Інформаційна система технічної діагностики функціонування складних технічних систем

Реферат: Інформаційна система технічної діагностики функціонування складних технічних систем містить блок обробки даних, блок керування послідовністю операцій. Додатково містить блок отримання поточної інформації, блок виявлення збоїв датчиків, з'єднаний з блоком обробки первинної інформації, з'єднаний з блоком базового відновлення функціональних залежностей, з яким також з'єднані блок баз даних результатів керування та функціонування складних технічних систем (СТС), блок баз апріорних знань про СТС, блок баз даних поточної діагностичної інформації, блок керування послідовністю операцій і блок квантування функціонування інформаційної платформи технічної діагностики, з'єднаний з блоком виявлення, розпізнавання, класифікації ризиків, що містить модуль відновлення функціональних залежностей з урахуванням факторів ризику і, що з'єднаний з блоком прогнозування нестаціонарних процесів, який містить модуль встановлення зв'язків відновлених наближаючих функцій і який зв'язаний з блоком виявлення причин можливого переходу штатної ситуації у позаштатну, який містить модуль мінімізації багатофакторних ризиків і що сполучений з блоком розрахунку змін до сигналів керування СТС. UA 87006 U (12) UA 87006 U UA 87006 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до технічної діагностики функціонування складних технічних систем у режимі реального часу в умовах невизначеностей різної природи та багатофакторних ризиків, а саме формалізації і реалізації системної стратегії гарантованої працездатності і безпеки функціонування живучості складних технічних систем як єдиного комплексу її методології і інструментарію технічної діагностики у процесі їх експлуатації. Відомо інформаційно-аналітичну систему збору та обробки даних, що містить пристрій введення даних за допомогою інтерфейсу, пристрій структуризації даних, пристрій керування послідовністю операцій, пристрій обробки даних, пристрій формування вихідних даних, пристрій збору та накопичення даних з можливістю отримання інформації як із заданих джерел, так і з джерел, перелік яких формується динамічно, пристрій формування масивів зберігання проміжних результатів обробки даних, зв'язаний з модулем експертних оцінок та прогнозів з утворенням як пристрою формування вихідних даних підсистеми генерації та аналізу сценаріїв розвитку досліджуваного об'єкта або галузі [UA 22435, G06Q10/00, 2007]. Відома система не враховує фактори ризику, прогнозування основних показників настання кожної окремо нештатної ситуації, прогнозування основних показників живучості об'єкта впродовж заданого періоду його експлуатації для своєчасного виявлення причин та прийняття рішень щодо запобігання переходу штатної ситуації в позаштатну, аварію чи катастрофу. В основу корисної моделі поставлено задачу створення інформаційної системи технічної діагностики функціонування складних технічних систем (СТС), яка би дозволила в умовах, наближених до режиму реального часу, своєчасно виявити причини позаштатної або аварійної ситуації та запобігти можливому переходу працездатного стану об'єкта у непрацездатний стан, знизити рівень ризику переходу позаштатної ситуації в катастрофу і аварію та забезпечити живучість функціонування СТС за рахунок запропонованої системної стратегії гарантованої працездатності і безпеки їх функціонування. Поставлену задачу вирішують тим, що інформаційна система технічної діагностики функціонування складних технічних систем, яка включає блок обробки даних, блок керування послідовністю операцій, згідно з корисною моделлю, містить блок отримання поточної інформації щодо фактичного стану елементів складних технічних систем за допомогою датчиків 2, з'єднаний з блоком виявлення збоїв датчиків, з'єднаний з блоком обробки первинної інформації, з'єднаний з блоком базового відновлення функціональних залежностей, з яким також з'єднані блок баз даних результатів керування та функціонування складних технічних систем 6, блок баз апріорних знань про складні технічні системи, блок баз даних поточної діагностичної інформації, з яким з'єднаний також блок обробки первинної інформації, з блоком базового відновлення функціональних залежностей з'єднано блок керування послідовністю операцій і блок квантування функціонування інформаційної платформи технічної діагностики, з'єднаний з блоком виявлення, розпізнавання, класифікації ризиків, що містить модуль відновлення функціональних залежностей з урахуванням факторів ризику і що з'єднаний з блоком прогнозування нестаціонарних процесів, який містить модуль встановлення зв'язків