Повышение эффективности диагностики информационно-измерительных и управляющих систем при испытаниях робототехнических комплексов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.16, кандидат технических наук Сидоров, Алексей Константинович

• Сидоров, Алексей Константинович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сидоров, Алексей Константинович

Введение.

Глава 1. Анализ процессов контроля и диагностирования робототехнических комплексов (РТК)

1.1. Анализ существующих методов проведения процессов контроля и диагностирования робототехнических комплексов.

1.1.1. Назначение и основные задачи испытаний РТК.

1.1.2. Вопросы построения автоматизированных систем контроля (АСК) для испытаний РТК.

1.2. Выбор и обоснование математической модели объекта диагностирования.

1.3. Принципы построения алгоритмов контроля и диагностирования технического состояния РТК.

Выводы.

Глава 2. Разработка алгоритмов определения последовательности проведения сеансов в процессе контроля РТК

2.1. Последовательность проведения сеансов - постановка задачи и выбор метода решения.

2.2. Разработка алгоритма формирования последовательности проведения независимых сеансов.

2.3. Формирование последовательности проведения сеансов при заданных ограничениях взаимного порядка.

Выводы.

Глава 3. Разработка алгоритмов проведения процесса контроля и диагностирования в пределах одного сеанса

3.1. Поиск неисправности в пределах одного сеанса - постановка задачи и выбор метода решения.

3.1.1. Алгоритм определения стоимости контроля.

3.2. Алгоритм диагностирования при отсутствии надежностных характеристик контролируемых элементов.

3.3. Алгоритм поиска неисправности при ее неполном

3.4. обнаружении.

Выводы

Глава 4. Реализация разработанных алгоритмов контроля и диагностирования РТК

4.1. Выбор системы функциональных параметров для технического диагностирования.

4.2. Результаты экспериментальной проверки разработанных алгоритмов контроля и диагностирования.

4.3. Разработка структуры устройства диагностирования.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности диагностики информационно-измерительных и управляющих систем при испытаниях робототехнических комплексов»

Современный этап развития робототехнических комплексов (РТК) характеризуется повышением сложности как самих РТК, так и различного оборудования, входящего в РТК. Это, в свою очередь, усложняет процесс эксплуатации и проверки работоспособности РТК. Возросшая сложность и многообразие функций, выполняемых РТК, выдвигают новые задачи в процессе проверки работоспособности РТК.

В современном РТК значительная часть расходов по техническому обслуживанию в процессе испытаний определяется временем, связанным с установлением причин отказа и заменой вышедших из строя компонентов. Как показал проведенный анализ, при существующих методах технического обслуживания примерно 50% всех заменяемых в этих случаях компонентов не являются дефектными.

Вместе с этим, большая продолжительность испытаний, связанная, как было отмечено выше, со сложностью оборудования, входящего в РТК, возникающие в процессе испытаний отказы элементов, а также необходимость в повторении отдельных этапов, а иногда и циклов испытаний вынуждают искать пути оптимизации контроля работоспособности РТК, целью которых является уменьшение времени проведения испытаний при сохранении неизменного качества контроля.

Следует отметить, что, в настоящее время, контроль работоспособности РТК, в большинстве случаев, ведется на основе интуитивного изучения группами экспертов характеристик оборудования РТК и логики их работы без учета информации о надежности контролируемых подсистем и элементов, а также без анализа стоимостных параметров контроля при определении стратегии поиска неисправностей.

Одним из путей решения проблемы сокращения сроков проведения испытаний и рационального планирования является автоматизация средств контроля при комплексных испытаниях на соответствие оборудования РТК требованиям технического задания, а также алгоритмическое и аппаратурное обеспечение таких средств.

Таким образом, для проведения эффективного контроля и диагностирования с использованием современных технических средств необходимо:

1. Разработать модель объекта диагностирования (ОД), наиболее соответствующую конкретной задаче исследования.

2. Разработать методику проведения процесса контроля и диагностирования, обеспечивающую заданные критерии качества для данного класса РТК.

