WO2014077724A1 - Способ локализации неконтролируемых множественных отказов технических систем - Google Patents

Способ локализации неконтролируемых множественных отказов технических систем Download PDF

Info

Publication number
WO2014077724A1
WO2014077724A1 PCT/RU2012/000958 RU2012000958W WO2014077724A1 WO 2014077724 A1 WO2014077724 A1 WO 2014077724A1 RU 2012000958 W RU2012000958 W RU 2012000958W WO 2014077724 A1 WO2014077724 A1 WO 2014077724A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
unit
output
model
input
triplex
Prior art date
Application number
PCT/RU2012/000958
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Валентин Николаевич БУКОВ
Игорь Николаевич АВЕРЬЯНОВ
Андрей Михайлович БРОННИКОВ
Андрей Леонтьевич КУШНИР
Николай Иванович СЕЛЬВЕСЮК
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Федеральное Агентство По Правовой Защите Результатов Интеллектуальной Деятельности Военного, Специального И Двойного Назначения" (Фгбу "Фаприд")
Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Институт Авиационного Оборудования" (Оао "Нииао")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=50731515&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=WO2014077724(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Федеральное Агентство По Правовой Защите Результатов Интеллектуальной Деятельности Военного, Специального И Двойного Назначения" (Фгбу "Фаприд"), Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Институт Авиационного Оборудования" (Оао "Нииао") filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Федеральное Агентство По Правовой Защите Результатов Интеллектуальной Деятельности Военного, Специального И Двойного Назначения" (Фгбу "Фаприд")
Priority to KR1020157013182A priority Critical patent/KR101757086B1/ko
Priority to EP12888226.3A priority patent/EP2921917A4/en
Priority to CN201280078133.XA priority patent/CN105103060B/zh
Priority to JP2015543000A priority patent/JP2015536509A/ja
Publication of WO2014077724A1 publication Critical patent/WO2014077724A1/ru
Priority to US14/714,410 priority patent/US9734002B2/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F11/00—Error detection; Error correction; Monitoring
    • G06F11/07—Responding to the occurrence of a fault, e.g. fault tolerance
    • G06F11/0703—Error or fault processing not based on redundancy, i.e. by taking additional measures to deal with the error or fault not making use of redundancy in operation, in hardware, or in data representation
    • G06F11/0751—Error or fault detection not based on redundancy
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0259—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the response to fault detection
    • G05B23/0275—Fault isolation and identification, e.g. classify fault; estimate cause or root of failure
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F11/00—Error detection; Error correction; Monitoring
    • G06F11/07—Responding to the occurrence of a fault, e.g. fault tolerance
    • G06F11/0703—Error or fault processing not based on redundancy, i.e. by taking additional measures to deal with the error or fault not making use of redundancy in operation, in hardware, or in data representation
    • G06F11/079—Root cause analysis, i.e. error or fault diagnosis

