Архитектура и компьютерные технологии систем диагностики и мониторинга состояния оборудования сложных технических объектов

В В Е Д Е Н И Е Одним из наиболее важных объектов (СТО) как продукции свойств сложных технических производственно-технического назначения является надежность. При проектировании, изготовлении и эксилуатации, наиример, горнодобывающих, станций, машин, крупных, а также и энергетических, нефтяных установок и она металлургических, газопромысловых систем обеспечивается методами и средствами характерными для каждого этапа «жизненного цикла» объекта-изделия. При этом, эксплуатационная надежность восстанавливаемых систем наиболее эффективно достигается прогрессивными стратегиями технической эксплуатации надежности контролем объектов (стратегии «ио состоянию» с контролем уровня с функциональной диагностики) и/или состояния (стратегии технического технического мониторинга), для осуществления которых иеобходимы системы технической диагностики (СТД) и системы технического мониторинга (СТМ) соответственно. Стратегии диагностики и мониторинга технической являются эксплуатации ресурсосберегающими технологиями восстанавливаемых объектов и их использование предпочтительно. Вместе с тем, по составу и сиособу реализации СТД и СТМ являются сложными компьютеризованными системами. Технически возможное и экономически целесообразное применение таких изделий требует многовариантного обоснования использования этого принципиально нового класса автоматизированных систем неирерывного или периодического исследования технического состояния объектов. Анализ фундаментальных трудов в области кибернетики и информатики отечественных и зарубежиых ученых, особенно таких как: Н. Винер, Х. Эшби, В. М. Глушков, А. А. Воронов, Н. Н. Красовский, В. А. Траиезников, К. В. Фролов, а также анализ научно-технических достижений в области создания и использования иоказал, что в успещного микрокомпьютерных вычислительных устройств настоящее применения время созданы серьезные иредпосылки СТД и СТМ для обеспечения эксплуатационной надежности оборудования сложных восстанавливаемых объектов. Одновременно с этим, анализ современных методов системотехники, теории технических систем и накоиленного опыта создания и использования СТД и СТМ в различных отраслях народного хозяйства показал, что в настоящее время отсутствуют удовлетворительные методы, математические модели, алгоритмы и программы для внешнего автоматизированного проектирования этих систем на стадии решения научно-исследовательских и опытноконструкторских задач. Это, естественно, не позволяет получать оптпмальный, по заданным критериям, технический облик или функционально-структурную организованность этих дорогостоящих систем. В настоящее время при создании СТД и СТМ применяются исключительно интуитивные методы эскизного проектирования. Рост объема функций автоматизированного управления, с одной стороны, и рост уровня автоматизации ироцессов управлеиия эксилуатационной надежностью, с другой стороны, в условиях ограниченных затрат еще более обостряют проблему выбора наплучщего варианта автоматизации СТО. К огромному сожалению, выбор вариантов систем автоматизации сложных технических систем происходил в последние годы не в иользу компьютериых систем управления их надежностью. Результаты не замедлили ироявить себя огромным социально-экологическим ущербом последнего десятилетия. Поэтому задача иоиска рациональной архитектуры систем диагностики и мониторинга с позиции требований оборудования обеспечения эксплуатационной надежности технических объектов является актуальной проблемой. Не менее важной является задача поиска рационального внутреннего содержания систем диагностики и мониторинга. Речь идет о создании рациональных информационных технологий контроля технического состояиия объектов. В настоящее время эта задача полностью не решена. При этом следует отметить, что и методов неразрушающего объектов, на контроля базе технического которых и состояния наблюдаемых формируются информационные технологии, на сей день разработано недостаточно. Воиросы создания рациональных систем и новых информационных технологий диагностики и мониторинга, а также иоиск новых методов неразрушающего контроля технического состояния СТО составляют основную часть теории компьютерных систем диагностики и мониторинга состояния СТО. Поскольку выгода от исиользования ресурсосберегающих техиологий диагностики и мониториига очевидна, а их применение в нынешних условиях возможно и необходимо, то разработка актуальной теоретических проблемой. основ таких систем является весьма подтверждается практической Это необходимостью обеспечить рациональное проектирование, создание и внедрение в различные машиностроительные отрасли народного хозяйства всей страны оптимальных по критерию экономической эффективности компьютерных выпускаемых систем сложных обеспечения технических надежности объектов и всех вновь произвести дооснащение такими системами ранее созданные объекты.

