автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Математические модели человеко-машинных автоматизированных систем контроля и управления и алгоритмизация решения задач профилактического обслуживания

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

Нэ правах рукописи

ЦЕСЕЛЬСКИ ТОМЛШ

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЧЕЛОВЕКО-МАШИННЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ И АЛГОРИТМИЗАЦИЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПРОФИЛАКТИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

05.13.06 — Автоматизированные системы управления

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

('!■■"!,! |Ц'1Г|.<)у1.Г КУ/.

Работа выполнено в Свентокшиском политехническом институте (г.Кольце, Польская республика) и в Ленинградском оравна Трудового Красного Знамени институте водного транспорта.

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор ПРАЕЕВСКА Мечислава

Официальные оппоненты: Зослуиенный деятель науки и техники НйСР, доктор технических наук, профессор ЫОЗГАЛЕВСКИЙ АнДрой Васильевич

кандидат технических наук, доцент АРЕЙЬЕВ Игорь Борисович

Вздуиая организация: Санкт-Петербургский институт авиационного приборостроения

Занята состоится 19 июня 1992 г. в 1022 час. в ауд.235 на заседании специализированного совета Д116.01.03 в Ленинградском ораела Трудового Красного Знамени институте водного транспорта по адресу: 150055, Сонет-Петербург, ул.Двинская, 5/7.

С диосертсцией кокно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " " мая 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета ДП6.01.03 доктор технических наук ^х7

О.М .ШИБАНОВ

I. ОНдЛЯ ХАРЛ'ЛГЕРИСГШСА РАШ'Ш

Актуальность то мы исследования. Во многих ситуациях принятия сложных решении в экономических, общественных и технических системах для изучения альтернативных ро-шсииЛ и возможных результатов необходимо объединение усилий человека и ЭВМ, т.е. необходимо создавать интеллектуальную систому. Автоматизированные системы контроля, диагностирования и управления технологическими процессами являются именно такими системами. При исследовании подобных систем возникает множество аспектов, которые требуют подробного рассмотрения в зависимости от нягна-т-ння систем, услови!! функционирования и от тэг. коночн:« регулы?--, '!ато<нэ необходимо получить на основе вырабатываемых решений^ Из гсех аспектов можно выделить такие, уяк зз.аимэдайствие чэлэляхз (пнтеллея-тп) и техники, а такчэ католтгичоскуп, алгоратмячэезуп прогрчкм-нуп поддержки принятия оптимального р-^зния.

Гак как объектами иоол::доз*яг!!я интолиггтя являятся с.тожно-структурнно процессы отображения реальной действительности высокоорганизованной материи (иными словами, "интеллектуальные «одели"), а математика <заь л иль о дин из способов отображения, то для понимания интеллектуальных процессов наибольший интерес представ-ллмт но сами удтом'.'тсчаскио методы отображения, а способы анализа их свойств, пути поанжновен'/я и развития. В этой связи следует отмстить тот <]акт, что исходя из системных представлений гла -веиствутаэди поело процесса могнят-.я ;;оллетсл процесс пспол.>-:<о«ання и наиболее актинкш я цолопапразягпязя из псе" сгроцз.дур кспзлг-ао-оанкя - управлэние*

Согди сойотских учеимх, которнч гкзели оамэтшЛ вклад о ис'лч-доэани» проблемы человек - машина, следует вцделить

А.Й.Губинского, Г.Г.Маньиинз, В.И. Николаем, 8»3,Пэвло-В. А.Тарзна, Ю.Г.Фокина и других. Среди уч«них запа&гых стрзн з •»т^й области усп-зпно работали Д.'/оЯетзр, Д*,Раб:;дэ, Т.Б.!!!чрууш, :.!аррол, С.С.Стипзчо, К.Б.Д<з-Грин, Л.Дт.5огель, К»Ф.?Ьрмлл, <.,Д-аНлк-Ксрмик, Н.Монмоляен и другие.

