HU180863B - Device for determining and foresignalling the resulting of preferential conditions of system being under supervision - Google Patents

Description

Budapest

Berendezés felügyelet alatt álló rendszer kitüntetett állapotai bekövetkeztének megállapítására és előre jelzésére

A találmány tárgya felügyelet alatt álló rendszereknek a személyzet beavatkozását, intézkedését igénylő és egyben meghatározó, kitüntetett állapotait megállapító és előrejelző berendezés. Felügyelet alatt álló rendszer alatt az olyan komplexumokat értjük, mint pl. egy ipari folyamat, üzem, atomreaktor, orvosi vizsgálat alatt álló emberi szervezet stb.

Egy vizsgált rendszer mindenkori állapotáról a felügyelő személyzet a jellemző paraméterek mérése útján szerezhet információt. Bizonyos esetekben a megfigyelt paraméterek közül elegendő egynek-egynek a folyamatos figyelése, és ezen változók meghatározott tartományon kívülre esése egyértelműen jelzi a kitüntetett állapot fennállását. Ez a szoros korreláció az állapot és egy megfigyelt változó (ún. állapotjelző) között azonban nem általános. Főleg a bonyolultabb rendszerek (pl. az emberi szervezet) esetében csak több állapotjelző együttes megfigyeléséből, azok egymáshoz való viszonyából következtethetünk az állapotra.

A szabályozások, a rendszerek működésébe történő beavatkozások célja a rendszerállapot megváltoztatása. Ennek érdekében a rendszerről — mérés útján — információt kell szereznünk. A közvetlen mérésekkel azonban csak a rendszer állapotjelzőiről szerezhetünk információt. Ahhoz, hogy a beavatkozáshoz szükséges ún. állapot-információt megkapjuk, további analitikai (adatredukciós) műveletekre van szükség: az egyes közvetlenül mért állapotjelző-értékeket egymáshoz kell viszonyítani, egyesekkel másokat korrigálni stb. Összefoglalva, a felügyelet alatt álló rendszerek állapotának mérése két lépésből áll: az állapotjelzők közvetlen méréséből, majd az állapotinformációt előállító analitikai műveletekből.

A hagyományos, felügyelő személyzettel végzett rendszermegfigyelésben is léteznek műszerek, ezek az állapotjelzők közvetlen mérésre szolgálnak. A műszerek állásából a felügyelő személy agyában alakul ki az az állapot-információ, amely alapján avatkozik be a rendszer működésébe.

Y rendszerállapotok állandó változása folyamatos megfigyelést követel, beavatkozásra azonban csak egyes meghatározott állapotok bekövetkeztekor van szükség. A továbbiakban ezeket a felügyelő személyzettől konkrét intézkedéseket megkövetelő állapotokat nevezzük együttesen kitüntetett állapotoknak. Ilyen kitüntetett rendszerállapot lehet pl. az optimális üzemállapot, teljes nyugalmi állapot, veszélyállapot stb.

Az automatikus figyelő-, jelző-, riasztóberendezések kialakításának két fő oka van. Egyrészt mentesíteni kívánják az állandó figyelés (az állapot-információ folyamatos előállítása) alól a felügyelő személyzetet, csak a beavatkozást igénylő esetekben mozgósítva azt. Másrészt vannak olyan rendszerek (pl. egy szuperszonikus repülőgép) ahol a nagyszámú közvetlenül mért állapotjelző és az állapotok gyors megváltozása miatt rendelkezésre álló igen rövid idő lehetetlenné teszi az állapotinformáció hagyományos (ember által végzett) előállítását.

A kitüntetett rendszerállapotok, különösen a veszélyállapotok, automatikus jelzésére több megoldás ismert. Széles körben elterjedt az a módszer, amely szerint egy-egy közvetlenül mért paraméter határátlépését követően, e határátlépést felhasználva történik meg a figyelmeztetés, a riasztás.

Ismeretesek olyan megoldások is, amelyek több paraméter

-1180863 határátlépését jelentő jelzések logikai kombinációit képezik és ezek alapján történik a riasztás.

