Автоматизированная система определения способов устранения неисправностей листового офсетного печатного оборудования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Денисов, Дмитрий Александрович

• Денисов, Дмитрий Александрович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Денисов, Дмитрий Александрович

ПЕЧАТНЫХ МАШИН.

1.1. Роль интеллектуальных и экспертных систем в производстве.

1.2. Роль Интернета в интеграции экспертных систем в производственную сферу.

1.3. Возможные прототипы для построения интеллектуальной системы в диагностике полиграфических машин.

1.4. Выводы.

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ, ПРИНЦИПЫ И ЦЕЛИ

СОЗДАНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Кластерный анализ прецедентов.

2.3. Особенности методики проведения сервисного ремонта.

2.4. Построение графовой модели системы и декомпозиция поиска прецедентов.

2.5. Выводы.

ГЛАВА 3. АЛГОРИТМЫ И МЕТОДЫ

ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ

СИСТЕМЫ.

3.1. Роль эксперта в системе.

3.2. Используемые модели баз данных.

3.3. Структура базы данных.

3.4. Реляционный подход к построению информационно-логической модели.

3.5. Нормализация отношений.

3.6. Информационно-логическая модель.

3.7. Функция времени поиска способа устранения.

3.8. Алгоритм поиска способа устранения неисправности и формирование строки запроса.

3.9. Алгоритм поиска подстроки в строке.

3.10. Процесс формирования описаний неисправностей.

3.11. Выводы.

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ.

4.1. Способы применения полученных результатов в тестировании печатников.

4.2. Методы разработки.

4.3. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизированная система определения способов устранения неисправностей листового офсетного печатного оборудования»

Все большую роль в жизнедеятельности людей стали играть информационные технологии. Модернизация и прогресс стали побочным эффектом желания людей снизить издержки на производстве, повысить производительность труда, сделать качество выпускаемой продукции выше. Бизнес ставит все новые цели и задачи науке и разработчикам программных и технических средств по модернизации имеющихся аппаратно-программных средств. Под аппаратными средствами понимаются датчики, считывающие информацию о состоянии узлов производственной линии, о качестве как полностью произведенной продукции, так и о соответствии критериям качества на конкретном этапе производства. Под программными средствами понимается набор правил по обработке, поступающей с датчиков, информации. Это своего рода конструктор, который может быть адаптирован под практически любое производство. Необходимость обладания навыками в создании данных средств и трудоемкость процесса производства делают данные экспертные и интеллектуальные системы дорогостоящими.

Не каждое производство должно и может быть оснащено интеллектуальными системами. Невозможным является создание системы, позволяющей производить автоматическую печать продукции, то есть заместить оператора листовой офсетной печатной машины, хотя и не только листовой. Сложность заключается в том, что в разные моменты времени приходится отслеживать большое количество факторов и сопоставлять их. Например, при просьбе заказчика ускорить печать печатнику придется перестраивать не только само производство печатных оттисков, но и по-другому выстраивать всю цепочку заказов, обращая внимание как на остаток необходимых в каждом заказе расходных материалов, так и на параметры, непосредственно влияющие на качество печати.

Перед созданием любой системы формируются задачи, которые она должна решать. Эти задачи логически вытекают из проблем, которые ставит полиграфическая отрасль. В данной работе рассматривается такая узкоспециализированная часть, как ремонт и обслуживание листовых офсетных печатных машин.

Использование данного типа оборудования в российских типографиях очень широко распространено. С помощью данного оборудования печатается большинство настенных календарей, листовок, брошюр, визиток, папок, упаковок, эксклюзивной продукции, журнальных обложек, самих журналов, рекламных материалов и т.д.

Печать на оборудовании осуществляется печатниками, его исправное состояние обеспечивается сервисными инженерами. Данные группы людей называют операторами печатной машины. Текущая ситуация в отрасли создала спрос на экспертов или на системы, которые могли бы сократить временные издержки на поиск и устранения неисправностей.

