автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Поиск неисправностей дизеля СМД-62 с применением экспертной системы

ГОСУДАРСТВЕННАЯ КОМИССИЯ СОВЕТА МИНИСТРОВ СССР ПО ПРОДОВОЛЬСТВИЮ И ЗАКУПКАМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ РЕМОНТА И ЭКСПЛУАТАЦИИ МАШИННО-ТРАКТОРНОГО ПАРКА (ГОСНИТИ)

На правах рукописи УДК 629.114. 2-82. 004. 58

КОНОНОГОВ Сергей Алексеевич

ПОИСК НЕИСПРАВНОСТЕЙ ДИЗЕЛЯ СВД-62 С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ

Специальность 05. 20.03 -

Эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-1990

Работа выполнена в Государственном всесоюзно«! ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском технологическом институте ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парна (ГОСНИТИ).

Научный руководитель Научный консультант Официальные оппоненты

Ведущее предприятие:

доктор технических наук, профессор В.Ы.ЫИХЛИН

кандидат технических наук К А. Чечет

доктор технических наук, профессор А. Л. Горелик

кандидат технических наук Г. Е Яскорский

Головное специализированное конструкторское бюро по двигателям средней мощности

Зашита состоится ¿ИА 1990 г. в /О

часов на заседании специализировашюго совета К 152.01.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук ГОСНИТИ по адресу: 109428, Москва, 1-й Институтский проезд, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Автореферат разослан ¡¿-3' 1990 г.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, направлять по указанному адресу ученому секретарю специализированного Совета ГОСНИТИ.

Ученый секретарь специализированного Совета,

кандидат технических наук А. Е Ленский

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Принятые в последнее время Верховным Советом СССР законы, определяющие новые условия землепользования и переход на рыночные отношения, направлены на ускоренное развитие сельскохозяйственного производства В новых условиях повышаются требования к надежности и эффективности использования техники.

Однако, работоспособность сельскохозяйственной техники остается весьма низкой, например, коэффициент готовности тракторов Т-150К составляет 0,85. ..0,9. Среднее время устранения последствий отказа второй группы сложности для этого трактора равно 11 часов. Продолжительность поиска неисправности от общего времени устранения последствий отказа составляет от 30 до '/0%. Отсюда важное значение приобретает оперативное обнаружение неисправностей.

Известно, что опытные диагносты значительно сокращают время поиска неисправностей за счет применения простейших приемов и тестов на основе качественных признаков. Именно в анализе качественной информации, наряду с инструментальными средствами диагностирования, заключается большой резерв повышения эффективности поиска неисправностей. Между тем большинство диагностов весьма неуверенно пользуются качественной информацией. При поиске неисправностей в большинстве случаев они последовательно разбирают отказавший агрегат. Зачастую время поиска превышает рабочий день. Для решения задачи уменьшения времени поиска неисправностей диагностам следует преобрести знания по поиску неисправностей. Обобщить и распространить опыт диагностов позволяет применение-экспертных систем (ЭС), компьютерных программ-советчиков.

Цель работы заключается в снижении простоев с. -х. техники

за счет уменьшения времени поиска неисправностей путем применения экспертной системы, что повышает эффективность использования машин.

Предмет исследования - процесс поиска неисправностей. Объект исследования - дизель СМД-62. Научная новизна работы:

Осуществлена систематизация знаний, позволяющая объяснить и выявить неисправное состояние дизеля СМД-62, для этого:

- собраны знания по поиску неисправностей дизеля;

- выведена оценочная функция диагностических проверок, позволяющая осуществлять ситуационную оптимизации последовательности проведения проверок с учетом их достоверности;

- разработан алгоритм поиска неисправностей, разделенный по степени достоверности проверок на три последовательных этапа, в каждом из которых применяются обоснованные различные правила оптимизации.

- разработана структура экспертной системы, предусматривающая одновременный поиск неисправностей, причин их возникновения и анализ нарушений протекания рабочего процесса.

Практическая значимость исследования заключается в производственной реализации экспертной системы, позволяющей сократить время поиска неисправностей и, следовательно, время простоев техники при отказах. Применение ЭС при обучении механиков обеспечивает массовую передачу знаний опытных диагностов.

Внедрение. Результаты исследований реализованы в программном комплексе на базе персональных компьютеров ЕС 1840 и IBM PC/XT, AT "Экспертная система поиска неисправностей дизеля СМД-62". Экспертная система внедрена в Васильевском РТП Запорожской обл. и Староминском РТП Краснодарского края.

Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на конференции молодых ученых и специалистов ГОСНИТИ (1988), на техническом совещании отдела прикладных экспертных систем СНПО "Алгоритм" (1989), на семинаре разра-2

ботчиков и пользователей программных средств ЭВМ по учебным дисциплинам подготовки инженеров-механиков в Ленинградском сельскохозяйственном институте (1990),' на заседании секции использования и технического обслуживания машин Ученого совета ГОСНИТИ (1990).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, общим объемом О. 8 п. л., из них 2 авторских свидетельства.

Структура и объем работы,. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, выводов, списка использованной литературы и приложений. Она изложена на 134 страницах машинописного текста, включает 26 иллюстраций, 17 таблиц, библиографию на 15 страницах (145 наименований отечественных и зарубежных авторов) и 7 приложений на 60 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе представлены результаты анализа литературных данных по проблемам разработки алгоритмов и рекомендаций по поиску неисправностей, построения диагностических экспертных систем.

Вопросами построения оптимальных алгоритмов поиска неисправностей занимались многие советские и зарубежные ученые: Ю. К Беляев, Г. Ф. Верзаков, В. К Винтер, й. В. Киншт, В. К Дедков, Е А. Северцев, В. С. Танкович, В. Glass, R. Jonson и др.

Однако, аналитические алгоритмы поиска неисправностей получены с учетом существенных допущений, например, проверки считают достоверными, принимают гипотезу о независимости отказов. Известные алгоритмы, как правило, не предусматривают применение проверок по качественным признакам.

Анализ показал, что наиболее перспективным направлением подготовки рекомендаций по поиску неисправностей служит разработка экспертных систем, основанных на знаниях опытных специа-

3

листов.

При проведении анализа существующих экспертных систем использовались работы: Д. А. Поспелова, Э. Е Попова, Д. Уотер-мана, Ф. Хейеса-Рота, Д. Лената, Н. Нильсона, Ы. Минского, Р. Форсайта, X. Уэно, и др.

В настоящее время отсутствуют универсальные методы построения ЭС. Эффективность экспертной системы определяется качеством содержащихся в правилах знаний и адекватностью механизма логического вывода логике действий опытного специалиста. В этой связи принято, что основное внимание следует уделить сбору и анализу экспертных знаний и разработке алгоритма решения задачи применительно к поиску неисправностей агрегатов с. -х. техники. Перспективными, с учетом задачи поиска неисправностей, признаны байесовская логика, сочетание прямой и обратной цепочек рассуждения при принятии решений, комбинированние правил продукций и фреймов при описании знаний.

Проанализированы современные рекомендации по поиску неисправностей агрегатов с. -х. тракторов авторов: А. А. Сельцера, В. А. Чечета, Б. Е Мельникова, А. Е. Лысенко, Л. И. Безверхнего, А. И. Островского, Ю. С. Смирнова и др. Показано, что все они основаны на правилах, применяемых опытными диагностами при поиске неисправностей. Однако в рекомендациях описано небольшое число проверок по качественным признакам (около 30), что можно объяснить ограниченностью представления качественной информации на бумаге. Необходимо расширить сбор и анализ приемов поиска неисправностей с использованием качественных признаков.

Проведенный анализ состояния вопроса показал, что для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать алгоритм поиска неисправностей агрегатов с. - х. тракторов с применением качественной информации.

2. Разработать структуру экспертной системы поиска неис-

равностей агрегатов с. -х. тракторов.

3. Сформировать базу знаний экспертной системы поиска неисправностей на примере дизеля СМД-62.

4. Провести опытно-производственную проверку и корректировку разработанной экспертной системы поиска неисправностей.

Для решения поставленных задач разработана программа и общая методика проведения работы.

Решение первой и второй задачи разбито на два этапа По результатам первого этапа запланирована раз работ гл экспериментальной системы для проверки алгоритма Исследованиями предусматривается выявление недостатков и путей совершенствования алгоритма На втором этапе решения задач предусматривается выявление методологических принципов формирования процедуры поиска неисправностей, применяемых опытными диагностами. На основе анализа этих принципов проводится корректировка алгоритма поиска неисправностей и разработка структуры экспертной системы.

Для решения третьей задачи планируется разработка методики сбора и обработки экспертных знаний, в соответствии с разработанным алгоритмом и методами представления знаний.

В качестве объекта исследований при реализации ЭС поиска неисправностей был выбран дизель СМД-62. Дизели семейства СМД весьма перспективны и имеют множество модификаций. На примере столь сложного агрегата можно отработать все возможные правила построения алгоритма поиска Персональный состав группы экспертов определяется по результатам взаимодействия со специалистами при решении первой и второй задачи исследования.

При опытно-производственной проверке (четвертая задача) предложено оценивать эффективность системы по трем показателям:

1. Снижение продолжительности поиска неисправностей при использовании рекомендаций ЭС по сравнению с действиями диагностов различной квалификации.

2. Увеличение продолжительности поиска неисправностей при ошибочных действиях диагноста.