Другой аспект в человеко-машинном комплексе, упомянутый зк-ем, - это система поддержки принятия репений. Здесь необходимо прежде всего исследовать различные стороны этой системы: матекяти-ко-теорвтичеокую, алгоритмическую и программную. Всо это объясняется тем, что возросли требования к системам планирования, проектирования и управления в различных функциональных областях чело -

веческой деятельности, привели к необходимости повышения эффок-тишюсти использования вычислительной техники в процессах принятия решений. Это, в свою очередь, потребовало построения научно обоснованных принципов создания основ подцержки принятия решений ОППР, особенно в автоматизированных системах контроля, диагностирования, упреждения и управления с участием в системе одного или нескольких лиц, принимающих решение (ЛИР). Эти основы должны оказывать ЛИР помощь в лучшем понимании решаемой задачи, в непосредственном решении этой задачи и анализе решения. При этом ОППР выполняет различные функции на всех этапах процесса принятия решений:

распознавание ситуации принятия решений (оценка работоспособности и технического состояния всех подсистем человеко-машинного комплекса) ;

формирования алыгорнативних вариантов решэний в создавшейся ситуации (варианты профилактического обслуживания; сроки, обьем замены и ремонта оборудования) ;

оценка различных свойств выбираемых решений (время и стоимость ремонта) ;

генерация решений с допустимыми значениями и желаемыми для ЛИР свойствами (прогнозирование технического состояния, оценка надежности подсистем комплекса, подбор комплектующих подсистем комплекса с заданной надежностью) ;

формализация модели, редактирование, параметрический анаша, выбор моделей (математическое обеспечение автоматизированной системы) ;

моделирование, выбор методов решения, выполнение требуемых вычислений (алгоритмическое и программное обеспечение).

Таким образом, рассмотрение випаперечислонних вопросоь в райках автоматизированного интеллектуального человеко-машинного микропроцессорного комплекса является, несомненно, актуальным и заслуживает отдельного рассмотрения. Осе это послужило причиной выбора темы данного научного исследования.

Основной цель» исследовании диссертации является разработка в рамка* автоматизированной сиотемы контроля и управления форма ли зова иного описания сложного человеко-машинного микропроцессорного комплекса с тем, чтобы на основ« машинного моделировании осуществить алгоритмизацию ииродллшшя оптика лынго 061,ем/» и С(кжои профилактического обслуживании »тих комплексом.

И соотячюП(и.1 с пои-гмиюнной ц^льы иоол^доаапли н раОогв

решаются следующие основные задачи:

разработка модели (графической и математической) человеко-машинного микропроцессорного комплекса, обеспечивающая роиенио вопросов оптимального профилактического обслуживания ;

разработка математической (.одели поведения ЧМПК во вромени для оценивания работоспособности комплекса и расхода ого ресурса ;

алгоритмизация процедуры принятия решения при многокритериальной задаче контроля и технического обслуживания и выбор вариантов решения ;

исследование количественного влияния оператора (лица, пртт-мающэго решение) на работоспособность всего ЧМПК, ^ормалмчул описание ЛПР в виде разнообразных моделоЯ ;

обобщить методы оценивагая технического 'состояния микропроцессорного комплекса в процессо' его "функционирования. как для одномерного, так и многомерной?.случая ;

организовать проведение вычислительного эксперимента для построения математических моделей, их апробации, проведения моделирования и поиска оптимальных рошений»

Предмет исследования в диссертации составляют методы н алгоритмы формального описания отдельных подсистем и системы в целом человвко-мааинного кнкропроцессорного комплекса контроля и диагностирования в целом.

Методы исследования. Методологической основой и общетеоретической базой диссертационного исследовании служат принципы вероятностно-стохастического аналятичеекого описания ЧМПК и его подсистем. Используются методы корреляционного и регрессионного анализа, теории алгоритгтзации и программирования, теории дифференциального исчисления, методы математического п имитационного моделирования.

Иссл-эдование опирается на материалы Свентокииского политехнического института (г.Квльцв, Республика Польша) и института водного транспорта (г.Санкт-Петербург) по контролю и определен;??? работоспособности микропроцессорных устройств, в частности накопителей на гибких магнитных дисках (НГВД), специальную математическую н техническую литературы.

Научная новизна полученных в диссертации результатов заключается в следующем:

I. Построены математические модели ЧШК и его подсистем (технологический процесо, микропроцессорный комплекс контроля и ЛПР) на основе вероятностного подхода к их описанию, причем полу-

чаны модели для статического состояния комплекса, а такжэ модели, учитывающие динамические процессы изменения технического состояния ЧМПК.

'¿. Исследованы алгоритмы получения наилучшего варианта технического обслуживания ЧМПК с применением функций полезности и поиска согласованного оптимума в многокритериальной конфликтной ситуации.

3. Разработан метод повышения эффективности функционирования ЧМПК на основе применения алгоритмов прогнозирования изменения состояния работоспособности подсистем ЧМПК путем решения задачи упреждающего контроля, минимизируя ошибки первого и второго рода.