Definitions

  • the invention relates to the field of computational and control equipment and can be used in functional diagnostics systems that provide localization of failures (search for a place of failure) in technical systems based on information about the external manifestations of these failures.
  • Functional diagnosis is understood as the process of determining the failure and finding the place of failure against the background of natural signals of the technical system, i.e. when the system is used for its intended purpose and it receives working (rather than test) influences [Mechanical Engineering. Encyclopedia. T. Sh-7. Measurements, control, diagnostics / Under the general. ed. V.V. Klyueva. - M.: Mechanical Engineering. 1996, p.404], [Fundamentals of technical diagnostics. Prince 1. Object models, methods and diagnosis algorithms / Ed. P.P. Parkhomenko. - M .: Energy. 1976, p. 13].
  • Diagnostics of technical systems includes at least two tasks:
  • the method and device solve the second of these problems, namely, troubleshooting.
  • Uncontrolled failures in the invention are understood to mean failures of subsystems, blocks, modules or elements of a technical system (hereinafter referred to as the diagnostic object) that are not directly determined by monitoring systems (including built-in monitoring tools). From the standpoint of the modern theory of systems, such failures can be regarded as observable, i.e. with the potential for their detection, and unobservable, i.e. not having such a potential. In the first case, the method and device proposed here give an indication of the place of failure, and in the second, they form a decision on the insufficient information available to solve the localization problem.
  • the occurrence of an uncontrolled failure in the system can lead to a disruption in its operability or a violation of the correct functioning in all or individual modes, or it may not lead to any manifestations (for example, when reserving a failed element).
  • the task of localizing uncontrolled failures is understood as the search for places and possible causes of failures by their external observed manifestations.
  • Logical recognition methods include graph theory methods. Closest to the claimed device and the method of its operation is a functional diagnosis device (UD), [Fundamentals of technical diagnostics. Prince 1. Object models, methods and diagnosis algorithms / Ed. P.P. Parkhomenko. - M .: Energy. 1976, p. 38].
  • UD functional diagnosis device
  • Diagnostic object is an interconnected set of parts (systems, subsystems, blocks, devices, modules, elements), hereinafter referred to collectively as elements.
  • elements When diagnosing, the task of localizing the failure is posed, i.e. indication of the failed element.
  • OD operates under the influence of input signals arriving at it and generates output signals that may or may not be available for direct measurement.
  • the diagnostic object is connected to the diagnostic device (UD) through the communication unit (BS) included in its structure.
  • the technical state of the OD is expressed by the vector X, called the vector of the technical state of the OD and containing n components in the form of variables
  • Xj corresponding to the technical state of the elements of the OD; here j is the serial number of the element from the set of all n elements of the OD.
  • the number n is called the dimension vector X.
  • a fundamental feature of directly uncontrolled failures of an OD is the inaccessibility of its vector of technical state X for direct measurement. Therefore, the UD for the diagnosis uses a specially formed assessment of the self of this vector. The goal of failover is to fulfill equality
  • the communication unit (BS) under the influence of the control unit (CU) generates the links of the measuring unit (IS) with directly controlled OD parameters, containing both explicit information Q about the operating mode of the OD and implicit information Z about its technical condition elements.
  • Information about the operating mode of the OD is transmitted to the DD to perform the corresponding settings of its blocks.
  • OD input and output signals may or may not directly enter Q and Z parameters. It is not necessary that all OD elements be available for direct control of information security.
  • the IS measuring unit is a functional control device and, based on the methods incorporated in it (for example, tolerance control methods), determines the operability or inoperability of some (not all of them) elements of the OD or their associations.
  • a vector of failure manifestations Y is formed.
  • the BS generates an estimate of I of the technical state vector X.
  • Does the UD contain a formalized model (FM) of the object for diagnosing OD which, according to the estimate of the I of the vector of technical state, forms an estimate? failure manifestation vectors. If the estimate of I is correctly defined, i.e. under condition (1), which is the purpose of the search for failures, the vectors of the measured and calculated manifestations of OD failures should coincide:
  • RBR result decryption unit
  • the BRD also issues commands for reconfiguring the ML. This displays the relationship between the RBD and OD units.
  • the diagnostic device contains: a control unit for the control unit, a measuring unit for information security, a direct logical model of the PLM, and a unit for decrypting the results of the RBD.
  • the UD contains: a control unit of a control unit, a communication unit of a BS, a measuring unit of information security, a unit for deciphering the results of BRR and OLM.
  • PLM and OLM are used separately in various functional circuits.
  • UD introduces the assumption of an unlikely TM simultaneous failure of two or more elements.
  • the number of searches in the MD based on PLM is reduced to n (where n is the dimension of the vector X, that is, the number of OD elements whose technical state is to be determined).
  • n is the dimension of the vector X, that is, the number of OD elements whose technical state is to be determined.
  • the same assumption can be applied when constructing UDs based on the inverse logical model.
  • the DE can incorrectly determine the failed elements.
  • the basis of the present invention is the task of improving technical and operational characteristics.
  • the technical result that was obtained during the implementation of the invention is to increase the efficiency, depth and reliability of diagnosing the technical condition of objects of high complexity.
  • the method for localizing uncontrolled multiple failures of technical systems consists in receiving signals from the diagnostic object, taking into account information about the internal connections of the diagnostic object, they convert these signals into a vector of initial estimates the technical condition of the elements of the object of diagnosis, refine estimates of the technical condition of the elements of the object of diagnosis through a cyclic process and use formalized models of the diagnostic object in reverse and direct time, while alternately using the inverse logical model and the direct logical model as formalized models of the diagnostic object, an assessment of the technical state vector is formed in a cyclic process, at the end of the cyclic process by the variable components of which are judged on the technical condition of the elements of the diagnostic object.
  • variable components of the vector of initial assessments of the technical state of the elements of the diagnostic object are assigned the triplex values “operational”, “not operational”, “state not defined”, b
  • the localization device for uncontrolled multiple failures of technical systems contains a communication unit, two inputs of which are used to connect the diagnostics object to two outputs, a measuring unit, an initial evaluation unit, a switching unit, formalized model, made from the inverse logical triplex model and the direct logical triplex model, the unit for decrypting the results and the control unit, the output of the subunit is single to the input of the measuring unit, and its output is to the input of the initial evaluation unit, the first output of the initial evaluation unit is connected to the first input of the switching unit, and its second output is to the second input of the switching unit, the first output of the switching unit is connected to the input of the inverse logical triplex model, and its second output to the input of the direct logical triplex model, the output of the reverse logical triplex model is connected to the third input of the switching unit, and the output of the direct logical triplex model to the fourth input of the switching unit, the third output of the switching unit is connected to the input of
  • An additional embodiment of the device is possible, in which it is expedient for the decryption unit of the results to be provided with a third output, which serves to connect the diagnostic object to the control input.
  • the main significant difference of the invention in comparison with analogues is the alternate use of the inverse and direct logical models.
  • the use of the inverse logical model allows one to significantly reduce the computational substantial or hardware costs, and the use of a direct logical model is to overcome the ambiguity of the results.
  • the new diagnostic possibilities used in the invention open up when switching to triplex variables, which makes it possible to divide all the elements of the OD diagnostic object into three categories: operable, inoperative, and those with respect to whose operability it is generally or so far impossible to formulate an unambiguous statement .
  • the use of a triplex description of the technical condition of the object of diagnosing OD is another significant difference between the present invention and its analogues.
  • the known method for localizing uncontrolled failures of technical objects is taken as the basis, which consists in first determining the state of the elements of the diagnostic object accessible for direct monitoring by processing the signals of these elements. Then, on the basis of information on the state of directly controlled parts and on the internal connections of the diagnostic object, the state of the others is determined, i.e. directly uncontrolled elements of the diagnostic object.
  • triplex variables are used with the values “operational”, “not operational”, “state not defined”.
  • initial estimates of the technical condition of all elements of the diagnostic object are formed.
  • cyclic processes are used in which the use of direct and inverse logical triplex models of the diagnostic object is alternated.
  • the diagnostic results are generated and output in terms of the indicated triplex variables.
  • a rule for terminating cyclic processes of refining estimates of the technical condition of elements of a diagnostic object either the exhaustion of a given number of cycles or the termination of changes in cyclically refined estimates is used.
  • Figure 1 depicts a functional diagram of a diagnostic device (UD) of the closest analogue
  • FIG. 2 is the same as FIG. 1, UD based on a direct logical model
  • FIG. 3 is the same as FIG. 1, UD based on the inverse logical model
  • FIG. 4 is a functional diagram of an apparatus for localizing uncontrolled multiple failures of technical systems (ALS) according to the present invention
