер. с англ. ЕЛ.Ройтенберга / Под ред. Б.С.Разумихина. М.: Наука, 1969. 118 с.
18. Берг А.И. Кибернетика и надежность. М.: Знание, 1964. 96 с.
19. Бережной В.П., Дубицкий Л.Г. Выявление причин отказов РЭА / Под ред. Л.Г. Дубицкого. М.: Радио и связь, 1983. 232 с.
20. Бернштейн С.Н. Экстремальные свойства полиномов. М.-Л.: ОНТИ, 1937. Ч. 1.203 с.
21. Барсков М,, Мясников Ю. К проблеме перевода флота на эксплуатацию по фактическому состоянию // Морской сборник. 1993. № 9. С.61-62.
22. Блинов И.Н., Гаскаров Д.В., Мозгалевский A.B. Автоматический контроль систем управления. Л.: Энергия, 1968. 218 с.
23. Богуславский И.А. Методы навигации и управления по неполной статистической информации. М.: Машиностроение, 1970. 256 с.
24. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1984. 321 с.
25. Браммер К., Зиффлинг Г. Фильтр Калмана-Бьюси. М.: Наука, 1982.200 с.
26. Браудо С.И. Сохранение надежности. М.: Сов. радио, 1965. 468 с.
27. Бурдун Г.Д., Марков Б.Н. Основы метрологии. 2-е изд. доп. М.: Изд-во Стандартов, 1975. 335 с.
28. Ван Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции. М.: Сов. радио, 1972. 707 с.
29. Васильев Б.В. Прогнозирование надежности и эффективности радиоэлектронных устройств. М.: Сов. радио, 1970. 336 с.
30. Васильев Б.В. Дистанционное управление надежностью и эффективностью радиоэлектронных устройств. М.: Сов. радио, 1983. 225 с.
31. Васильев Б.В., Козлов Б.А., Ткаченко Л.Г. Надежность и эффективность радиоэлектронных устройств. М.: Сов. радио, 1964. 368 с.
32. Васильев Б.В., Кофман Д.И., Эренбург С.Г. Диагностирование технического состояния судовых дизелей. М.: Машиностроение, 1982.144 с.
33. Вентцеяь Е.С., Овчаров Л.А. Прикладные задачи теории вероятностей. М.: Радио и связь, 1983. 416 с.
34. Войнов К.Н. Надежность вагонов. М.: Транспорт, 1989. 110 с.
35. Волков Л.И. Управление эксплуатацией летательных комплексов. М.: Высшая школа, 1981. 368 с.
36. Волков Л.И., Шишкевич A.M. Надежность летательных аппаратов. М.: Высшая школа, 1975. 296 с.
37. 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.
38. Воробьев В.Г., Козлов А.И. Прогнозирование технического состояния изделий авиационной техники. Ч. 1. М.: МИИГА, 1977. 108 с.
39. Воскобоев В.Ф. Замечания о характере решения задачи линейного программирования для полумарковского управляемого процесса // Основные вопросы теории и практики надежности. М.: Сов. радио, 1975, С. 158-163.
40. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. М.: Наука, 1967. 576 с.
41. Гаскаров Д.В., Голинкевич Т.А., Мозгалевский A.B. Прогнозирование технического состояния и надежности радиоэлектронной аппаратуры. М.: Сов. радио, 1974. 224 с.
42. Гегель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. М.: Наука, 1974. 242 с.
43. Герцбах И.Б., Кордонский Х.Б. Модели отказов. М.: Сов. радио, 1966. 166 с.
44. Гнеденко Б.В. Об основных направлениях математических исследований в теории надежности // Математические методы контроля качества и надежности: Труды Всесоюзного коллокв. Ташкент: Фан, 1969. С. 3-18.
45. Гнеденко Б.В. Предисловие // Теория надежности и массовое обслуживание. М.: Наука, ¡969. С. 7-13.
46. Голинкевич Т.А. Прикладная теория надежности. М.: Высшая школа, 1977. 160 с.
47. Голиченко В.И. Срок службы машины и оптимальная периодичность восстановления номинальных значений параметров технического состояния ее элементов // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 1992. ЗЧЬ 2. С. 58-62.
48. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Термины и определения.
49. Груничев А.С., Веденеев Ю.З., Елкин В.М. Надежность электроизделий при хранении. М.: Энергоатомиздат, 1983. 160 с.
50. Данциг Дж. Линейное программирование. Его применение и обобщения: Пер. с англ. Г.Н.Андриянова и др. / Под ред. Н.Н.Воробьева. М.: Прогресс, 1966. 600 с.
51. Дедков В.К., Северцев Н.А. Основные вопросы эксплуатации сложных систем. М.: Высшая шкода, 1976. 406 с.
52. Демьянов В.Ф., Малоземов В.Н. Введение в минимакс. М.: Наука, 1972. 368 с,
53. Деруссо П., Рой Р., Клоуз Ч. Пространство состояний в теории управления: Пер. с англ. Р.Т. Янушевского / Под ред. М.В.Меерова. М,: Наука, 1970.620 с.