ВЫВОДЫ.

В качестве выводов по четвертой главе отметим, что, используя метод концептуально-атрибутивной постановки и аппроксимации задач анализа и синтеза систем диагностики и мониторинга состояний СТО, мы можем с помощью атрибутивных математических моделей проводить научные исследования на качественном уровне получаемых решений. Это дает возможность не тратить усилия на разработку параметрических моделей в случае получения неудовлетворительных результатов, а строить ее только для принятого варианта системы.

5. СТРАТЕГИИ РАЦИОНАЛЬНОГО ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ ДИАГНОСТИКИ И МОНИТОРИНГА ОБОРУДОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ.

5.1.Этапы и стадии создания новых или модернизации имеющихся сложных объектов.

Сравнительный анализ существующих методов создания сложных технических объектов и систем показывает, что в процессе их проектирования принято выделять внешнее, техническое и рабочее проектирование. Внешнее проектирование (его также называют эскизным или авангардным) представляет собой процесс проведения научно-исследовательских работ (НИР). В результате проведения НИР создается технический облик проектируемой системы, который затем на стадии опытно-конструкторских работ (ОКР) совершенствуется. В результате проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР) создается технический облик и разрабатывается техническое задание на техническое (ТП) и рабочее (РП) проектирование. В процессе выполнения ТП и РП разрабатывается проектно-сметная документация на создаваемую систему. Работы, проводимые на стадии ТП и РП, регламентированы многочисленной нормативной документацией. Они регламентируются ГОСТами, общеотраслевыми руководящими документами, ОСТами, системами единой конструкторской и технологической документации, руководящими документами, стандартами предприятий, нормалями и т. д. Работы стадии НИР и ОКР, как процесс научно-исследовательской деятельности трудно поддающейся регламентации обычно выполняют в рамках теории той пли иной технической системы. Основные этапы создания новых или повышения эффективности имеющихся изделий приведены на рисунке 35. В настоящее время известно большое.

Основные этапы создания новых или повышения эффективности имеющихся изделий.

Изготовление t.

Техническое задание.

Технический проект (ТП) * Рабочий проект (РП).

Поиск новых решений.

Усовершенствование изделий.

НИР, ОКР, НИОКР.

1. Изучение проблемной области существования объекта.

2. Исследование проблемной ситуации.

3. Поиск актуальных проблем.

4. Составление списка необходимых требований.

5. Составление списка недостатков прототипа.

6. Составление карты технического уровня нового изделия.

7. Определение частей «дано» и «требуется найти» .

8. Разработка и реализация стратегии решения задачи.

9. Макетирование.

Рис. 35. число методов внешнего проектирования сложных технических объектов, среди которых, по способу принятия проектных решений выделяют методы субъективного и объективного проектирования. Субъективные методы внешнего проектирования сложных технических систем, которые реализуются организационной структурой главных специалистов, используют интуитивное построение субъективного технического облика создаваемого объекта.

Все процедуры субъективного проектирования являются эвристическими, а само проектирование сводится, в конце концов, к методу «проб и повторений». Такой подход прост и хорошо позволяет репродуцировать изделия с целью постепенного устранения ошибок проектирования. Однако, цена ошибки, допущенной на стадии внешнего проектирования новой системы, иногда оказывается очень большой и может проявиться на стадии эксплуатации системы в виде экономической неэффективности, крупных поломок и аварий, а иногда даже в виде социальных, экономических, экологических или глобальных катастроф. Задача субъективного проектирования сложной технической системы — Si, как множество найденных в ходе целевого анализа проектируемой системы функцийF, формулируется как задача поиска структурной реализации этих функций:

Si (F) = Sf, (5.1) где Sf — структура функциональных подсистем или функционально-структурная организованность системы. При этом предполагается, что лучший вариант реализации системы заранее известен и не вызывает сомнений. В случае применения систем автоматизированного проектирования (САПР) процедуры внешнего субъективного решение задачи (5.1) стремятся выполнить формализованно. При этом, уровни формализации задачи могут быть различными, от определения состава и порядка выполнения эвристических процедур, до сведения таких процедур к алгоритму, реализуемому на ЭВМ.