3. Разработать алгоритмы контроля и диагностирования и привести их к виду, удобному для реализации на универсальных и специализированных компьютерах.

4. Разработать структуры устройств с повышенной оперативностью контроля и диагностирования оборудования РТК.

Решению поставленных выше вопросов посвящена данная диссертационная работа.

В работе использовался современный математический аппарат теории вероятностей, комбинаторики, динамического программирования, ветвей и границ и теории надежности.

Получены следующие основные новые научные результаты:

• разработана методика выбора оптимальной последовательности проведения сеансов проверок исходя из критерия минимума средних затрат на переналадку и перестыковку оборудования;

• разработана методика организации процесса контроля и диагностирования внутри одного сеанса проверок;

• разработан алгоритм для выбора последовательности проведения смежных сеансов испытаний по переналадке и перестыковке оборудования;

• разработан алгоритм, позволяющий решать задачу минимизации затрат при переходе от предыдущего сеанса к последующему как многокритериальную;

• разработан минимаксный алгоритм диагностирования при отсутствии информации о надёжности контролируемой системы;

• разработан алгоритм выбора оптимальной последовательности контроля при неполном обнаружении неисправности;

• разработан алгоритм определения стоимости контроля в пределах одного сеанса.

Заключение диссертации по теме «Информационно-измерительные и управляющие системы (по отраслям)», Сидоров, Алексей Константинович

Выводы

1. Анализ функциональных параметров и способов контроля вышеприведенных систем РТК показывает, что из большого количества параметров с помощью которого осуществляется контроль работоспособности, существенной диагностической ценностью обладают лишь некоторые.

2. Разработанные в диссертационной работе методики и алгоритмы организации процессов контроля и диагностирования приведены к виду, удобному для практической реализации, что дало возможность использовать их при оптимизации процессов испытаний оборудования новых типов РТК.

Заключение

1. Исследование применяемых в настоящее время в практике проведения испытаний методов контроля и диагностирования РТК показало необходимость разработки формализованных процедур и алгоритмов контроля и диагностирования с целью снижения стоимости испытаний.

2. Исследование методов построения математической модели оборудования РТК показало, что функционально-логическая модель, используемая для представления РТК как объекта контроля, позволяет разработать алгоритмические методы контроля и диагностирования, базирующиеся на точных критериях и обеспечивающие необходимую для практики достоверность результатов.

3.Показана возможность сведения задачи выбора оптимальной последовательности сеансов контроля РТК при испытаниях к детерминированной задаче упорядочения, что позволило использовать для решения методы дискретной оптимизации исходя из критерия минимума трудозатрат.

4.Разработана методика организации проведения процесса контроля в пределах одного сеанса без применения надежностных характеристик контролируемых элементов. Показано, что для изделий единичного производства, к которым относится РТК, характеризуемых неполными статистическими данными о распределении вероятностей отказов элементов, методика позволяет разработать алгоритмы контроля и диагностирования технического состояния РТК с предварительным формированием множества проверок (тестов), достаточных для выявления неисправности до глубины до одного элемента. В результате применения разработанного алгоритма стоимость контроля может быть снижена на 20 - 30 %.

5.Разработан алгоритм циклического поиска неисправности на основе полученного в рекуррентном виде аналитического соотношения. Применение разработанного алгоритма позволило снизить затраты по сравнению с существующими в настоящее время на практике методами примерно в четыре раза.

6.Разработаны методика и алгоритм определения стоимости проведения контрольного теста в относительных единицах, обоснованные на предложенной в работе функции предпочтения.

7. Разработаны алгоритмы и программы организации контрольных процедур при испытаниях РТК. Проведенные численные эксперименты с использованием алгоритмов и программ подтвердили обоснованность теоретических выводов и положений, полученных в работе.

8. Разработана функциональная схема специализированного вычислительного устройства для контроля и диагностирования оборудования РТК, позволяющего производить поиск и индикацию отказа без предварительного формирования матрицы тестов, и, предназначенного для использования как при цеховых испытаниях, так и полевых условиях.