54. Диагностирование дизелей / Е.А. Никитин, Л.В. Станиславский, Э.А. Улановский и др. М.: Машиностроение, 1987. 224 с.
55. Диагностирование и прогнозирование технического состояния авиационного оборудования /В.Г. Воробьев, В.В. Глухов, Ю.В. Козлов и др. / Под ред. В.А. Игнатова. М.: Транспорт, 1976. 272 с.
56. Диллон Б., Сингх Ч. Инженерные методы обеспечения надежности систем. М.: Мир, 1984. 318 с.
57. Дружинин Г.В. Надежность автоматизированных систем. М.: Энергия, 1977. 536 с.
58. Евланов Л.Г. Контроль динамических систем, М.: Наука, 1979.432 с.
59. Егоров С.А. Определение периодичности обслуживания механических элементов технических устройств // Надежность и контроль качества. 1995. Ке 5. С.8-15.
60. Екимов A.A., Ревяков М.И. Надежность средств электроизмерительной техники. Л.: Энергоатомиздат, 1986. 208 с.
61. Ершов A.A. Стабильные методы оценки параметров (обзор) // АиТ. 1978. №8. С. 66-100.
62. Заковряшин А.И. Конструирование радиоэлектронной аппаратуры с учетом особенностей эксплуатации. М.: Радио и связь, 1988. 120 с.
63. Закс Л.М. , Розенберг В.Я. Управление качеством как проблема технической кибернетики // Измерительная техника. 1971. № 6. С. 11-15.
64. Зубрилов А.П. Техническая эксплуатация авиационного и радиоэлектронного оборудования. Рига: РКИИГА, 1978. 61 с.
65. Игнатов В.А., Уланский В.В., Тайджи Тайсир. Прогнозирование оптимального обслуживания технических систем. М.: Знание, 1981. 20 с.
66. Калявин В.П., Мозгалевский A.B. Технические средства диагностирования. Л.: Судостроение, 1984. 208 с.
67. Канторович Л.В. О некоторых новых подходах к вычислительным методам и обработке наблюдений // Сиб. мат. Журнал. 1962. Т.З. №5. С.701-709.
68. Карлин С., Стадден В. Чебышевские системы и их применение в анализе и статистике: Пер. с англ. / Под ред. С.М. Ермакова. М.: Наука, ¡976,568 с.
69. Карпущенко Н.И. Надежность связей рельсов с основанием. М,: Транспорт, 1986. 150 с.
70. Кейджян Г.А. Прогнозирование надежности микроэлектронной аппаратуры на основе БИС, М.: Радио и связь, 1987, 152 с,
71. Киселев О.Н., Поляк Б.П. Эллипсоидальное оценивание по обобщенному критерию //АиТ. 1991. № 9. С, 133-145.
72. Климченко B.B. Модификация метода критических сечений для расчета надежности устройств с монотонно изменяющимися параметрами // Анализ технических систем с учетом параметрических возмущений. Владивосток: ДВО АН СССР, 1987. С. 106-111.
73. Крамер Г. Математические методы статистики. 2-Е изд.: Пер. с англ, А.С.Монина и A.A. Петрова / Под ред. А.Н.Колмогорова. М.: Мир, 1975. 648 с.
74. Крейн М.Г., Нудельман A.A. Проблема моментов Маркова и экстремальные задачи, М.: Наука, 1973, 552 с.
75. Кряжков В.М. Надежность и качество сельскохозяйственной техники. М.: ВО "Агропромиздат", 1989. 335 с.
76. Кубарев А.И., Панфилов Е.А., Хохлов Б.И. Надежность машин, оборудования и приборов бытового назначения. М.: Легпромбытиздат, 1987.336 с.
77. Кугель Р.В. Старение машин и их элементов. М.: Знание, 1984.50 с.
78. Кудрицкий В.Д. Прогнозирование надежности радиоэлектронных устройств. Киев: Техника, 1973. 156 с.
79. Кудрицкий В.Д., Синица М.А., Чинаев П.И. Автоматизация контроля радиоэлектронной аппаратуры. М.: Сов. радио, 1977. 255 с.
80. Кудрицкий В.Д. Прогнозирующий контроль радиоэлектронных устройств. Киев: Техника, 1982. 168 с.
81. Кузнецов Е.С. Управление технической эксплуатацией автомобилей. М.: Транспорт, 1982. 224 с.
82. Куржанский А.Б. Задача идентификации теория гарантированных оценок // АиТ. 1991. № 4. С. 3-26.
83. Куржанский А,Б. Управление и наблюдение в условиях неопределенности. М.: Наука, 1977. 392 с.
84. Куркин О.M., Коробочкин Ю.Б., Шаталов С.А. Минимаксная обработка информации. М.: Энергоатомиздат, 1990. 216 с.