4. Получены алгоритмические основы для применения процедур машинного моделирования по определению распределения ресурса ЧМПК среди его подсистем и его расходования в процессе эксплуатации.

Практическая ценность. В результата исследований создан комплекс методического, алгоритмического и программного обеспечения по оценке технического состояния человеко-машинного микропроцессорного комплекса в рамках автоматизированной системы контроля и диагностирования технологического процесса сборки.

Реализация работы. Разработанные в диссертации методики и алгоритмы построения вероятностных моделей оце -нивания технического оостояния ЧМПК и его подсистем,-а также программный продукт,были проведены в процессе, вычислительных экспериментов по реальным данным, на .предприятиях'Польской Республики и внедрены на кафедре вычислительной' техники 'и математических методов исследования операций Ленинградского института водного транспорта.

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

П-м польско-советском семинара "Моделирование процессов эксплуатации ... ", г.Кельце, ПР, 1990 г. ;

Всесоюзно!! нзучно-техничёской конференции "Надежность и вы-соконадачшость", г.Симферополь, апрель, 1991 г. ;

семинаре "Методы моделирования и микропроцессорные средства аигопатизмции оуцоннх комшиксов", Судпром, Ленинград, 1У91 г.

Публикации. Основные положения диссертации изложены В 6 11.у(1'1ИКЧЦИ<1Х.

•Структура и объем работы. Диссертация

состоит из введения, четырех глав, заключения, оодзршт ма-

шинописных страниц основного текста, таблиц, рисунков, список использование!! литературы из наименований.

п. оодтш МЫТЫ

Во введении раскрывается актуальность темы диссертации, сформулированы цель и основные задачи исследования.

В первой главе рассматривается отдельные подсистемы человеко-машинного микропроцессорного комплекса. Прежде всего исследуется технологически!! процесс и система управления им. Изучение начинается с рассмотрения структурных схем производственного процесса, как объекта контроля и управления, т.е. следуя принципу "объект - первичен, система контроля и управления - вторична". В связи с этим вначале показано, что исследуомый объект-накопитель на гибких магнитных дисках (НЩЦ) является структурно важным элементом автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ 111). Производственный процесс сборки НГМД раскрыт с наиболее важной стороны: информационно-измерительной и инструментальной сторон. Приведены шесть структурных схем измерения пара -метров накопителя с помощью контрольно-измерительного стенда с включенным в него тестером фирмы "ТЕЛС" (США) и персональной микро-ЭВМ, что составляет основу автоматизированной системы контроля и управления (ЛСКУ). Приведен перечень из 58 параметров, которые подвергаются измерению, создавая таким образом информационное обеспечение для контроля производственного процесса.

Роль профилактического обслуживания микропроцессорного коот-лекса,какими являются как АС\&, так и объект производственного процесса, весьма важна. При этом выделяются три основные задачи профилактического обслуживания: определение сроков проведения профилактики ; определение содержания (объема) профилактических работ ; организация (процедура) выполнения профилактик. 3 последние годы возобладала более экономическая точка зрения на определение сроков профилактических работ - это стратегия эксплуатация по техническому состоянию, в отличие от регламентного принципа профилактики. В рассмотрение включены все вопросы, которые следует решать при исследовании всех упэыянутых задач и какую стратегию эксплуатации принимать. Па определение сроков профилактических работ безусловно влияет качество и надежность объекта контроля,« задачу его профилактического обслуживания необходимо рассматривать как оптимизационную задачу эксплуатации объекта. И для ее роаеиип

сейчас получил распространение вероятностный подход к оценке состояния объекта с точки зрения его предстоящего ремонта и восстановления. При этом в процессе решения необходимо рассматривать такие вопросы как: выбор минимально необходимого числа контролируемых параметров ; обоснование допустимых областей изменения выбранных для контроля параметров ; разработка алгоритмов математического обеспечения для обоснования г {¿»граммы эксплуатации по состоянию; создание технических средств контроля и диагностики.