  • FIG. 5 is a table of direct logic arithmetic
  • FIG. 6 table of arithmetic inverse logic
  • FIG. 7 mixed directional graph.
  • the device (Fig. 4) for localization of uncontrolled multiple failures of technical systems contains a communication unit 1 (BS), two inputs of which are used to connect to two outputs of the data of diagnostic object 2 (OD).
  • the device also contains a measuring unit 3 (IS), an initial evaluation unit (BFNO) 4, a switching unit 5 (K), a formalized model made from inverse logical triplex model 6 (OLTM) and direct logical triplex model 7 (PLTM) , block 8 decoding results (BRR) and block 9 control (BU).
  • the output of the communication unit is connected to the input of IB 3, and the output of IB 3 to the input of block 4 of the formation of the initial assessment.
  • the first output of BFNO 4 is connected to the first input of K 5, and its second output to the second input of K 5.
  • the first output of K 5 is connected to the input of OLTM 6, and its second output to the input of PLTM 7.
  • the output of OLTM b is connected to the third input of the block 5 switching, and the output of PLTM 4 to the fourth input of K 5.
  • the third output of K 5 is connected to the input of the BRP 8, the first output of which is connected to the input of the control unit 9, and the second output is used to display the data of the diagnostic results.
  • the output of the control unit 9 is connected to the control input of the communication unit 1.
  • BRP 8 can be equipped with a third output, which serves to connect to the control input OD 2.
  • the device operates (Fig. 4) as follows. Signals Q containing explicit information about the operating mode of OD 2 and signals Z containing implicit information about the technical condition of the elements of OD 2 are fed to the inputs of BS 1 ULO, from OD 2, and the diagnostic process is cyclical. Each cycle begins with BS 1, in accordance with the commands coming from BU 9 and Q signals, selectively transmits Z signals to IB 3, which in turn converts them into signals corresponding to the failure manifestation vector Y in the current cycle, and transmits them to BFNO 4. In this block 4, signals are generated corresponding to the initial value of the estimation of the vector of the technical state of the diagnostic object.
  • the signals are transmitted to switching unit 5, which analyzes the results of operation of the logic triplex models OLTM 6 and PLTM 7 (for this, feedback from the outputs from OLTM and PLTM to the third and fourth K 5 inputs is provided).
  • K 5 connects one of these models and sends to its input signals corresponding to the current value of assessing the technical state of OD 2 (here, k is the number of the current cycle of the diagnostic cycle), or it sends signals corresponding to the final assessment X to BRD 8 (h) the technical condition of OD 2 (here h is the number of the last step of the diagnostic cycle).
  • BRD 8 from the first output sends signals to the control unit 9 for controlling the cycles of the diagnostic process, from the second output it gives the diagnostic result in the form of signals corresponding to the obtained assessment of the technical state of the OD 2. From the third output of the BRD 8, the signals for the reconfiguration can be sent to the OD 2 OD 2, if it is provided for the problem to be solved.
  • Each part of the diagnostic object considered from the standpoint of failure analysis as an independent one, is a subsystem, node or element, and can have its own tuple of input and output logic, represented by the operators "OR” and "AND".
  • Figure 7 shows a methodical directional mixed graph for a hypothetical OD 2 with six vertices (which are elements of a diagnostic object 2). At the same time, some vertices of such a graph may represent elements with possible failures, some may be internal processes, and some may be manifestations of these failures. Thus, where is the input, and where is the output determined only by the serial numbers of the vertices.
  • vertices 1 and 3 are the elements of the system that may contain failures
  • vertices 2 and 5 are the elements of the system on which these failures appear (can be detected, fixed)
  • vertices 4 and 6 are some internal elements, not Relating neither to one, nor to another type, but providing a representation of the logic of the processes under study.
  • an output preference rule deterministic prescription or random distribution
  • serial number j of each component encrypts the physical content and belonging to the category: failure, manifestation, or internal variable.
  • the structure of connections (edges) of the graph in figure 7 does not contain uncertainties. Then the graph in figure 7 is equivalent to the formula
  • a model of the form (4) is a direct logical triplex model (PLTM), and a coefficient matrix is a direct dependence matrix DM (Dependency Matrix).
  • PLTM direct logical triplex model
  • DM Direct dependence matrix
  • the output matrix EM Exit Matrix
  • EM Exit Matrix
  • Multiplying the technical state vector X from the left by such a matrix makes it possible to select from all the elements of the object of diagnosing OD 2 only those elements (or, in the general case, their combinations) that correspond to the observed manifestations of failures.
  • This matrix implements the measuring unit 3 (Fig. 4).
  • the output matrix is determined by the equalities
  • X (k + 1) DMX (k) + X (0), (6)
  • Equation (6) describes the generalized development of the effect of failures from the top to the top (from element to element of OD 2), equation (4) describes the manifestation of failures (on some elements of OD 2, which corresponds to the physical nature of OD 2). ''
  • a specific model is adequate to the process of development of failures in a real system, which is based on formalized descriptions of systems, expert opinion and the results of semi-natural experiments. After validation, they proceed to the next step, i.e. failure localization stage.
  • failures can be either simple (single) or complex (multiple).
  • the only restriction introduced here is that failures do not change during one the full cycle of the process of their localization.
  • the measuring unit IB 3 correctly determines the vector of the observed manifestations of failures Y (0) at time 0, corresponding to the beginning of the next localization cycle.
  • Stage JSs 1 According to the vector of the observed manifestations of failures Y (0), an estimate () of the entire vector of the technical state X () of the system (logical variables of all the vertices of the mixed graph) at time 0, corresponding to the beginning of the next localization cycle, is formed.
  • the following values are assigned to the elements of the vector ⁇ (0): “0” - the corresponding element is reliably operational; “1” - the corresponding element is reliably inoperative; “*” Is an undefined element, the performance of which cannot be estimated from the observed manifestation of failures.
  • ⁇ ( ⁇ ) ⁇ ⁇ ⁇ ( ⁇ ), m ⁇ n, (8) with respect to the vector.
  • ⁇ (0) is the vector of the manifestations of failures with m components
  • ⁇ (0) is the vector of the technical state of the elements of OD 2 with and components
  • EM is a binary matrix with m rows and columns
  • a dot in the middle of the line marks the operation matrix multiplication.
  • the resulting formula has the form
  • Stage M 2 Based on the well-known DM matrix, or rather, its inversion rDM (the Dependency Matrix), the elements of the vector X marked with “*” are refined in the reverse sequence of propagation of the influence of failures, i.e. unambiguously uncertain.
  • a model of the form (1 1) is the inverse logical triplex model (OLTM), and the coefficient matrix is the inverse rDM matrix.
  • the first circumstance determines the branching rule of the “fault tree”
  • the second excludes unpromising (contrary to the logic of the diagnostic object) branches.
  • a simplified block diagram of the process (operation of the ULA, Fig. 4) that implements an iterative procedure for localizing failures is given below.
  • Stage L ° 3 Possible resulting places of reliable failures are indicated by the resulting unit values of the components of the evaluation of I of the technical state vector.
  • the presence of zero elements indicates reliably operable elements of ML 2.
  • the presence of asterisks * indicates those elements of ML 2 (modules, blocks, devices, subsystems) for which, based on available information about the manifestation of failures and the structure of the object, it cannot be a categorical statement about failure or serviceability. In this is manifested inherent OD 2 incompleteness of control (an objective property of OD 2).
  • the technical condition of the object 2 for diagnosing OD is completely determined by the vector X, i.e. having only Boolean elements (“0” - the element is operational, “1” - the failure of the element).
  • the ULV is connected with the diagnostic object 2 using the communication unit BS 1.
  • the measuring unit IB 3 monitors the technical condition of certain elements of the diagnostic object Y at some point in time, hereinafter referred to as initial, and forms a vector of observed manifestations bounce 7 (0) for this point in time. Based on the information about 7 (0), in the block for the formation of the initial assessment of BFNO 4, an initial estimate of the state vector is formed,? (0), which is triplex.
  • the specific positions of the occurrence of uncertainties in accordance with formulas (9), (10) are determined by the structure of the zero dividers of the EM output matrix, i.e. a priori information on the structural features of OD 2.
  • the device operates cyclically. After receiving information X (0) from BFNO
  • the use of the direct PTLM model occurs only if the next specified element is “*”, i.e. remains uncertain.
  • the use of OTLM 6 is not productive - see figure 6: the reverse transition from the output with the value “*” always leads to uncertainty of the inputs, i.e. the multiplication of uncertainty in the system.
  • the direct model of PTLM 7 is not fully used, but only in that part that corresponds to the component to be refined, i.e. its one line. In all other cases, only OTML 6 is used. This can significantly reduce the amount of computation.
  • the number of iterations does not exceed 2n, where n is the number of diagnosed elements of OD 2.
  • the technical result - efficiency in the claimed solution is ensured by the fact that, despite the complexity of the physical processes that actually occur in OD 2, the method and device for localizing failures operate exclusively with logical variables, and the simplicity of the algebraic rules used allows information to be processed in a significantly accelerated time. As a result, almost real-time diagnostic results can be obtained.
  • an explicit indication obtained by applying the proposed invention, on the presence and location of those parts of the diagnostic object for which an unambiguous judgment on the technical condition cannot be formulated provides a unique opportunity for further improvement of the diagnostic object, in the sense of achieving deeper control, by introducing additional points of control of its parts, and by building up internal links (complexing) of these parts.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Test And Diagnosis Of Digital Computers (AREA)
  • Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)