9. Разработанные в диссертационной работе методики и алгоритмы организации процессов контроля и диагностирования приведены к виду, удобному для практической реализации, что дало возможность использовать их при оптимизации процессов испытаний оборудования РТК.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сидоров, Алексей Константинович, 2007 год

1. Давыдов П. С. Техническая диагностика радиоэлектронных устройств и систем. М.: Радио и связь, 1988.- 258 с.

2. Козлов Б. А., Ушаков М. А. Справочник но расчету надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики. -М.: Сов. радио, 1975. 472 с.

3. Растригнн JL А. Современные принципы управления сложными объектами. М.: Сов. радио. 1980.-232 с.

4. Биргер И.А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978.- 240с.

5. Мозгалевский A.B., Гаскаров Д.В. Техническая диагностика. М.: Высшая школа, 1975. -207 с.

6. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта/ под ред. Д. А. Поспелова. М.: Наука, 1980. - 312 с.

7. Гибкие производственные системы, промышленные роботы, робототехнические комплексы./ В 14 кн. / Под ред. Б.И. Черпакова.- М.: Высшая школа, 1989.

8. Гаскаров Д.В., Голинкевич Т.А., Мозгалевский A.B. Прогнозирование технического состояния и надежности радиоэлектронной аппаратуры / Под ред. Т. А. Голинкевича. М. Сов. радио. 1974.- 224 с.

9. Щербаков Н. С. Достоверность работы цифровых устройств. М.: Машиностроение, 1989. - 224 с.

10. Бычков Е. Д., Лендикрей В. В. Достоверность функционирования сложных электронных систем и комплексов // Приложение теории нечетких (Fuzzy) множеств в математических моделях систем связи. Исследования и материалы / ОГМА. Омск, 2000. - С. 82- 96.

11. Автоматизация проектирования и производства микросборок и электронных модулей / Под ред. Н. П. Меткнна.- М : Радио и связь, 1986.280 с.

12. Александровская Л.Н., Афанасьев А.П., Лисов A.A. Современные методы обеспечения безотказности сложных технических систем. Учебник. М.: Логос, 2001.-208 с.

13. Ивченко В. Д. Математические модели диагностической информации отказоустойчивых систем / Моск. ин-т приборостроения. М., 1988 .-173 с. -Деп. в ВИНИТИ, № 945-В89.

14. Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник. М.: Высшая школа, 1988.-488 с.

15. Тетельбаум И. М., Шиейдер Ю. Р. Практика аналогового моделирования динамических систем: Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1987.-384с.

16. Основы технической диагностики. Кн.1: Модели объектов, методы и алгоритмы диагноза / Под ред. П. П. Пархоменко. М.: Энергия, 1976. - 464 с.

17. Дмитриев А. К., Мальцев П. А. Основы построения и контроля сложных систем. -Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние,1988. 192 с.

18. Банда Н. П., Кузьмин И. В., Шпилевой В. Т. Микропроцессорные системы поэлементного диагностирования РЭА,- М.: Радио и связь, 1987.- 256 с.

19. Управляющие системы промышленных роботов / Ю.А. Андрианов, Л.Я. Глейзер, М.Б. Игнатьев и др. / Под ред. И.М. Макарова, В.А. Чиганова. М.: Машиностроение, 1988.- 288 с.

20. Горяшко А. П. Синтез диагностируемых схем вычислительных устройств -М.: Наука, 1987.-28 8 с.

21. Тихонов В. И., Миронов М. И. Марковские процессы. М.: Сов. радио, 1977.-488 с.

22. Jane R. Decision-making in presence of fuzzy variables // IEEE Trans/ Systems, Man Cybernetics. 1976/ - Vol. 6, № l.P.698-703.

23. Борисов A. H., Крумберг О. А., Федоров И. П. Принятие решений на основе нечетких моделей: Примеры использования.- Рига: Зинатне, 1990.-184 с.