3. Среднее время обучения пользователя работе с ЭС.

Первый показатель - основной, является интегральной оценкой достижения цели исследования.

Второй показатель характеризует возможности разработанного алгоритма принимать решения в условиях недостоверных данных. Очевидно, при вводе недостоверных данных о состоянии объекта система будет формировать неоптимальную последовательность поиска существующей неисправности. Предложено применить в качестве показателя эффективности алгортма степень увеличения продолжительности поиска с учетом вероятных ошибочных решений по сравнению с продолжительностью безошибочного поиска. Среднее увеличение продолжительности поиска на каждую машину из парка в процентах равно: Т"1 з - "Ш

П1 з -------------* Р(Щ> Н1) * 1001 (1)

■Г и

где ту - время поиска 1-й неисправности при безошибочном проведении ; -й проверки; - время поиска 1-й неисправности при ошибочном результате ]-й проверки; Р (Щ, НО - вероятность ошибки при проведении з - й проверки при наличии 1-й неисправности.

Третий показатель оценивет время обучения работе с экспертной системой для пользователя без специальной подготовки в области вычислительной техники.

Опытно-производственную проверку решено проводить в три этапа: испытания ЭС при моделировании неисправностей в лабораторных условиях, проверка эффективности системы при поиске конкретных неисправностей в производственных условиях и опытная эксплуатация. Методика исследований при этом базируется на прямом эксперименте путем регистрации времени поиска неисправностей, б

Вэ втором разделе приведены результаты исследования по разработке методов построения алгоритмов поиска неисправностей и структуры экспертной системы.

Задача построения алгоритма поиска на первом этапе решалась аналитически с применением принципов эвристического программирования. Суть метода заключается в разбиении функции издержек на две составляющие - издержки на поиск до текущего состояния и оценку издержек на последующий поиск. В результате исследований выведена оценочная функция диагностических проверок;

Г В] Тщ

где РЩ) - вероятность возникновения I -й неисправности; РСК^/Н}) - условная вероятность проявления у-го качественного признака при наличии ¿-й неисправности; В] - издержки на проведение ] -й проверки; 7^.- издержки на проведение /^.-й технологической операции (запуск двигателя, прогрев и др.);

2 Тт - издержки на проведение технологических операций, т №

необходимых для проведения у -й проверки, - величина, изменяющаяся в процессе поиска по мере выполнения технологических операций.

На основе использования оценочной функции построен алгоритм поиска неисправностей. В алгоритме на каждом шаге поиска по результатам проверок вероятности неисправностей пересчиты-ваются по формуле Вайеса:

1 2 р(но-р(т'

(3)

где Р (Н^)- апостериорная вероятность наличия I -й неисправ-

ности.

Для проверки байесовского алгоритма разработана экспериментальная система на базе персонального компьютера Роботрон 1715. Данные в системе представлены в виде диагностической матрицы, в которой связь между признаками и неисправностями устанавливается через условную вероятность проявления признака при наличии неисправности. В результате экспериментов установлено, что рассеивание экспертной оценки условной вероятности достигает 2Ь%, байесовский алгоритм имеет ограниченную область применения - для новых машин и для машин, работающих в стабильных условиях. Недостаток алгоритма - в его универсальности. Как всякий универсальный алгоритм он весьма плохо отрабо-тывает отклонения от среднестатистических условий.

При дальнейших исследованиях была выдвинута гипотеза о целесообразности сохранить байесовский алгоритм в качестве определяющего генеральную линию поиска, а все ситуационные особенности описывать с помощью правил, применяемых опытными диагностами в процессе поиска неисправностей. Так как диагност весьма трудно оценивает вероятность, в алгоритме предложено вместо вероятности отказа использовать степень уверенности диагноста в наличии неисправности от 1 до ЮО._

Для реализации гипотезы разработан алгоритм, основанный на экспертных правилах, блок-схема которого представлена на рис. 1.

Алгоритм поиска разделен на три последовательных этапа. Первый этап - опрос механизатора по качественным признакам потери работоспособности. Последовательность опроса определяется частотой проявления качественных признаков и представлена в шде иерархического меню. По результатам опроса, формируется список вероятных неисправностей.

На втором этапе диагност осуществляет проверки по качественным признакам технического состояния. Последовательность проверок формируется по критерию максимального увеличения сте-8

Формирование опроса механизатора по качественным признакам, характеризующим потерю работоспособности дизеля

2- Определение вероятных гипотез

8 этап

3- Выбор диагностом оптимальной проверки по дополнительным качественным признакам

4.