Попутно отметим, что в теории алгоритмов под алгоритмом принято понимать порядок воздействия на предварительно найденные исходные данные. С помощью алгоритма они преобразуются и выдаются в виде результата. Алгоритм всегда имеет дело с входными, промежуточными и выходными данными, к которым обычно относят числа, векторы, матрицы, графы, формулы и для их обозначения используют алфавит или языки описания алгоритмов. Алгоритмы, как правило, состоят из отдельных шагов, последовательность которых всегда детерминирована. Кроме того, алгоритмы всегда предполагают наличие данных, описания алгоритмов (инструкцию или программу преобразования данных), механизм реализации алгоритма (например, микрокалькулятор, ПЭВМ, ЭВМ, комплекс ЭВМ или сеть ЭВМ) и представление полученного результата. Поэтому, с целью формализации процедур внешнего субъективного проектирования каждой методикой предусматривается построение алгоритма их выполнения. Однако, только алгоритмизация субъективных процедур к наилучшим результатам решения задачи (5.1) не приводит.

Объективное внешнее проектирование сложных технических систем проводят с целью построения их оптимального технического облика по каким-либо выбранным или заданным критериям оптимизации. Объективное проектирование предполагает решение сложных научно-технических задач, требующих для своего решения сложного математического аппарата формализации описания систем. Для этих целей могут привлекаться теория математического анализа, теория четких или нечетких множеств, теория вероятностей, теория оптимизации, топология, теория массового обслуживания, теория расписаний, теория информации, теория управления и т. п.

В объективных методах внешнего проектирования часть процедур выполняется формально. Процедуры алгоритмизации, программирования и численного сравнения альтернативных вариантов формальны по определению. Объективные методы, как правило, предусматривают решение оптимизационной задачи вида:

Fo (y) —> max (min), (5.2) где G — множество параметров, характеризующих системуу- есть выходные (искомые) параметрыFo — целевая функция или критерий оптимизации. Однако, при большом числе исследуемых параметров решение задачи (5.2) вызывает определенные трудности. Поэтому стремятся найти более простую модель путём сведения задачи (5.2) к более простой, но достаточно близкой к ней задаче:

Fo (y) —> max (min) | U, (5.3) где GA — ограниченное множество параметров, характеризующих системуU- условия применимости параметров. Такая аппроксимация задачи (5.2) упрощает ее решение, и если математическая модель (5.3) адекватна модели (5.2), чувствительна, устойчива и эквивалентна, то поиск технического облика системы становится вполне возможным.

Объективные методы проектирования позволяют получать значительно лучшие результаты, чем при субъективном проектировании.

5.2.Повышение эффективности и надежности буровых установок производства «УРАЛМАШ» с помощью автоматизированных систем контроля и управления.

Как уже неоднократно отмечалось ранее, поиск эффективного функционирования сложной технической системы является ключевой научной задачей теории любых технических систем. В конце 80-х годов автору диссертации пришлось заниматься вопросами повышения эффективности работы буровых установок производимых ПО «УРАЛМАШ» [160] для глубокого и сверхглубокого бурения нефтяных и газовых скважин на суше и на шельфе морей. Повышение эффективности буровых установок отыскивалось на пути создания сложных мехатронных объектов с максимально возможным использованием микрокомпьютерной техники и современных информационных технологий. С этой целью были выполнены научно-исследовательские работы по систематизации технических решений в области автоматизации как самих буровых установок, так и в области автоматизации процессов бурения скважин. Необходимо отметить, что анализ отечественных и зарубежных систем автоматизации контроля и управления оборудованием буровых установок позволяет выделить два магистральных направления их развития.

Первое направление представляет собой разработку и создание автоматизированных буровых установок (АБУ). Они являются высоко механизированными установками с широким использованием пневмо-гидрои электросистем для дистанционного ручного, полуавтоматического (автоматизирован-ного) или автоматического управления основным технологическим оборудованием бурения и крепления скважин, а также спуска и подъема бурового инструмента.