24. Колмогоров А. Н., Фомин С. В. Элементы теории функций и функционального анализа. М: Наука, 1981. - 544 с.

25. Горелик А. Л., Скрипкин В. А. Методы распознавания. М.: Высшая школа, 1977 -220 с.

26. Коричнев В. Д., Королев В. Д. Статистический контроль каналов связи. -М.: Радио и связь, 1989.- 240 с.

27. Вопросы статистической теории распознавания / Под ред. Б. В. Барского. -М.: Сов. радио, 1967.-400 с.

28. Кудрицкий В. Д., Синица М. А., Чннаев П.И. Автоматизация контроля радиоэлектронной аппаратуры / Под ред. П.И. Чииаева. М.: Сов. радио, 1977, -256с.

29. Вешкурцев Ю. М. Автокогерентные устройства измерения случайных процессов. Омск: Изд-во ОмГТУ, 1995.- 163 с.

30. Автоматическая аппаратура контроля радиоэлектронного оборудования: Вопросы проектирования / Под ред. П. П. Пономарева. М.: Сов. радио, 1975. -328 с. 32. ГОСТ 26656-85. Контролепригодность объектов диагностирования. -М.: Изд-во стандартов, 1985. - 19 с.

31. Боровиков В. П., Ивченко Г. И. Прогнозирование в системе STATST1CA а среде WINDOWS. Основы теории и интенсивная практика на компьютере: Учеб. пособие. М.: Финансы и статистика» 2000. - 384 с.

32. Формальная логика/ И.Я. Чупахин, A.M. Плотников, К.А. Сергеев и др. Л.: Изд-во ЛГУ. 1977.-357 с.

33. Надежность и эффективность в технике: Справочник: В 10 т. М.: Машиностроение, 1987. Т. 9. Техническая диагностика / Под общ. ред. Клюева В.В., Пархоменко П.П. - 352 с.

34. Гуляев В.А., Кудряшов В.И. Автоматизация наладки и диагностирования микроУВК. М.: Энергоатомиздат, 1992. - 256 с.

35. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1983. - 30 с.

36. ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Основные термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1975. - 14 с.

37. Щербаков Н.С., Подкопаев Б.П. Структурная теория аппаратного контроля цифровых автоматов. М.: Машиностроение, 1982. - 191 с.

38. Шалобанов C.B. Структурные методы диагностирования линейных непрерывных систем управления. Хабаровск: Изд-во Хабар, гос. техн. ун-та, 1997.- 87 с.

39. Аронов И.З. Управление безопасностью технических систем на стадии эксплуатации по результатам выделения предвестников аварий // Методы менеджмента качества. 2000. - № 10. - С. 30-35.

40. Строганов Р.П. Управляющие машины и их применение. М.: Высшая школа., 1986. - 240 с.

41. Поспелов Д.А. Логико-лингвистические модели в системах управления. -М.: Энергоиздат, 1981.-232 с.

42. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. М.: Наука, 1965. - 524 с.

43. Карибский В.В., Пархоменко П.П., Согомонян Е.С., Халчев В.Р. Основы технической диагностики. — М.: Энергия, 1976. 464 с.

44. ГОСТ 19919-74. Контроль автоматизированный технического состояния изделий авиационной техники,—М: Изд-во стандартов, 1974. 17с.

45. Воронин В.В. Распределение вероятностей на множестве формальных дефектов //Известия вузов. Приборостроение. 2001. - №5.-С. 57-61.

46. Воронин В.В. Временные отношения на множестве дефектов// Приборы и системы. Управление. Контроль. Диагностика. 2001.-№ 6.-С. 67-69.

47. Брюле Д.Д., Джонсон P.A., Клетский Е.Д. Отыскание неисправностей в технических устройствах // Зарубежная радиоэлектроника. 1961. - № 7. - С. 5872.

48. Поспелов Д.А. Ситуационное управление: теория и практика. М.: Наука, 1986.-288 с.

49. Поспелов Д.А., Пушкин В.Н. Мышление и автоматы. М.: Сов. радио, 1972. - 224 с.