85. Левин Б.Л. Систематизация моделей и стратегий обслуживания технических устройств // Надежность и контроль качества. 1971. М? 5. С.61-67.
86. Левин С.Ф. Гарантированность программ обеспечения эксплуатации техники. Киев: РДЭНТП, 1989. 24 с.
87. Лиходаев И. Диагностирование состояния корабельного оборудования // Зарубежное военное обозрение. 1980. Kq 10. С. 67-71.
88. Лукинский B.C., Зайцев Е.И. Прогнозирование надежности автомобилей. Л.: Политехника, 1991. 224 с.
89. Маковый А.Н., Фурсов В.В., Щевелев М.И. Теоретическое обоснование и экспериментальное исследование дрейфа параметров полупроводниковых приборов //Электронная техника. Сер. 8. 1974. Ко 4. С-, 62-65.
90. Малышев В.В., Кибзун А.И. Анализ и синтез высокочастотного управления летательными аппаратами. М.: Машиностроение, 1987. 304 с.
91. Малышев В.В., Красильников М.Н., Карлов В.И. Оптимизация наблюдения и управления летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1989.312 с.
92. Маныдин Г,Г. Управление режимами профилактик сложных систем. Минск: Наука и техника, 1976. 256 с.
93. Маныпин Г.Г., Кирпич C.B. Обеспечение качества функционирования автоматизированных систем / Под ред. В.А.Прохоренко. Минск: Наука и техника, 1986. 222 с.
94. Мозгалевский A.B., Гаскаров Д.В. Техническая диагностика. М,: Высшая школа, 1975. 207 с.
95. Мозгалевский A.B., Калявин В.П. Системы диагностирования судового оборудования. Л.: Судостроение, 1982. 139 с.
96. Мудров В.И., Кушко В.М. Методы обработки измерений. М.: Сов. радио, 1976. 192 с.
97. Новицкий П.В., Зограф И.А., Лабунец B.C. Динамика погрешностей средств измерений. М.: Энергоатомиздат, 1990. 192 с.
98. Острейковский В.А. Физико-статистические модели надежности элементов ЯЭУ. М.: Энергоатомиздат, 1986. 200 с.
99. Олейников В.А., Зотов Н.С., Пришвин A.M. Основы оптимального и экстремального управления. М.: Высшая школа, 1969. 296 с.
100. Острем К. Введение в стохастическую теорию управления. М,: Мир, 1973.322 с.
101. Патон Б.Е., Недосека А.Я. Диагостика и прогнлзирование остаточного ресурса сварных конструкций (состояние вопроса и перспективы развития) // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. 1992. № 1.С. 3-17.
102. Прогнозирование надежности тракторов / В .Я. Анилович,
103. A.С.Гринченко, В.Л. Литвиненко, И.Ш.Чернявский / Под общ. ред.
104. B.Я.Аниловича. М.: Машиностроение, 1986. 224 с.
105. Пролейко В.М., Абрамов В.А., Брюнин В.Н. Системы управления качеством изделий микроэлектроники (теория и применение). М.: Сов. радио, 1976. 224 с.
106. Проников A.C. Надежность машин. М,: Машиностроение, 1978.592 с.
107. Проников А. Параметрическая надежность машин. М.: Знание, 1976.46 с.
108. Прохоренко В.А., Смирнов А.Н. Прогнозирование качества систем. Минск: Наука и техника, 1976. 200 с.
109. Пугачев B.C. Теория случайных функций, М,; Физматгиз, 1962,883 с.
110. Пшеничный Б.Н., Покотило В.Г. Минимаксный подход к оцениванию параметров линейной регрессии // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. 1983. М> 2. С. 94-102.
111. Pao С.Р. Линейные статистические методы и их применение. М.: Наука, 1968. 547 с,
112. Ш. Репин В.Г., Тартаковский Т.П. Статистический синтез при априорной неопределенности и адаптация информационных систем. М.: Сов. радио, 1977. 432 с.
113. Розенбаум А.Н. Минимаксный принцип в техническом обслуживании по состоянию. Препринт. Владивосток: ИАПУ ДВНЦ АН СССР, 1986. 59 с.
114. Розенбаум А.Н. Оптимизация качества функционирования технических объектов // Системные исследования проблем управления качеством и системный анализ . М.: Изд-во Стандартов, 1980. С. 167-173.
115. Розенбаум А.Н. Об учете вероятностных характеристик ошибок контроля при минимаксном прогнозировании // Надежность и высокона-дежностъ. Тез. докл. научн. конф. Минск: МВИЗРУ, 1992. С. 70-71.
116. Розенбаум А.Н. Прогнозирующий контроль при техническом обслуживании радиоэлектронной аппаратуры: Методическое руководство/Владивосток: ИАПУ ДВО АН СССР, 1991. 35 с.
117. Розенбаум А.Н. Задача оценки и прогнозирования состояния технической системы // Автоматизация проектирования и параметрический синтез технических систем. Владивосток: ДВО АН СССР, 1990. С. 154-160.