Механизмы и агрегаты АБУ имеют нестандартный состав и исполнение. К таким установкам можно отнести БУ-4000НГ, БУ-4000ЭГУ, БУ-125А, БУ-4000А, (РОССИЯ) и АДМ1, АДМ2, НАДМ (США).

Второе направление автоматизации БУ объединяет разработку и создание систем и комплексов автоматизации контроля и управления процессами строительства скважин и широкого использования компьютерной техники для автоматизации отдельных технологических операций, в том числе и процесс обеспечения технологической и технической надежности бурового оборудования. Такие системы могут располагаться непосредственно на буровой установке или на удаленном, на значительное расстояние, информационно-вычислительном центре, но связанном с ней коммуникационной сетью передачи данных. Разумеется, что и в этом случае буровые установки должны иметь приспособленное для этих целей оборудование, т. е. оборудование должно быть управляемым, наблюдаемым, контролепригодным, восстанавливаемым и ремонтопригодным. Наиболее пригодными для этих целей являются БУ-3000 ЭУК-ЗМА, БУ-3000 ДЭРС, БУ-5000 ЭР, БУ-6500 ЭР, БУ-8000 ЭР (РОССИЯ) и ВНАМ (США).

В этой связи автору диссертации пришлось уделить большое внимание разработке технических предложений на разработку и создание бортовых автоматизированных систем контроля и управления буровых установок (БАСКУ БУ) различного назначения. В основном, это касалось электрофицированных буровых установок «ЭР» и «ДЭР» с регулируемым приводом основных механизмов для различных глубин бурения. Основные материалы, полученные в результате проведения научно-исследовательских работ, были опубликованы в [161−171]. Главным выводом этих работ явились научно обоснованная необходимость создания автоматизированных систем регулирования и управления приводными двигателями основных механизмов (буровая лебедка, ротор, АКБ и буровые насосы) буровой установки и создание автоматизированных систем контроля и управления эксплуатационной надежностью оборудования буровых установок. При этом было показано, что наибольший эффект от внедрения БАСКУ БУ достигается с помощью автономных и переносных (мобильных) систем диагностики и мониторинга состояния бурового оборудования. Поскольку выбор программно-технических средств для диагностики и мониторинга бурового оборудования был слишком широк, потребовалось разработать методику концептуального проектирования таких систем. С помощью этой методики в 1991;93 годах были выполнены работы по обоснованию создания систем диагностики и мониторинга бурового оборудования ПО «ОРЕНБУРГНЕФТЬ». Далее эта методика была модифицирована и преобразована в стратегию создания систем диагностики и мониторинга сложных технических объектов, для чего потребовалась разработка теоретических основ (методов и моделей) создания и эксплуатации этих систем. С помощью разработанной стратегии были созданы и укомплектованы программно-техническими средствами диагностические посты контроля технического состояния бурового оборудования ПО «ОРЕНБУРГНЕФТЬ» и нефтеперекачивающего оборудования ОАО «СИБНЕФТЕПРОВОД» .