Abstract

Способ и устройство позволяют повысить оперативность, глубину и достоверность диагностирования технического состояния объектов высокой сложности. Указанный технический результат достигается тем, что в способе принимают сигналы от объекта диагностирования (ОД), с учетом информации о внутренних связях ОД преобразуют эти сигналы в вектор начальных оценок технического состояния элементов ОД. Затем уточняют оценки технического состояния элементов ОД посредством циклического процесса и использования обратной логической модели и прямой логической модели. Формируют оценку вектора технического состояния, при завершении циклического процесса по переменным компонентам которой судят о техническом состоянии элементов объекта диагностирования. Устройство содержит блок связи, входы которого служат для подсоединения к выходам данных ОД, измерительный блок, блок формирования начальной оценки, блок коммутации, обратную логическую триплексную модель и прямую логическую триплексную модель, блок расшифровки результатов и блок управления.

Description

СПОСОБ ЛОКАЛИЗАЦИИ НЕКОНТРОЛИРУЕМЫХ МНОЖЕСТВЕННЫХ
ОТКАЗОВ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ Область техники
19 August 2013 (19.08.2013) RU
Изобретение относится к области вычислительной и контрольно- измерительной техники и может использоваться в системах функционального диаг- ностирования, обеспечивающих локализацию отказов (поиска места отказа) в техни- ческих системах на основе информации о внешних проявлениях этих отказов.
Предшествующий уровень техники
Под функциональным диагностированием понимается процесс определения отказа и поиска места отказа на фоне естественных сигналов технической системы, т.е. когда система используется по назначению и на нее поступают рабочие (а не тес- товые) воздействия [Машиностроение. Энциклопедия. Т. Ш-7. Измерения, контроль, диагностика / Под общ. ред. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение. 1996, с.404], [Ос- новы технической диагностики. Кн. 1. Модели объектов, методы и алгоритмы диагно- за / Под ред. П.П. Пархоменко. - М.: Энергия. 1976, с. 13].
Диагностирование технических систем включает, по крайней мере, две задачи:
- проверка правильности функционирования объекта;
- поиск неисправностей, т.е. указание мест и возможных причин отказов, при- ведших к нарушению работоспособности или к неправильному функционированию объекта.
В настоящем изобретении способ и устройство решают вторую из названных задач, а именно - поиск неисправностей.
Под неконтролируемыми отказами в изобретении понимаются отказы подсис- тем, блоков, модулей или элементов технической системы (далее - объекта диагно- стирования), которые не определяются непосредственно системами контроля (вклю- чая встроенные средства контроля). С позиций современной теории систем такие от- казы могут относиться как к наблюдаемым, т.е. обладающим потенциальной возмож- ностью их обнаружения, так и ненаблюдаемым, т.е. не имеющим такой потенциаль- ной возможности. В первом случае предлагаемые здесь способ и устройство дают указание на место отказа, а во втором - формируют решение о недостаточности рас- полагаемой информации для решения задачи локализации. Возникновение неконтролируемого отказа в системе может приводить к на- рушению ее работоспособности или нарушению правильности функционирования на всех либо отдельных режимах, а может и не приводить ни к каким проявлениям (на- пример, при резервировании отказавшего элемента). Таким образом, под задачей ло- кализации неконтролируемых отказов понимается поиск мест и возможных причин отказов по их внешним наблюдаемым проявлениям.
В настоящее время большинство способов поиска места отказов в технических объектах основано на использовании в качестве диагностических моделей так назы- ваемых логических или булевых моделей [Машиностроение. Энциклопедия. Т. Ш-7. Измерения, контроль, диагностика / Под общ. ред. В.В. Клюева. - М.: Машинострое- ние. 1996], [Основы технической диагностики. Кн. 1. Модели объектов, методы и ал- горитмы диагноза / Под ред. П.П. Пархоменко. - М.: Энергия. 1976], [Кол одежный Л.П., Чернодаров А.В. Надежность и техническая диагностика: учебник для слуша- телей и курсантов ВУЗов ВВС. - М.: Изд. ВВА им. Проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина, 2010].
К числу логических методов распознания относятся и методы теории графов. Наиболее близким к заявленному устройству и способу его функционирования является устройство функционального диагностирования (УД), [Основы технической диагностики. Кн. 1. Модели объектов, методы и алгоритмы диагноза / Под ред. П.П. Пархоменко. - М.: Энергия. 1976, с.38].
Объект диагностирования (ОД) представляет собой взаимосвязанную совокуп- ность частей (систем, подсистем, блоков, устройств, модулей, элементов), далее на- зываемых обобщенно элементами. При диагностировании ставится задача локализа- ции отказа, т.е. указание отказавшего элемента. ОД функционирует под воздействием поступающих на него входных сигналов и формирует на выходные сигналы, которые могут быть доступны или не доступны для непосредственного измерения. Объект ди- агностирования связан с устройством диагностирования (УД) через входящий в его состав блок связи (БС).
Техническое состояние ОД выражается вектором X, называемым вектором технического состояния ОД и содержащим п компонент в виде переменных величин
Xj , соответствующих техническому состоянию элементов ОД; здесь j - порядковый номер элемента из множества всех п элементов ОД. Число п называется размерностью вектора X. Принципиальной особенностью непосредственно неконтролируемых отка- зов ОД является недоступность его вектора технического состояния X для непосред- ственного измерения. Поэтому УД для осуществления диагностирования использует специально формируемую оценку Я этого вектора. Целью поиска отказов является выполнение равенства
Figure imgf000005_0001
Блок связи (БС) под воздействием блока управления (БУ) генерирует связи из- мерительного блока (ИБ) с непосредственно контролируемыми параметрами ОД, со- держащими как явную информацию Q о режиме функционирования ОД, так и неяв- ную информацию Z о техническом состоянии его элементов. Информация о режиме работы ОД передается в УД для выполнения соответствующих настроек его блоков. Входные и выходные сигналы ОД могут непосредственно входить или не входить в параметры Q и Z. При этом необязательно, чтобы все элементы ОД были доступны для непосредственного контроля ИБ. Измерительный блок ИБ является устройством функционального контроля и на основе заложенных в него методов (например, мето- дов допускового контроля) определяет работоспособность или неработоспособность некоторых (принципиально не всех) элементов ОД или их объединений. На выходе ИБ формируется вектор проявлений отказов Y. Кроме этого БС генерирует оценку Я вектора технического состояния X. УД содержит формализованную модель (ФМ) объекта диагностирования ОД, которая по оценке Я вектора технического состояния формирует оценку ? вектора проявлений отказов. При правильном задании оценки Я, т.е. при условии (1), что является целью поиска отказов, векторы измеренного и вы- численного проявлений отказов ОД должны совпадать:
Y = Y . (2)
Это контролируется блоком расшифровки результатов (БРР), который при выполне- нии указанного тождества формирует результаты диагностирования. В противном случае БРР передает команду БУ на корректировку оценки путем воздействия на
БС. При наличии обнаруженных отказов БРР выдает также команды на реконфигура- цию ОД. Это отображает связь между блоками БРР и ОД.
Для поиска места отказа для известных из уровня техники УД используют прямую логическую модель (ПЛМ), описывающую зависимость проявления отказов (распространение влияния и наблюдаемые отклонения от нормального функциониро- вания) от места и характера отказов в системе. В этом случае устройство диагности- рования содержит: блок управления БУ, измерительный блок ИБ, прямую логиче- скуга модель ПЛМ, блок расшифровки результатов БРР.
Кроме того, используют обратную логическую модель (ОЛМ), описывающую зависимость возможных отказов (их место в системе и характер) от проявления отка- зов. При использовании ОЛМ объем вычислений существенно сокращается. При ис- пользовании ОЛМ УД содержит: блок управления БУ, блок связи БС, измерительный блок ИБ, блок расшифровки результатов БРР и ОЛМ. Обычно ПЛМ и ОЛМ исполь- зуются в различных функциональных схемах по отдельности.
Для формального описания работы логических моделей и других блоков ис- пользуются логические операторы И, ИЛИ, НЕ.
Известные способы и устройства имеют существенные ограничения:
1) Использование для локализации отказов УД на основе ПЛМ приводит к большому объему вычислительных затрат, в то время как использование устройства диагностирования на основе ОЛМ не позволяет сформулировать корректное решение из-за неоднозначности получаемых результатов.
2) Часто для простоты реализации УД вводят допущение о маловероятное™ одновременного отказа двух и более элементов. В этом случае количество переборов в УД на основе ПЛМ уменьшается до п (где п - размерность вектора X, т.е. количест- во элементов ОД, техническое состояние которых требуется определить). Такое же допущение может применяться при построении УД на основе обратной логической модели. Однако в этом случае при одновременном возникновении двух и более отка- зов УД может неверно определять отказавшие элементы.
Вместе с тем опыт показывает, что множественные отказы в технических сис- темах не являются редкими, и из-за практической невозможности оперативного уст- ранения того или иного отказа приходится иметь дело с накоплением в технической системе как однородных, так и разнородных отказов.
3) Общий недостаток существующих способов диагностирования связан с ог- раниченностью используемой ими булевой алгебры, которая на каждом шагу вычис- лений вынуждает относить рассматриваемые элементы объекта диагностирования ОД только либо к исправным, либо к неисправным. Раскрытие изобретения
В основу настоящего изобретения поставлена задача улучшения технико- эксплуатационных характеристик.
Технический результат, который получен при осуществлении изобретения, - повышение оперативности, глубины и достоверности диагностирования технического состояния объектов высокой сложности.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического ре- зультата способ локализации неконтролируемых множественных отказов техниче- ских систем заключается в том, что принимают сигналы от объекта диагностирова- ния, с учетом информации о внутренних связях объекта диагностирования преобра- зуют эти сигналы в вектор начальных оценок технического состояния элементов объ- екта диагностирования, уточняют оценки технического состояния элементов объекта диагностирования посредством циклического процесса и использования формализо- ванных моделей объекта диагностирования в обратном и прямом времени, при этом, поочередно используя в качестве формализованных моделей объекта диагностирова- ния обратную логическую модель и прямую логическую модель, в циклическом про- цессе формируют оценку вектора технического состояния, при завершении цикличе- ского процесса по переменным компонентам которой судят о техническом состоянии элементов объекта диагностирования.