Vannak olyan megoldások is, amelyek szerint egy-egy közvetlenül mért paraméter változási tendenciáját vizsgálják, és e vizsgálat alapján a várható határátlépést előre jelzik.

A vázolt ismert megoldások alapvető hátránya, hogy alkalmazásuk során gyakran születnek hamis jelzések, különösen olyan rendszereknél, ahol nincs szoros korreláció az állapot és egy-egy állapotjelző között.

A találmány szerinti berendezés segítségével az ismert megoldások hiányosságai és hátrányai kiküszöbölhetők és biztosítható általa a felügyelet alatt álló rendszerek kitüntetett állapotainak megállapítása és előre jelzése.

Tekintettel arra, hogy a rendszerek állapotváltozásai több paraméter egyidejű változásaként jelentkeznek, a kitüntetett rendszerállapotok bekövetkeztének megállapítását több paraméter együttes figyelembevételével végzi a berendezés. Minthogy a rendszerekről szerzett információk között nagy szerepet játszanak a műszerekkel nem mérhető, a felügyelő személyzet által közvetlenül észlelt jelenségek is, a kitüntetett állapotok bekövetkeztének megállapításához ezeket is figyelembe lehet venni a találmány szerinti berendezés segítségével.

Felismertük azt a tényt, hogy a beavatkozás módjának meghatározásában döntő jelentősége van az egyes állapotokban való tartózkodás idejének is. Nem igényel pl. beavatkozást (tehát nem tükröz kitüntetett állapotot) ugyanaz a gyenge szülési fájástevékenység a szülés kezdetekor, szemben az azután több órával jelentkezővel (kórosan elhúzódó szülés). Ennek megfelelően a kitüntetett állapotok bekövetkeztének megállapításához felhasználjuk az említetthez hasonló időadatokat is, melyeket a leírásban ezentúl „egyes események között eltelt idő”-nek nevezünk. Tekintettel arra, hogy a mérési és észlelési hibák, külső zavarok, továbbá a rendszerek bonyolult volta miatt a rendszerekről szerzett információk és a rendszerek állapotai között nem egyértelmű a kapcsolat, a találmány szerinti berendezés alkalmazása során a matematikai statisztika módszereit is felhasználja. Mivel a rendszerek egyes paramétereinek változásában fellelhető tendenciák egymással szemben is hatnak, s így nem tükrözik mindig helyesen a rendszerek állapotváltozásait, a kitüntetett rendszerállapotok bekövetkeztének előrejelzésekor a paraméterek együttesében, egymáshoz viszonyított kapcsolataiban jelentkező tendenciákat vesszük figyelembe.

A találmány szerinti berendezés felhasználási területe rendkívül széles, használatának, alkalmazásának ismertetése megfelelő általánosítást igényel.

A kitüntetett rendszerállapot bekövetkeztének megállapítása és előrejelzése érdekében alkalmazott, célszerűen automatikus mérő- és adatfeldolgozó berendezés magját képező számítóeszközbe vezetjük a műszeresen észlelhető paramétereknek megfelelő villamos jeleket, másrészt a felügyelő személyzet megfigyeléseit, tapasztalatait megfelelően kódolva tükröző villamos jeleket szintén a már említett számítóeszközbejuttatjuk. Ez a számítóeszköz univerzális vagy célszámítógép lehet. A kódolás módja olyan, hogy a felügyelő személyzet és a műszerek által a számítóeszközbe juttatott villamos jelekkel fedett adatok egységesen, valószínűségi változókként szerepeljenek. Ilyen változóként vesszük figyelembe egy esemény bekövetkeztétől egy másik esemény bekövetkeztéig eltelt időt. Tapasztalat, hogy matematikai rendszerelemzés útján megállapítható az éppen vizsgálat alatt álló rendszer kitüntetett állapotai bekövetkezési valószínűsége és a már említett változók közötti többváltozós függvénykapcsolat. A számítóeszköz ennek a függvénykap csolatnak megfelelő leszármaztatott villamos jelet állít elő. Hogy a korábban a statisztikus jelleggel kapcsolatban említett problémákat megoldjuk, az utóbb említett leszármaztatott villamos jelnek a rendszer állapotváltozási sebessége 5 által meghatározott Τθ időre vonatkozó átlagát képezzük, így megkapjuk az egyes rendszerállapotok átlagos bekövetkezési valószínűségét. Ezen átlagolás segítségével vehetők figyelembe azok az esetek is, amikor a rendszer valamely állapotban állásának időtartama jellemző a kitüntetett álla10 pót bekövetkezésére, pl. veszélyre.