відновлених наближаючих функцій з урахуванням ризику і який зв'язаний з блоком виявлення причин можливого переходу штатної ситуації у позаштатну, який містить модуль мінімізації багатофакторних ризиків і що сполучений з блоком розрахунку змін до сигналів керування складними технічними системами для забезпечення їх працездатності і живучості, причому блок керування послідовністю операцій виконано з можливістю керування блоком квантування функціонування інформаційної платформи технічної діагностики, блоком виявлення, розпізнавання, класифікації ризиків, модулем відновлення функціональних залежностей з урахуванням факторів ризику, блоком прогнозування нестаціонарних процесів, блоком виявлення причин можливого переходу штатної ситуації у позаштатну, і блоком розрахунку змін до сигналів керування складних технічних систем для забезпечення працездатності і живучості складних технічних систем, який також з'єднано з блоком формування сигналу екстреного керування. Інформаційна система дозволяє своєчасно виявити та усунути причини можливого переходу працездатного стану об'єкта в непрацездатний на основі системного аналізу багатофакторних ризиків позаштатних ситуацій, достовірного оцінювання ресурсів допустимого ризику різних режимів функціонування складного технічного об'єкта і прогнозування основних показників живучості об'єкта упродовж заданого періоду його експлуатації. Множини факторів ризику і множини ситуацій є принципово необмеженими. Вони кількісно та якісно змінюються у процесі функціонування складних технічних об'єктів, утворюючи відповідні послідовності вкладених множин. Фактори ризику аналізуються блоком виявлення, розпізнавання, класифікації ризиків і функціонально враховуються блоком базового відновлення функціональних можливостей, які в подальшому аналізуються в блоці 1 UA 87006 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 прогнозування нестаціонарних процесів і в блоці виявлення причин можливого переходу штатної ситуації в позаштатну та модулю мінімізації багатофакторних ризиків. Технічний результат досягається завдяки реалізації блоками інформаційної системи гарантованої працездатності і безпеки функціонування складних технічних систем (СТС). Практична реалізація координується блоком керування послідовністю операцій. В інформаційній системі реалізовано процедури діагностування та оцінювання позаштатних ситуацій у процесі переходу штатного режиму функціонування складної системи в послідовність позаштатних ситуацій. Використовуючи результати цих процедур, формуються бази даних і сценарій виникнення послідовності позаштатних ситуацій. На підставі одержаної інформації приймають рішення щодо подальших дій, визначають можливість переходу складного об'єкта з позаштатних ситуацій у штатний режим. При прийнятті рішення аналізуються три варіанти: - перехід у штатний режим можливий (варіант 1); - перехід у штатний режим неможливий (варіант 2); - інформації про позаштатні ситуації недостатньо для прийняття рішення (варіант 3). У варіанті 1 вживають заходи для переходу позаштатних ситуацій у штатний режим на основі послідовного виконання операцій. У варіанті 2 виконують заходи для оцінювання ступеня і рівня ризику, ліміту часу на формування і реалізацію рішення про технологічну зупинку функціонування об'єкта на основі послідовного виконання операцій. У варіанті 3 виконують заходи для оцінювання ступеня і рівня безпеки, ресурсу допустимого ризику, ліміту часу на формування і реалізацію рішення про технологічну зупинку функціонування об'єкта на основі послідовного виконання операцій. Усі варіанти орієнтовані на запобігання аварії до настання критичного моменту часу переходу ситуації ризику в аварію чи катастрофу. Розрахунок змін до сигналів керування СТС з метою забезпечення працездатності і живучості функціонування СТС виконують за допомогою відповідного блока. Після отримання сигналу про позаштатну ситуацію оперативно і результативно діють стосовно забезпечення готовності СТС до екстреного переходу у стан, що мінімізує ризики, і забезпечення можливості реалізації вказаних дій у межах ресурсу допустимого ризику. Корисна модель пояснюється схемою інформаційної системи технічної діагностики функціонування складних технічних систем. Інформаційна система містить блок 1 отримання поточної інформації щодо фактичного стану елементів складних технічних систем за допомогою датчиків 2, з'єднаний з блоком 3 виявлення збоїв датчиків, з'єднаним з блоком 4 обробки первинної інформації, з'єднаним з блоком 5 базового відновлення функціональних залежностей, з яким також з'єднані блок 6 баз даних результатів керування та функціонування