При внедрении интеллектуальных систем необходимо также учитывать специфику отрасли. Полиграфия имеет свои особенности, среди которых есть как преимущества, так и недостатки.

Преимущества:

- концентрация агрегатов и машин в одном месте (контроль качества, ремонт)

- ремонт многих неисправностей возможно произвести своими силами, имея небольшой склад запасных частей и инструментов

- большой объем накопленных знаний и опыта, охватывающий информацию о наиболее часто возникающих неисправностях и путях к их устранению

- большие затраты на сервисных инженеров (интерес в сторону системы, позволяющей уменьшить издержки)

- крайне большие издержки при простое оборудования (система позволит найти решение в кратчайшие сроки)

- развитие высокоскоростного интернета для обмена данными между предприятием и базой данных

Недостатки:

- технологически сложное оборудование

- большое количество возможных неисправностей

- неявные причины возникновения каждой конкретной неисправности

- возможность возникновения разных неисправностей из-за разных причин (совокупность разных причин может породить одни и те же неисправности)

Как видно из приведенных доводов, в отрасли сложилась благоприятная ситуация для создания систем, подобных предлагаемой. В настоящее время существуют системы по выявлению неисправностей, разработанные производителями, но они не рассчитаны на печатников машин. Существуют также системы автоматизации контроля качества продукции, но данные системы не объединены в единую сеть и не охватывают множество неисправностей множества узлов. Разработано множество систем по диагностике неисправностей. Это очень важный этап в развитии интеграции интеллектуальных систем в полиграфической отрасли, но на данный момент он является недостаточным. Необходима система со справочной службой, позволяющая учитывать всевозможные возникающие неисправности и давать рекомендации по их устранению. Для решения описанных проблем и создания интеллектуальной автоматизированной системы необходимо решить основные задачи по созданию принципиально новой системы, которая разрабатывается не производителем печатных машин исходя из нужд своей сервисной службы, а ориентирована на широкий круг пользователей без привязки к определенной модели машины.

Актуальность темы

Обслуживание печатных машин является сложным, дорогостоящим, трудоемким процессом, для организации которого требуется участие специалистов высокого класса, знающих принципы процесса печати, устройства печатных машин, имеющих опыт и навыки ремонта сложного по своему технологическому устройству оборудования. Также немаловажную роль играет объем знаний сервисных инженеров. Объем знаний постоянно увеличивается, так как практически все производители имеют собственные конструкторские бюро и исследовательские центры, занимаются разработкой новых моделей машин, узлов, их модернизацией и автоматизацией, накапливая и увеличивая знания.

В настоящий момент постпродажное сервисное обслуживание листовых офсетных машин подразумевает возможность типографии обратиться к инженерам сервисной службы для получения информации по возникшей неисправности. Под неисправностью понимается не только невозможность оборудования выполнять требуемую функцию, но и ошибка технологического характера. Однако консультирование не всегда проходит быстро и качественно. Заявки на обслуживания могут быть потеряны, компетентного специалиста может не быть на месте. Это ведет к простою печатной машины. Для принятия точного и быстрого решения специалисту необходимо иметь опыт, но опыт человеком копится длительное время и может быть полноценно использован, только если данный конкретный специалист занимается устранением неисправностей на определенной модели машины. Дефицит достаточного количества специалистов высокого уровня делает их услуги весьма дорогими, и не каждая типография готова обращаться к ним за помощью на регулярной основе.

Среди систем, направленных на поддержку операторов, прототипов можно выделить системы диагностики. Анализируя входные данные с датчиков, установленных на узлах машины, системой принимается решение о предупреждении оператора о возникшей неисправности. Особенностью систем подобного типа является то, что не всегда указывается способ устранения возникших неисправностей, и не всегда предлагаются рекомендации по их устранению. Следует учесть, что не каждая печатная машина, и не каждый узел машины оснащается данными системами.

Таким образом, существующие методы организации сервисного обслуживания листовых офсетных печатных машин основаны на обращении к сервисному инженеру и не позволяют достаточно эффективно проводить поддержку типографий и за короткий временной промежуток предоставлять в полном объеме информацию, использование которой могло бы позволить быстро и качественно организовать процесс устранения неисправности.

