НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

УДК 681.518.5

ВКА им. А.Ф. Можайского

ООО «Сумма технологий»

A_Kunko@mail.ru

office@summatechnology.ru

Введение

Значительная доля информации о фактическом техническом состоянии (ТС) различных объектов, процессов или явлений поступает от экспертов, в качестве которых обычно выступают высококвалифицированные специалисты в данной отрасли знаний. Даже в такой, казалось бы, технически оснащенной отрасли как космонавтика ее доля в некоторых секторах составляет около 60 %. Одной из причин подобного состояния дел в области оценивания ТС объекта является крайняя бедность аппарата извлечения и особенно представления экспертной информации аналитическими выражениями.

В работе [1] разработаны теоретические положения, алгоритм и методика построения математических фаззи-моделей на основе формализации экспертной знаний. При работе инженера знаний с экспертом методика позволяет:

- производить выбор факторного пространства, то есть набор наиболее существенных переменных, в котором функционирует оцениваемый объект;

- синтезировать обобщенный показатель технического состояния объекта (ОПТСО) и его интерпретацию при использовании;

- построить специальную опросную матрицу, позволяющую проводить системный опрос эксперта по ТС объекта в выбранном факторном пространстве с использованием методов теории планирования экспериментов;

- построить полиномиальную модель для количественного оценивания ТС объекта как отражение логики понимания его экспертом.

По созданной таким образом модели проводят оценивание ОПТСО в целях использования получаемых значений для различных видов анализа.

Основными достоинствами такого подхода к процессу извлечения и представления знаний эксперта является возможность в любой необходимый момент времени получить количественную оценки ТС объекта в многомерном пространстве нечетких переменных и проводить на ее основе мониторинг изделий, что дает основание для выработки гибкой стратегии эксплуатации объектов исследования. Кроме того, полученная с помощью данного метода полиномиальная модель допускает применение методов математического анализа ее с целью извлечения принципиально новой информации о функционировании объекта в данных конкретных условиях его эксплуатации.

Данный метод нашел свое применение при решении ряда практических задач, связанных с построением диагностических моделей, позволяющих производить количественную оценку фактического состояния ряда технических объектов. При этом эксперт выступает как «интеллектуальная измерительно-диагностическая система» [2].

Целью данной статьи является продемонстрировать алгоритмическое обеспечение методики прогнозирования остаточного ресурса с использованием фаззи-моделей ОПТСО химических источников тока (ХИТ) в качестве базы знаний для создания автоматизированных систем подобного рода.

1. Обобщенный показатель технического состояния ХИТ

В работе [3] детально рассмотрены этапы построения ОПТСО оценивания фактического состояния ХИТ на основе выбранного экспертом факторного пространства, переменными, в том числе и нечеткими, которого явились:

x₁ – продолжительность эксплуатации;

x₂ – среднее значение температуры характерного участка поверхности изделий;

x₃ – величина сопротивления изоляции электрических цепей;           

x₄ – величина разбаланса энергетических характеристик аккумуляторов в батарее (по значению напряжения разомкнутой цепи);

x₅ – состояние контактных соединений;

x₆ – режим эксплуатации;

x₇ – наличие признаков разгерметизации.

Полученное выражение для количественной оценки обобщенного параметра технического состояния ОПТСО изделий имеет вид:

       (1.1)

где переменные факторного пространства x₁÷x₇ представлены в кодированном виде.

Обратим внимание на две важные особенности модели:

- факторное пространство содержит только определяемые с помощью неразрушающего контроля переменные. Проведенный анализ нормативно-технической документации и научно-технической литературы, посвященной особенностям функционирования различных типов ХИТ, позволил выделить ряд предпосылок к формированию факторного пространства на основе тепловизионных показателей, в данном случае такими переменными являются х₂ и х₅;

- явно выраженная нелинейность построенной фаззи-модели в виде полиномиального выражения (1.1), которое адекватно описывает мнение эксперта об изучаемом явлении. Отметим попутно, что значимые нелинейные коэффициенты разложения полинома отражают «неявные» знания эксперта, которыми он пользуется при оценивании и которые самостоятельно в явном виде оценить не в состоянии. Такую информацию можно извлекать из сознания эксперта только по предлагаемому методу [1], реализованному в методике для оценивания ТС ХИТ в [3].