Изменение степени уверенности в гипотезе

-► 5- Проверка достаточности информации для перехода к инструментальному диагнос тированию

достаточно информации

3 этап * г

6- Выбор оптимальной диагностической проверки с помощью диагностического средства

7- Изменение степени уверенности в гипотезе

8. Проверка достаточности информации для принятия решения о доказанности гипотезы

недостаточно

недостаточно информации

информации

Обнаружена неисправность

Рис. 1

Структура алгоритма поиска неисправностей, основанного на экспертных правилах

пени уверенности при раличии качественного признака. Предложено степень уверенности отдельных неисправностей увеличивать или уменьшать по правилам, предлагаемым диагностом. На втором этапе принимается решение о целесообразности перехода к инструментальному диагностированию. Установлено, что в большинстве случаев решение принимается по правилу наличия трёх качественных признаков, то есть, если в пользу гипотезы свидетельствует три качественных признака, то целесообразно применять инструментальные средства проверки, в том числе с подразборкой агрегата.

На третьем этапе - инструментальных проверок последовательность поиска определяется по оценочной функции (2). Установлений, что в ряде случаев целесообразно применять технический критерий оптимизации, например, в системе топливоподачи поиск неисправности надо вести по потоку рабочей жидкости. В алгоритме предложено в зависимости от ситуации применять различные критерии оптимизации - технико-экономический и технический. Правила принятия решений на третьем этапе сгруппированы в блоки-гипотезы типа:

ПЕРВАЯ Измерьте давление наддува воздуха за турбокомпрес-ПРОВЕРКА сором (ТКР) в полости, расположенной в развале БЛОКА между цилиндрами блока двигателя. Какое давление наддува?

Варианты ответа

- менее 0.5 кгс/см2,

- более 0.5 кгс/см2,

- не знаю.

ЕСЛИ ответ: Менее 0.5 кгс/см2,

ТО гипотеза "Пониженное давление наддува ТКР"

актуальна И провести проверку 2. и т.. д. 10

Если система на третьем этапе не определяет неисправность, происходит возврат на второй этап.

В соответствии с разбиением логического вывода на три этапа разработана форма представления знаний в виде комбинации правил продукций и оценочных фреймов-гипотез. На первых двух этапах система под управлением универсальных эвристик определяет промежуточные гипотезы, на третьем этапе по жестко заданным правилам определяет заключительные гипотезы-неисправности. Данный подход позволил применить на этапах поиска различные правила принятия решений и структуировать задачу, что облегчило сбор знаний.

Для реализации алгоритма разработана структура экспертной системы, основными элементами которой служит база знаний и правила построения алгоритма поиска неисправностей. Отличительной особенностью системы является возможность осуществить одновременный поиск неисправностей, возможных причин их возникновения и анализ нарушений протекания рабочего процесса объекта. В экспертной системе в процессе поиска неисправностей восстанавливается причинно-следственная связь возникновения качественного признака:

Причина Нарушения проте-

возникновения --> Неисправность —> кания рабочего —> неисправности процесса объекта

—> Качественный признак.

Установлено, что поиск причины позволяет значительно (в ряде случаев более чем в 2 раза) сократить поиск неисправности и предупреждать их возникновение в дальнейшем. Ситуационные факторы - условия эксплуатации конкретного трактора, квалификация механизатора и т. д. влияют на вероятность появления той или иной неисправности. Например, если трактор работает на бороновании при неправильном обслуживании воздухоочистителя в условиях сильной запыленности, то увеличивается вероятность

11

его засоренности и затем изнашивание цилиндро-поршневой группы. Для описания подобных правил в структуре экспертной системы предусмотрена база знаний по поиску причин неисправностей, которая связана с базой знаний по поиску неисправностей.

Для нормального протекания рабочего процесса дизеля необходимо обеспечить требования: достаточное наполнение цилиндра воздухом; обеспечение герметичности рабочего объема цилиндра и др. На основе анализа нарушений этих требований в системе организована независимая цепочка рассуждений при поиске неисправностей, основанная на анализе структуры контролируемого объекта. Это позволило формировать последовательности поиска при наличии более одной неисправности и объяснять связи неисправностей с признаками.

Таким образом, поиск неисправностей осуществляется в двух плоскостях - временной и понятийной. Связь между этапами поиска и понятиями характеризуется степенью уверенности промежуточных гипотез.

Процесс одновременного поиска неисправностей, их причин и нарушений протекания рабочего процесса организован согласно разработанной временной диаграмме принятия решений, представленной в табл. 1.

Инструментальная среда и форма представления знаний экспертной системы разработаны совместно с В. Ю. Пелковским, А. М. Якубовичем, Ю. А. Яковлевым, А. 1й Демидовым. Язык программирования - шЫЗР.

В третьем разделе представлены методика сбора и обработки экспертных знаний и результаты исследования по формированию базы знаний ЭС.

В процессе формирования базы знаний принимали участие 12 экспертов - специалисты ГОСНИТИ и лучше диагносты ремонт-но-технических предприятий.