Поскольку ЛПР входит в АСКУ как составная часть, несущая интеллектуальное начало, то она заслуживает отдельного рассмотрения. Это объясняется тем, что многочисленные системы контроля и профилактического обслуживания становятся взаимосвязанными благодаря наличию такого основного звена, как человек. С другой стороны, в поле зрения исследований находятся отказы оборудования, вызываемые ошибками.человека-, ил* влияние на надежность и качество функционирования объектов, ь связи с•этим состояние оператора или его надежность оценивается также вероятностна. В.главе рассматриваются: характер ошибок человека ; виды ошибок, допускаемых человеком; создание банка данных об ошибках человека ; функция надежности работы человека и оценивание ошибок человека. При этом ошибки человека подразделяются на ошибки проектирования, ошибки изготовления, ошибки технического обслуживания, операторские ошибки, внесенные ошибки и ошибки контроля. Многие ошибки, совершенные по вине человека, не влияют на функционирование оборудования, но влияют на выполнение поставленной задачи. Банки данных об ошибках человека можно разделить на следующие три категории: банки экспериментальных данных (результаты лабораторных экспериментов) ; банки эксплуатационных данных ; банки субъективных данных (составляются на основа экспертных оценок). Приведен известный подход к оценке надежности человека в непрерывной временной облаоти в виде решения дифференциального уравнения ^

где' вероятность безошибочной работы человека;

частота появления ошибок по вине человека в момент времени £. Здесь не анализируется метод оценки частоты ошибок человека 7~Ц£/1Р, основанный на классическом анализе.

Автоматизированное исследование человеко-машинных комплексов П|>иД11рлагает и ре яде всего Нормализацию описании как объекта конт-|К1Л>|, технических средств участвующих в контроле, так и человека-

оператора. Рассмотрению этих вопросов посвящена вторая глава. Человеко-машинный комплекс представлен в виде тра.ч подсистем: технологический процесс - объект контроля (ОК) ; тохнн ческие средства контроля - микропроцессорный комплекс (МПК) ; чо-ловек-оператор, лицо, принимающиее решение (ЛПР)/ (рис.1).

мм)

ш

X 7-6'}

^ор^РСЗо/ч)

-г(°> ч /9А. .

.у*

О/С

;-Р (¿ея)

6/ '"*

мпк

ЛПР"

Рис л.

Л

АХ ~

сХи

с'а)

9<*

В приведенной граф-модели ЧМПК , Л^ ) SЛ// ~ соответственно 'означают состояния трзх подсистем: работоспособное, неработоспособное и восстанавливаемое ;

¿0, -Аа/, Дл ¿Л ; У1*"* г - интенсиз-

ности переходов' подсистеи из работоспособного состояния о отказное, из отказного в ремонтируемое, и из шмонтируемого в рзботоспэ-собное ; ^ ; время н сто:-

мость переходов подсистем из / -го состояния в у -е ; I (

Ц/ тлг) - вероятности нахождения подсистем а том или ином состоянии.

Вероятностное оценивание состояния подсистем принято п связи с тем, что било показано - АС1СУ представляет собой стохастическая систему. Анализируются типы отказов, которые могут наблюдаться у всех подсистем: аппаратурные отказы и сбои ; информационные или программные отказы ; биологические отказы и от. 1'яссмлгринаотс 1

возможная природа их возникновения и выражения для их оцонки. Обобщая их можно записать из даль концепции системной безотказности ЧШИ:

% М^ЯКМршЛНЯ&'ЯФ'ЯЩ <2)

где соответственно вероятности безотказной работы системы вцелом,

ОН, МНИ и ЛПР,..причем, последняя складывается из информационной, операционная и. бйо/гегичаской вероятностей безотказной работы.

В процессе 'иссглвдаваний Оыя организован эксперимент с цель» идентификации области работоспособности ШК и создания информа- ' ционной базы в ЧШШ. Эксперимент позволил подучить базу данных для оценки зависимостей:

где }У?/..* - соответственно входные и выходные парамет-

ры первого, второго и т.д. блоков объекта контроля. Поскольку техническое состояние системы в процессе эксплуатации меняется, то по своецу характеру она является динамической и может быть описана в конкретный временной момент вероятностями:

р^ {р*лл «)> рм ¿V .

Система (3) имеет большое значение для описания эксплуатационных свойств всей системы. В работе вводится понятие переходных вероятностей из одного состояния одной подсистемы в некоторое состояние другой подсистемы и определены матрицы:

; &-1/0 , «>

Г)М П

где !-¿у, ^/У - соответственно вероятности перехода из с -го состояния в подсистемах ОК и ШК в ^ -а состояние в ШК и Л ПР.

В связи со стохастическим изменением состояния системы во времени этот процесс может быть с успехом описан по схеме марковского процесса,и модель системы, записанная в виде дифференциальных уравнений Колмогорова, имеет вид: для объекта контроля

= -¿V Р&ол, -¿)+.Ло Р&ОЯ,

Аналогичного типа системы уравнений записываются для Ш!£ и ЛПР.