118. Розенбаум А.Н. Применение прогнозирующих процедур для ускорения испытаний //Надежность и контроль качества. 1987. № 4. С. 2530.
119. Розенбаум А.Н., Дорофеев А.И., Кислова И.И. Прогнозирование состояния при управлении эксплуатацией. Владивосток: ДВГТУ, 1995. 134 с.
120. Розенбаум А.Н., Кислова И.И. Оценка эволюции динамической системы при ограниченности исходных данных // Цифровые модели в проектировании и производстве ЮС: Межвузовский сборник научных трудов. Пенза, 1991. СЛ 32-138.
121. Розенбаум А.Н., Мусорина Е.А. Рекуррентные алгоритмы гарантированного прогноза // Анализ технических систем с учетом параметрических возмущений. Владивосток: ДВО АН СССР, 1987. С. 124-137.
122. Силин В.Б., Заковряшин А.И. Автоматическое прогнозирование состояния аппаратуры управления и наблюдения. М.: Энергия, 1973. 336 с.
123. Смирнов К.А. Алгоритм множественного гарантирующего оценивания. М.: МФТИ, 1984. 21 с.
124. Смирнов К.А., Ицкович A.A. Обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию. М.: Транспорт, 1980. 232 с.
125. Смирнов Ю.Г. Прогнозирование эксплуатационно-надежностных показателей судовой радиоэлектронной аппаратуры. Л.: Судостроение, 1987. 58 с.
126. Розенбаум А.Н., Дорофеев А.И., Кислова И.И. Прогнозирование состояния при управлении эксплуатацией. Владивосток: ДВГТУ, 1995. 134 с.
127. Розенбаум А.Н., Кислова И.И, Оценка эволюции динамической системы при ограниченности исходных данных // Цифровые модели в проектировании и производстве РЭС: Межвузовский сборник научных трудов. Пенза, 1991. С.132-138.
128. Розенбаум А.Н., Мусорина Е.А. Рекуррентные алгоритмы гарантированного прогноза // Анализ технических систем с учетом параметрических возмущений. Владивосток: ДВО АН СССР, 1987. С. 124-137.
129. Силин В.Б., Заковряшин А.И. Автоматическое прогнозирование состояния аппаратуры управления и наблюдения. М.: Энергия, 1973. 336 с.
130. Смирнов К.А. Алгоритм множественного гарантирующего оценивания. М.: МФТИ, 1984. 21 с.
131. Смирнов К.А., Ицкович А.А. Обслуживание и ремонт авиационной техники по состоянию. М.: Транспорт, 1980. 232 с.
132. Смирнов Ю.Г. Прогнозирование эксплуатационно-надежностных показателей судовой радиоэлектронной аппаратуры. Л.: Судостроение, 1987. 58 с.
133. Спиди К., Браун Р., Гудвин Дж. Теория управления / Пер. с англ. Ю.Ф.Кичатова. М.: Мир, 1973. 248 с.
134. Справочник. Надежность технических систем / Ю.К. Беляев. В.А. Богатырев, В.В. Баготин и др. / Под ред. И.А.Ушакова. М.: Радио и связь, 1985. 608 с.
135. Сыноров В.Ф., Пивоварова Р.П. Параметрическая надежность и физические модели отказов интегральных схем. Воронеж: Изд-во Воронежского университета, 1983. 152 с.
136. Сырицин Т.А. Надежность гидро- и пневмопривода. М.: Машиностроение, 1981. 216 с.
137. Торопкин Г.Н. Основы надежности изделий квантовой электроники. М.: Радио и связь, 1983. 240 с.
138. Устройство для экстраполяции линейных процессов: A.C. 924724 СССР. / О.В. Абрамов, Ю.И. Камалов, хАН. Розенбаум. Опубл. 30.04.82. Бюл. №16.
139. Фитцджеральд Р. Дж. Расходимость ошибки в задачах оптимальной фильтрации // Управление космическими аппаратами и кораблями. М.: Наука, 1971. С. 180-193.
140. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. 7-е изд., стереотип. М.: Наука, 1970. Т. 1. 607 с.
141. Фор Р., Кофман А., Дени-Папен М. Современная математика: Пер. с фр. Е.В. Гайдукова и Н.Н.Родман / Под ред. А.Н.Колмогорова. М.: Мир, 1966. 271 с.
142. Хедли Дж. Нелинейное и динамическое программирование. М.: Мир, 1967. 506 с.
143. Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами. М.: Мир, 1973. 957 с.
144. Худсон Д. Статистика для физиков. 2-е изд., доп.: Пер. с англ. В.Ф.Грушина/ Под ред. Е.М.Лейкина. М.: Мир, 1970. 296 с.
145. Черноусько Ф.Л. Оптимальные гарантированные оценки неопределенностей с помощью эллипсоидов // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. 1980. № 3. С. 3-П.
146. Черноусько Ф.Л. Оценивание фазового состояния динамических систем. М.: Наука, 1988. 320 с.