Цель экспериментальных исследований по сбору знаний: выявить общие принципы поиска неисправностей, используемые опыт-12

Таблица 1

Временная диаграмма работы экспертной системы

Характер работы Первый этап Второй этап Третий этап

Поиск причин неисправностей Запросы системы Общие сведения о дизеле (нароботка, условия эксплуатации) Условия эксплуатации, качество проведения ТО и ремонта

Решения системы формирование набора возможных причин Уточнение возможных причин неисправностей Уточнение возможных причин неисправностей

Поиск неисправностей Запросы системы Качественные признаки потери работоспособности Дополнительные качественные признаки, внешний осмотр Диагностические проверки

Решения системы формирование набора возможных неисправностей Изменение вероятностей ВОЗМОЖНЫХ неисправностей Изменение вероятностей возможных неисправностей Определение неисправности

Поиск нарушений про текания рабочего процесса Решения системы формирование набора возможных нарушений протекания рабочего процесса Определение количества возможных неисправностей

ными диагностами; определить параметры нормального протекания рабочего процесса дизеля и возможные причины их нарушения; собрать номенклатуру неисправностей дизеля СМД-62 и возможных причин их возникновения; определить номенклатуру диагностических проверок; выявить оригинальные приемы Диагностирования на основе анализа качественных признаков, используемые опытными диагностами; установить связи между результатами диагностических проверок, в том числе по качественным признакам, и неисправностями дизеля СВД-62; предложить (по возможности) новые методы поиска неисправностей.

Признано целесообразным при извлечении знаний в основном применять метод самоанализа, при котором разработчик системы становится псевдоэкспертом, то есть сам анализирует существующие приемы поиска неисправностей. При этом применялись: анализ литературных источников, анкетирование и беседы с диагностами, наблюдение на рабочем месте и совместная работа по поиску неисправностей под руководством опытного диагноста.

Для того, чтобы учесть индивидуальные способности диагностов объяснять ход своих рассуждений методикой предусмотрен сбор знаний в трех различных формах: "деревья поиска"; список вида: "Качественный признак" --> "Неисправнобти"; список неисправностей с количественными значениями степени уверенности при проявлении данного качественного признака. Установлено, что диагносту весьма трудно количественно оценивать даже степень уверенности. Для уменьшения ошибок разработана следующая методика корректировки знаний: полученные предварительные оценки степени уверенности вносятся в экспертную систему и диагносту предлагается оценить правильность формируемых компьютером последовательностей поиска неисправностей. При возникновении замечаний разработчик корректирует оценки степени уверенности. Критерием достоверности применяемых приемов диагностирования служит заключение эксперта по конечному результату -последовательности поиска неисправностей. 14

В процессе исследований сформирована база знаний, содержание которой представлено на рис. 2. Всего в базе знаний содержится более 1000 правил, формирующих процедуру поиска неисправностей.

Опытные диагносты в своей работе используют оригинальные, малоизвестные методы поиска неисправностей. Выявлено и внесено в базу знаний 12 таких методов диагностирования.

Совместная работа с опытными диагностами и анализ поступления заявок на поиск неисправностей в Староминском районе Краснодарского края за три года (1988-90 г. г.) позволили выявить ряд актуальных проблем диагностирования.

Наибольшую сложность в процессе поиска неисправностей вызывает поиск стучащих сопряжений. Заявки на поиск неисправностей по стукам в дизеле составляют более 30% от общего числа С целью повышения точности локализации места неисправных сопряжений в соавторстве с В. И. Беляевым и П. П. Ткачом разработан способ поиска стучащих сопряжений. Суть способа заключается в использовании существенного затухания сигнала в ультразвуковом диапазоне частот. При поиске неисправностей используется два канала регистрации вибросигнала. Звуковой канал позволяет определить зону стука, а ультразвуковой канал - локализовать место стучащего сопряжения. На способ получено положительное решение по заявке на изобретение.

Одним из информативных качественных признаков служит повышенный расход топлива. Однако в эксплуатации трудно определить увеличение расхода топлива Так, в Староминском районе за три года от механизатора поступила только одна заявка по перерасходу топлива. Для экспресс-оценки расхода топлива в соавторстве с В. А. Чечетом и Л С. Фарбером предложен способ определения расхода топлива без внедрения в топливную систему (расход топлива измеряется из топливного бака). На способ получено авторское свидетельство.