Решение данной проблемы лежит на пути автоматизации определения способов устранения неисправностей на основе разработки системы алгоритмов, позволяющих осуществлять поиск способов устранения неисправностей с опорой на базу данных экспертов в сфере обслуживания печатных машин, накапливать их опыт, выявлять слабые узлы машин и способствовать самостоятельному принятию обслуживающим персоналом решения по выбору способа устранения неисправностей без необходимости обращения в сервисную службу и к сервисному инженеру. Цели работы

Целью диссертационной работы является автоматизация процесса определения способов устранения неисправностей в системе сервисного обслуживания листовых офсетных печатных машин; внедрение системы на промышленном предприятии. Задачи исследования

Для реализации целей необходимо решить такие задачи, как: проведение анализа предметной области, изучение алгоритмов систем обслуживания и диагностики производственного оборудования, формирование базы данных с описанием неисправностей, причин их возникновения и способов устранения, корнями слов и слов-синонимов, разработка метода определения способов устранения неисправностей и их принципов представления пользователю, кластерный анализ прецедентов и внедрение метрики для определения расстояния между ними разработка интуитивно понятного интерфейса пользователя. Методы исследования

Для достижения поставленных целей используются методы реляционных баз данных, теории построения интеллектуальных систем, теории множеств, математической статистики, алгоритмы поиска подстроки и лингвистического анализа. Разработка системы произведена на языке программирования Delphi с использованием языка структурированных запросов SQL и скрипто-вого языка программирования общего назначения PHP. Область исследования

Ремонт и обслуживание листовых офсетных печатных машин, автоматизация процессов определения и устранения неисправностей. Научная новизна

Научная новизна представленного исследования может быть сведена к следующим положениям:

1. Предложена новая методика выявления неисправностей листовых офсетных печатных машин, позволяющая анализировать запросы, введенные в свободной форме. Применение методики сокращает время простоя оборудования при определении способа устранения неисправности.

2. Разработан алгоритм определения способов устранения неисправностей, основанный на методе эвристического ветвления с введением дополнительной метрики, ориентированный на пользователей с разным уровнем компетенций. Применение алгоритма позволяет сократить время поиска неисправности для операторов с низкой квалификацией.

3. Разработана новая методика формирования тестовых заданий при определении компетенции операторов производственного оборудования на основе метода размытых эвристик, позволяющая контролировать актуальность и полноту знаний операторов листовых офсетных печатных машин. Применение методики позволяет повысить уровень квалификации операторов. Методологическая основа

Методологической основой исследования являются работы в области рассуждений на основе прецедентов (работы Варшавского, Башмакова, Уос-сермана, Фотсера), адаптации сложных систем, решения задач сервисного обслуживания производственного оборудования, в частности, печатных машин (подходы к сервисному обслуживанию листовых офсетных машин компаний КВА, Heidelberg, manroland). Достоверность полученных результатов

Подтверждается практической реализацией разработанных моделей и алгоритмов, а также методами математической статистики, успешной апробацией и внедрением разработанного метода на профильном предприятии. Теоретическая значимость результатов

Теоретическая значимость заключается в возможности использовать базу данных для разработки системы оценки объема знаний операторов листовых офсетных печатных машин. Практическая ценность

Практическая ценность и значимость результатов работы состоит в получении научных результатов, позволивших сформулировать рекомендации к процессу автоматизации поиска способов устранения неисправностей, среди которых:

1. Применение предложенной методики и алгоритма позволило автоматизировать процесс определения способа устранения неисправности.

2. Визуализация процесса определения способа устранения неисправности позволяет сократить время устранения неисправности.

3. Внедрение методик и алгоритмов позволяет сформировать статистические данные о возникающих неисправностях, что позволяет оптимально подобрать нужный способ их устранения, определить слабые узлы оборудования, эффективно проводить профилактику и определение уровня компетенций пользователей оборудования.