Контроль и оценка технического состояния объекта любого назначения является неотъемлемой частью процесса его проектирования, изготовления, отработки и эксплуатации. С точки зрения обеспечения эксплуатационной надежности такие объекты должны изготавливаться контролепригодными и ремонтопригодными. Кроме того, они должны наделяться некоторым начальным уровнем эксплуатационной надежности. Попутно отметим, что этот уровень не должен быть слишком большим, т. к. это потребует больших затрат на изготовление объекта. Главнее постоянно поддерживать этот уровень в допустимых пределах. В этом случае можно получить оптимальные расходы на проектирование, изготовление, отработку и эксплуатацию объекта за весь его «цикл жизни». Основной задачей контроля технического состояния объекта в период его эксплуатации является получение технической и технологической информации о состоянии элементов объекта, на основании которой можно выдать управляющее воздействие на контролируемый объект с целью получения необходимой надежности его функционирования. Выбор ансамбля контролируемых элементов, диагностических параметров и аппаратуры контроля являются далеко не тривиальными задачами. Обусловлено это тем, что технические объекты и системы технического контроля состоят из большого количества компонент, связанных между собой сложными энергетическими, материальными и информационно-управляющими потоками. Кроме того, работа каждого элемента такой системы должна быть согласована по времени и по функциональному назначению в рамках общего алгоритма функционирования объекта в целом. Понятно, что отказ любого элемента может привести к отказу всего объекта, если элемент не резервирован. Причиной отказа может быть любой дефект, которые по ГОСТу 15 467−79 «Качество продукции. Термины и определения» определяются как любое несоответствие изделия требованиям, установленным нормативнотехнической документацией на это изделие. При разработке любого изделия ему придается ряд свойств, степень реализации которых определяет качество объекта. Каждому из свойств объекта предъявляется определенное требование находиться в определенных пределах возможного изменения и выход за эти пределы свидетельствует о наличии дефекта изделия. Прежде чем допустить изделие к работе его нужно проверить на соответствие всех контролируемых свойств их нормативным (расчетным) значениям параметров этих свойств. Такие же периодические или непрерывные проверки необходимо делать и во время эксплуатации объекта для того, чтобы своевременно выявлять возникшие скрытые дефекты, могущие привести к авариям с экономической, экологической или социальной ответственностью. Совокупность свойств объекта, характеризующих степень его функциональной пригодности в заданных условиях целевого применения, называют техническим состоянием объекта. Определить техническое состояние объекта, -означает выяснить соответствие свойств этого объекта требованиям нормативно-технической документации, и если такого соответствия нет, то по причине каких дефектов это произошло.

Все вышесказанное требует дальнейшего развития теоретических основ решения научных задач анализа и синтеза архитектуры и информационных технологий диагностики и мониторинга состояния объектов. В частности, это требует развития экспертных систем определения скрытых неисправностей. Еще более актуальной представляется разработка новых методов неразрушающего контроля текущего состояния или надежности контролируемого оборудования. Поиск этих путей является задачей инженерного творчества.

5.3, Атрибутивные стратегии внешнего проектирования систем диагностики и мониторинга состояния сложных объектов.

В конце 80-х годов автором диссертации была разработана методика концептуального проектирования. Методика была разработана для проектирования различных автоматизированных систем контроля и управления, в том числе и для систем диагностики и мониторинга технического состояния буровых установок [172−175]. Методика содержит в себе, процедуры концептуального описания свойств системы и объекта, процедуры дескриптивного моделирования вербальных концептуальных свойств и процедуры формального моделирования проектируемых систем. Блок-схема методики приведена на рисунке 36. Все процедуры, часть из которых являются итерационными, входят в алгоритм исследования проектируемых систем. Алгоритм методики содержит в своем составе незначительное число эвристических процедур и состоит из следующих блоков:

— блок статистического анализа показателей отказов и восстановления контролируемого оборудования;

— блок постановки корневой и частных задач оптимального синтеза проектируемой системы;

— блок построения дескриптивных моделей проектируемой системы на множестве ее атрибутивных свойств;

— блок построения математической модели генерации альтернативных вариантов;

— блок численного решения задачи оптимального синтеза системы по критерию экономической эффективности;

— блок формирования технического облика создаваемой системы и составления технического задания на ее проектирование.

Рис. 36. Блок-схема МКП.

Алгоритм [176] представляет собой технологическую линию последовательно-итерационного проектирования и может быть реализован в виде пакета прикладных программ.

Дальнейшая модернизация рассмотренной выше методики привела к созданию стратегии (системе целенаправленных процедур) внешнего проектирования систем диагностики и мониторинга состояния сложных технических объектов [177−178].

Блок-схема стратегии приведена на рис. 37. Стратегия базируется на кластерно-фреймово-продукцнонном подходе генерации альтернативных вариантов и выборе оптимального варианта проектируемой системы по критерию ее ресурсной эффективности.

Рис. 37. Блок-схема стратегии атрибутивного проектирования.

Суть этого подхода заключается в том, что слабо структурированная и/или трудно формализуемая предметная область знаний о сложных технических объектах и системах их контроля формализуется и отображается в базе знаний, установленной на персональном компьютере проектировщика в форме массивов-кластеров и массивов-фреймов, в которых хранятся вербально-числовые показатели свойств проектируемых систем и которые, в свою очередь, созданы с помощью стандартных классификаторов соответствующей предметной области знаний.