Возможен дополнительный вариант осуществления способа, в котором целе- сообразно, чтобы в качестве обратной логической модели и прямой логической моде- ли использовали обратную логическую триплексную модель и прямую логическую триплексную модель, соответственно, у которых переменные принимают одно из трех значений
0 - соответствующий элемент объекта диагностирования определенно работо- способен,
1 - соответствующий элемент объекта диагностирования определенно нерабо- тоспособен,
* - о работоспособности соответствующего элемента объекта диагностирова- ния нельзя сделать однозначное заключение,
соответственно переменным компонентам вектора начальных оценок техниче- ского состояния элементов объекта диагностирования присваиваются триплексные значения «работоспособен», «не работоспособен», «состояние не определено», б
после завершения циклического процесса уточнения оценок судят о техниче- ском состоянии элементов объекта диагностирования
работоспособен, если соответствующая переменная компонента оценки векто- ра технического состояния равна «0»,
неработоспособен, если соответствующая переменная компонента оценки век- тора технического состояния равна «1 »,
локализация отказа объекта диагностики невозможна, если соответствующая переменная компонента вектора оценки равна «*».
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического ре- зультата устройство локализации неконтролируемых множественных отказов техни- ческих систем содержит блок связи, два входа которого служат для подсоединения к двум выходам данных объекта диагностики, измерительный блок, блок формирова- ния начальной оценки, блок коммутации, формализованную модель, вьшолненную из обратной логической триплексной модели и прямой логической триплексной модели, блок расшифровки результатов и блок управления, выход блока связи подсоединен к входу измерительного блока, а его выход - к входу блока формирования начальной оценки, первый выход блока формирования начальной оценки подсоединен к перво- му входу блока коммутации, а его второй выход - ко второму входу блока коммута- ции, первый выход блока коммутации подсоединен к входу обратной логической триплексной модели, а его второй выход - к входу прямой логической триплексной модели, выход обратной логической триплексной модели подсоединен к третьему входу блока коммутации, а выход прямой логической триплексной модели к четвер- тому входу блока коммутации, третий выход блока коммутации подсоединен к входу блока расшифровки результатов, первый выход которого подсоединен к входу блока управления, а второй выход служит для отображения данных результатов диагности- рования, выход блока управления подсоединен к управляющему входу блока связи.
Возможен дополнительный вариант выполнения устройства, в котором целе- сообразно, чтобы блок расшифровки результатов был снабжен третьим выходом, ко- торый служит для подсоединения к управляющему входу объекта диагностирования.
Основным существенным отличием изобретения по сравнению с аналогами является поочередное использование обратной и прямой логических моделей. Ис- пользование обратной логической модели позволяет существенно сократить вычис- лительные или аппаратные затраты, а использование прямой логической модели - преодолеть неоднозначность получаемых результатов.
Новые возможности для диагностирования, используемые в изобретении, от- крываются при переходе к триплексным переменным, позволяющим разделить все элементы объекта диагностирования ОД на три категории: работоспособные, нерабо- тоспособные и такие, в отношении работоспособности которых вообще или пока не- возможно сформулировать однозначное утверждение. Использование триплексного описания технического состояния объекта диагностирования ОД составляет другое существенное отличие предлагаемого изобретения от аналогов.
За основу берется известный способ локализации неконтролируемых отказов технических объектов, который заключается в том, что сначала определяют состояние доступных для непосредственного контроля элементов объекта диагностирования пу- тем обработки сигналов этих элементов. Затем на основе информации о состоянии непосредственно контролируемых частей и о внутренних связях объекта диагности- рования определяют состояние остальных, т.е. непосредственно неконтролируемых элементов объекта диагностирования. В настоящем изобретении вместо переменных булевой алгебры для формального описания технического состояния всех элементов объекта диагностирования используют триплексные переменные со значениями «ра- ботоспособен», «не работоспособен», «состояние не определено». На основе инфор- мации о работоспособности непосредственно контролируемых элементов формируют начальные оценки технического состояния всех элементов объекта диагностирования. Затем для уточнения оценок технического состояния элементов объекта диагностиро- вания, принимающих значение «состояние не определено», используют циклические процессы, в которых чередуют использование прямой и обратной логических трип- лексных моделей объекта диагностирования. При этом результаты диагностирования формируют и выдают в терминах указанных триплексных переменных. Кроме того, в качестве правила окончания циклических процессов уточнения оценок технического состояния элементов объекта диагностирования используют либо исчерпание задан- ного числа циклов, либо прекращение изменения циклически уточняемых оценок.
Указанные преимущества изобретения, а так же его особенности поясняются с помощью лучшего варианта его осуществления со ссылками на прилагаемые фигуры. Краткий перечень чертежей
Фигура 1 изображает функциональную схему устройства диагностирования (УД) ближайшего аналога;
Фиг. 2 - то же, что фиг. 1, УД на основе прямой логической модели;
Фиг. 3 - то же, что фиг. 1 , УД на основе обратной логической модели;
Фиг. 4 - функциональную схему устройства локализации неконтролируемых множественных отказов технических систем (УЛО) согласно настоящему изобрете- нию;
Фиг. 5 - таблицу арифметики прямой логики;
Фиг. 6 - таблицу арифметики обратной логики;
Фиг. 7 - смешанный направленный граф.
Лучший вариант осуществления изобретения
Поскольку способ реализуется при помощи работы устройства (фиг. 4), то полное его описание приведено в разделе пояснения работы этого устройства.
Устройство (фиг. 4) локализации неконтролируемых множественных отказов технических систем (УЛО) содержит блок 1 связи (БС), два входа которого служат для подсоединения к двум выходам данных объекта 2 диагностики (ОД). Устройство также содержит измерительный блок 3 (ИБ), блок 4 формирования начальной оценки (БФНО), блок 5 коммутации (К), формализованную модель, выполненную из обрат- ной логической триплексной модели 6 (ОЛТМ) и прямой логической триплексной модели 7 (ПЛТМ), блок 8 расшифровки результатов (БРР) и блок 9 управления (БУ). Выход блока связи подсоединен к входу ИБ 3, а выход ИБ 3 - к входу блока 4 форми- рования начальной оценки. Первый выход БФНО 4 подсоединен к первому входу К 5, а его второй выход - к второму входу К 5. Первый выход К 5 подсоединен к входу ОЛТМ 6, а его второй выход - к входу ПЛТМ 7. Выход ОЛТМ б подсоединен к третьему входу блока 5 коммутации, а выход ПЛТМ 4 к четвертому входу К 5. Третий выход К 5 подсоединен к входу БРР 8, первый выход которого подсоединен к входу БУ 9, а второй выход служит для отображения данных результатов диагностирования. Выход БУ 9 подсоединен к управляющему входу блока 1 связи.
Кроме того, БРР 8 может быть снабжен третьим выходом, который служит для подсоединения к управляющему входу ОД 2.
Работает устройство (фиг. 4) следующим образом. На входы БС 1 УЛО, из ОД 2 подаются сигналы Q, содержащие явную инфор- мацию о режиме функционирования ОД 2, и сигналы Z, содержащие неявную инфор- мацию о техническом состоянии элементов ОД 2. Процесс диагностирования носит циклический характер. Каждый цикл начинается с того, что БС 1 в соответствии с ко- мандами, поступающими из БУ 9, и сигналами Q передает выборочно сигналы Z в ИБ 3, который в свою очередь преобразует их в сигналы, соответствующие вектору про- явлений отказов Y в текущем цикле, и передает их в БФНО 4. В этом блоке 4 форми- руются сигналы, соответствующие начальному значению оценки вектора техническо- го состояния объекта диагностирования. Из БФНО 4 сигналы передаются в блок 5 коммутации, который анализирует результаты работы логических триплексных моде- лей ОЛТМ 6 и ПЛТМ 7 (для этого предусмотрены обратные связи выходов от ОЛТМ и ПЛТМ на третий и четвертый вход К 5). В зависимости от результата анализа К 5 подсоединяет одну из этих моделей и подает на ее вход сигналы, соответствующих текущему значению оценки ехнического состояния ОД 2 (здесь к - номер текущего такта цикла диагностирования), или же подает на БРР 8 сигналы, соответствующие окончательной оценке X(h) технического состояния ОД 2 (здесь h— номер последне- го такта цикла диагностирования). БРР 8 с первого выхода подает сигналы в БУ 9 для управления циклами процесса диагностирования, со второго выхода выдает результат диагностирования в виде сигналов, соответствующих полученной оценке техниче- ского состояния ОД 2. С третьего выхода БРР 8 в ОД 2 могут поступать сигналы для осуществления реконфигурации ОД 2, если это предусмотрено решаемой задачей.
Теоретические основы предлагаемого изобретения опираются на теорию сме- шанных направленных графов с двумя логическими операторами OR (ИЛИ) и AND (И), здесь для обозначения операторов используются только прописные буквы.
Каждая часть объекта диагностирования, рассматриваемая с позиции анализа отказов как самостоятельная, представляет собой подсистему, узел или элемент, и может иметь свой собственный кортеж входной и выходной логики, представленной операторами «ИЛИ» и «И».
Обратим внимание на то, что в заявленном техническом решении значимость придается двум противоположно направленным процессам: это, во-первых, опреде- ление последствий или проявлений, к которым могут привести отказы системы, и, во- вторых, локализация отказов, т.е. поиск причины неправильного функционирования системы. Эти процессы обеспечиваются прямой и обратной логиками соответственно. Процесс распространения влияния отказа в объекте диагностирования ОД 2 с триплексным описанием происходит в соответствии с правилами логики прямого анализа такого процесса, представленными на фигуре 5. Этот процесс соответствует распространению влияния отказов (неправильного функционирования) от места за- рождения к другим частям и системам вплоть до их проявления.
