автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Разработка методов формализации проектирования информационного обеспечения системы поддержки оператора энергоблока атомной станции

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО НАРОДНОМУ ОБРАЗОВАНИЮ

ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

На правах рукописи УДК 621.311.25:621.039:681,3

АНОХИН Алексей Никитич

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ФОРМАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ОПЕРАТОРА ЭНЕРГОБЛОКА АТОМНОЙ СТАНЦИИ

05.13.16 — применение вычислительной техники, математических методов в научных исследованиях (физика, информатика, вычислительная техника и автоматизация)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Обнинск, 1990

Работа выполнена а Обнинском институте атомной энергетики

Научный руководитель: доктор технических наук

профессор В.А.Острейковски!

Официальные оппоненты: . доктор технических наук

, профессор Г.В.ДруЖИНИ!

кандидат физико-математических нау:

Д.М.Шаецо

Ведущая организация! НИКИЭТ, г.Москв

Защита состоится 13 имня 1990 г. в 15 часов на ааседами специализированного совета К 064.27.01 а Обнинском институт атомной энергетики (247020,. Калужская обл., Обнинск, ИАТЭ)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИАТЭ.

Автореферат разослан ""_____________________1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Управление современным энергоблоком атомной станции ОБ АС) является сложным и трудно Формализуемым процессом. Ошибки операторов приводят к большим экономическим и экологическим потерям. Повышение качества управления и

надежности оператора достигается введением в контур управления

\

ЭБ АС систем поддержки оператора (СПО), частично автоматизирующих процесс принятия решений. Как свидетельствует практика, создание СПО является чрезвычайно сложной и трудоемкой задачей. Особую сложность представляет проектирование информационного обеспечения СПО, наполнение системы знаниями и алгоритмами управления ЭБ, и структурирование знаний в виде, пригодном для обработки на ЭВМ. Исходя из этого, одной из наиболее актуальных задач создания СПО является разработка методов, позволяющих формализовать , а следовательно и автоматизировать наиболее трудоемкие этапы проектирования системы и ее информационного обеспечения.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью настоящей работы является разработка методов формализации проектирования информационного обеспечения СПО и ее подсистем. S работе поставлены и решены следующие задачи!

1) построена функциональная и структурная схема СПО;

2) сделана описание процесса проектирования СПО;

3) разработан метод анализа предметной области на предпро— ектной стадии создания СПО)

4) создано программное обеспечение разработанного метода анализа и проведена исследование ЭБ АС с ВВЭР-1000}

5) разработан метод описания предметной области в подсистеме оперативного диагностирования СПО;

6) создано программное и информационное обеспечение ряда задач подсистемы диагностирования СПО АС с реактором БН-330.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ состоит в следующем!

1) предложен метод анализа предметной области СПО, включавший исследование деятельности оператора по управлению :->Б АС;

2) разработан метод описания предметной области в задачах диагностирования Я>У, учитывающий динамический характер поведения объекта диагностирования;

3) создана структура информационно—программного обеспечения подсистемы оперативного диагностирования СПО;

4) выполнены анализ процесса управления ЭБ АС с ВВЭР-1ООО и

описание алгоритмов диагностирования течей парогенератора АС с

С

реактором БН-350.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ: -

1> метод анализа предметной области СПО;

2) метод описания предметной области в подсистеме диагностирования СПО;

3} структура информационна—программного обеспечения подсистемы диагностирования СПО;

4) результаты практических работ по анализу и описанию предметной области СПО ЭБ АС.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ работы состоит в:

1) возможности использования метода анализа предметной области для обеспечения процесса проектирования СПО, а также для исследования деятельности оперативного персонала с целью оптимизации процесса его обучения и подготовки на базе учебно-тренировочных пунктов и центров;

2) возможности применения программного обеспечения метода анализа предметной области в виде самостоятельного пакета программ для обработки экспертных оценок в различных областях;

3) доведении метода описания предметной области и информационного и программного обеспечения подсистемы диагностирования СПО до автономного программного комплекса, который может быть

использован для автоматизации задач оперативного диагностирования технологических объектов различного назначения.

Все методические положения диссертационной работы, программное Обеспечение и результаты анализа управления ЭБ АС с ВВЭР-1000 внедрены в практику, о ней имеются соответствующие акты.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались на 13 научных семинарах и конференциях, в том числе на: семинаре "Распределенная обработка данных и локальные сети ЭВМ" (Москва« 1987); 6 всесоюзном совещании "Техническая диагностика” <Ростав-на-Дону, 1987); Всесоюзном совещании “Проблемы надежности и безопасности эксплуатации А>С" (Ноеоеоронеж, 1987)$ семинаре "Вопросы описания, оценки и обеспечения надежности систем управления А>СМ (Киев, 1987); 15 межрегиональном семинаре

"Эргономика и эффективность систем "человек—техника" <Игналина, 1989)| конференции "Проектирование, оценка и оптимизация функционирования систем "человек—техника*' (Севастополь, 1989).