50. Поспелов Д.А. Модели рассуждений. Опыт анализа мысленных актов. М.: Радио и связь, 1989. - 184 с.

51. Биргер H.A. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978. - 240 с.

52. Горелик А.Л.» Скрипкин В.А. Методы распознавания. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1984. — 208 с.

53. Браверман Э.М., Мучник И.Г. Структурные методы обработки эмпирических данных. М.: Наука, 1983. - 464 с.

54. Ту Дж., Гонсалес Р. Принципы распознавания образов.-М.: Мир, 1978.-246 с.

55. Пархоменко П.П., Согомонян Е.С. Основы технической диагностики: (Оптимизация алгоритмов диагностирования, аппаратные средства) / Под ред. Пархоменко П.П. М.: Энергия, 1981. - 320 е.

56. Грундспенькис Я.А., Маркович З.П., Осис Я.Я. Построение топологической модели объекта // Кибернетика и диагностика. Рига: Зинатне, 1972. Вып.5. С. 19-35.

57. Мироновский JI.A. Функциональное диагностирование динамических систем // Автоматика и телемеханика. — 1980. С. 96-121.

58. Ксенз С.П. Диагностика и ремонтопригодность радиоэлектронных средств. — М.: Радио и связь, 1989. — 247 с.

59. Байхельт Ф., Франкен П. Надежность и техническое обслуживание. Математический подход. М.: Радио и связь, 1988. - 392 с.

60. Гулеев В.А., Коростиль Ю.М. Диагностирование программного обеспечения микропроцессорных систем. — Киев: Тэхника, 1991. 140 с.

61. Глазунов Л.П., Смирнов А.Н. Проектирование технических систем диагностирования. Л.: Энергоатомиздат, 1982. - 168 с.

62. Курт-Умеров В.О. Математическая модель для предсказания постепенных отказов элементов систем // Автоматика и телемеханика. 1966. ~№ 2. - С. 142-146.

63. Харари Ф. Теория графов. М.: Мир, 1973. - 300 с.

64. Гиндикин С.Г. Алгебра логики в задачах. М.: Наука, 1972. - 288 с.

65. Селлерс Ф. Методы обнаружения ошибок в работе ЭЦВМ. М.:Мир, 1972.-310с. . :

66. Евланов А.Г. Контроль динамических систем. — М.: Наука, 1979.-332 с.

67. Вавилов A.A., Имаев Д.Х. Машинные методы расчета систем уравнений. -Л.: Изд-во ЛГУ, 1981.-232 с.

68. Гольдман Г.С., Чипулис В.П. Техническая диагностика цифровых устройств. М.: Энергия, 1976. - 224 с.

69. Чжен Г., Мэннинг Е., Метц Г. Диагностика отказов цифровых вычислительных систем. ~ М.: Мир, 1972. 232 с.

70. Воронин В.В. Взаимозависимость надежности объекта и системы его технического обслуживания // Методы менеджмента качества. 2001. - № 8. -С. 23-26.

71. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1990. -448 с.

72. Мозгалевский A.B., Мясников Ю.Н., Костанди Г.П., Тарасенко В.И., Свитин В.П. Опыт разработки диагностического обеспечения машин и механизмов. ~ Л.: ЛДНТП, 1983.-35 с.

73. Воронин В.В. Диагностирование технических объектов. Хабаровск: Изд-во Хабар, гос. техн. ун-та, 2002. - 188 с.

74. Кузьмичев Д.А., Радкевич И.А., Смирнов А.Д. Автоматизация экспериментальных исследований.- М.: Наука, 1983.- 391 с.

75. Беллоуз Дж.К. Система химической диагностики для электростанции. // Искусственный интеллект: применение в химии. Ред. Т. Пирс, Б. Хони.- М.: МИР, 1988.-428 С.

76. Слепцов В.В., Картавцев В.И. Основные задачи проектирования информационно-измерительных систем робототехнических комплексов сборки.