A találmány szerinti berendezés egy lehetséges változata esetében az előbb ismertetett módon meghatározott átlagértékeket olyan kijelző eszközre vezetjük, amely a felügyelő személyzet megfigyelése alatt áll, illetve ezen átlagértékek 15 határátlépéseit használjuk fel a figyelem felhívására, pl. a riasztás végrehajtására.

A találmány szerinti berendezés lehetővé teszi a kitüntetett rendszerállapot bekövetkezésének előrejelzését is. Ezt úgy érjük el, hogy a már említett számítóeszköz memóriájában 20 tárolunk több, egymást az átlagolás T idejével követő átlagértéket az adott rendszerállapot átlagos bekövetkezési valószínűségeit, s az ezekben mutatkozó tendenciát vizsgáljuk. Ennél egyik lehetséges útja az, hogy a tárolt átlagértékeket egy időfüggvény pontjainak tekintjük, a közéjük regresszió25 val, például az eltérések négyzetösszege minimalizálásának ismert módszerével, első-, másod- vagy magasabb fokszámú polincmmal leírható kiközepelő görbét reprezentáló újabb villamos jelet állítunk elő, s ebből meghatározzuk a kitüntetett rendszerállapot T idő múlva várható átlagos bekövetkezési valószínűségét, amelyet az előbbiekben már vázolt módon dolgozunk fel.

Minthogy a találmány szerinti berendezés révén egyidejűleg több paramétert vizsgálunk, a felügyelő személyzet által észlelt jelenségeket a műszerekkel mért paraméterekkel egye35 ző módon dolgozzuk fel, a kitüntetett rendszerállapotok bekövetkezésére vonatkozó jelzéseket egy mérési sorozat adatainak a matematikai statisztika módszereivel történő értékelése révén adjuk, illetve több mérési sorozat eredményeiben jelentkező tendenciákat vizsgáljuk, jobban nyomon követhetővé válnak a rendszer állapotváltozásai, megbízhatóan és még időben jelezhetek a felügyelő személyzet intézkedéseit, beavatkozásait megkívánó rendszerállapotok.

A találmány szerinti berendezés közelebbi megismerése érdekében gyógyászati példa kapcsán ismertetjük a további45 akban a találmány létrehozásában, és alkalmazásában szerepet játszó meggondolásokat.

A folyamatosan ellenőrzött beteg állapotáról szerzett információ hordozója egyrészt a beteg életműködéseinek mérhető paramétereit észlelő műszerek kimenőjele, másrészt 5θ műszeresen nem mérhető, az ápoló személyzet által észlelt vagy felmért kódolható paraméterek összessége. Ez utóbbiak egy része analóg, másik része digitális jellegű. Az analóg jellegű paraméterek például a beteg „normális” szívfrekvencia értéke, vérnyomás értéke, a beteg fizikai tulajdonságai, mint mérete, súlya stb. lehetnek. A digitális jellegű paraméterek közé tartozik a kórelőzménye, illetve a beteg külső megjelenésére utaló paraméterek. Ezen információk közül nagyszámú páciens vizsgálata során kialakult orvosi tapasztalat kiszűri azokat, amelyek szükségesek és elégségesek egy-egy adott veszélyállapot bekövetkeztének megállapításához. Az így kiválasztott paraméterek — amelyek mint diagnosztikai változók szerepelnek — értékei és az egyes veszélyállapotok bekövetkezése között korrelációs kapcsolat áll fenn, amely nagyszámú páciens vizsgálata alapján az orvos emlékezeté55 ben kialakuló diagnosztikai tapasztalat formájában, vagy az

-2180863 adatfeldolgozás eszközeinek és módszereinek alkalmazásával felvehető, a veszélyál lapot-bekövetkezés gyakoriságát reprezentáló hisztogramként áll rendelkezésre.