147. Чуев Ю.В., Михайлов Ю.Б. Прогнозирование в военном деле. М.: Воениздат, 1975. 179 с.
148. Шейнин A.M. Закономерности влияния надежности машин на эффективность эксплуатации. М.: Знание, 1987. 116 с.
149. Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетике. М.: ИЛ, 1963. 829 с.
150. Шепель В.Т., Пономарев В.А. Индивидуальное прогнозирование состояния сложных технических объектов с использованием цепей Маркова // Надежность и контроль качества. 1983. № 5. С. 11 -18. .
151. Шильман C.B. Адаптивные фильтры Калмана // Докл. РАН. 1994. Т. 338. № 6. С. 742-744.
152. Широков A.M. Надежность радиоэлектронных устройств. М.: Высшая школа, 1972. 272 с.
153. Широков A.M. Техническая геронтология // Оценка характеристик качества сложных систем и системный анализ. Минск: МВИЗРУ, 1975. С. 5-9.
154. Шишонок H.A. Основные задачи и особенности эксплуатационно-технического обеспечения проектируемых автоматизированных систем управления // Проблемы надежности систем и средств автоматики. Киев: Техника, 1976. С. 62-68.
155. Шульгин Е.И. Физико-математическое описание некоторых технических процессов развития постепенных отказов изделия // Надежность и контроль качества. 1981. № 12. С. 9-15.
156. Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления. М.: Мир, 1974. 683 с.
157. Эльясберг П.Е. Измерительная информация: сколько ее нужно? Как ее обрабатывать? М.: Наука, 1983. 208 с.
158. Эльясберг П.Е. Определение движения по результатам измерений. М.: Наука, 1976. 416 с.
159. Юдин Д.Б. Матемтические методы управления в условиях неполной информации. М.: Сов. радио, 1974. 399 с.
160. Явленский К.Н., Явленский А.К. Вибродиагностика и прогнозирование качества механических систем. Л.: Машиностроение, 1983. 239 с.
161. Ястребенецкий М.А. Надежность технических средств в АСУ технологическими процессами. М.: Энергоиздат, 1982. 232 с.
162. Abramov O.V., Rozenbaum A.N. An approach for predicting the working capacity of analog devices. The 3rd Symposium on Technical Diagnostic IMEKO // Proceeding (Published by the IMEKO Secritariat). Budapest. 1984. P. 221-228.
163. Belforte G., Bone B. An improved parameter identification algorithm for signal with unknown but bounded errors // Proc. 7th IF AC Symp. Ident. Parameter Estimation. York U. K. 1985. P. 1507-1512.
164. Bertsekas D,, Rhodes J. Recursive state estimation for a setmembership description of uncertainty // IEEE Trans. Automat. Control. 1971. V. 16. №2. P. 117-127.
165. Bryson A.E. Kalman filter divergence and aircraft motion estimators // IEEE Trans. On Aeronautics and Astronautics. 1978. V. 6. JNb 3. P. 171-182.
166. Cox D. R., Hinkley D. V. Theoretical statistics. London: Chapman & Hall. 1974.
167. Fogel E. System identification via membership set constraints with energy constrained noise I I IEEE Trans. Automat. Control. 1979. V 24. Mb 5. P. 752-157.
168. Kalman R.E. A new approach to linear filtering and prediction problems // Trans. ASME. Ser. D. 1960. V. 82. Mb 1. P. 33-45.
169. Leitmann G., Lee C. S,, Chen Y, H. Decentralized control for an uncertain multireach river system // Lect. Notes Control & Inform. Sci. 1987. V. 95. P. 257-272.
170. Maki S. Методы прогнозирования сохранности оборудования с точки зрения анализа вибраций // Instrumental and Control Engineering. 1989. Mb 5. P. 11-17 (япон).
171. Milanese M., Belforte G. Estimation theory and uncertainty intervals evaluation in presence of unknown but bounded errors: linear families of models and estimation // IEEE Trans. Automat. Control. 1982. V. 27. P. 408-413.
172. Norton J. P. Identification and application of bounded-parameter models // Automatic^. 1987. V. 23. Mb 4. P. 497-507.
173. Petersen I.R., Mc Duncan F. Optimal guaranteed cost control and filtering for uncertain linear systems // IEEE Trans. Autom. Control. 1994. Mb3. P. 413-423.
174. Rozenbaum A. N., Abramov О. V. A minimax filter for state estimation and prediction // Proceeding of the 1 st Asian Control Conference. Tokyo. 1994. V. 1. P. 73-75.
175. Rozenbaum A. N., Abramov О. V. Minimax estimation and transfomation of motion models / / Proceeding of the IFAC-Workshop "Motion Control". Munich. 1995. P. 253-260.