Здесь и далее на фигурах 5 и б «О» обозначает отсутствие отказа, «1 » обознача- ет наличие отказа, его проявление или влияние, «*» обозначает неопределенное со- стояние, строчные буквы «i» и «о» используются для обозначения операторов, отно- сящихся ко входу и выходу элементов ОД 2, соответственно. Введенные на фигуре 5 символы имеют следующие наименования:
ORi - оператор «ИЛИ» на входе элемента,
ANDi - оператор «И» на входе элемента,
ORo - оператор «ИЛИ» на выходе элемента,
ANDo - оператор «И» на выходе элемента.
Заметим, в двух последних строках таблицы (фиг. 5) отсутствуют (зачеркнуты) некоторые комбинации, т.е. соответствующие формулы не существуют по определе- нию, а указанные комбинации противоречат определению соответствующего опера- тора «ИЛИ» или «И».
Логика обратного анализа соответствует тому, что могло бы быть на входе элемента при известном его выходе. Это соответствует направлению процесса лока- лизации (поиска) отказа, начиная от его проявления. Результаты обращения формул, приведенных на фигуре 5, представлены на фигуре 6, здесь дополнительно строчной буквой «г» обозначен оператор, полученный после обращения.
В фигуре 6 фоном серого цвета выделены ячейки, порождающие размножение вариантов. Каждый раз при возникновении такой ситуации происходит ветвление яв- но здесь не вычисляемого «дерева отказов». Так, при анализе в обратном направлении (обращение) можно утверждать, что наличие единицы на выходе логического опера- тора OR может быть соотнесено с наличием единиц на обоих его входах или одной единицы на любом из них.
Отсутствие некоторых формул в таблице на фигуре 5 приводит к тому, что в соответствующих ячейках таблицы фигуры 6 возникают конфликтные (или противо- речивые) ситуации. Эти ячейки содержат слово «конфликт». При возникновении конфликта вся предполагаемая ветвь (гипотеза) до ближайшего по тактам ветвления должна сниматься как недопустимая по используемой логике.
Моделирование отказов.
В настоящем изобретении предполагается, что для любого реального объекта 2 диагностирования, на основе результатов его анализа, может быть составлен направ- ленный смешанный граф развития и проявления отказов этого ОД 2.
На фигуре 7, в качестве примера, показан методический направленный сме- шанный граф для гипотетического ОД 2 с шестью вершинами (которые представляют собой элементы объекта 2 диагностирования). При этом какие-то вершины такого графа могут представлять собой элементы с возможными отказами, какие-то - внут- ренние процессы, а какие-то - проявления этих отказов. Таким образом, где вход, а где выход определяется только порядковыми номерами вершин. Например, вершины 1 и 3 - элементы системы, которые могут содержать отказы, а вершины 2 и 5 - эле- менты системы, на которых проявляются (могут быть обнаружены, зафиксированы) эти отказы, соответственно вершины 4 и 6 - некоторые внутренние элементы, не от- носящиеся ни к тому, ни к другому типу, а обеспечивающие представление логики исследуемых процессов. Для реализации логического оператора ORo дополнительно указывают правило предпочтения выходов (детерминированное предписание или случайное распределение).
Для упрощения формализации решений используется матричная запись. Вве- дем обозначения: - триплексное значение у-й компоненты состояния (верши- ны) графа в начале очередного к-то такта (Xj = 0 - отсутствие отказа j-ro элемента, Xj = 1 - наличие, влияние или проявление отказа j-ro элемента, Xj—*- неопределенное состояние j-ro элемента), х} (к + 1) - триплексное значение j-и компоненты состоя- ния (вершины) графа после очередного k-го такта, верхний индекс - символ логиче- ского оператора на входе вершины графа (например, 0Rl - указание на оператор ИЛИ на входе элемента) нижний индекс - символ логического оператора на его вы- ходе (например, Х к0 - указание на оператор ИЛИ на выходе элемента). Порядковый номер j каждой компоненты шифрует физическое содержание и принадлежность к категории: отказ, проявление или внутренняя переменная. Кроме того, полагается, что структура связей (ребра) графа на фигуре 7 не содержит неопределенностей. Тогда графу на фигуре 7 эквивалентна формула
Figure imgf000014_0001
где элементы матрицы коэффициентов представлены только нулями и единицами.
Символы логических операторов на входе и выходе вершин относятся соответ- ственно к строкам и столбцам матрицы бинарных коэффициентов. На этом основании перепишем формулу (3) в виде
Figure imgf000014_0002
DM
где для матрицы бинарных коэффициентов введено обобщенное обозначение DM.
Модель вида (4) является прямой логической триплексной моделью (ПЛТМ), а матрица коэффициентов - матрицей прямой зависимости DM (Dependency Matrix). Принципиальная особенность этой матрицы, как и смешанного графа (в данном слу- чае показанного на фигуре 7), заключается в закреплении за строками и столбцами конкретных логических операторов.
Правила работы с DM таковы. Все операции ее умножения на вектор X, запи- санный справа, выполняются как обычно, но с двумя дополнительными условиями:
1. В зависимости от оператора на выходе соответствующей вершины графа,
(например, фиг. 7 оператор записан под соответствующим столбцом) реализуется вы- ходная логика каждой предшествующей вершины (см. фигуру 5 для операторов ANDo и ORo). У оператора ANDo все единицы этого столбца равнозначны и соответ- ствуют единице, а у оператора ORo рассматриваются различные варианты, когда одна из единиц равна единице, а другая - нулю, и, наоборот, (по логике, предусмотренной в графе, например, на фиг. 7).
2. В зависимости от оператора на входе соответствующей вершины (оператор записан левее соответствующей строки) реализуется входная логика вершины (см. фигуру 5 для операторов для ANDi и ORi). У оператора AND единица получается только в случае, если оба слагаемых (полученных с учетом значений элементов столбца х(к) и операторов ANDo, ORo) равны единице, а у оператора OR - в случае, если хоть одно слагаемое (полученное аналогичным путем) равно единице.
Помимо матрицы прямой зависимости DM вводится еще одна бинарная мат- рица, которая является матрицей выходов ЕМ (Exit Matrix). Умножение вектора тех- нического состояния X слева на такую матрицу позволяет выделить из всех элементов объекта диагностирования ОД 2 только те элементы (или в общем случае их комби- нации), которые соответствуют наблюдаемым проявлениям отказов. Данную матрицу реализует измерительный блок 3 (фиг. 4). Для рассматриваемого методического при- мера матрица выходов определяется равенствами
Figure imgf000015_0001
где yi(k) - 1-я компонента вектора проявлений отказов Y на к-м такте цикла диагно- стирования, общее число компонент равно т.
Окончательно многомерная модель распространения влияния в объекте отказ- ных состояний может быть описана следующими уравнениями:
Х(к + 1) = DMX(k) + Х(0) , (6)
Y(k) = EMX(k) , (7) где ^ (0) - возникновение отказов в условный момент времени 0. Уравнение (6) описывает обобщенное развитие влияния отказов от вершины к вершине (от элемента к элементу ОД 2), уравнение (4) - проявление отказов (на неко- торых элементах ОД 2, что соответствует физической природе ОД 2). '
Конкретная модель адекватна процессу развития отказов в реальной системе, что опирается на формализованные описания систем, мнение экспертов и результаты полунатурных экспериментов. После подтверждения достоверности переходят к сле- дующему этапу, т.е. этапу локализации отказов.
Локализация (поиск отказов. В данном техническом решении априорно пола- гается, что отказы могут быть как простые (одиночные), так и сложные (множествен- ные). Единственное вводимое здесь ограничение связано с тем, что отказы не изме- няются за время одного полного цикла процесса их локализации.
Процедура обратных преобразований введенной выше модели, уравнения (6) и (7), состоит из нескольких этапов.
Предполагается, что измерительный блок ИБ 3 правильно определяет вектор наблюдаемых проявлений отказов Y(0) в момент времени 0, соответствующий началу очередного цикла локализации.
Этап JSs 1. По вектору наблюдаемых проявлений отказов Y(0) формируется оценка ( ) всего вектора технического состояния Х( ) системы (логические пе- ременные всех вершин смешанного графа) в момент времени 0, соответствующий на- чалу очередного цикла локализации. При этом элементам вектора ^(0) присваива- ются следующие значения: «0» - соответствующий элемент достоверно работоспосо- бен; «1 » - соответствующий элемент достоверно неработоспособен; «*» - неопреде- ленный элемент, работоспособность которого невозможно оценить по наблюдаемому проявлению отказов.
Такая процедура определяет все множество решений уравнения
Γ(σ) = ΕΜ· Χ(α) , т < п , (8) относительно вектора . Здесь и далее Υ(0) - вектор проявлений отказов с т компонентами, ^(0) - вектор технического состояния элементов ОД 2 с и компо- нентами, ЕМ - бинарная матрица с т строками п столбцами, точкой в середине стро- ки отмечена операция матричного умножения.
В общем случае решение уравнения (8) определяется формулой {Χ(0}}μ = EM - 7(0) + EM* · μ, (9) где фигурными скобками обозначено множество неразличимых решений, порождае- мое варьированием вектора μ с произвольными элементами. В формуле (9) μ - век- тор, число элементов которого равно п— rankEM , т.е. числу линейно зависимых строк матрицы ЕМ; ЕМ - канонизатор матрицы ЕМ, т.е. такая матрица, при которой выполняется тождество ЕМ = ЕМ · ЕМ · ЕМ; ЕМЛ - правый делитель нуля матри- цы ЕМ максимального ранга, т.е. такая матрица размера п х (и - rankEM) , для кото- рой выполняется условие EM * EMR = 0.
Канонизатор ЕМ в рассматриваемых задачах (все элементы матрицы ЕМ пред- ставлены только нулями и единицами, а сама матрица имеет максимальный строчеч- ный ранг) равен транспонированному значению исходной матрицы: ЕМ = {ΈΜ)Τ. Таким образом, результирующая формула имеет вид
{Χ(0)}μ = (ΈΜ)ΎΥ(0) + ΈΜΚμ , (10) а все элементы вектора μ в дальнейшем представлены звездочками * (неопределен- ность состояния).
Этап М 2. На основе известной матрицы DM, а точнее, ее инверсии rDM (ге- verse Dependency Matrix), в обратной последовательности распространения влияния отказов уточняются элементы вектора X, помеченные «*», т.е. однозначно неопреде- ленные.
Транспонированием (взаимной заменой элементов строк и столбцов, включая совокупности логических операторов) и заменой исходных операторов их инверсия- ми (использованием логики обратного анализа) получаем из уравнения (4) рекур- рентное соотношение для обратного времени:
"х, (τ + 1)" rORo "0 1 0 0 0 1 " "χ, (τ)' х2 (τ + 1) rANDo 0 0 1 0 0 1 χ2 (τ) χ3(τ + 1) rANDo 1 0 0 1 0 0 χ3(τ) χ4(τ + 1) = rORo 1 0 1 0 1 0 χ 4(τ) χ5 (τ + ϊ) rORo 0 0 0 0 0 0 χ5 (τ)
_χ6(τ + 1)_ rORo 0 0 0 1 1 0 χ6(τλ
rORi rORi rANDi rANDi rORi rANDi где τ = 0, 1, 2,... - номер такта обратного времени (из настоящего в прошлое).
Модель вида (1 1) является обратной логической триплексной моделью (ОЛТМ), а матрица коэффициентов - матрицей обратной зависимости rDM.
Правила работы с rDM аналогичны описанным выше правилам с учетом двух обстоятельств:
1. Теперь варианты решений порождают операторы rORi и rANDi (там, где две единицы в столбце) в соответствии с фигурой 6. Это альтернативные варианты (гипо- тезы) предыстории развития отказов, подлежащие дальнейшему анализу. После каж- дого прохождения такого оператора требуется утраивать число анализируемых вари- антов, поскольку число возможных значений переменных равно трем (0, 1, *).
2. При вычислении значений возможны указанные на фигуре 6 конфликты, от- носящиеся к разным строкам. Тогда соответствующие гипотезы о предыстории разви- тия отказов снимаются.
Здесь первое обстоятельство определяет правило ветвления «дерева отказов», а второе - исключает неперспективные (противоречащие логике объекта диагностиро- вания) ветви.
Обобщенно итерационную процедуру локализации отказов с выполнением об- ратньгх шагов можно записать формулой χ(τ) = rDM ' (^m (... (rm(EMJY(o + mR ) j. (12)
Число тактов τ цикла выбирается из условия либо прекращения деформации (изменения) вектора состояний Х(х + 1) = Х(х) , либо ограничения некоторым значе- нием X = Ттах . Упрощенная структурная схема процесса (работы УЛО, фиг. 4), реа- лизующего итерационную процедуру локализации отказов, приведена ниже.
Этап Л° 3. На возможные места достоверных отказов указывают получающие- ся единичные значения компонент оценки Я вектора технического состояния. Нали- чие нулевых элементов указывает на достоверно работоспособные элементы ОД 2. Наличие звездочек * указывает на те элементы ОД 2 (модули, блоки, устройства, под- системы), по которым на основе располагаемой информации о проявлении отказов и о структуре объекта не может быть сформулировано категорическое утверждение об отказе или исправности. В этом проявляется присущая ОД 2 неполнота контроля (объективное свойство ОД 2).
Таким образом, техническое состояние объекта 2 диагностирования ОД полно- стью определяется вектором X , т.е. имеющего только булевы элементы («0» - эле- мент работоспособен, «1 » - отказ элемента). УЛО связано с объектом 2 диагностиро- вания с помощью блока связи БС 1. Измерительный блок ИБ 3 контролирует по за- данному методу контроля техническое состояние определенных элементов объекта диагностирования Y в некоторый момент времени, условно здесь называемый на- чальным, и формирует вектор наблюдаемых проявлений отказов 7(0) для этого мо- мента времени. На основе информации об 7(0) в блоке формирования начальной оценки БФНО 4 формируется начальная оценка вектора состояния -?(0), которая яв- ляется триплексной. Конкретные позиции возникновения неопределенностей в соот- ветствии с формулами (9), (10) определяются структурой делителей нуля матрицы выходов ЕМ, т.е. априорной информацией о структурных особенностях ОД 2.
Устройство работает циклически. После получения информации Х(0) от БФНО
4 начинается цикл уточнения неопределенных компонент оценки вектора техническо- го состояния , Новая информация от БФНО 4 формирователя начальной оценки не принимается, пока не закончатся вычисления данного цикла.
В дальнейшем для уточнения значения вектора технического состояния X ис- пользуется одна из логических триплексных моделей ОТЛМ или ПТЛМ по командам К 5. Результаты диагноза представляются по второму выходу БРР 8.
Использование прямой модели ПТЛМ происходит лишь в случае, если очеред- ной уточняемый элемент равен «*», т.е. остается неопределенным. В этом случае ис- пользование ОТЛМ 6 не продуктивно - см. фигуру 6: обратный переход от выхода со значением «*» всегда приводит к неопределенности входов, т.е. размножению неоп- ределенности в системе. При этом прямая модель ПТЛМ 7 используется не полно- стью, а только в той ее части, которая соответствует уточняемой компоненте, т.е. ее одна строка. Во всех остальных случаях используется только ОТЛМ 6. Это позволяет существенно сократить объем вычислений.
Условие останова выполняется, если Х(к) = Х к - 1) или выполнено 2п и бо- лее шагов. Таким образом, количество итераций не превышает 2л, где п - число диаг- ностируемых элементов ОД 2. Технический результат - оперативность в заявленном решении обеспечивается тем, что при всей сложности физических процессов, реально протекающих в ОД 2, способ и устройство локализации отказов оперируют исключительно с логическими переменными, а простота используемых алгебраических правил позволяет вести об- работку информации в существенно ускоренном времени. В результате можно дос- тичь получения результатов диагностирования почти в реальном времени.
Глубина обеспечивается использованием (формальным отражением) в приме- няемых логических триплексных моделях практически всех (всех значимых или всех известных) внутренних связей ОД 2, что позволяет с приемлемой тщательностью учесть реально существующие взаимовлияния его частей, под которыми в зависимо- сти от контекста могут пониматься элементы, модули, блоки, устройства или подсис- темы.
Достоверность обеспечивается триплексным описанием технического состоя- ния контролируемых частей объекта диагностирования. В детерминированной поста- новке (т.е. без учета действия случайных факторов) это позволяет строго разделить все его части на две группы с однозначным определением их работоспособности и одну группу, объединяющую те части объекта диагностирования, для которых объек- тивно невозможно однозначное определение технического состояния.
Возможность обнаружения множественных отказов обеспечивается избира- тельным чередованием обратной и прямой логических триплексных моделей, позво- ляющим достичь цель диагностирования без опоры на упрощающее предположение о единственности отказа.
Кроме того, явное указание, получаемое в результате применения предлагае- мого изобретения, на наличие и расположение тех частей объекта диагностирования, для которых не может быть сформулировано однозначное суждение о техническом состоянии, предоставляет уникальную возможность для дальнейшего совершенство- вания объекта диагностирования, в смысле достижения более глубокого его контроля, путем как введения дополнительных точек контроля его частей, так и наращивания внутренних связей (комплексирования) этих частей.
' Промышленная применимость
Наиболее успешно заявленные способ локализации неконтролируемых множе- ственных отказов технических систем и устройство для его реализации промышлен- но применимы в системах функционального диагностирования сложных технических объектов с целью локализации отказов в реальном масштабе времени на фоне естест- венных сигналов, а также в процессах проектирования сложных технических систем в целом и подсистем их функционального диагностирования в частности.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ локализации неконтролируемых множественных отказов техниче- ских систем, заключающийся в том, что принимают сигналы от объекта диагностиро- вания, с учетом информации о внутренних связях объекта диагностирования преобра- зуют эти сигналы в вектор начальных оценок технического состояния элементов объ- екта диагностирования, уточняют оценки технического состояния элементов объекта диагностирования посредством циклического процесса и использования формализо- ванных моделей объекта диагностирования в обратном и прямом времени, при этом, поочередно используя в качестве формализованных моделей объекта диагностирова- ния обратную логическую модель и прямую логическую модель, в циклическом про- цессе формируют оценку вектора технического состояния, после завершения цикли- ческого процесса по переменным компонентам которой судят о техническом состоя- нии элементов объекта диагностирования.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве обратной логической мо- дели и прямой логической модели используют обратную логическую триплексную модель и прямую логическую триплексную модель, соответственно, у которых пере- менные принимают одно из трех значений
0 - соответствующий элемент объекта диагностирования определенно работо- способен,
1 - соответствующий элемент объекта диагностирования определенно нерабо- тоспособен,
* - о работоспособности соответствующего элемента объекта диагностирова- ния нельзя сделать однозначное заключение,
соответственно переменным компонентам вектора начальных оценок техниче- ского состояния элементов объекта диагностирования присваиваются триплексные значения «работоспособен», «не работоспособен», «состояние не определено»,
после завершения циклического процесса уточнения оценок судят о техниче- ском состоянии элементов объекта диагностирования
работоспособен, если соответствующая переменная компонента оценки векто- ра технического состояния равна «О»,
неработоспособен, если соответствующая переменная компонента оценки век- тора технического состояния равна «1», локализация отказа объекта диагностики невозможна, если соответствующая переменная компонента вектора оценки равна «*».
3. Устройство локализации неконтролируемых множественных отказов техни- ческих систем, содержащее блок связи, два входа которого служат для подсоединения к двум выходам данных объекта диагностики соответственно, измерительный блок, блок формирования начальной оценки, блок коммутации, формализованную модель, выполненную из обратной логической триплексной модели и прямой логической триплексной модели, блок расшифровки результатов и блок управления, выход блока связи подсоединен к входу измерительного блока, а его выход - к входу блока фор- мирования начальной оценки, первый выход блока формирования начальной оценки подсоединен к первому входу блока коммутации, а его второй выход - ко второму входу блока коммутации, первый выход блока коммутации подсоединен к входу об- ратной логической триплексной модели, а его второй выход - к входу прямой логиче- ской триплексной модели, выход обратной логической триплексной модели подсое- динен к третьему входу блока коммутации, а выход прямой логической триплексной модели к четвертому входу блока коммутации, третий выход блока коммутации под- соединен к входу блока расшифровки результатов, первый выход которого подсоеди- нен к входу блока управления, а второй выход служит для отображения данных ре- зультатов диагностирования, выход блока управления подсоединен к управляющему входу блока связи.
4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что блок расшифровки результатов снабжен третьим выходом, который служит для подсоединения к управляющему вхо- ду объекта диагностирования.
PCT/RU2012/000958 2012-11-19 2012-11-20 Способ локализации неконтролируемых множественных отказов технических систем WO2014077724A1 (ru)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020157013182A KR101757086B1 (ko) 2012-11-19 2012-11-20 테크니컬 시스템의 다중 제어불가 장애의 위치확인 방법
EP12888226.3A EP2921917A4 (en) 2012-11-19 2012-11-20 METHOD FOR LOCATING MULTIPLE UNCONTROLLED FAILURES OF MECHANICAL SYSTEMS
CN201280078133.XA CN105103060B (zh) 2012-11-19 2012-11-20 对运行的工程系统中不可控的多个故障局部化的周期性方法和设备
JP2015543000A JP2015536509A (ja) 2012-11-19 2012-11-20 稼働中のエンジニアリングシステムにおける制御不能な多重障害を局所化するサイクル的方法および装置
US14/714,410 US9734002B2 (en) 2012-11-19 2015-05-18 Cyclical method and a device for localizing uncontrollable multiple failures in engineering systems in operation