Основные научные и практические результаты, выносимые на защиту

1. Новая методика выявления неисправностей листовых офсетных печатных машин, позволяющая анализировать запросы, введенные в свободной форме.

2. Алгоритм определения способов устранения неисправностей, основанный на методе эвристического ветвления с введением дополнительной метрики, ориентированный на пользователей с разным уровнем компетенций.

3. Новая методика формирования тестовых заданий при определении компетенции операторов производственного оборудования на основе метода размытых эвристик, позволяющая контролировать актуальность и полноту знаний операторов листовых офсетных печатных машин.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы обсуждены на научно-технической международной молодежной конференции «Системы, методы, техника и технологии обработки медиаконтента», Москва, 2011.

Методы, разработанные в диссертационной работе, используются операторами производства печатной продукции на листовой офсетной печатной машине на многопрофильном полиграфическом предприятии ООО «РПА Ви-зАрт» при возникновении ситуаций, требующих устранения неисправностей. Публикации

Результаты проведенного анализа, разработки алгоритмов и программной реализации отражены в 5 статьях, напечатанных в журналах, в том числе, рекомендуемых ВАК - 3 статьи.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Денисов, Дмитрий Александрович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В работе была решена задача автоматизации процесса определения способов устранения неисправностей в системе сервисного обслуживания листовых офсетных печатных машин.

Была сформирована база данных с описанием неисправностей, причин их возникновения и способов устранения, корнями слов и слов-синонимов.

Был описан принцип представления пользователю способов устранения и разработан интуитивно понятный интерфейс.

В диссертационной работе описывается проведенный анализ предметной области. Анализ показал, что работа сервисной службы строится на экспертах, а не системах. А предлагаемые программные продукты в сфере сервисного обслуживания производственного оборудования позволяют лишь диагностировать неисправность и сообщить о ней оператору. Данные системы не всегда анализируют причины возникновения неисправностей и не предлагают способы их устранения в доступной и наглядной форме. Отсутствуют системы, направленные на поддержку операторов листовых офсетных печатных машин, принцип работы которых был бы основан на вводимых запросах в свободной форме, рассчитанных, в том числе, на операторов, не являющихся специалистами в области ремонта листовых офсетных печатных машин.

Был разработан алгоритм определения способов устранения неисправностей, позволяющий самостоятельно организовать сервисную поддержку без участия сервисного инженера на основе метода эвристического ветвления с введением дополнительной метрики для более эффективного определения требуемого способа устранения неисправности.

Был предложен способ определения компетенций операторов и сервисных инженеров листовых офсетных печатных машин на основе метода размытых эвристик, позволяющий определять и контролировать объем и актуальность знаний технических специалистов.

Одна из версий была внедрена на многопрофильном полиграфическом предприятии ООО «РПА ВизАрт». Внедренная версия позволила значительно уменьшить время выявления способа устранения неисправностей и снизить время простоя печатной машины.

Внедрение разработанной методики происходило в системе обслуживания листовых офсетных печатных машин, которую также возможно применять в системах обслуживания другого технически сложного производственного оборудования.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Денисов, Дмитрий Александрович, 2012 год

1. Авдонин A.C. Прикладные методы расчета оболочек и тонкостенных конструкций. М.: Машиностроение, 1969. - 405 с.

2. Аверкин А. Н., Гаазе-Рапопорт М. Г., Поспелов Д. А. Толковый словарь по искусственному интеллекту. М.: Радио и связь, 1992. - 256 с.

3. Алферова З.В. Математическое обеспечение экономических расчетов с использованием теории графов. М.: Статистика, 1974. - 208 с.

4. Астанин C.B., Курейчик В.М., Попов Д.И. Интеллектуальная образовательная среда дистанционного обучения // Новости искусственного интеллекта. Москва, 2003. - С. 7-14.

5. Башмаков А.И., Башмаков И.А. Интеллектуальные информационные технологии: Учебное пособие. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005.-304 с.