Кластер — подмножество объектов с упорядоченным набором признаков (свойств), выделяемых при анализе. Он позволяет систематизировать все множество объектов по какому-либо назначенному (выбранному) признаку упорядочения. В дальнейшем будем выделять стандартные кластеры или кодификаторы (SK.1XSK.3X) как способ упорядочения систематизируемых объектов и рабочие кластеры или каталоги (RK.XX) как результат кластерного анализа конкретного вида объектов: стратегий, элементов машин, систем, установок, приборов и т. д. Рабочие кластеры создаются на базе стандартных кластеров.

Фрейм — структура формализованного представления знаний, которая при заполнении ее элементов (слотов, фрагментов и записей) определенными значениями свойств исследуемых объектов составляет формальное описание конкретных явлений, событий, состояний, объектов, их свойств и т. п. Фреймы предназначаются для создания более строгого понятийного аппарата предметной области знаний.

Продукция, в этом случае, представляют собой множество модифицированных фреймов исходных знаний, которое создается под влиянием тех или иных ограничений или условий применимости свойств, находящихся в исходном фрейме. В состав продукции кроме модифицированных фреймов входит и перечни (SUMSj.XX, SUMDj. XX и Sab) этих фреймов, выполняющих роль «этикеток» продукций.

Стратегия использует три вида продукций Bl. XX, В2. ХХ и ВЗ.ХХ. Первая продукция (В1.ХХ) позволяет выбрать состав низко надёжных элементов объектов контроля сгруппированных по стратегиям управления их надежностью. Вторая продукция (В2.ХХ) объединяет списки обобщённых диагностических параметров в рамках выбранной стратегии контроля и управления состоянием наблюдаемых объектов. Третья продукция (ВЗ.ХХ) создает список альтернативных вариантов аппаратно-программной реализации системы контроля состояния объекта.

Каждая последующая продукция репродуцируется из предыдущей при тех или иных условиях применимости. Продукция ВЗ. ХХ является исходной информацией для задачи оптимального выбора варианта системы по критерию ресурсной эффективности.

Для областей науки и техники где преобладают трудно формализуемые знания, кластеры и фреймы являются одними из немногих способов формального представления знаний. Они является удобным интерфейсом между конечным (непрограммирующим) пользователем и формальными (программными) средствами решения оптимизационных задач анализа и синтеза (проектирования) систем, например, систем диагностики и мониторинга сложных технических объектов по заданным критериям оптимизации.

5.4 Интеллектуальный пакет прикладных программ «КОМПРОМИД СТО» .

Рассмотренная выше стратегия реализована в форме пакета прикладных программ «КОМПРОМИД СТО» (Концептуально-оптимизационный метод проектирования систем мониторинга и диагностики сложных технических объектов) [179]. Постановка задач пакета выполнена автором^диссертации, а программы разработаны специалистами НПФ «ЭДМОН». Пакет предназначен для решения задач объективного анализа и оптимального синтеза систем контроля технического состояния сложных восстанавливаемых объектов. Такие задачи возникают при переходе от технического обслуживания и ремонта этих объектов по схеме планово-предупредительных ремонтов к стратегиям управления эксплуатационной надежностью их оборудования по техническому состоянию. Пакет, инсталированный на персональном компьютере типа ИБМ ПК AT в операционной среде МС ДОС 3.1 и выше, представляет собой автоматизированное рабочее место исследователя-проектировщика систем диагностики и мониторинга технического состояния энергетических, буровых, горных, нефтегазодобывающих и нефтегазоперерабатывающих комплексов, машин и установок.

Огромное разнообразие конструктивного исполнения объектов и систем контроля делает технико-экономическое обоснование средств и методов технической диагностики и мониторинга с помощью пакета весьма актуальным.