ПУБЛИКАЦИИ- По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, выпушено 4 научно—технических отчета,

СТРУКТУРА И ОБъЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав« аахлючениящ списка литературы из 100 наименований и приложения. Общий объем работы 146 страниц, вклмчая 32 рисунка и АО таблиц.

В первой главе описывается структура оперативного управления ЭБ АС, анализируются задачи оператора и систем управления, указываются цели, задачи и место СПО в контуре управления ЭБ АС, приводится обзор существующих СПО, предлагается структура прог->аммного и информационного обеспечения СПО и описываетсгя после— юватольность ев проектирования. Исходя иэ перечисленного. Фор— гулирумтся задачи наследования и дается обзор методов их решения.

Цель* СПО является автоматизация процесса принятия решений

по оперативному управлению технологическим процесссм (ТП> и оборудованием ЭБ АС. Задачами СПО при этом является: идентификация

состояния ТП и диагностирование ЭБ; прогнозирование развития ситуаций; планирование последовательности действий оператора, ведущих ЭБ к заданному состоянии; выдача оператору рекомендаций по управленим ЭБ. В процессе решения указанных сзадач, СПО реализует следующие функции поддержки оператора!

1) более удобное представление информации; 2) формирование недостающей информации; 3) сжатие информации; 4) привлечение внимания к событию; 5) тестирование информации; 6) обнаружение ложных аварийных срабатываний; 7) автоматическое диагностирование аномалий; 8) автоматическая выдача инструкций; 9) разработка плана компенсации аномалий; Ю> моделирование поведения установки; 11> анализ корректности плана; 12) отслеживание действий оператора; 13) контроль срабатывания оборудования; 14) отслеживание выполнения плана.

СПО обличается в контур управления ЭБ АС параллельно оператору, системам автоматического управления и регулирования и системам информационного обеспечения оператора (АСУТП, ЄІЦУ) , образующим (замкнутую цепь управления.

Кратн.-о рассматриваются 30 наиболее известных СПО ЭБ АС (системы ана.пиза возмущений, системы отображения параметров безопасности, системы обработки аварийной сигиалиовции и др.) Выделяются 3 поколения СПО, последнее из которых основано на технологии искусственного интеллекта. Отмечены следующие моменты, касающиеся разработки СПО: ряд стран имеет национальную программу создания СПО АС; СПО усложняйтея, к их программному обеспечении предъявляются особые требования; разрабатываются инструментальные средства создания и генерации СПО; тестирование и отработка СПО производится на имитаторах и тренажерах с привлечением one-

раторов АС.

Предложенная структура СПО включает 5 функциональных подсистемы! диагностирования, прогнозирования и планирования. Проектирование СПО предполагает 4 этапа: предпроектный анализ предметной области; концептуальное проектирование; логическое и физическое проектирование; ввод в эксплуатацию и сопровождение. Перечислены цели и задачи каждого этапа проектирования. Объектами проектирования являится информационное, программное, техническое и организационное обеспечение СПО. Информационное обеспечение СПО включает базу знаний (декларативные и процедурные знания), базу данных (данные, «акты, ресурсы), библиотеку (математические модели, процедуры), словари предметной области, сообщения и грамматические шаблоны, гр&фические Формы, а также графы состояний программных подсистем. Программное обеспечение СПО состоит из следующих подсистем; системы управления базой знаний и данных, Бибиотекарь, Решатель, Интерфейс и Супервизор. Техническое и организационное обеспечение не рассматривается в данной работе.

Наиболее значимой часть» проектирования СПО является создание информационного обеспечения и, в частности, базы знаний. Основными задачами, при »тон, являются! анализ и описание предметной области^ выявление и синтез знаний; тестирование и обеспечение целостности информационного обеспечения. В настоящей- работе предлагайтея методы формализации решения первой из перечисленных задач проектирования, а именно] метод анализа предметной области, формализующий проектирование информационного обеспечения на пре-дпроектной стадии создания СПО; и метод описания предметной области в подсистеме оперативного диагностирования, формализующий представление • СПО знаний о диагностике ТГ) и оборудования ЗБ.

В заключении первой главы дан обзор методов исследования деятельности челоеека-оператора в эргатических системах и мето-

дов описания предметных областей в системах искусственного интеллекта. Кратко рассмотрены вероятностные, экспериментальные, физические, логические | семантические, фреймовые, реляционные, продукционные и древовидные типы моделей предметных областей.

Во второй главе представлен метод анализа предметной области СПО. Описан« 2 этапа анализа« анализ деятельности оператора и анализ технологических задач. Дано обоснование использования для решения данной задачи метода экспертных оценок, описан порядок проведение экспертного опросау приведены образцы анкет. Подробна описывается последовательность обработки экспертных оценок, расчета коэффициентов, характеризующих состоятельность экспертизы, и получения результирующих оценок* Дан способ интерпретации и анализа результатов экспертной.