176. Shaikhet L, E., Shafir M. L. Liner filtering of solutions of stochastic integral equations in non-gaussian case // Probl. Contr. Inform. Theory. 1989. V. 18. Моб. P. 421-434.213
177. Usoro P. B., Schweppe D. N,, Wormley D. N. Gould L. A. Ellipsoidal set-theoretical control synthesis // J. Dynam. Systems, Measur. & Control. 1982. V. 104. P. 331-336.
178. Ustvuzhanin A.M. On the problem of matrix parameter identification // Probl. Control. & Inform. Theory. 1986. V. 15. №4. P. 265-274.
179. Waiter E., Lahanier P. H. Estimation of parameter-bounds from bounded-error date: a survey // Proc. 12th IMACS World Congress on Scientific Computation. Paris. 1988. P. 457-493.
180. П 1. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ1. ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ (ТОРС)
181. П 1.1. Задачи управления эксплуатацией по состоянию и пути их решения
182. Рассмотрим построение такой отдельной системы для судов морского транспорта.
183. П 1.2. Судовая автоматизированная система управления эксплуатацией
184. Рассмотрим построение этой общей информационной базы.
185. П 1.4. Организация данных в системе технического обслуживания и ремонта судна
186. Каждая таблица должна иметь первичный ключ, идентифицирующий ее записи; ключом могут быть уникальные для записей атрибуты одного или сочетания атрибутов нескольких столбцов.
187. Таблицы могут иметь внешние (вторичные) ключи включенные в них столбцы с атрибутами, которые являются первичными ключами других таблиц; с помощью внешних ключей осуществляется связь различных данных.
188. Таблицы в ЭВМ представлены файлами, которые могут размещаться на определенном диске в некоторой директории. В DOS размещение файла характеризуется путем доступа.
189. Записи в файле располагаются в порядке занесения. Новые записи всегда добавляются в конец.
190. Описанная организация данных используется в языке Clipper, на котором написаны программы системы.
191. В данной работе предложено и реализовано описание, содержащее дополнительные данные, нужные для достижения цели повышения эффективности разработки и упрощения модификации программного обеспечения системы. Такое описание БД названо метабазой.
192. Метабаза содержит ядро концептуальную модель БД (файлы METAFILE, METAPOLE, METAINDX) и метабазу представлений системы - внешнюю модель БД (файлы MPSHOW, MPFILE, MPLINK, MPJVIEW, MPMENU, MPINPUT, MPSPR).
193. METAFILE.DBF содержит описание файлов БД: наименование файла, ключ, идентификатор и путь к файлу, описание его содержимого. Файл индексирован по имени и ключу файлов.
194. METAPOLE.DBF содержит описание полей файлов БД: ключ файла, идентификатор поля, наименование, тип, ширина и число десятичных знаков после запятой. Файл индексирован по ключу файлов плюс идентификатор поля.
195. MPFILE.DBF содержит список основных и индексных файлов, открываемых в представлении. Файл индексирован по идентификатору представления.
196. MPJLINK.DBF содержит описание связей и выражений связей файлов в представлении. Файл индексирован по идентификатору представления.
197. МР8РК.ОВР описывает при редактировании данного файла координаты и цвет окна вывода представлений справочников по их ключу и идентификатору. Файл индексирован по идентификатору представления.
198. После открытия файлов метабазы устанавливаются связи между МР£ШЖ и МЕТАРОЬЕ по ключу файла и между МР8Н(Ж с МРР1ЕЕ и МР ЫКК по идентификатору представления.
199. Файл, расположенный на любом диске и в любой директории, доступен системе, если он описан в метабазе.
200. Остальные позиции в связи с большим разнообразием возможных вариантов задаются из пользовательской программы.
201. Описанный инструментарий использован при разработке системы ТОРС. Рассмотрим построение подсистемы диагностики и контроля состояния судовых механизмов.
202. П 1.5. Подсистема диагностики и контроля состояния судовых механизмов в системе ТОиР судна.
203. Рассматриваемая подсистема предназначена для:щением данных на экране. Одно представление может использоваться во многих местах одной и в различных программах.
204. Остальные позиции в связи с большим разнообразием возможных вариантов задаются из пользовательской программы.
205. Описанный инструментарий использован при разработке системы ТОРС. Рассмотрим построение подсистемы диагностики и контроля состояния судовых механизмов.
206. П 1.5. Подсистема диагностики и контроля состояния судовых механизмов в системе ТОиР судна.
207. В основе функционирования подсистемы диагностики и контроля судовых механизмов лежит совокупность некоторых теоретических допущений, которая определяет процедуры обработки информации.
208. Оценка объекта является вектором, компонентами которого являются категория технического состояния и дата очередного контроля и диагностики (для категории ТОиР принимается текущая дата).
209. Категория ТС объекта устанавливается по совокупности оценок параметров, контролируемых в процессе эксплуатации принятыми методами контроля.
210. Включение в работу рассматриваемой подсистемы обеспечивает задания календарной даты отбора для осмотра механизмов. При этом на экране терминала выводится список исправного оборудования, срок контроля и диагностики которого истек к заявленной дате.