Интегрирование этих систем дает искомые вероятности состояний подсистем как функции времени.

Далее в глава предложены теоретические аспекты и алгоритмы информационного анализа массива данных, полученных в результате эксперимента, включающие в себя корреляционный и ковариационный анализ, одномерный и многомерный вероятностный анализы. При этом использованы оценки многомерных плотностей распределения для определения степени работоспособности объекта контроля.

Формализация функционирования ЛПР, чвляющегося элементом ЧШ1К, предполагает в первую очередь моделирование его рабочего процесса. Очевидно, что в реальных условиях приходится считаться о наличием разного рода ошибок оператора как одного из звеньев управляющей системы. Полная вероятность ¿/^реализации $ -го

управляющего воздействия на дискретном интервало времени, соответствующем £ -му восприятию сигнала оператором, определяется выражением

где ~ условная вероятность -го управляющего воз-

действия при ЗСу -м входном событии. Индекс £ здесь под -чаркивает свойство нестационарности, функциональную способность ЛПР описывает матрица

которая является специфической для каждого оператора.

Для оценки эффективности деятельности оператора используются частные н комплексный показатели:

где соответственно текущие значения контролируемого и

допустимого отклонений J -го параметра на £-м этапа контроля;

' ^1f/"'^ ~ C00TBaTC'I,B8HH0 значения контролируемого и нормативного (допустимого) отклонений /¿Sг Л производной </'~го параметра на tf -и интервале. При идеальных действиях оператора =« 0.

Однич' из способов минимизации числа и последствий ошибок оператора является применение алгоритмов прогнозирования изменения технического состояния подсистем ЧШК. Оператор может совершать ошибки первого - и второго рода - J& . Если учесть, что оценивается состояние трех подсистем и они могут находиться в трех состояниях, то сущоствует девять пар ошибок {oit } и '¿jSiji , где O^i - ошибка, возникающая при принятии решения, что подсистема находится в ином состоянии, когда она была в состоянии L ;

jSt - ошибка, когда принимается решение, что подсистема находится в состоянии I , хотя она находится в другом состоянии.

Модель прогнозирования выходной характеристики контролируемого объекта Y выбирается вида

, (в)

где X - параметры подсистем, уЗ - неизвестные коэффициенты, ¿Г" - ошибки.

Оценки коэффициентов определяются методом наименьших квадРатов ^ {ТТГ'РГТ) (9)

При этом разработаны алгоритмическое и программное обеспечение прогнозирования технического состоянии подсистем.

В третьей главе обобщены некоторые положения решения задач с многокритериальными целевыми функциями при принятии решения в 4MJM. Для выбора наилучшего из множества возможных способов действия ЛПР рассматривается функция полезности. Посла рассмотрения общих моментов, в частности, функции полезности в одномерном случае в аддитивной форме большое внимание было удалено построению двумерных функций полезности и виде:

а) квазиадцитивного построения

УЯ+ЩЫ' V, (Ю)

где функция полезности для переменных^/и £ , образую-

щих альтернативные решения ; у?у - фиксированные значения переменных; £ - эмпирически оцениваемая константа, определяемая выражением

^ гТТу^ТТЩу^Т) ;

(II)

б) использования кривых равных полезностей ;

в) представления функции в форме произведения ;

г) аддитивной функции.

Для множества частных целевых функций рассмотрены многомерные функции полезности айда

¿Ук7Р^у,. - иглу, .-.у;.)

где ■ вероятность альтернативы ( ... ,У'1 ) ;

Функция полезности этой же альтернативы. Так для случая трах пероменных ( ^ =» 3) функция полезности имеет следующий вид:

где

- постоянные коэффициенты. Не трудно понять при наличии множества критериев, оптимизация которых требуется при решении задачи, всегда существует конфликтная ситуация, когда необходимо принимать компромиссное решение. Как правило, оптимума в классическом смысле в многокритериальной ситуации нет, так как что оптимально по одному критерию не оптимально для других. В связи с этим возникает игровая ситуация, когда нужно найти согласованный оптимум.

Так при наличии двух целевых функций

г/ х ^ </.) ; X -/г &,<■/.,) > П2)

г.|м ¿/, - параметры технологических операций объекта конт-

роля (первый и второй игрок).

Естестпонно, при изменении оператором параметров одной операции, другой оператор на своей операции тате должен изменить соот-петстпенно свои параметры, т.е.