A folyamatosan ellenőrzött beteg veszélyállapotainak kimutatására, illetve megállapítására felhasználjuk mindazon műszerrel mérhető, illetve az ápoló személyzet által megfigyelt és felmért paramétereket — diagnosztikai változókat — amelyek az orvosi tapasztalat szerint a beteget az ellenőrzés ideje alatt fenyegető veszélyállapotok jelzésére alkalmasak. Diagnosztikai változó valamely esemény bekövetkeztétől egy másik esemény bekövetkeztéig eltelt idő is.

A diagnosztikai változók által reprezentált állapotokat + — amely változóknak megfelelő villamos jeleket képezünk — ¹ egy többváltozós függvénykapcsolat révén vizsgáljuk, akként, hogy a már említett villamos jelekből a veszélyállapot • bekövetkezési valószínűségét — vagyis az előbb hivatkozott függvénykapcsolatot — tükröző leszármaztatott jelet állí, tünk elő. Ezt a függvényt — az ún. veszély függvényt —

- tükröző leszármaztatott jel értéke 0 és 100% között változik és az adott veszélyállapot bekövetkezési valószínűségét közelíti. A függvény meghatározása az orvosi tapasztalat alapján és/vagy a gépi adatfeldolgozás eszközeivel végzett vizsgálatok útján, ún. algoritmusok segítségével történhet.

A beteg állapotának folyamatos figyelése során az említett leszármaztatott jelnek — a statisztikus zavarhatások kiszű; rése érdekében — a beteg állapotváltozási sebessége által i meghatározott T, időre eső átlagát képezzük. Az így kapott ún. veszélyességi tényezőt az ápoló személyzet számára meg. jelenítjük, kijelezzük — illetve határátlépéseit riasztó jel adái Sára használjuk fel.

i A veszélyhelyzetek bekövetkezését előre jelezhetjük oly ] módon, hogy több, egymást követő átlagolás során kapott • átlagértéket, veszélyességi tényezőt tárolunk, azokat egy idő- : függvény pontjainak tekintve, közéjük regresszióval, pl. az eltérések négyzetösszege minimalizálásának ismert módszerével, első-, másod- vagy magasabb fokszámú polinommal leírható kiegyenlítő görbét illesztünk. Ezen görbéből meghatározható a veszélyességi tényező Τθ idő múlva várható érté' 4 ke. Az előrejelzés technikai eszközökkel úgy történik, hogy ' az egymás után előálló átlagértékek szórását kiközepelő j függvény T idővel előre vetített értékét jelentő újabb villai , mos jelet állítunk elő, és ha az újabb jel egy előre meghatározott értéket elér, akkor a várható veszélyállapotra történő jelzést, riasztást adunk.

A találmány szerinti berendezés lényege, mármost, hogy az átlagoló készülék kimenetéhez és a vezérlő egységhez ( kapcsolt előrejelző készüléke van, amelynek kimenete a kijel1 ző eszközhöz van csatlakoztatva.

i j A találmány szerinti berendezést a csatolt rajzmelléklet- * nek példaként! megoldás blokksémáját feltüntető ábrája ' kapcsán magyarázzuk.

j A példakénti berendezés az 1 bemeneti egységet foglalja ⁵ magába, amelynek kimenetéhez 2 veszélyfüggvény generátor

I van kapcsolva. A 2 veszélyfüggvény generátor után a 3 átlagoló készülék van csatlakoztatva. Az átlagoló készülék egyik kimenete a 7 kijelző eszközhöz, másik kimenete a 4 előrejelző készülékhez van csatlakoztatva. A 4 előrejelző , készülék kimenete szintén a 7 kijelző eszközhöz van kapcsol\ va. A berendezés 5 vezérlőegysege a 2 veszélyfüggvény geneΐ rátorhoz, a 3 átlagoló készülékhez és a 4 előrejelző készülékj hez van kapcsolva. A berendezéshez tartozik még a 6 időmél rö készülék, amelynek egyik bemenete az 1 bemeneti egységhez, másik bemenete az 5 vezérlő egységhez csatlakozik. A 6 időmérő készülék kimenete a 2 veszélyfüggvény generátorhoz van csatlakoztatva.