Кроме того, эффективность методов и средств диагностирования и мониторинга зависит от технико-экономических, горногеологических и климато-географических условий функционирования контролируемых объектов, а эти условия в каждом конкретном случае могут существенно отличаться друг от друга. Поиск оптимальных стратегий и вариантов систем контроля и управления эксплуатационной надежностью оборудования выбранных объектов по заданным критериям эффективности и составляет суть решения таких задач с использованием пакета прикладных программ «КОМПРОМИДСТО» .

Пакет состоит из четырех блоков программ :

— формализации знаний и статистического анализа свойств объектов и систем контроля их состояния (БП1),.

— генерации альтернативных вариантов (БП2),.

— управление технологической линией проектирования оптимальных систем контроля состояния объекта (БПЗ),.

— формирование выходных документов (БП4).

Блок программ кластерного анализа и формализованного представления свойств объектов и систем контроля их состояния из всего разнообразия техногенных систем создает формальное описание предметной области знаний исследуемых объектов и систем, например, систем мониторинга и диагностики буровых установок. Для этого разработаны специальные программные средства формализации знаний на базе кластерно-фреймовой организации знаний. Блок программ формализации знаний создает удобный интерфейс между конечным (непрограммирующим) пользователем и формальными (программными) средствами решения задач генерации вариантов, объективного анализа и оптимального синтеза (проектирования) системы диагностики и мониторинга по заданному критерию оптимизации.

Блок программ генерации альтернативных вариантов предназначается для создания с помощью рабочих кластеров и связанных с ними фреймов некоторого списка альтернативных вариантов проектируемой системы, полученных в виде продукций для условий применимости тех или иных конструктивно-проектных и технических решений. Блок формирует продукции альтернативного выбора ансамбля низко надежных элементов, стратегий контроля показателей надежности, стратегий управления надежностью, состава диагностических параметров, функционально-структурных и конструктивных решений для проектируемой системы диагностики или мониторинга.

Блок программ нахождения оптимального варианта системы контроля объекта реализован в виде единой технологической линии выполнения расчетов для всех альтернативных вариантов. Он выполняет: расчет показателей положительного эффектарасчет капитальных затрат и эксплуатационных расходоврасчет экономии, эффективности и срока окупаемости. Задача выбора оптимального варианта решается с помощью линейного упорядочения ресурсной эффективности рассмотренных вариантов.

Блок программ составления отчетов предназначается для автоматизированной генерации и автоматической выдачи выходных документов в результате работы с различными программами пакета. Блок является средством получения отчета о НИР на тему «Анализ надежности и оптимальный синтез систем диагностики и мониторинга технического состояния объектов» и текста технико-коммерческих предложений на создание и ввод в действие систем диагностики и мониторинга технического состояния оборудования контролируемых объектов.

Внедрение интеллектуального пакета прикладных программ «КОМПРОМИД СТО» позволяет ускорить анализ, синтез и внедрение систем диагностики и мониторинга энергетического, нефтегазодобывающего, нефтегазоперерабатывающего и бурового оборудования, что, в свою очередь, позволяет существенно повысить надежность, снизить аварийность и расходы на ремонт оборудования. Рассмотрим состав, основные функции и алгоритмы блоков программ более подробно.

Аннотация (БП1) блока программ формализации знаний и статистического анализа свойств объектов и систем контроля их состояния.

Блок программ формализации знаний и статистического анализа свойств объектов и систем контроля их состояния представляет собой набор из четырех основных и двух вспомогательных программ. Все программы блока предназначаются для создания, поддержания и удобного использования базы знаний для проектирования систем диагностирования и мониторинга надежности и/или технического состояния контролируемых объектов.

Огромное разнообразие сложных технических объектов не позволяет иметь единую базу знаний о составе и особенностях их функционирования. Поэтому возникает необходимость формализованного описания некоторой предметной области знаний по отдельным классам или видам сложных технических систем, представляющих, например, интерес для проектировщика систем мониторинга и диагностики их состояния. Это, в свою очередь, требует специальных программных средств формализации знаний с помощью программных средств систем искусственного интеллекта. Блок создан для формального описания необходимой базы знаний.