211. Экранная форма ввода точно соответствует печатной форме записи данных измерений, что облегчает их перенос в систему.
212. В работе подсистемы диагностики и контроля состояния судовых механизмов используются файлы общей базы данных системы ТОРС, представленные в табл. П 1.1.
213. Табл.П 1.1 Файлы базы данных, используемые при диагностике и контроле состояния судовых механизмов.
214. МЬ п/п | Наименование Ключ Содержание
215. ТХРБиВ 8РЯ В004 Справочники2 В003 Судовой формуляр
216. ВЪТЕХТ В015 План диагностик и освидетельствований4 тшив В210 Типы объектов ТОиР5 ачтмтю В112 Методы контроля и измерений
217. СКТПР вооз Диагностические параметры типов объектов7 жжмтс Б001 Нормы технического состояния
218. КЛМРАЫ 0005 Нормы технического состояния объектов ТОиР9 ?кыт м ВО 19 Измеряемые параметры методов контроля
219. РКТТР1С 0023 Размещение точек замеров на рисунках
220. И рмтам Б004 Точки замера измеряемых параметров1 *> 1 А Л ТО Т ТЛ/Г п х тлллт Атрибуты измерении13 яшл* вою Значения диагностических параметров
221. RZLTVAL 0020 Результаты измерений
222. GRUEXT 0009 Значения параметров объектов ТОиР
223. В211 Диагнозы неисправностей типов объектов
224. БШЖГХТ В212 Тексты диагнозов неисправностей
225. PNTIZM.dbf измеряемые параметры связываются с точками замера на эскизах и даются координаты вывода на экран имен измеряемых параметров, точек замера и вводимых значений.
226. Для ввода и записи данных в подсистеме предусмотрены две формы: печатная и экранная.
227. Печатная форма соответствует экранной форме ввода данных измерений, что облегчает последующий их перенос в систему.
228. Наименования контролируемых параметров занимают в столбцах формы три строки. Поэтому в БД они записываются в виде трех фрагмен
229. РИТЕ^М. соизмеряемые параметры связываются с точками замера на эскизах и даются координаты вывода на экран имен измеряемых параметров, точек замера и вводимых значений.
230. Для ввода и записи данных в подсистеме предусмотрены две формы: печатная и экранная.
231. Печатная форма соответствует экранной форме ввода данных измерений, что облегчает последующий их перенос в систему.
232. Наименования контролируемых параметров занимают в столбцах формы три строки. Поэтому в БД они записываются в виде трех фрагменtob: в файле CNTTIP в полях DÖÖ3->PRINT1, D003-*PRINT2 и в файле PRMIZM.dbf в поле DO 19->PRINT3.
233. Очередность вывода на форму определяется порядком записи кодов методов контроля (CNTKOD) в файле CNTTIP.dbf (D0Ö3) для типа объекта (TIPKOD).
234. Размер полей для записи данных определяется по описанию в поле D019->RZM файла PRMIZM.dbf для каждого измеряемого параметра.
235. Формат поля ввода данных измерений (общее число символов, наличие и количество символов после десятичной точки) определяется по записям в полях D019->(RZM,DEC) для всех точек замера измеряемого параметра.
236. Значения данных измерений при вводе проверяются по положению в диапазоне возможных значений, заданном минимальным и максимальным значениями в полях D019->(Kjnin,Kmax).
237. Опасными могут быть (и потому оцениваться) отклонения от эталона только в сторону снижения, повышения или в обе стороны. Это описано в поле В112->DIRECT значениями 1, 2 или 0, соответственно.
238. Значения границ диапазонов оценок состояния описаны в полях В001-»(УАЫ2, УАЬ23, УАЬ34) файла 2Ч(ЖМТС. В нем же описаны значения периодичностей контроля состояния в полях ООО I —»(РЕ11ТО1, РЕИТО2, РЕЯТОЗ).
239. DIR = 2 V01 VI 2 V23 V34 Xkp
240. DIR = 1 V01 V34 V23 VI 2 Xkp1. HOW = 0хор уд 1 уд2 ТО PI Р2 РЗ1. ТО уд2 уд! хор РЗ Р2 PI1. V01 VI 2 V23 Xkpvol V23 VI2 Xkp1. HOW =хор удовл ТО1. ТО удовл хор1. PI Р21. Р2 PI1. V01 VI2 Xkp1. VOl VI2 Xkp1. HOW = 2хор TO1. TO хор1. PI
241. Постоянные данные хранятся в файлах В112 (CNTMTD), D003 (CNTTIP), B21Ö (TIPSUB), D001 (NORMTC), D005 (NRMPAR), D019 (PRMIZM), В107 (STATSTS), В211 (DIAGNOZ), В212 (DIAGNTXT), DO 12 (METODICS).
242. Эксплуатационные данные записываются и хранятся в файлах D002 (ATRIZM), DO 10 (RESLT), D020 (RZLTVAL), DO 15 (SUFEXT) и DO 16 (USEDEF).