Таким образом» точка рзпиовчсия ,^ рассматриваемой ситуации удовлетворяет условиям

Для I л ю г о па ра мо т р ич е с к о г о случая определяются градиенты целе-

инх функций сначала

г цо , ^ - соответственно /-й шаг движения к согласованному оптимуму первого и второго оператора. Условие согласованного оптимума имеет вид:

Здесь векторы оценок полеэностей обоих операторов параллельны (коллннепрны) I ^

гдп А - ко«]>{мциент масштабности пространства.

В случае многооператорноП системы необходимо максимизировать по у суммарный взвешенный критерий:

+ ... .

Условия согласованного оптимума в отношении трох подсистем, обеспечивающие максимальную удовлетворенность в ресурсе всех подсистем, имеют вид

с/Х *

¿г А - - ^

и

Указанная система уравнений является хорошей предпосылкой для осуществления математического моделирования.

При определении оптимального ретима контроля, а затем принятия решения о профилактическом обслуживании диагностируемых систем приходится решать одну важную и достаточно общую задачу: для достижения заданной цели необходимо многократно осуществлять выбор какого-либо варианта среди конечного числа возможных. При этом задача технического обслуживания ЧМЛК в процессе профилактики определяется следующим образом: в заданном интервеле времени Т] следует выполнить // работ Влда J , J -1, fJ. Каждая работа описывается тройкой , I ••

( с/, , Т/ J я

где >~0- длительность работы^; '¿р* >-0 - уровень использования ресурсов в процессе выполнения работ (рабочая программа контроля) ; j^r' ^ & - функции времзш!, определяющие условные потери, связанные с завершением работу' в момент времени ¿" .

Решение о выборе на обслуживание вызова того или иного вида принимается программоЯ-диспетчер. Организуется диспетчеризация выборов рабочих программ обслуживания,и процесс диспетчеризации ра -бочих программ в ШК полностью определяется последовательностью вариантов {-О-'с I =, где Sty = 0 или I, где / - индекс интервала. При этом в течение с -го интервала программа вкля-чается в# процесс обслуживания вызовов, если I и не включается, если О, . При Армировании последовательности

будем преследовать такую цель: обеспечить (с ростом / ) возмодш меньшее значение средних потерь

где - есть потери при выборе того или иного значения .

Предлагается алгоритм последовательного анализа вариантов,а котором минимизируется величина

/>У a, fcj- ' v (16)

где ^- условная нагрузка на интервале â^ , / ■-Для введения адаптивности u стратегию выКора вариантов приходится использовать сложные вероятностные стратегии. Гчшдтмство из них реализуют рандомизированные правила выбора слчдующнго ецца:

Л** А-а'»-■ ■>/о'• --.

ГЛЭ вектор-функция ; - вектор условных вероятностей выбо-

ра пяриантоа ... | Л? ¿Л^А ъ момент времени

В четвертой главе осуществлен вероятностный анализ и моделирование технического состояния ЧШК. Для оценки условий Функционирования, технического состояния и возможного приня -тип управленческого 'решения используются полученные результаты в предыдущих главах. Анализ граф модели (рис.1) и рошсние системы уравнений (5)' позволяют принять решение как о техническом состоянии одной из подсистем ЧМГ1К,- так и всего комплекса в целом. Решение системы типа (5) осуществлялось ЮТтодймРунге~%тта второй степени точности для интервала '7"% 0+1000 чао, « "дискретным' разбиением на '

Л

100 час,"Варьи{юйались чисЛзЯныа ."значения интенсивностей пе-рэходов из состояния в состояния ^¿у , » где -

соответственно индексы состояния и подсистем. Получены таблицы и графические зависимости влияния этих величин на вероятности состоишь"! подсистем, что позволило связать требования к работоспособности и надежности ЧМЖ с подобными требованиями к подсистемам.

Результаты численного решения системы уравнений дают вполне приемлемую информации для установления необходимых количественных соотношений надежностей всех подсистем. Однако при исследовании всех трех подсйстем в совокупности, решения задач анализа и синтеза автоматизированной системы контроля и диагностирования нзобхо -димо искать аналитическое описание решения рассматривазглых сиатэы уравнения. Поскольку система обикновоглых дифференциальных уразие-ниП Колмогорова имеет "классический" вид, то аналитическое ровэниа бмло нпПцоно среди экспоненциальных функция. В результате второе приближение позволило установить следующие матэматичзские юдоли работоспособности для подскстсмы ОК:

/(,<* /у,_ Ар /г^^'^)]

Л О I 7

(17)

Для остальных подсистем модели имеют аналогичный вид.