складних технічних систем, блок 7 баз апріорних знань про складні технічні системи, блок 8 баз даних поточної діагностичної інформації, з яким з'єднаний також блок обробки первинної інформації 4, з блоком 5 базового відновлення функціональних залежностей з'єднано блок 9 керування послідовністю операцій і блок 10 квантування функціонування інформаційної платформи технічної діагностики, з'єднаний з блоком 11 виявлення, розпізнавання, класифікації ризиків, що містить модуль відновлення функціональних залежностей з урахуванням факторів ризику і що з'єднаний з блоком 12 прогнозування нестаціонарних процесів, який містить модуль встановлення зв'язків відновлених наближаючих функцій з урахуванням ризику, який зв'язаний з блоком 13 виявлення причин можливого переходу штатної ситуації у позаштатну, який містить модуль мінімізації багатофакторних ризиків і який сполучений з блоком 14 розрахунку змін до сигналів керування складними технічними системами для забезпечення їх працездатності і живучості, причому блок 9 керування послідовністю операцій виконано з можливістю керування блоком 10 квантування функціонування інформаційної платформи технічної діагностики, блоком 11 виявлення, розпізнавання, класифікації ризиків з модулем відновлення функціональних залежностей з урахуванням факторів ризику, блоком 12 прогнозування нестаціонарних процесів, блоком 13 виявлення причин можливого переходу штатної ситуації у позаштатну, і блоком 14 розрахунку змін до сигналів керування складних технічних систем для забезпечення працездатності і живучості складних технічних систем, який також з'єднано з блоком 15 формування сигналу екстреного керування. Інформаційна система функціонує наступним чином: За допомогою блока 1 отримання поточної інформації отримують інформацію, що характеризує стан системи з різних датчиків 2, які залежно від фізичної природи мають різні робочі показники (різну дискретизацію за часом, за розділеною спроможністю). По факту зняття 2 UA 87006 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 у реальному режимі часу показників датчиків 2 здійснюють приведення первинної інформації до визначеного стандартного вигляду. За допомогою блока 3 виявлення збоїв датчиків здійснюють виявлення збоїв датчиків 2, використовуючи алгоритми, що функціонують на принципах теорії смуг Болінджера, процедур побудови ступінчастої функції першого та другого рівнів. Обробку та нормування інформації з різнорідних за своєю суттю датчиків 2 про стан СТС здійснюють за допомогою блока 4 обробки первинної інформації. З блока 4 обробки первинної інформації її періодично надсилають до блока 8 баз даних поточної діагностичної інформації, в якому нормовану поточну інформацію класифікують, зберігають і разом з інформацією щодо попередніх вимірювань датчиків 2 відправляють до блока 5 базового відновлення функціональних залежностей. Паралельно інформацію, що необхідна для базового відновлення функціональних залежностей, щодо стану системи з блока 4 обробки первинної інформації, інформацію, щодо можливих оптимальних алгоритмів керування СТС з блока 7 баз даних результатів керування та функціонування СТС і інформацію щодо фізичних та технологічних властивостей СТС з блока 6 баз апріорних знань про СТС надають до блока 5 базового відновлення функціональних залежностей. В блоці 5, використовуючи отриману інформацію з баз даних блоків 6, 7, 8 та нормовану інформацію щодо стану системи, отриману з різних датчиків 2 в режимі, максимально наближеному до реального часу (надає блок 4), здійснюють відновлення функціональних залежностей за дискретно заданими вибірками, процедура відновлення базується на побудові ієрархії моделей, встановлення зв'язків відновлених наближаючих функцій з функціями ризику. Блок 5 базового відновлення функціональних залежностей за дискретно заданими вибірками - базовими апроксимуючими функціями використовує зміщені поліноми Чебишева, що обумовлює нормування всієї первинної інформації до відрізку [0,1], та здійснює відновлення функціональних залежностей на побудові ієрархії моделей, встановлення зв'язків відновлених наближаючих функцій з функціями ризику. Після цього в блоці 10 квантування функціонування здійснюють процедуру квантування первинних змінних. Дані та функціональні залежності, що сформовані попереднім блоком 10, надходять до блока 11 виявлення, розпізнавання, класифікації ризиків, де здійснюють виявлення, розпізнавання класифікацію факторів ризику. Отримані фактори ризику та супутня інформація надаються до блока 11, де відбувається чергове відновлення функціональних залежностей СТС з урахуванням кожного з факторів ризику. Блок 