6. Бернштейн Л.С. Модели и методы принятия решений в интегрированных интеллектуальных системах. Ростов-на-Дону: издательство Ростовского университета, 1999. - 128 С.

7. Бойко В.В., Савинков В.М. Проектирование информационной базы автоматизированной системы на основе СУБД. М.: Финансы и статистика, 1982.- 174 с.

8. Букатова И.Л. Эволюционное моделирование и его приложения. М.: Наука, 1979. - 232 с.

9. Букатова И.Л., Михасев Ю.И., Шаров A.M. Теория и практика эволюционного моделирования. М.: Наука, 1991. - 206 с.

10. Вагин В.Н., Головина Е.Ю., Загорянская A.A., Фомина М.В. Достоверный и правдоподобный вывод в интеллектуальных системах // Под редакцией В.Н. Вагина, Д.А. Поспелова. М.: Физматлит, 2004. - 704 с.

11. Варшавский П.Р., Еремеев А.П. Методы правдоподобных рассуждений на основе аналогий и прецедентов для интеллектуальных систем поддержки принятия решений // Новости Искусственного Интеллекта, № 3, 2006. С. 39-62.

12. Вейнеров О.М., Самохвалов Э.Н. Проектирование баз данных САПР. -М.: Высшая школа, 1990. 144 с.

13. Венда В.Ф. Системы гибридного интеллекта М.: Машиностроение, 1990.-448 С.

14. Вендров A.M. CASE-технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем. М.: Финансы и статистика, 1998. -176 с.

15. Воинов A.B. Моделирование интуитивных рассуждений эксперта методами психосемантики и вывода с неопределенностью //Новости искусственного интеллекта №2, 1998. С. 5-7.

16. Гаазе-Рапопорт М.Г. Автоматы и живые организмы. Моделирование и поведение живых организмов. М.: Физматлит, 1961. - 224 с.

17. Гаррисон Г. Выбор по Тьюрингу. М.: Эксмо-Пресс, 1999. - 480 с.

18. Геловани В.А., Башлыков A.A., Бритков В.Б., Вязилов Е.Д. Интеллектуальные системы поддержки принятия решений в нештатных ситуациях с использованием информации о состоянии природной среды. М.: Эдито-реал УРСС, 2001.-304 с.

19. Глушков В.М. Введение в АСУ. М.: Техника, 1972. - 312 с.

20. Голицына O.A., Максимов Н.В. Базы данных. М.: Форум—Инфра, 2004. -554 с.

21. Горбань А.Н., Хлебопрос Р.Г. Демон Дарвина. Идея оптимальности и естественный отбор. М.: Наука, 1988. - 180 с.

22. Денисов Д.А. Интеллектуальная система дистанционной поддержки, ремонта, профилактики листовых офсетных печатных машин / Д.А. Денисов // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела №2. Москва. 2011. С. 50-53.

23. Денисов Д.А. Автоматизированная система контроля знаний операторов . листовых офсетных печатных машин / Д.А. Денисов, Д.А. Арсентьев // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела №5. Москва. 2011. С. 9-12.

24. Денисов Д.А. О принципах организации информации и поиске решений в системе по обслуживанию и ремонту листовых офсетных печатных машин / Д.А. Денисов // Вестник МГУП №11. Москва. 2010. С. 64-67.

25. Денисов Д.А. Алгоритм поиска способа устранения неисправности в экспертной системе по ремонту и обслуживанию листовых офсетных печатных машин /Д.А. Денисов // Вестник МГУП № 8. Москва. 2011. С. 189194.

26. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке: Методы обработки данных. // Пер. с англ., М.: Мир, 1980. -610 с.

27. Дюбуа Д., Прад А. Теория возможностей. Приложения к представлению знаний в информатике. // Пер. с фр. М.: Радио и связь, 1990. - 288 с.

28. Емеличев В. А., Мельников О. И., Сарванов В. И., Тышкевич Р. И. Лекции по теории графов. М.: Наука, 1990. - 384с.