В четвертом разделе представлены методика и результаты

15

1. Номенклатура качественных признаков по-терии работоспособности (61 признак)

3. Правила изменения веро-ятаости гипотез наличия неисправностей по результатам проверок 13? гипотезы)

£. Последовательность опроса

1. Правила изменения вероятности нарушений протекания рабочего процесса пизеля

(7 нарушений)

5. Правила изменения вероятности причин неисправностей (132 гипетезы, 52 причины)

1 этап

1.Номенклатура диагностических проверок и дополнительных качественных признаков

(92 проверки)

3. Правила изменения вероятное™ причин по результатам проверок (22 Проверки, 52 причины)

г. Правила изменения вероятности гипотез по результатам проверок

(92 проверки, 132 гипотезы)

4. Правила изменения вероятности гипотез при изменении вероятности причин (20 правил)

5. правила блокировки проведения неэффективных проверок (63 правила)

г этап

1.Диагностические блоки, содержащие последовательности проведения диатности-чесюсс проверок и правила принятия решений по поиску 250

неисправностей

(132 блока,

около 800 правил)

Е. значения трудоемкости проведения диагностических проверок с учетом трудоемкости на подготовительные операции

(132 блока)

3. номенклатура неисправностей

(£50 неисправнаостей дизеля СЦД-62)

3 этап

Эвристические правила выбора наилучших проверок

Праиила перехода между этапами поиска

Правила предтавления проверок и принятых решений на экране дисплея

— ■ -■■- Правила управления и интерфейса ■ =

Рис. 2 Содержание базы знаний экспертной системы поиска еисправностей дизел СМД-62

опытно-производственной проверки эффективности экспертной системы.

Опытно-производственная проверка и корректировка разработанной экспертной системы проводилась на базе Староминского РТП Краснодарского края.

Согласно программе проверку проводили в три этапа - испытания ЭС при моделировании неисправностей в лабораторных условиях, проверка эффективности системы при поиске конкретных неисправностей в производственных условиях и опытная эксплуатация ЭС.

Цель первого этапа заключалась в определении полноты и достоверности заложенных в экспертную систему знаний по поиску всех возможных неисправностей дизеля СМД-62. На этом этапе проводили:

1. Эксперименты по сравнении продолжительности поиска неисправностей экспертной системой и поиска с помощью опубликованных рекомендаций при моделировании неисправностей. База сравнения: рекомендации по поиску неисправностей дизеля СВД-62, опубликованные в книге "Дизель СВД-60 и его модификации. Техническое описание и инструкция по эксплуатации" и монография А. А. Сельцера "Обнаружение и устранение неисправностей тракторов: Справочник". Первые рекомендации являются наиболее массовыми и доступными для механизаторов и .диагностов, вторые - наиболее полными и обоснованными.

2. Эксперименты по сравнению продолжительности поиска неисправностей диагностами различной квалификации и ЭС при моделировании неисправностей. База сравнения: действия диагностов различной квалификации. В качестве критерия компетентности диагноста принимали среднее время, затрачиваемое на поиск неисправностей. Диагностом средней квалификации считали диагноста, который находил неисправности на 20-50Х медленее диагноста высокой квалификации, диагностом низкой квалификации - на 50-80Х. Реальные неисправности и симптомы их проявления пред-

17

лагались независимым экспертом. В результате экспериментов необходимо было проверить поиск всех неисправностей, описанных в системе.

3. Эксперименты по определению среднего увеличения времени поиска неисправностей при ошибочных действиях диагноста при моделировании неисправностей.

Второй этап проверки - производственные эксперименты. Их цель заключалась в проверке обоснованности результатов экспериментов при моделировании неисправностей путем сравнения продолжительности поиска реальных неисправностей диагностами различной квалификации и ЭС в производственных условиях.

Эксперимент проводили по следующей схеме:

- при поступлении заявки (возникновении качественного признака потери работоспособности) диагност ищет неисправность;

- по результатам диагностирования оценивают общее время поиска конкретной неисправности;

- определяют продолжительность поиска той же неисправности при использовании рекомендаций ЭС;

- оценивают снижение продолжительности поиска неисправности в процентах по формуле:

Тд - Тзс

К -----------* ЮО , (3)

ТД

где Тд, Тзс - продолжительность поиска неисправности диагностом и но рекомендациям экспертной системы.

Уменьшение времени поиска согласно методике рассчитывалось отдельно по каддой неисправности.

Выл предусмотрен перевод производственной проверки в этап опытной эксплуатации, при которой диагносты пользуются системой без участия разработчика. На этом этапе оценивалось время обучения работе с ЭС и отрабатывались различные варианты организации пользования ЭС.

В результате проверки ЭС при моделировании неисправностей

установлено, что уменьшение продолжительности поиска неисправностей с применением ЭС равно по сравнению:

- с инструкцией по эксплуатации дизеля СВД-62 - 62%;

- со справочником Сельцера А. А. - 34%;

- с диагностом низкой квалификации - 60%;

- с диагностом средней квалификации - 37Z-,

- с диагностом высокой квалификации - 4%.