243. П 1.6. Условия использования автоматизированной системы технического обслуживания и ремонта судна.
244. Технология работы с системой ТОРС описана в инструкции пользователя. Рассмотрим основные ее положения.
245. П Î .7. Инструкция пользователя автоматизированной системы технического обслуживания и ремонта судна.
246. Возможности системы ТОРС раскрывает головное меню, содержащее разделы:
247. Техническое обслуживание и ремонт.
248. Сменно-запасные части и материалы.
249. Контроль сроков судовых документов.
250. Состав технической службы судна.5. Технические данные судна.
251. Изложенное описание подразделов исчерпывает особенности раздела "Техническое обслуживание и ремонт" головного меню системы ТОРС.
252. Конкретные инструкции по работе с рассматриваемым подразделом автоматически выводятся на экран терминала при нажатии клавиши Р І.
253. Для сокращения времени формирования списка ролей в рейсе система предлагает в качестве матрицы список членов экипажа предыдущего рейса, причем замена производится из списка зарегистрированных активных пользователей.
254. Громовой Э.П. Автоматизированные системы управления морским транспортом. М.: Транспорт, 1981. 328 с.
255. Кастеллани К. Автоматизация решения задач управления. Мл МИР, 1982. 472 с.
256. Мамиконов А.Г., Ашимов A.A. и др. Оптимизация структур данных в АСУ. М.: Наука, 1988. 256 с.
257. Репин В.Г., Тартаковский Т.П. Статистический синтез при априорной неопределенности и адаптации информационных систем. М,: Сов.радио, 1997. 432 с.
258. Розенбаум А.Н., Дорофеев А.И., Кислова И.И. Прогнозирование состояния при управлении эксплуатацией. Владивосток: ДВГТУ, 1995. 134 с.
259. Харафас Д., Легг С. Конструкторские базы данных. М.: Машиностроение, 1990. 224 с.
260. Rozenbaum A.N., Abramov O.V. Minimax estitation and transfoma tion of motion model // Proc. of the FAC-workshop "Motion Control. Munich., 1995. Pp. 253-260.246
261. Rozenbaum A.N. Control procedure of quality of minimax predicting the state // Proc. Pacific International Conference Mathematical Modeling and Criptography (PMMC-95). Vladivostok, 1995. P.71.
262. Rozenbaum A.N., Kislova I.I. A program module for state prediction// Proc. Pacific International Conference Mathematical Modeling and Criptography (PMMC-95). Vladivostok, 1995. P. 71.
263. П 2. ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС "ПРОГНОЗ-2"
264. П 2 Л. Назначение, состав и структура программного комплекса "Прогноз-2".
265. Комплекс программ "Прогноз-2", реализующий совокупность алгоритмов минимаксного прогноза, описанных в разделе 4, предназначен для сформирования информационной базы для обслуживания по состоянию ТОН.
266. Структура комплекса "Прогноз-2" представлена на рис. П 2.1. При этом основное внимание здесь уделено связям между отдельными модулями с путями передачи информации.
267. П 2.2. Решение задач с помощью программного комплекса "Прогноз-2".
268. Вероятностные характеристик!' ошибок наблюдении1. Моделирование наблюдениймодуль формирования стратегии управления эксплуатациеймодуль минимаксной экстраполяциимодуль гарантированного прогнозаV
269. Стартегня управления эксплуатациейц(0єЦхТ
270. Точечный прогноз состоянияу(0єт\тр
271. Интервальный прогноз состояния у(і)- <у(0<У(0+,ієТ\Тр1. Полученные результаты1. Рис. П2.1.
272. Структура программного комплекса ПРОГНОЗ-2
273. Рассмотрим примеры использования программного комплекса "Прогноз-2" для прогнозирования состояния различного рода механизмов, определяющих жизнеспособность транспортных средств.1. Пример П 2.1.
-
Похожие работы
- Оптимизация управления процессами эксплуатации автоматизированных информационных систем
- Метод прогнозирующего контроля радиоэлектронной аппаратуры с адаптацией межконтрольного интервала
- Разработка принципов построения систем гарантированного электроснабжения промышленных предприятий
- Разработка и исследование методов обработки информации о надежности "стареющих" изделий для продления безопасных сроков их эксплуатации
- Математическое и программное обеспечение процедур гарантированного оценивания параметров в космических экспериментах
-
- Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)
- Теория систем, теория автоматического регулирования и управления, системный анализ
- Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления
- Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)
- Автоматизация технологических процессов и производств (в том числе по отраслям)
- Управление в биологических и медицинских системах (включая применения вычислительной техники)
- Управление в социальных и экономических системах
- Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей
- Системы автоматизации проектирования (по отраслям)
- Телекоммуникационные системы и компьютерные сети
- Системы обработки информации и управления
- Вычислительные машины и системы
- Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (по отраслям наук)
- Теоретические основы информатики
- Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
- Методы и системы защиты информации, информационная безопасность