77. Сборник научных трудов. "Точные приборы и измерительные системы." М.: МГАПИ, 2000.- С. 91-93.

78. Попов Э.В. Экспертные системы. М.: Наука. 1987.- 288 с.

79. Гибкое автоматизированное производство / Под общ. ред. С.А.Майорова, Г.В.Орловского, С.Н.Халкиопова. -JL: Машиностроение, 1985.-454 с.

80. Построение экспертных систем, ред.: Ф.Хайес-Рот, Д.Уоторман, Д.Ленат -М.: Мир. 198 7.- 441 с.

81. Lyman J. Expert systems tackle VLSI testing. Electronics, 1986, No.47, pp. 5657.

82. Лаймен Дж. Новое устройство предотвращения аварий на АЭС,- М. : Электроника, 1986, №11. с. 3-4.

83. Риз Ч.Е. Стюарт Дж. Д. RuleMaster. система конструирования знаний для построения научных систем. // Искусственный интеллект: применение в химии, Ред. Т. Пирс, Б. Хони.- М.: Мир. 1988.- 428 с.

84. Смит Д.Г., Искусственный интеллект: технология экспертных систем. // Искусственный интеллект: применение в химии. Ред. Т. Пирс, Е. Хони.- М.: МИР, 1988.- 428 С.

85. Мендельсон Э. Введение в. математическую логику. М.: Наука, 1971, 320 С.

86. Гибкие сборочные системы / Под ред. У.Б.Хегинботама; Пер. с англ. Д.Ф.Миронова: Под ред. А.М.Покровского. М: Машиностроение, 1988.- 400 с.

87. Хоггер К. Введение в логическое программирование. М.: МИР, 1988.- 348 С., ИЛ.

88. Nau O.S. Expert systems, Computer, February, 1983, h/ 63.

89. Вагин B.H. Дедукция и обобщение в системах принятия решений.-М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1988.- 384 е.

90. Чень Ч., Ли ,Р. Математическая логика и автоматическое доказательство теорем. М.: Наука, 1983.

91. Иванищев A.B. Система автоматизации оперативной функциональной диагностики на основе идеографического представления. // Вопросы алгоритмического моделирования сложных систем.» Л.: АН СССР. ЛИИ АН, 1988. 235 С. ИЛ.

92. Берж К. Теория графов и ее применение. М.: ИЛ, 1962.-366 с.

93. Оллсон Г., Пиани Дж. Цифровые системы автоматизации и управления. -СПб.: Невский Диалект, 2001.- 557 е.: ил.

94. Ковальский Р. Логическое программирование. // Логическое программирование: Сб. статей: Пер. с англ. и фр.- М,: Мир» 1988.- 366 С. ,С ИЛ.

95. Иванищев A.B. Экспертная система диагностирования сложных объектов. АН СССР. Ленингр. ин-т информатизации и автоматизации (ЛИИ АН). Препринт № 104, Ленинград, 1989. 32 с.

96. Ивченко В.Д. Математические модели диагностической информации отказоустойчивых систем.- М.: ВИНИТИ, 1989 г.

97. Ивченко В.Д. Отказоустойчивость свойство современных систем автоматического управления // Приборы и системы управления. 1997г. №7.

98. Ивченко В.Д. Диагностика и отказоустойчивость технических систем. Методы обработки информации и принятия решений. М.: «Издательство Машиностроение -1», 2006. 305с.

99. Глущенко П.В. Техническая диагностика. Моделирование в диагностировании и прогнозировании состояния технических объектов. М.: Вузовская книга. 2004. 2004.-248 е.: ил.

100. Слепцов В. В., Васильев A.M., Сидоров А.К. Анализ устойчивости распределенных информационно-измерительных систем. МГАПИ. Приборостроение, Межвузовский сборник научных трудов, 2005, стр. 13-20.

101. Гарипов В.К., Васильев A.M., Сидоров А.К. Построение алгоритмов диагностирования технических систем при отсутствии надежностных характеристик контролируемых параметров. Приборы, 2006, №8, стр. 36-38.