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012149034/08A RU2557441C2 (ru) 2012-11-19 2012-11-19 Циклический способ локализации неконтролируемых множественных отказов технических систем в процессе их функционирования и устройство для его реализации
RU2012149034 2012-11-19

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US14/714,410 Continuation-In-Part US9734002B2 (en) 2012-11-19 2015-05-18 Cyclical method and a device for localizing uncontrollable multiple failures in engineering systems in operation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014077724A1 true WO2014077724A1 (ru) 2014-05-22

Family

ID=50731515

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2012/000958 WO2014077724A1 (ru) 2012-11-19 2012-11-20 Способ локализации неконтролируемых множественных отказов технических систем

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9734002B2 (ru)
EP (1) EP2921917A4 (ru)
JP (1) JP2015536509A (ru)
KR (1) KR101757086B1 (ru)
CN (1) CN105103060B (ru)
RU (1) RU2557441C2 (ru)
WO (1) WO2014077724A1 (ru)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105607509B (zh) * 2016-01-21 2018-06-19 浙江大学 一种工业无线控制系统半物理安全实验平台
RU2646769C2 (ru) * 2016-06-22 2018-03-07 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Авиационного оборудования" Способ автоматического управления неоднородной избыточностью комплекса оборудования и устройство для его реализации
CN109060347B (zh) * 2018-10-25 2020-01-14 哈尔滨理工大学 基于堆叠消噪自动编码器和门控循环单元神经网络的行星齿轮故障识别方法
KR20210059278A (ko) 2019-11-15 2021-05-25 디포커스 (주) 디지털 트윈 기반 건설기계 지능화를 위한 데이터 통합수집시스템
RU2746420C1 (ru) * 2020-05-14 2021-04-13 Виталий Викторович Нечаев Способ обеспечения работоспособного состояния автомобильной техники
CN114048076B (zh) * 2021-10-30 2023-04-21 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 航空通信电子人机协同排故系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2265236C1 (ru) * 2004-03-31 2005-11-27 ЗАО Московское конструкторское бюро "Параллель" Способ диагностики аппаратуры
US20060041812A1 (en) * 2003-02-13 2006-02-23 Janusz Rajski Fault diagnosis of compressed test responses
US20060041814A1 (en) * 2003-02-13 2006-02-23 Janusz Rajski Fault diagnosis of compressed test responses having one or more unknown states
RU2430406C2 (ru) * 2009-09-21 2011-09-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "АДВЕНТ" Автоматизированная система диагностирования цифровых устройств

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1236428A1 (ru) * 1984-10-08 1986-06-07 Предприятие П/Я А-1772 Устройство дл диагностировани технических объектов
US5544308A (en) * 1994-08-02 1996-08-06 Giordano Automation Corp. Method for automating the development and execution of diagnostic reasoning software in products and processes
JP3137056B2 (ja) * 1997-11-19 2001-02-19 日本電気株式会社 故障伝搬経路抽出システム及びその方法並びにその制御プログラムを記録した記録媒体
CN1164996C (zh) * 2001-08-24 2004-09-01 中国科学院计算技术研究所 自诊断的多模冗余系统
US20040117689A1 (en) * 2002-12-12 2004-06-17 International Business Machines Corporation Method and system for diagnostic approach for fault isolation at device level on peripheral component interconnect (PCI) bus
US7167998B2 (en) * 2003-09-30 2007-01-23 International Business Machines Corporation Problem determination using probing
US8214780B2 (en) * 2008-08-27 2012-07-03 Intel Corporation Optimization of verification of chip design
FR2939924B1 (fr) * 2008-12-15 2012-10-12 Snecma Identification de defaillances dans un moteur d'aeronef
CN101846724B (zh) * 2009-03-26 2013-06-12 台湾积体电路制造股份有限公司 用于诊断集成电路的方法和装置
US8855804B2 (en) * 2010-11-16 2014-10-07 Mks Instruments, Inc. Controlling a discrete-type manufacturing process with a multivariate model
US8775851B2 (en) * 2010-12-13 2014-07-08 Maxlinear, Inc. Method and system for precise temperature and timebase PPM error estimation using multiple timebases

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060041812A1 (en) * 2003-02-13 2006-02-23 Janusz Rajski Fault diagnosis of compressed test responses
US20060041814A1 (en) * 2003-02-13 2006-02-23 Janusz Rajski Fault diagnosis of compressed test responses having one or more unknown states
RU2265236C1 (ru) * 2004-03-31 2005-11-27 ЗАО Московское конструкторское бюро "Параллель" Способ диагностики аппаратуры
RU2430406C2 (ru) * 2009-09-21 2011-09-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "АДВЕНТ" Автоматизированная система диагностирования цифровых устройств

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Diagnostic Methods and Algorithms", 1976, ENERGIA, article "Fundamentals of Technical Diagnostics", pages: 13
"Diagnostic Methods and Algorithms", 1976, ENERGIA, article "Fundamentals of Technical Diagnostics. Book 1. Models of Objects", pages: 38
"Machine-Building. Encyclopedia", vol. 111-7, 1996, MACHINOSTROENIE, article "Measurements, Control, Diagnostics (in Russian", pages: 404
"Measurements, Control, Diagnostics", vol. 111-7, 1996, MACHINOSTROENIE, article "Machine-Building. Encyclopedia"
"Models of Objects, Diagnostic Methods and Algorithms", 1976, ENERGIA, article "Fundamentals of Technical Diagnostics"
L.P. KOLODEZHNY; A.V. CHERNODAROV: "Reliability and Engineering Diagnostics: Textbook for students of air-force higher education institutions", 2010, M.: PUBLISHING HOUSE
See also references of EP2921917A4

Also Published As

Publication number Publication date
EP2921917A1 (en) 2015-09-23
KR101757086B1 (ko) 2017-07-11
KR20150074110A (ko) 2015-07-01
RU2012149034A (ru) 2014-05-27
CN105103060B (zh) 2018-04-10
US9734002B2 (en) 2017-08-15
JP2015536509A (ja) 2015-12-21
RU2557441C2 (ru) 2015-07-20
US20150248321A1 (en) 2015-09-03
CN105103060A (zh) 2015-11-25
EP2921917A4 (en) 2016-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014077724A1 (ru) Способ локализации неконтролируемых множественных отказов технических систем
Saboori et al. Verification of infinite-step opacity and complexity considerations
Lo et al. Bond graph based Bayesian network for fault diagnosis
Rahmani et al. Postsilicon trace signal selection using machine learning techniques
JP2014515509A (ja) 安全制御装置の動作方法および安全制御装置
Wang et al. Bad-scenario-set robust optimization framework with two objectives for uncertain scheduling systems
Kodali et al. Coupled factorial hidden Markov models (CFHMM) for diagnosing multiple and coupled faults
Sears et al. Minimal sensor activation and minimal communication in discrete-event systems
CN108964914A (zh) 抗侧信道攻击的sm2点乘架构
Zakharov Equivalence checking problem for finite state transducers over semigroups
KR101469179B1 (ko) 원자력 발전 시뮬레이터의 통신 진단 시스템
Diene et al. Diagnosability of hybrid systems
WO2014024640A1 (ja) ロジック図面誤り箇所推定装置及びその方法
Kalech et al. Diagnosing a team of agents: Scaling-up
Bhattacharyya et al. A discrete event systems approach to network fault management: detection and diagnosis of faults
CN113126881B (zh) 系统配置方法、装置、设备、可读存储介质及分布式存储系统
Bukov et al. Pair monitoring of redundant technical systems
Nicolai On the temporal analysis of special GERT networks using a modified Markov renewal process
Chadli Chaotic systems reconstruction
Kvanta Modelling Safety of Autonomous Driving with Semi-Markov Processes
Diedrich On Diagnosing Cyber-Physical Systems
KR20230111056A (ko) 시계열 데이터 기반 미래 상태와 신뢰도 예측 장치 및 방법
US11669082B2 (en) Online fault localization in industrial processes without utilizing a dynamic system model
Zaman et al. Syndrome Diagnostics-Fault Detection and Isolation for Complex Systems using Causation-based AI
Bulakina et al. Models and Approaches to the Decomposition of Computer-Aided Digital System Design Debugging

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201280078133.X

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12888226

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015543000

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012888226

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20157013182

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REG Reference to national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: S12A

Free format text: REFERENCE FILED; REFERENCE UNDER SECTION 12(1) BY IT-ACS LIMITED, FILED ON 10 JANUARY 2017