Варьирование коэффициентами показывает, что новые модели могут дать хорошие приближения изменениям вероятностей состояния во времени. Поиск наилучших их значений требует громоздкого по обь-ему вычислительного эксперимента, в связи с этим для ограничения вычислений и ускорения поиска приемлемых значений коэффициентов использовались приемы нелинейного программирования, а поиск минимума

С -й подсистемы, найденная численными методами и с помощью анаялтических моделей,

осуществлялся методами теории планировании эксперимента. При игом в качестве плана бралась полуреплшса. трехфзкт,арного ортогонального линейного плана 11 (ВЭ)» 2 ~ В разультауе многоцелевого вычло -лительного оптимизационного эксперимента были определены значении коэффициентов Ло » 1/час ; <£а а Ю 1/час;у^=» 10""'* I/ччо, которые дают хорошее описание аналитическими моделями результатов численных решений.

В работе установлено, что исследуемая человако-ыаииннан сиот:» • га представляет собой систему с дискретными состояниями

, ... , в которой протекает марковский случаШшл

процесс о непрерывным временем (непрерывная цепь Маркова). При этом построены граф-модели состояний исследуемой системы, удос.'^г-горяящие поставленному условию: из любого состояния система ма;;.-«? рано или поздно перойти в любое другое. Здесь использовался идччс;г шй подход так называемого "процесса гибели и размножения",» hy-ti . еттичоский процесс описывался члгобрпичопкимп уравнениями дли -х)ятноствй состояний. Так для состояния S/ и .£>/// мояно апмтти

где

соответственно вероятности состояния

здов.

Представление структурной модели ЧШШ в вида предлагаемой кололи "гибели и размножения" позволяет предъявить требования к на -обходимым с точки зрения эффективной эксплуатации интенсивностям пороходов и к вероятностям состояний. Отсюда уже мочою задать технические требования к отдельным подсистемам с точки зрения их на-нлучшего профилактического обслуживания и их надежности.

3/иШ)ЧЁНИЕ

В заключении следует отметить, что в настоящее время важное практическое значение приобрела проблема освоения интеллектуальных систем. Б конкретном случае решение этой проблемы состоит в форми-. ровонии комплексного образа интеллектуальной системы в сознании коллектива действующих в ней специалистов и приобретении ими практических умений и навыков деятельности на основе этого образа со всеми входящими в систему средствами. Такой комплексный образ принято называть оргадоэационным проектом интеллектуальной системы. В него входят разнообразный модели компонентов системы и их взаимодействий.

Автоматизированные системы контроле, диагностирования и управления, рассматриваемые а работе, являются одним из классов интеллектуальных систем, гдо роль ЛПР достаточно велика. Бссь набор графических и математических моделей,- алгоритмы их построения, моделирования, количественного анализа, а такао процедуры принятия решения, выбора вариантов,-Озакь&дойствия подсистем и другое как раз и составляют подобный комплексный образ, позволяющий кссдодузыое ЛЯ0>г рассматривать как интеллектуальную систему контроля и правления для решения конкретного класса задач.

В процессе достижения поставленной в дчссортационпэй рчбото цоли б «ли получены следую;^1з ос по у н ¡.: о р о з у я ь V а -т ы :

I. Ностгюяны ситималыим по форме ютзьат^чгскио нэде&>< вгрз-чтиостсН зехкичоакого состояния ЧГЛГЛС из к:шиа ¿зстснонциалм'ыл шдялой, ут-шахадне все «нтенсиеностн по^йлодои из одного юсток-гл;я в другое и позволяла сцепить вероятность работоспосо^ас^.' •■•.четвмы для любого нечестна и надежности технолог,'веского о'ируА— тни я, комплекса контроля и операторов. Ссугяоатвя'зно структур:»!? описание автоматизированной системы контроля к управления п

граф-модели, состоящая иэ трех стохастических подсистьк, чгч и и нндо структурных моделей для каяздой из подсистем. Дальнейшей представление структурной модели '-ШПК ь виде предложенной кодади

"гибели и размножения" нз только позволило определить предельнно состояния системы, ко и оценить нзилучаио значения этих продельных вероятностей.

2. Предложена процедура моделирования для оценнзания степони влияния интонсшшоотей'. переходов и условий функционирования на работоспособность каждой подсистемы при представлении иодели 1£!Ш{ при веде системы дифференциальных уравнений Колмогорова. На основе спланированного вычислительного эксперимента и шопгаагового пояска для случая трех целевых функций определена наиболее приемлегшо значения шггенсипностей пароходов.