Целями анализа предметной области при проектировании информационного обеспечения СЛО являются: 1) выявление соатнашени*

различных типов знаний, наполняющих базу знаний СПО; 2) определение: какие из перечисленных в первой главе 14 функций поддерж* ки необходимы оператору при решении им каждой конкретной техно логической задачи управления ЭБ. Следовательно, задачами анализ предметной области являются: анализ деятельности оператора и ха рактера его знаний и поведения; анализ технологических задач факторов, характеризующих их сложность и трудоемкость.

Для выполнения анализа деятельности оператора и технологи ческих задач необходимо структурировать предметную область и ог ределить объекты и критерии анализа.

Основой для структурирования деятельности оператора являе с я разбиение задач управления ЭБ на 3 категории: задачи регулирования и оптимизации ТП; задачи изменения ТП и смены режима эксплуатации ЭБ; задачи, возникающие вследствие аномальных ситуаций.

Выполнение оператором задачи любой иэ перечисленных категорий . сличает 5 этапов?

обнаружение {восприятие группы признаков, инициирующих задачу); классификация (распознавание ситуации и диагностирование)5 планирование (принятие решения и разработка плана действий)! исполнение (реализация планов с учетом имеющихся ресурсов); отслеживание (проверка исполнения и эффективности действий).

В качестве объектов, характеризующих ¡мания, рассматривают*-* ся уровни мышления оператора и модели, описывающие поведение ТП.

В зависимости от сложности и формалиэованности задач, выделяются

3 уровня мышления и поведения оператора, основанные на!

навыках (действия оператора рефлекторны и оттренированы); правилах (действия оператора подчинены правилам управления); знаниях (действия оператора требуют понимания протекающих в Э6 процессов). У

В процессе решения эадач оператор может использовать 5 типов моделей, формализующих описание ЭБ*

Физическую (математическое описание физических процессов)! функциональную (описание подсистем >Б, их функций и связей)) экономическую (определяющую стоимость операций управления)! процедуральную (описание процесса управления в виде правил)! когнитивную (отражение интуитивной модели оператора).

Анализ деятельности оператора включает: 1) определение соотношений уровней мышления; и 2) определение соотношений типов юделей для каждого иэ пяти этапов решения эадач трех категорий, оотношения оцениваются экспертным путем. Разработанная анкета« рагмент которой приведен на рис.1, содержит два таблицы (анали-а уровней мышления и анализа типов моделей). При заполнении леток первой таблицы эксперт указывает удельный вес (от О до 10) аждого иэ 3 уровней мышления <во второй таблице указывается

удельный вес каждого из 5 типов моделей). Сумма весов в каждо! клетке должна равняться 10.

Анализ технологических задач включает: 1) формирование списка эадач управления; и 2) их ранжирование по 6 «акторам, харак теризумщим сложность и трудоемкость решения задач. Этими ¡¡¡акта рами являются:

1. объем основной, непосредственно используемой информации;

2. объем косвенной или явно не формируемой информации;

3. достоверность и качество ннсормацит

4. эргономические и психологические условия;

3. требуемая быстрота реакции оператора)

£>. экономические и экологические последствия нерешения эадач Значимость для каждой задачи того или иного фактора, выявление в результате экспертизы, определяет необходимость введения тс или иной функции поддержки оператора. Технологические задач»-подлежащие анализу сводятся в 2 списка: список задач изменен» ТП и смены режима эксплуатации ЭБ ("плановые задачи“); и списс задач, возникающих вследствие аномальных ситуаций ("аномально задачи"). Ранжирование задач выполняется экспертным путем. Д. этого задачи одного списка (каждый список исследуется отдельн< подвергаются попарному сравнению. Критерием сравнения, при этга является один из Ь перечисленных выше факторов. Результат ера1 нения записывается в соответствующую клетку анкеты. Фрагмент к торой приведен на рис.2. Окала сравнения состоит иэ 7 значени

4 - первая иэ сравниваемых задач "намного более значима”, ч вторая по заданнЬму критерии сравнения; 3 - “более значима“; 2 “чуть более значима"; 1 - "задачи равноценны”; 1/2 - ”чуть меи Значима"; 1/3 - “менее значима“; 1/4 - "намного менее значима" Обработка оценок выполняется в следующей последовательноет анализ заполненных экспертами анкет и отсеивание наиСси

Аномалии

Изменение

Регуливсвание

' Навыки: 3 Навики: 3 Навык*: 3 Навики: 4 Навыки: 4

Правша: 3 Правила: 4 Правила: 3 Правила: 4 Правила: 3

Знанні: 4 Знания: 3 Знания 4 Знание: 2 Знании 3 .

Навики: І Навики: 2 Навыки: 3 Нааыки: 3 Навыки: 4

Прави/а: 4 Правила: 4 Правила: 3 Правила: 3 Правила: 3

Знанні: * Знания: 4 Этики 4 Змінні; 2 Знании 3

Навыки: Навыки: 3 Навыки: 4 Навит 5 Навыки: 4

| Прав««: 5 Правила: 3 Правил*: 4 Правила: 4 Правила: 2

Знання: 4 Зміни»: 4 Знании 2 Знания: 1 Знания: 4

Обнаруїение Планирование Исполнение Отслеживание

Рис.1* Таблица соотношений уровней мышления анкеты анализа деятельности оператора.