Для проверки системы было привлечено 23 диагноста.

Среднее увеличение времени поиска неисправностей при ошибочных действиях диагноста не превышает 12%.

На этапе производственных экспериментов под наблюдением находилось 108 дизелей СМД-62 (60). Всего было проведено 50 экспериментов по сравнению работы диагноста и экспертной системы при поиске реальных неисправностей. В табл. 2 представлена продолжительность поиска характерных неисправностей диагностами различной квалификации и с помощью ЭС. Снижение времени поиска неисправностей в производственных условиях по сравнению с диагностом средней квалификации составило 40%, по сравнению с диагностом высокой квалификации 1%. Основной вывод - экспертная система позволяет находить неисправность на уровне диагноста высокой квалификации, со стажем работы более 5 лет.

Наибольший выигрыш дает применение экспертной системы при поиске неисправностей, по которым существуют скрытые качественные признаки, - разрегулирование угла подачи топлива, износ подшипников турбокомпрессора и др. Установлений, что экспертная система дает выигрыш даже по сравнению с диагностом высокой квалификации при поиске редковстречаквдхся неисправностей, таких как установка распылителей другой марки, неправильный подбор шатунов и поршней по весу и др.

В результате опытной эксплуатации установлено, что наиболее эффективно устанавливать компьютер с экспертной системой на районной станции технического обслуживания тракторов. Рядом

19

Таблица а

Продолжительность поиска неисправностей

Неисправность Качественный признак неисправности Время поиска, час)

диагностом квалификации: ЭС

средней высокой

Разрегулирован угол подачи топлива (ранний угол) Перегрев двигателя г-0 и- 8

Разрушена прокладка головки блока пнев-мокомлрессора Вода в картере (повышенный уровень масла» 1. г 1-0

Увеличен осевой зазор коленчатого вала (прослаблен задний коренной подшипник) Повышенная вибрация двигателя 3-0 1- г

Пробита прокладка левой головки блока Выброс воды из радиатора 1. 8 0. 8

Пережат шланг сапуна Выброс масла в ВЫХЛОПНУЮ ТРУбУ 0- 1 0- 1

Неисправен ТНВЛ Повышенная вибрация двигателя о. / и. !

Износ коренных ПОДШИПНИКОВ Пониженное давление масла 1-0 1. 5

Нарушение агротехнических условии Дизель дымит под нагрузкой (черный яым) 0. 1 0. 4

Установлены распылители форсунок яругой марки Лизель дымит на всех режимах (черный дым) 1. 5 о. е

Неисправен перепускной клапан Двигатель не тянет, отсутствует дымный выхлоп 1-0 о. 5

Зависание иглы Форсунки Увеличен уровень масла в картере двигателя 0. 6 о. 5

Среднее снижение времени поиска, я 40 1 -

НО

с компьютером целесообразно установить телефон, рацию для оперативной связи с подразделениями хозяйств района.

Время самостоятельного обучения работе с ЭС не превышает шести часов.

Кроме того, рекомендуется применять ЭС на областном уровне в учебных центрах, ПТУ, сельхозинститутах при обучении механизаторов, наладчиков, студентов; на районном уровне в РТЛ, в кооперативах по ТО и ремонту - в виде консультационной системы при поиске неисправностей; на уровне хозяйств, фермеров -в качестве советчика при отказах техники и ¡сак обучающую программу.

Экспертная система внедрена в Васильевском РТП Запорожской обл. и Староминском РТП Краснодарского края. Годовой экономический эффект от внедрения ЭС на парк машин из 100 тракторов равен 350 руб. по сравнению с диагностом средней квалификации и 1000 руб. по сравнению с диагностом низкой квалификации.

ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Недостатком существующих алгоритмов поиска неисправностей является принятие допущений об абсолютной достоверности результатов проверок, о наличии одной неисправности в объекте, о независимости отказов. Снять эти допущения в рамках -классических теорий не представляется возможным.

Для устранения этого недостатка при построении оптимальных алгоритмов поиска неисправностей целесообразно применять экспертную систему, основанную на знаниях специалистов-диагностов. Известные методы построения экспертных систем зависят от специфики предметной области (решаемой задачи) и не могут быть распространены на решение других задач. Целесообразно разработать механизм логического вывода с учетом особенностей поиска неисправностей агрегатов е.- х. техники.

2. Разработанный эвристический алгоритм поиска неисправ-

21

ностей по качественным признакам и измеряемым параметрам, основанный на байесовской логике, обеспечивает минимальное математическое ожидание издержек на проведение поиска неисправностей за счет учета достоверности проверок. Однако использование в алгоритме условной вероятности проявления качественного признака при наличии неисправности, весьма Трудно оценивается экспертом. Рассеивание экспертной оценки условной вероятности достигает 25 %. Это ограничивает применимость алгоритма только поиском неисправностей машин, по которым существуют надёжные статистические данные.