12 прогнозування нестаціонарних процесів та модуль встановлення зв'язків відновлених наближаючих функцій з функціями ризику обробляють дані, отримані з попереднього блока, здійснюють виявлення причин можливого переходу штатної ситуації у позаштатну, враховуючи необмеженість ситуацій ризику, що дозволяє своєчасно виявити причини можливої позаштатної ситуації та прийняти рішення щодо запобігання переходу штатної ситуації в позаштатну, аварію чи катастрофу. Блок 13 виявлення причин можливого переходу штатної ситуації в позаштатну що базується на підсистемі мінімізації багатофакторних ризиків з модулем мінімізації багатофакторних ризиків виявляють причини нештатної ситуації, враховуючи необмеженість ситуацій ризику, що дозволяє своєчасного виявити причини можливої позаштатної ситуації та прийняти рішення щодо запобігання переходу штатної ситуації в позаштатну, аварію чи катастрофу та реалізує основу алгоритму керування безпекою СТС під час позаштатних ситуацій. Після ідентифікації причин позаштатних ситуацій та розрахунку дій, що необхідні для мінімізації ризиків для повернення системи в штатний режим функціонування, блок 14 розрахунку змін до сигналів керування СТС з метою забезпечення працездатності і живучості функціонування СТС розраховує бажані керуючі параметри СТС і надає їх до модуля формування сигналів екстреного керування. Разом з цим оператор системи (або система керування СТС вищого рівня) отримують інформаційний сигнал щодо позаштатного стану системи та необхідності повернення її до штатного режиму функціонування. Процес функціонування СТС у реальному режимі часу відображається на інформаційному табло або в будь-якій заданий експлуатантом СТС інформаційній мережі. При прогнозуванні позаштатної ситуації або досягненні одним з критичних параметрів системи позаштатного значення видається звукове та візуальне попередження, за допомогою блока 15 формування екстреного сигналу формують сигнал екстреного керування до системи керування функціонуванням СТС (СКФ СТС), а також інформацію про позаштатний режим СТС передають до модуля прийняття рішень (або оператора СТС). 3 UA 87006 U Пріоритетністю, черговістю, диспетчеризацією отриманих даних і залежностей, виконанням процедур, що реалізуються блоками 5, 10, 11, 12, 13, 14, 15 керують за допомогою блока 9 керування послідовністю процедур. 5 10 15 20 25 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Інформаційна система технічної діагностики функціонування складних технічних систем, що містить блок обробки даних, блок керування послідовністю операцій, яка відрізняється тим, що містить блок отримання поточної інформації щодо фактичного стану елементів складних технічних систем за допомогою датчиків, з'єднаний з блоком виявлення збоїв датчиків, з'єднаний з блоком обробки первинної інформації, з'єднаний з блоком базового відновлення функціональних залежностей, з яким також з'єднані блок баз даних результатів керування та функціонування складних технічних систем, блок баз апріорних знань про складні технічні системи, блок баз даних поточної діагностичної інформації, з яким з'єднаний також блок обробки первинної інформації, з блоком базового відновлення функціональних залежностей з'єднано блок керування послідовністю операцій і блок квантування функціонування інформаційної платформи технічної діагностики, з'єднаний з блоком виявлення, розпізнавання, класифікації ризиків, що містить модуль відновлення функціональних залежностей з урахуванням факторів ризику і, що з'єднаний з блоком прогнозування нестаціонарних процесів, який містить модуль встановлення зв'язків відновлених наближаючих функцій з урахуванням ризику і який зв'язаний з блоком виявлення причин можливого переходу штатної ситуації у позаштатну, який містить модуль мінімізації багатофакторних ризиків і, що сполучений з блоком розрахунку змін до сигналів керування складними технічними системами для забезпечення їх працездатності і живучості, причому блок керування послідовністю операцій виконано з можливістю керування блоком квантування функціонування інформаційної платформи технічної діагностики, блоком виявлення, розпізнавання, класифікації ризиків, модулем відновлення функціональних залежностей з урахуванням факторів ризику, блоком прогнозування нестаціонарних процесів, блоком виявлення причин можливого переходу штатної ситуації у позаштатну, і блоком розрахунку змін до сигналів керування складних технічних систем для забезпечення працездатності і живучості складних технічних систем, який також з'єднано з блоком формування сигналу екстреного керування. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4