2. Методика прогнозирования остаточного ресурса ХИТ

Помимо оценки фактического ТС, вышеупомянутый метод позволяет также использовать его прогнозные значения для оценивания остаточного срока эксплуатации исследуемого объекта.

Методика прогнозирования остаточного ресурса ХИТ с использованием полученной модели (1.1) состоит в следующем.

1. Находятся частные производные выражения (1.1) по всем входящим в него переменным:

            (2.1)

2. Рассчитывается градиент ОПТСО по фактическому ТС на момент обследования:

3. Вводится коэффициент относительного времени оставшегося ресурса  для i-го случая в виде выражения:

где – значение ОПТС, соответствующее переходу изделия в предельное состояние.

4. Рассчитывается прогнозируемый срок эксплуатации изделия:

где – гарантийный срок эксплуатации изделия; – фактическое значение коэффициента относительного времени оставшегося ресурса на момент проведения обследования; – значение коэффициента относительного времени оставшегося ресурса по гарантийным данным.

3. Апробация методики прогнозирования остаточного ресурса ХИТ

Поскольку адекватность модели (1.1) доказана [3] и не вызывает сомнений, то количественные значения частных производных по (2.1) дают возможность получить дополнительную информацию о локальных скоростях изменения Y по каждой из переменных, а градиент – о совокупном изменении скорости ОПТСО на момент обследования с учетом всех особенностей эксплуатации объектов.

Численный эксперимент для проверки адекватности предлагаемой методики прогнозирования остаточного ресурса ХИТ был проведен с использованием ретроспективных статистических данных и состоял в следующем.

Рассчитывались варианты изменения значений ОПТС по (1.1) для трёх различных временных отрезков:

Y_-2– соответствует времени за 2 года до T₀;

Y₀ – соответствует времени проведенной оценки T₀;

Y₊₂– соответствует времени оценки после T₀ на 2 года вперед.

Значения компонент факторного x₁…x₇ пространства для варианта Y_-2рассчитывались интерполяцией, а Y₊₂– экстраполяцией.

Графически зависимости оставшегося ресурса на основе расчетов по изложенной методике для 4-х изделий представлены на рис. 1 наглядно демонстрируют процесс перехода ТС изделий из одного регламентированного [3] состояния в другое (рис. 1а) и потерю срока службы (рис. 1б) во времени.

а

б

Рис. 1. Изменение ОПТСО (а) и прогнозируемого срока эксплуатации (б)

Апробация методики прогнозирования остаточного ресурса проведена также на выборке изделий 27НКМ-100 в количестве 30 штук [3].

На рис. 2 представлен график зависимости прогнозируемого остаточного ресурса от величины ОПТСО. Анализ поведения точек на графике указывает на линейную зависимость между переменными с коэффициентом корреляции 0,93.

Рис. 2. Изменение прогнозируемого остаточного ресурса от величины фактического значения ОПТСО

Выводы

1. На основе полученной модели оценивания ОПТСО ХИТ и извлечения из нее математическим анализом принципиально новой информации разработана методика прогнозирования остаточного ресурса, которая позволяет оценить остаточный срок службы изделий с учетом динамики изменения его текущего ТС.

2. Путем численных экспериментов с использованием статистических данных проведена апробация методики прогнозирования остаточного ресурса и проверка степени ее адекватности результатам технического освидетельствования ХИТ. Полученные результаты позволяют сделать вывод об адекватности данной методики изучаемому явлению и возможности ее применения на практике.

3. Применение созданной методики расчета остаточного ресурса повышает обоснованность и оперативность принятия решения о продлении срока службы ХИТ.

4. Предлагаемая методика обладает свойством универсальности и относительной простотой реализации, она может быть легко адаптирована применительно к конкретному объекту эксплуатации.

Список литературы

1. Спесивцев А.В. Управление рисками чрезвычайных ситуаций на основе формализации экспертной информации. СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2004. 238 с.

2. Спесивцев А.В., Домшенко Н.Г. Эксперт как «интеллектуальная измерительно-диагностическая система». // Сб. докладов. ХIII Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям SCM 23-25 июля 2010, Санкт-Петербург, Т.2. 2010. С. 28-34.

3. Кунько А.Е., Спесивцев А.В. Оценивание технического состояния химических источников тока на основе неявных экспертных знаний // Информация и космос. 2010. №4. С. 42-50.