1 2 3 4 5 4 7 в 9 10 И 12 13 II

} !. Бклвчение-'выклвчение ГЦН, | ^ » і 1/4 і ¡из . I .. 2 І/4 1М | из 1 1/3 1/3 1/2 1/3 1/2

! 2. Подготовка 1 и 2 к. к гидре-! [ испытания* (заполнение,! 4 | всздухсудалгчие, разегрвв). { I 3 2 * 1 1 | 2 3 2 г 3 2 3

' 3* Гкврсиспытюи» 1 и 2 к. і 1 Iі >п 1 т і 1/4 1/4 1/3 1 1/5 1/г т 1/3 1/2

' 4. Раэогрм 1 и 2 к, | ! 13 і .... і 1/2 | 3 ! 4 1/2 1/2 і т ■ і 2 1 1

! 5. Выход на »VУ. ! ; ¡1/2 1/4 | 1/2 1 1/4 и* 1« 1(2 1М їм 1/3 У* 1/3

Ь. Набор вакуум* на турбине. | ^ . ....... .. і. I і г 4 1 2 2 < г 2 3 2 3

7, Вклвчение ТНЧ. ] { - а » і *

11. Риг узка и отклгкние блоке! ОТ С(ТИ. 3 -1— 1/2) 3 .1 . 1 * 1/2 1 I 3 1 і 2 1 !'

12. Осгіноі реактор«. г 1(3 2 1/2 3 1/3 1/2 1/2 2 1/2 1/2 1 1/2 1/2

13. Ра«о<аіічі*и» 1 *. 3 1/2 3 1 4 1/2 1 1 3 1 • 2 1 1

И. (ююмппмп турїоусино»-ки. ' ■ 2 1/3 2 1 3 1/3 » 1 2 1 1 2 1 1

Рис. 2. фрагмент таблицы анализа плановых «задам по критерии "объем косвенной информации" .

противоречивых таблиц, либо их повторное заполнение;

преобразование <унификация) анкетных таблиц в единую форму, удобную для автоматизированной обработки экспертных оценок;

обработка таблиц методом ранговой корреляции, выделение

г

подгруппы экспертов с высокой взаимной согласованностью мнений и получение обобщенного мнения этой подгруппы.

Для анализа анкет предложены следующие показатели:

1« коэффициент согласованности Анкеты анализа деятельности оператора, характеризующий степень адекватности восприятия экспертом объектов экспертизы деятельности оператора: уровней мышления и типов моделей. Исходя из предположения о наличии связи между указанными объектами экспертизы (например, процедуралъная модель явным образом связана с уровнем правил) , предложена методика пересчета таблицы анализа уровней мышления в таблицу анализа типов моделей« Основой для вычисления коэффициента согласованности является ризница между фактической и расчетной таблицами анализа типов моделей;

2« коэффициент противоречивости анкеты анализа технологических задач, предназначенный для выявления относительного числа противоречий в а/днаЙ таблице* Противоречием считаются ситуациях

> 1 & Глк > 1 & I) * К < 1*

Ьх,л 8 1 Ь. Елк > 1 & Одк < 1 9

Б*., а* 1 & 15 .ж * 1 Ь ( Охк > 1 V Р*к < 1)

г» =- 2 ъ &.ЭК < 1 «с Е*к > 1 ,

< 1 *! В«7К < 1 В*к > 1.

где к > Б*»* - результаты попарного сравнения і-й и ¿-й,

_)-й и к-й, Л -й и к-й задач, соответственно. Є процессе унификации анкетный таблиц выделяются следующие единицы информации для автоматизированной обработки: одна клетка таблицы анализа уровней мышления; одна клетка таблицы анализа типов моделй;

одна таблица аінализа технологических задач, сводимая к нор*

и

мироыанному вектору трудоемкости задач.

Выделение и анализ высокосогласаванмых подгрупп эксперте* осуществляется с помощью эвристической процедуры, использующей коэффициенты парной ранго£0й корреляции экспертов и коэффициент конкордации. Итоговые оценки рассчитываются как. взвешенные средние оценок экспертов. Весовой коэффициент эксперта обратно про~ порционален вкладу оценок данного эксперта в общую дисперсию.

Подготовка анкет и обработка экспертные оценок автоматизированы с помощью разработанного комплекса программ ЭКСПЕРТ. Комплекс реализован е виде диалогового пакета программ, ориентированного на работу с персональной ЭВМ "Электроника-85”, Диалог защищен от ошибок, содержащихся во входной информации пользователя. Программы написаны на языке ФОРТРАН для операционные сред семейства РАфОС. Тексты программ приведены в Приложении.

В третьей главе представлен метод описания предметной области в подсистеме диагностирования СПО. Подробно описывается представление диагностических знаний« структурируемых в виде дерева анализа ситуаций. Рассматривают я элементы дерева и способы их кодирования. Перечислены режимы работы и приведена структура информационно.—программного обеспечения подсистемы диагностирования, Даны алгоритмы автоматической обработки деревьев анализа ситуаций. Рассматриваются методы синтез* диагностических знаний.