Блок имеет главное меню, входящее в оболочку пакета. Выполнение расчетов по конкретным программам блока осуществляется с помощью собственных меню программ. Перечень программ БП1 приведен в таблице 3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Совокупность выдвинутых и обоснованных в диссертационной работе теоретических положений и их практическое использование представляют собой решение важной народнохозяйственной проблемы. Разработанные теоретические основы построения рациональной архитектуры и эффективных информационных технологий компьютерных систем диагностики и мониторинга состояния оборудования технических объектов позволяют осуществлять объективный анализ и оптимальный синтез функционально-структурной организованности создаваемых систем на стадии их эскизного проектирования.

При этом были получены следующие научные и прикладные результаты:

1.1 Исследование технологических процессов обеспечения эксплуатационной надежности сложных технических объектов, оснащенных системами диагностики и мониторинга состояния, позволило установить, что в случае использования таких систем планирование останова эксплуатации, ремонтов и технического обслуживания объектов осуществляется не по стохастическим моделям теории массового обслуживания или математической статистики, а по детерминированным моделям теории расписаний. В этом заключается суть ресурсосбережения стратегий управления надежностью сложных объектов на базе технической диагностики и мониторинга.

1.2 Разработан метод атрибутивной формализации концептуально представленных технических объектов, позволяющий рассматривать их в пространстве атрибутивных свойств, число которых по определению меньше индивидуальных. Метод позволяет формализовать концепцию и дает возможность выделить и использовать наиболее существенные свойства исследуемых объектов.

1.3 Разработан концептуально-атрибутивный метод постановки и аппроксимации научных задач, на основе которого создаются атрибутивные концептуальные и математические модели исследуемых объектов. Показано, что атрибутивное моделирование такого рода позволяет производить предварительный анализ и существенно формализует процесс постановки математических задач анализа и/или синтеза исследуемых объектов.

1.4. С помощью концептуально-атрибутивного метода постановки и аппроксимации научных задач созданы концептуальные и математические модели задач объективного анализа ннзконадежного оборудования и оптимального синтеза систем диагностики и мониторинга его состояния. Показано, что задачи такого класса свободны от многих недостатков, присущих параметрическому анализу. Кроме того, построены математические модели задач распознавания и имитации деградации технического состояния наблюдаемых объектов. Модели распознавания представлены в виде алгоритмов диагностирования и определения неисправностей, а модели деградации в виде моделей генезиса состояния и прогнозирования отказов оборудования объектов.

1.5 Предложена стратегия (система целенаправленных действий и правил их выполнения) научно обоснованного построения и анализа систем диагностики и мониторинга состояния оборудования сложных технических объектов. Стратегия базируется на кластерно-фреймово-продукционном подходе генерации альтернативных вариантов и оптимальном выборе варианта создаваемой системы по критерию ресурсной эффективности.

1.6 Разработанные методы и стратегия реализованы в форме интеллектуального пакета прикладных программ «КОМПРОМИД.

СТО". С помощью пакета выполняют поиск рационального технического облика системы и эффективных информационных технологий контроля состояния объектов на стадии внешнего проектирования.

1.7 Создан банк информационных технологий диагностики и мониторинга состояния наблюдаемых объектов. Это технологии диагностики и сертификации, мониторинга состояния, поиска срытых неисправностей и выбора щадящих режимов работы электротехнических, буровых и нефтегазовых агрегатов. При этом информационные технологии диагностики и/или мониторинга реализованы в виде многофункциональных пакетов прикладных программ.

1.8 Разработанные в диссертации теоретические положения многократно использовались для создания рациональных систем диагностики и мониторинга технического состояния как отдельных, так и больших парков сложных технических объектов. Автором были синтезированы и введены в промышленную эксплуатацию системы управления надежностью буровых установок ОАО «ОРЕНБУРГ-НЕФТЬ», нефтеперекачивающих агрегатов магистральных нефтепроводов ОАО «СИБНЕФТЕПРОВОД», турбогенераторов и электроагрегатов ряда электростанций ОАО «СВЕРДЛОВЭНЕРГО» и ОАО «ТЮМЕНЬЭНЕРГО». Выполненные работы показали высокую эффективность созданных систем. С их помощью многократно выявлялись скрытые дефекты на ранней стадии их возникновения, а также определялось обоснованное снижение объема ранее запланированных капитальных и текущих ремонтных работ.