ί

Az 1 bemeneti egységhez vannak csatlakoztatva a 9 csatornák révén azok a mérőműszerek, amelyek a mért paramétereknek megfelelő villamos jeleket továbbítják. Az 1 bemeneti egység el van látva olyan 8 kezelő szervekkel, amelyek segítségével a felügyelő személyzet által megfigyelt jelenségek, illetve körülmények megfelelő jelei táplálhatok a bemeneti egységbe.

Az 1 bemeneti egység alkalmas egyrészt a beteg vitálfunkcios paramétereit mérő műszerek jeleinek fogadására, másrészt a rajta elhelyezett 8 kezelő szervek segítségével az ápoló személyzet is betáplálhatja a műszerekkel nem mérhető, de a veszélydetektálás szempontjából lényeges információkat. A 8 kezelő szervek potenciométerek vagy kapcsolók lehetnek. Az 1 bemeneti egység az analóg jeleket folytonos feszidtség formájában, a digitális jeleket pedig vagy 0 és valamely υθ feszültségértékeket felvevő, az analóg jelekkel együtt feldolgozandó jelként, vagy digitális áramkörök által feldolgozható logikai változókként adja tovább a berendezés többi egységének. Az 1 bemeneti egység indítja és állítja le a 6 időmérő készüléket.

A 2 veszélyfüggvény generátor a veszélyfüggvényt tartományonként elemi függvénnyel közelítő függvényt reprezentáló leszármaztatott jelet állít elő.

A 3 átlagoló készülék és a 7 kijelző eszköz a 2 veszélyfüggvény generátor kimenetén megjelenő impulzusokat az 5 vezérlő egység által megszabott T ideig összegezi, az így kapót átlag határátlépéseit jelzi. A berendezés alkalmazása során lehetőség van arra, hogy a Τθ idő külső beavatkozás folytán, vagy a bemeneti egységbejuttatott jelek változásától függően, automatikusan megváltoztassa a berendezés egy vizsgálat folyamata közben is.

A 4 előrejelző készülék digitális tároló rekeszekből, súlyozó együtthatós digitál-analóg átalakítóból és komparátorból áll. A 4 előrejelző készülékben a 3 átlagoló készülék digitális kimenő jelének a tárolókba írt és az 5 vezérlőegységből T időnként érkező impulzus hatására léptetődő értékeit a súlyozó együtthatós digitál-analóg átalakító alakítja analóg jellé úgy, hogy a kimenő feszültség a tárolt értékek közé fektetett másodfokú kiegyenlítő görbének T időre előrevetített értéket adja. A komparátor ezen érték határátlépését érzékeli és jelzi a változási tendenciát.

Claims (2)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Berendezés felügyelet alatt álló rendszer kitüntetett állapota bekövetkeztének megállapítására és előre jelzésére a rendszer állapotváltozását tükröző mért paramétereknek és/ vagy az ellenőrző személyek által észlelt paramétereknek megfelelő villamos jelek feldolgozása révén, azzal jellemezve, hogy a mért paramétereket meghatározó műszerekhez kapcsolt és a felügyelő személyzet megfigyeléseinek megfelelő jelek betáplálására szolgáló kezelő szervekkel (8) ellátott bemeneti egysége (1) ennek kimenetében kapcsolt veszélyfüggvény generátora (2), ez utóbbihoz csatlakoztatott átlagoló készüléke (3) és az ennek kimenetéhez kapcsolt kijelző eszköze (7) van, továbbá, hogy a veszélyfüggvény generátorhoz (2), valamint az átlagoló készülékhez (3) kapcsolt vezérlő egysége (5), azonkívül bemenetével a bemeneti egységhez

   -3180863 (1) és vezérlő egységhez (5) kimenetével pedig a veszély függvény generátorhoz (2) csatlakoztatott időmérő készüléke (6) van.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az átlagoló készülék (3) kimenetéhez és a vezérlő egységhez (5) kapcsolt előrejelző készüléke (4) van, amelynek kimenete a kijelző eszközhöz (7) van csatlakoztatva.

   1 rajz (1 ábra)