Целью описания предметной области для подсистемы диагности-

эаеания СПО является формирование ■ СПО механизма, позволяющего

ъ

эыполнять автоматическую идентификации» состояния ТП и оборудовав* -*ия ЭБ и диагностирование аномалий. Задачами описания предметной

5бласти ЯВЛЯЮТСЯ!

1) разработка метода представления знаний о диагностике ТП 1 оборудования ЭБ, позволяющего структурировать элементы описания предметной области в база знаний СПО?

2) создание меуанизма использования диагностическич зн-аний для автоматической идентификации ситуаций с помощью

Основной единицей описания предметной области является алгоритм анализа ситуаций (ААС), предназначенный для идентификации одной или нескольких связанных технологических ситуаций. Множество ААС объединено в дерево анализа ситуаций (ДАП). ДАС являет— ся двоичным деревом, состоящим иэ корня ДАС, корневых узлов ААС, промежуточных узлов и листьев. Листья ДАС содержат результат анализа VI сообщения оператору. Анализ ситуации выполняется последовательной проверкой условий, ассоциированных с каждым узлом ДАС ("раскрытием*1 узлов), В результате изучения характера диагностических знаний в ДАС введены 4 типа условий, выполнение или невыполнение которых идентифицирует определенные события*

1. Анализ значения параметра — позволяет идентифицировать факт достижения, недостижения или превышения технологическим па-* раметром некоторого значения, либо изменения параметра на некоторую величину относительно фиксированного значения (выход за уставки)*

А<1 ): У й V ± е,

где А<1) — идентифицируемое событие, У — значение технологического параметра, V — сравниваемое значение, е — допустимое отклонение от V (либо уставка), Я - символ », **, >, >, <, <%

2. Анализ изменения значения параметра — позволяет идентифицировать факт изменения параметра со скорость», превышающей, равной или недостигшей некоторой величины*

ау

А(1) : — Я V + е,

сП

где — изменение значения параметра У за время «Н*

3. Анализ взаимосвязей параметров - позволяет идентифицировать факт согласования или расхождения поведения двух парамет-

ров, взаимосвязь которых представлена в виде линейного уравнения:

Л (1 > у Ук Й аУи + Ь +■ е, где Ук — значение зависимого технологического параметра; У(_ —

значение независимого технологического параметра; а,Ь — коэффициенты регрессии.

4. Анализ диалоговой информации - позволяет идентифицировть события, информация от которых поступает в ЭВМ от оператора, а не от датчиков в автоматическом режиме.

Диагностирование ЗБ АС предполагает учет динамики поведения этого объекта. Наряду с динамикой изменения технологических параметров, учитываемой в условиях 2—го типа, в ДАС отражена и динамика наступления и развития событий. Для этого с ветвями ДАС

*

могут быть ассоциированы временные задержки.

Механизм обработки диагностических знаний, структурирован— ных описанным выше способом, реализован в виде подсистемы диа>— ностирования СПО. Анализ ситуации выполняется по следующим правилам«

1. узлы ДАС раскрываются последовательно от корня до листа;

2. раскрытие узлов 1-3 типов выполняется сравнением текущего, автоматически вводимого в ЭВМ значения технологического параметра с заданной величиной)

3. раскрытие узлов 4 типа выполняется в диалоге с оператором)

4. по мере продвижения по ДАС регистрируется путь;

5. при прохождении ветви, содержащей задержку« подсистема диагностирования переходит в состояние ожидания на время, равное величине задержки;

6. если ветвь, содержащая задержку, лежит на пути, уже пройденном во время предыдущего Анализа, то оадержка не выполняется;

7. при раскрытии узла 2 типа подсистема диагностирования переходит е состояние ожидания на время , если »тот увел не рас-

крывался во время предыдущего анализа;

8. сообщение! содержащееся в листе, выдается оператору только в том случае, если путь, по которому был достигнут пясТ| отличается от пути, пройденного во время предыдущего анализа;

9. если получен вывод о нормальном функционировании установки, то пройденный путь аннулируется;

10. для учета исзменения ситуации все рестарты (возвраты из состояния ожидания) выполняются входом в корень ДАС.

Структура программного обеспечения, реализующего описанный механизм, представлена на рис.З. Подсистема диагностирования работает в двух режимах! o-ff-line — наполнение и модификация базы знаний; on-line — анализ ситуации в реальном масштабе времени. 6 режиме on-line подсистема может находиться в трех состояниях (рис.4). Полная инициализация ДАС представляет собой декларацию состояния энергоблока, которое подсистема диагностирования будет считать штатным. Инициализацию ДАС оапускает оператор после того, как установкой достигнут штатный режим эксплуатации. 6 процессе инициализации выполняется последовательный перебор узлов 1 типа ДАС и вычисление значений V следующим образом»

!W, если в узле анализируется достижение параметром некоторого абсолютного значения W,

Y+W, если в узле анализируется выход параметра за уставки,

где Y - текучее знамение параметра в штатном режиме.