3. Учитывая, что опытные диагносты принимают правильные решения в условиях неопределенности информации, целесообразно ввести в алгоритм поиска неисправностей правила принятия решений, применяемые опытными диагностами, сохранив структуру байесовского алгоритма В этой связи, алгоритм целесообразно разделить на три последовательных этапа оптимизации поиска неисправностей:

- по качественным признакам, наблюдаемым механизатором;

- по качественным признакам, наблюдаемым диагностом;

- с помощью инструментальных проверок, проводимых диагностом.

На каздом этапе, в зависимости от достоверности проверок, следует применять различные методы оптимизации и принятия решений. Переход от этапа к этапу целесообразно осуществлять при достижении порога достаточности информации, устанавливаемого отдельно для каждой гипотезы. В качестве количественной меры удобно использовать степень уверенности в наличии неисправностей, изменяющуюся от 0 до 100.

4. В структуре экспертной системы следует предусмотреть одновременно поиск как неисправностей, так и причин их возникновения, что позволяет в большинстве случаев сокращать время поиска более чем в 2 раза и предупреждать появление этих неисправностей в дальнейшем.

5. Разработанная база знаний экспертной системы содержит

описание: 250 основных неисправностей дизеля СВД-62 и его модификаций, 52 возможных причин возникновения неисправностей, 81 качественного признака потери работоспособности, 92 проверок по качественным признакам, выявляемых диагностом. Общее количество правил принятия решений и управления, содержащихся в базе знаний, - более 1000.

6. В результате работы с опытными диагностами описаны и рекомендованы для применения в экспертной системе 12 малоизвестных приемов и методов диагностирования, В соавторстве .с ведущими специалистами-диагностами разработаны новые способы: определения стучащего сопряжения и измерения расхода топлива без внедрения в топливную систему, защищенные авторскими свидетельствами.

7. Для характеристики эффективности экспертной системы следует использовать 3 показателя - снижение продолжительности поиска неисправности по сравнению с известными рекомендациями и работой диагностов различной квалификации; увеличение времени поиска при ошибочных действиях диагноста и время обучения работе с экспертной системой.

8. Применение экспертной системы снижает продолжительность поиска неисправностей по сравнению с современными опубликованными рекомендациями на 34Т., по сравнению с диагностами низкой квалификации - на 60Х, средней квалификации 40%, высокой квалификации - IX.

9. Экспертная система внедрена в Васильевском РТП Запорожской области и в Староминском РТП Краснодарского края. Годовой экономический эффект от внедрения равен 350 руб. на 100 тракторов по сравнению с диагностом средней квалификации и 1000 руб. по сравнению с диагностом низкой квалификации.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Кононогов С. А., Благинин А. Е. Использование принципов

23

искусственного интеллекта при поиске неисправностей агрегатов сельскохозяйственных тракторов // Актуальные проблемы ремонта и эксплуатации сельскохозяйственной техники: Тез. докл. Мос-ков. гор. кшф. молодых ученых и специалистов. - М. , 1988. - С. 27-30.

Кононогов С. А. , Благинин А. Е., Михлин К М. , Чечет В. А. Экспертная система поиска неисправностей агрегатов сельскохозяйственных тракторов // Передовой научно-производственный опыт в инженерно-техническом обеспечении агропромышленного комплекса, рекомендуемый для внедрения. - М. : АгроНЖТЭИИТО. -1989. - Вып. 1.- С. 15, 16.

Кононогов С. А. Опыт внедрения экспертной системы поиска неисправностей < <ДИЗЕЛЬ-ДИАГНОСТ>> на ремонтнотехничееком предприятии // Передовой научно-производственный опыт в инженерно-техническом обеспечении агропромышленного комплекса, рекомендуемый для внедрения. - М.: АгроМИТЭКИТО. - 1990. - Шп. 3. - С. 29-34.

Кононогов С. А., Чечет В. А. Методы определения неисправностей тракторов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1990. - N 7. - С. 44-45.

А. с. 1514038 (СССР). Способ определения расхода топлива транспортного средства / Чечет В. А., Фарбер JL 0. , Кононогов С. А. - Заявлено 14.01. 87 г. , опубл. в Б. И. 1989, N37.

Положительное решение по заявке N 4436782/25-25 (087175). Способ диагностирования машин с механизмами периодического действия / Беляев Б. И. , Кононогов С. А., Ткач 11. ÍL - Заявлено 6. 06. 88 г. , пол. решение получено 28. 03. 'Ю г.

Подписано к печати I5.II.9v) Формат 60x84/16. Объем 1,0 п. л. Зак. 1954. Тир. 100 экз.

Типография ГОСНИТИ