29. Заде Л. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений. М.: Мир, 1976. - 165 с.

30. Заморин А.П., Марков A.C. Толковый словарь по вычислительной технике и программированию. М.: Русский язык, 1988. - 221 с.

31. Замулин A.B. Системы программирования баз данных и знаний. Новосибирск: Наука. Сибирское отделение, 1990. - 351 с.

32. Киппхан Г., Энциклопедия по печатным средствам информации. М.: МГУП, 2003.- 1280 с.

33. Кирсанов M. Н. Графы в Maple. M.: Физматлит, 2007. - 168 с.

34. Когаловский М.Р. Архитектура механизмов отображения данных в многоуровневых СУБД //Техника реализации многоуровневых систем управления базами данных. М.: ЦЭМИ АН СССР, 1982, с. 3-19.

35. Когаловский М.Р. Технология баз данных на персональных ЭВМ. М.: Финансы и статистика, 1992. - 224 с.

36. Коннолли Томас, Бегг Каролин. Базы данных. М.: Вильяме, 2003. - 1436 с.

37. Корнеев В.В., Гареев А.Ф., Васютин C.B., Райх В.В., Базы данных. Ин-теллектуальныая обработка информации. М.: Нолидж, 2001. - 976 с.

38. Макарова Н.В., Информатика. М.: Финансы и статистика, 2000. - 768 с.

39. Нильсон Н. Искусственный интеллект. Методы поиска решений. М.: Мир, 1973.-273 с.

40. Нильсон Н. Принципы искусственного интеллекта. М.: Радио и связь, 1985.-376 с.

41. Нестеренко М.В. Идеальный сервис мечта или реальность? Электронный ресурс. - Режим доступа: http://www.terraprint.ru/art/show/105.html

42. Ноткин Л.И., Искусственный интеллект и проблемы обучения. М.: Ком-Книга, 1999.- 126 с.

43. Ope О. Теория графов. М.: Наука, 1968. - 336 с.

44. Оскерко B.C. Современные СУБД. Мн.: БГЭУ, 2001. - 170 с.

45. Пенроуз Р. Новый ум короля. О компьютерах, мышлении и законах физики. М.: УРСС, 2005. - 400 с.

46. Попов Д.И., Попова Е.Д. Информационные технологии. Базы данных. -М.:МГУП, 2009.- 117 с.

47. Розенблатт Ф. Принципы нейродинамики. Перцептроны и теория механизмов мозга. М.: Мир, 1963. - 480 с.

48. Савинков В.М., Вейнеров О.М., Казаров М.С. Основные концепции автоматизации проектирования баз данных //Прикладная информатика. Вып.1. -М.: Финансы и статистика, 1982. с. 30-41.

49. Салий В. Н. Богомолов А. М. Алгебраические основы теории дискретных систем. — М.: Физико-математическая литература, 1997. 213 с.

50. Сойер Б., Фостер Д.Л. Программирование экспертных систем на Паскале. -М., Финансы и статистика, 1990. 191 с.

51. Трухаев Р. И. Модели принятия решений в условиях неопределенности. -М.: Наука, 1981.-258 с.

52. Ту Дж., Гонсалес Р. Принципы распознавания образов. М.: Мир, 1978. -414 с.

53. Уоссерман Ф. Нейрокомпьютерная техника: Теория и практика. // Пер. С англ. М.:Мир, 1992. - 240 с.

54. Шалютин С.М. Искусственный интеллект. М.: Мысль, 1985. - 199 с.

55. Шрейдер Ю.А., Шаров A.A. Системы и модели. М.: Радио и связь. 1982. - 152 с.

56. G. Hachtel, F. Somenzi. Logic Synthesis and Verification Algorithms. Colorado: Kluwer, 1996.-219 p.

57. Hoffman M., Shute D., Ebbers M. Advanced Workflow Solutions. New York: Redbooks IBM, 2010. - 141 p.

58. Составлен 15 сентября 2011 года1. Сомиссия в составе