Программное обеспечение предназначено для эксплуатации в условиях ограниченных вычислительных ресурсов и ориентировано на операционную среду реального времени ДОС Рв технологической ЭВМ М—6000. Требуемые ресурсы — 12 Кбайт оперативной памяти, не менее 40 Кбайт емкости НМД. Программы написаны на языке ФОРТРАН. Работа с подсистемой диагностирования происходит в диалоговом режиме с частичной защитой от ошибок, содержащихся во входной

путь

Супервизор ДОС РВ

:----------------->

Регистрация

пути

------------з-

сообщения

Организация Продвижение

рестарта по ДАС Сторож

'< Т А

Ввод—вывод Раскрытие ^^ СОК

элемента ДАС вершины ч,—^

Создание, заполнение и нолификация файла ДАС

СОК — система общетемнологического контроля, выполняющая мод значений технологических параметров в ЭВМ.

Рис.З. Структура программного и информационного обеспечения подсистемы диагностирования.

«

г

Полная или частичная инициализация

комлидл оператора И----------—-------------

)

Ожидание

V

л

функциониров ан установки

Получен пмвод о нормальном

Анализ ситуации

Анализ закончен встречена ветвь с задержкой или уз»л 2—го типа >

Отклонение базового параметра, окончание задержки

Рис. л. Диаграмма состояний режима "оп-Ипе".

8 четвертой главе приведены результаты применения разработанный методов для анализа процесса управления ЭБ АС с ВВЭР~1000 и для описания ряда задач диагностирования о<5орудования ЭБ АС с реакторам БН-350. Описана последавательность экспертизы, перечислены принципы подбора и анализа группы экспертов, участвовавших в опросе, дан перечень технологических задач, подлежащих исследованию. Приведены алгоритмы диагностирования течей парогенератора реактора БН-350, показана процедура их кодирования в ДАС.

Описанный в главе 2 метод анализа предметной области СЛО был использован для исследования ЭБ АС с ВВЭР—1000, Выбранный объект является одним из наиболее широко распространенных, а уровень абстракции, на котором выполняется анализ, позволяет перенести полученные выводы на другие объекты аналогичного типа. В качестве АС с ЭБ указанного типа была выбрана Калининская АЭС. Для репрезентативности выборки к экспертизе были привлечены представители различных должностей* инструктор учебно—тренировочного пункта, начальник смены блока, начальник смены реакторного цеха, инженер управления реактором, инженер управления турбиной, начальник смены станции, В первом этапе обследования участвовало 14 экспертов, во втором - 7. ‘

В процессе обработки экспертных оценок для каждой единицы обработки были сформированы высокосагласозанные подгруппы экспертов. Анализ показал наличие зависимости между коэффициентом согласованности анкеты эксперта и частотой вклмчения этого эксперта в высокосогласоаанные подгруппы. Это подтверждает корректность использования предложенного коэффициента в качестве оценочного критерия качества анкет.

Реоультаты анализа деятельности оператора сведены в диаграммы (рис.5), по которым можно проследить оа иаменением удельного ягеа уровней мыпления и типов моделей на различных этапам реве— ния па дач и сформулировать, в частности, следу»*»» выводы!

1. Основу позедения оператора составляют правила и процедуры|

2. По мере усложнения оадач (от регулироэвния до аномалий),

уменьшается тренированность оператора и повывается доля онаний|

3. Этап исполнения хороео оттрснироэан, однако в аадачам иа-менэния режима требуется определенная доля сгнаний и опыта|

4. Наиболее подробно расписаны инструкции для аномальным си- . туаций, однако при им обнаружении оператор испольоует свой опыт (например, внутренние диагностические уставки*|

3. Наиболее сложной и трудноформалиоуемой валяется классификация и диагностирование аномалий. >тагм классификации и отсле-

живания характериоуитс* высокой долей онаний и опытаI

А. На этапам планирования и исполнения оадач оператор исполь-оует экономические покааатели, разрабатывая более оптимальные планы, нежели предусмотренные инструкцией.

Анализ технологических аадач вклмчал исследование 14 плановых! 1> вклпчение-еыкличение ГЦН, 2) подготовка 1,2к. к гидроиспытаниям, 3) гидроиспытания 1,2 к., 4) раеогрее 1,2 к., 5> выход на МКУ, А> набор вакуума на турбине, 7) включение ТПН, в) толчок и вывод на 1500 об/мин турбины, 9) вклачение генератора в сеть,

Навыки

Правила

Знания

физическая

фум-сциональ на я

Процедур аль на я

регулирование

изменения

аномалии

0£н:р. Клее. Плах*. Ксгмл, Отеле. Обмір. Класс. Пданк. #с«м. Огсле.

Рис.5. Диаграммы соотношений уровней мышления и типов моделей.