3. Для определения наилучшего технического задача профилактики слоеного комплекса яредстослени пая зедвча согласованного оптимума в многокритериальной конфликтной ентугцггп. При этом для ЧМШС, состоящего из трех подсистем, получена гдгорнтютэ-ская основа для оценки распределения ресурса коиплокса среди его подсистемы и ого расходованию в процесса эксплуатации. Для скборз лу'гаего варианта обслуживания привлечено понятие фун.тцнп полезности для двумерного н многомерного случаев, кроме того, для этих' целей применяется теория вызовов и програнма-диспгтчер. В последнем случае наилучший из вариантов определяется методом последовательного анализа, испояьзуюзшй монотонно-рекурсившо функционалы.

4. Разработан когод повшенил эффективности функционирования ЧМШС на основе применения алгоритмов -прогнозирования изменения состояния работоспособности подсистем комплекса путем.реионкя задачи упроэдвссшго контроля, минимизируя.ошибки горного и второго рода. •'■.• • - ; ':/'Г-■' '■

5. Осупастплено нкформационноо обеспеченно по нсследовгакэ функционирования ЧЩ{ с составленном операторной схе«31 работы технологического процесса. Предложен йчгорнты п выполнен шфэрксщгзн-шЯ оншшз для принятия роз опил и оценки работоспособное?:: процесса производства накопителей на гибких ыагняткых дисках. Лдаютро-егл кзвэсткыЛ подход вероятностного определения тохничэского сос-то-.н'.и объекта контроля как для одномерного, так и для мнегомэр-нсго случаео.

6. ИсследовЕН котсд сценки эффективности операторской деятельности в ЧШШ с предстазлонизы опзратора (ЛИР) как элемента ш:формецконноЙ подсястега с использованием карархнчэского описания и подели дискретного канала связи с днекрэпши временем, а

г сот катрици условных вероятностей и энтропнПкого подхода. Пред-

ложен автоматизированный ахгоркты оценки эффективности действий ЛПР. Кроме «ого, для Л11Р обобцаны и сведены модели информационной, операционной и биологической работоспособности.

Основные положения диссертации опубликованы в следугаих печатных работах:

1. Цесеяьски Т., Рейнштейн Г.Ы. Катоды принятия решений о многокритериальных задачах. В сборнике "Математическое и имитвцион->108 моделирование процессов на водном транспорто", Л., ЛШГ,

1991 г.

2. Госкарос Д.В., Пракевска tí., Цесельски Т. Математическая модель системы диагностирования микропроцессорного человеко-меаин-ного комплекса. В сборнике Натеыатическоо и имитационное моделирование процессов на водном транспорто". Л., ЛИВТ, 1991 г.

3. До сельски: Т. Оцзнка работоспособности шюгопараыетричзсккх систем. В сборника трудов Всособзного семинара "Надежность и бисо-консдекность онсгеи", Симферополь, 1991 г.

4. Clesliiid Т. IConcepcJa dyiumlcznej utrategii obslug profil ale tycznych na przykladzie prostownlks trakcyjnogo. Government programa "СРВ? 04. OQ", grupa tera&tyczna 04. . teaat ОЗ. **Technologlcznosc obslug vyposazenia eisktrycxnego i elektroicxa&go-transportu kalajowego", Politochnika Varturaka, Kart:»«*, ' tS37.

a. Cbeetoieki T. Die Wahl einaí Konstruktionsniveaus der Elektronischen Aniegan stur Durchführung der prcphil&ktishsn Verfahren zweefes Erhuhung sainar Zufarlc/Ügkeitsparameter am Deispiel des ZugÇuhrderungsgieiehrichtsrs. Zuvoriosigkeits-t<»C4i>3 "kanagnwDV. •Eï.a/i3(-ir t.l*i »rur.g uod Vertebren der Zuvor-loaigkeitBlachnik". M 10. - tiiïpxig. IBSX.

О. Cipsielski Т. Осип* -çaiçwssci zajrtcsovani в wyeilan prorilaktycsrnych obicktu • tschnïçiftago lia prxykladzie ctai ow-nika niki cipriiusrisop«v»go PCL-Q. '<2»szyt.y Haukowe Politochniîii Swietckrzyskle^ т Eloktryfcß", 1ÊS2.

Отучатено на рстспринто .'tí'ВТа

\ /6,OS.9'¿. Заказ32. Тирак 100. Бесплатно.