10) подъем мощности до номинальной, 11) разгрузка и отключение блока от сети, 12) останов реактора, 13) расхолаживание 1 к., 14) расхолаживание турбостановки» и 15 аномальных задач* 1) не-компенсируемые течи 1 к., 2> течи из 1 к. во 2 к.| 3) компенсируемые течи 1 к., 4,5) разрыв паропровода или трубопровода питательной воды » неотключаемой и отклячаемой части ПГ, Ь) ложное открытие предохранительных устройств 1,2 к., 7) отключение ГЦН ». различным комбинациях, 8) отключение ТПН, 9) аварийное отключение генератора, 10) аварийное отключение турбины с потерей или без потери вакуума, 11) полное ожесточение блока, 12) полная потеря подпитки 1 к., 13) отключение циркуляционных насосов в различных комбинациях, 14) отключение конденсатных насосов, 15) повышение вибрации на турбине.

Результаты анализа представляют собой векторы относительной важности задач по 6 критериям. Укапанные векторы ранжируются и сводятся в табл.1,2. В процессе формирования этих таблиц ранги векторов, соответствующих критериям 3,4 инвертируются, что обеспечивает единую последующую трактовку результатов. Анализ табл.1 с учетом содержания плановых задач позволяет перечислить требуемые Функции поддержки их решения. Анализ табл.2 показывает, что четкое разделение критериев при оценка аномальных задач затруднено, в результате чего резко выделяйте« наиболее сложные задачи 1-6,11, функциями поддержки которых являются 2-9.

Приведенный в главе 3 метод описания предметной области ■ подсистеме диагностирования СПО был использован для автоматизации задач диагностирования течей парогенератора ЭБ АС с реактором БИ—350. Идентифицируются следующие ситуации» возможность течи; течь воды в натрий; нарушение режимов работы системы индикации водорода; пропуск арматуры по линии "чистого" аргона; течь сплава натрий-калий в натрий 2 к.( течь пара в натриевую полость

✓

Таблица 1

Ранги плановых задач

+---—-—+------——-—+■—————----------------------------—- --+■

Номер задачи Функции поддержки -4 1 2 Іамер кр 3<*> итерия 4<*> 5 Ь

1 4,12 12 14 14 13 6 7 !

2 1-3,5,12-14 13 1 2 1 13 13 !

3 1-6 14 3 6 2 9 10 !

4 5,14 11 9 5 6 10 12 !

5 4,10,11 9 13 11 14 . 7 1 !

6 1,5,6 ' 7 2 4 3 14 14 !

7 2,12-14 В 6 Ю 12 В 9 ■

8 1,3-4,12,14 3 4 13 5 5 6 •

9 4,11,12-14 5 11 12 9 3 3 !

Ю 3-4,10-11 2 10 9 10 2 4 !

11 1,3-4,12,14 1 7 7 8 1 5 ■

12 1,4,10-11 4 12 а 11 4 2 !

13' 1,2,5,13-14 6 5 3 7 11 8 !

14 1,5-6 10 8 і 4 12 11 !

<*) инвертированные ранги

Таблица 2

Ранги аномальных задач

Номер критерия і

1 2 3<*) 4 (*> 5 6 !

! 1 2 1 1 1 4 1 !

! 2 1 2 2 2 5 2 !

! 3 & 4 4 5 7 с. і

• 4 3 3 3 3 3 4 !

! 5 7 6 7 4 2 5 !

! 6 4 5 6 7 1 3 !

* 7 9 12 12 13 11 10 •

! 8 11 15 13 15 12 13 •

! 9 10 9 11 11 9 9 •

! 10 в 10 9 10 8 8 •

! 11 5 7 5 6 6 7 !

! 12 12 а 10 8 14 И !

! 13 14 13 15 12 10 12 !

! 14 13 14 14 14 13 15 !

! 15 15 и 6 9 15 14 !

паропсрэгреаателя. Диагностирование выполняется по следующим те—

хнологическмм параметрам! концентрация водорода в газе — С <НаеАг)

концентрация водорода в теплоносителе — C(HaNa)і давление аргона в буферной емкости парогенератора — Р<Аг); давление аргона и уровень сплава натрий-калий в емкости КО-1 — Р(КП—1),Н(КО-1). По каждой ио диагностируемых ситуаций определены последовательности действий оперативного персонала. Некоторые из ситуаций, в зависимости от глубины их развития, влекут за собой несколько возможных последовательностей действий. В качестве основного способ« выявления знаний испольаоаан экспертный опрос в форме собеседования. В коде экспертизы получены 10 продукционных правил вида! Прасило S

ЕСЛИ (Повыюение давления аргона во 2 контуре на 30 КПа)

И (Повышение концентрации водорода в натрии на О.1 ppm

ИЛИ Повышение концентрации водорода в аргоне)

ТО (Течь воды а натрий) (ситуация 5)

Выявленные правила сводятся в таблицу решений (табл.З), упрощающую построение НАС и виявляючую целостность знаний. На основании таблицы решений можно построить графическу» схему ААС (рис.6).

Таблица 3

фрагмент таблицы решений для идентификации ситуации 3

4 ! С _н (НжАг) ! С (HaNa) ! Р (Аг) Р (КО-1) ї Н (КО-1) ! Ситуация !

« і її а і і

і Т ! - ! і і

1 - ! Т 0.lppm ! і і

1 1 1 і і

Для кодирования ЛАС необходимо определить интервалы плачений технологических параметров, соответствуютіе пороговым значениям, принятым для регистрации событий. Такая интерпретация приведена в табл.4 и является в значительной степени условной, примятой автором а качестве~начальнаго приближения. Это приближение

Рис.6. фрагмент ААС для идентификации ситуеции 5. не является абсолютна корректным и подлежит уточнению в процессе эксплуатации ААС.

Таблица 4

фрагмент таблицы интерпретации значений параметров

1 Событие і -+■ Интерпретация !

+

1 г* / и * ! С (НаАг) > СЧНаАг) + 0.0015 !

! С (На№> Т 0.1 ррт ! С (На№) > СЧНаЫа) +0.1 * 0.01 !

! Р <Аг> Т 30 КПа ! Р (Аг5 £ Р“(Аг) + 30.0 + 3.0 ! —

Примечание! звездочкой помечены значения параметров, зафик-

сированные в нормальном состоянии установки.

В заключении изложены выводы по диссертационной работе.

В приложении к диссертации помещены тексты программ системы ЭКСПЕРТ и подсистемы диагностирования СПО.

Основные ВЫВОДЫ!

1> Сформулированы цели, задачи и Функции СПО, разработана ее структура. Описан процесс проектирования СПО. Этапы проектирования согласованы с этапами существующих ГОСТов на разработку автоматизированных систем;

2) Разработан метод анализа предметной области СПО, формализующий исследование деятельности оператора на основе его операциональной модели и исследование технологических задач управ—

i

лени я ЭБ АС;

3) В рамках метода анализа предметной области разработаны: порядок проведения экспертного опроса; анкеты; и способы интерпретации результатов экспертизы;

4) Предложена и реализована схема обработки экспертных оценок. Введены показатели качества заполнения анкет - коэффициенты согласованности и противоречивости. Разработана эвристическая процедура выделения высокосогласованных подгрупп экспертов;

5) Создан диалоговый комплекс программ ЭКСПЕРТ9 автоматизирующий обработку экспертных оценок на ПЭВМ “Электроника—85й;

6) Разработан метод описания предметной области для подсистемы оперативного диагностирования СПО, формализующий представление знаний о диагностике ТП и оборудования ЭБ;

7) Основу для структурирования знаний составляют деревья анализа ситуаций, предполагающие низкий уровень абстракции и позволяющие регистрировать 4 типа событий с учетом динамики ТП ЭБ;

8) Сформирован механизм манипулирования знаниями в ЭВМ, на основании которого создано соответствующее программное обеспечение. Комплекс программ ориентирован на технологическую ЭВМ N-6000 и предназначен для работи в реальном масштабе времени;

9> Проведен анализ процесса управления ЭС АС с ВВЭР—!000. Данные Для анализа получены путем экспертного опроса специалистов

і

Калининской АЭС. В результате анализа перечислены функции поддержки оператора для 29 технологических задач управления ЭЕ. Адекватность полученных выводов подтверждена специалистами;

10) С помощью разработанного метода и программного обеспечения описаны процедуры диагностирования течей парогенератора ЭБ АС с реактором БН-350. На основании выделенных экспертным путем диагностических знаний сформировано дерево Анализа, ситуаций, показавшее адекватность и эффективность предложенного метода.

Основные материалы диссертации опубликованы в работах:

1. Анохин А.И. Компактная диагностическая система для АЭС. - Б кн.: Надежность элементов ядврных энергетических установок. - Обнинск: ИАТЭ, 19SS, с.9-14.

2. Анохин А.Н. Программная реализация компактной диагностической системы. - В кн.і Повышение эффективности программных и аппаратных средств контроля и диагностирования в ГПС приборостроения, Тезисы докладов научно—технической конференции.

Л.: Судостроение, 1988, с.56-57.

3. Анохин А.Н., Куприянов В. М. Исследование деятельности оператора при построении систем поддержки. — 6 кн.5 Диагностика и прогнозирование надежности элементов ядерны* энергетических установок. - Обнинск! ИАТЭ, 1989, с.62—67.

4. Анохин А.Н., Острейкоеский В.А. Разработка системы поддержки оператора энергоблока АЭС. — В сб.і Атомные электрические станции. Вып.11. - М.і Энергоатомиэдат, 1989, с.37-47.

5. Анохин А.Н., Острейкоеский В.А. Способ представления знаний в гибридной экспертной системе поддержки оператора. — В сб.* Распределенная обработка данных и локальные сети ЭВМ. - М.і МаНТП, 1987, с.85-68.

6. Анохин А.Н. , Острейкоеский В.А., Сальников Н.І1. Системы поддержки оператора АЭС. — Обнинск» ИАТЭ, 198В. — 92 с.