РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ ПО РАСПОЗНАВАНИЮ ПРИЧИН ПОВРЕЖДЕНИЯ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

Сидоров В.А. , Кикалов В.С.

В настоящее время остро стоит вопрос о контроле технического состояния подшипников качения. Задача оценки технического состояния подшипников имеет исключительно важное практическое значение благодаря возможности определения их рациональных сроков службы. В виду того что, внедряемая на металлургических предприятиях, стратегия ремонтов по техническому состоянию предполагает с помощью средств технической диагностики или другими методами, оценивать текущее техническое состояние подшипников качения и использовать эти данные для прогноза срока отказа их, можно сделать вывод, что такой подход значительно увеличивает точность прогноза времени отказа. Это позволяет назначить сроки ремонта наиболее близкие к этому времени, следовательно значительно снизить затраты на ремонт. Так же в настоящее время существует проблема идентификации причин разрушения подшипников качения, что затрудняет локализацию неполадок машины и ведет к затратам, связанным с повторными ремонтами.
Однако при внедрении стратегии ремонтов по состоянию возникает существенная трудность. Контроль технического состояния подшипников качения подразумевает наличие высококвалифицированных специалистов в области технической диагностики, способных правильно трактовать данные, полученные в результате измерений, а также наличие определенного уровня культуры труда. Однако это трудно выполнимо на современных металлургических предприятиях, что ведет к необходимости автоматизации процесса анализа диагностической информации на основе экспертных знаний.
Экспертная система - это компьютерные программы, использующие знания и технику рассуждений человека. Такая система проектируется и создается в первую очередь потому, что в практике существует следующая проблема - имеется большое количество молодых инженеров, не являющихся специалистами в какой-то области, которым иногда приходится решать проблемы "неизвестные", и если бы имелся какой-либо инструмент, который мог помочь им, тогда это могло бы позволить более эффективно производить рабочий процесс.
Переход к экспертным системам позволяет значительно усилить интеллектуальный потенциал человека и помогает делать необходимые заключения при наличии неформализуемых параметров и ограничений, характерных для мышления человека. Экспертные системы решают реальные проблемы, которые обычно встают перед специалистом - экспертом. Экспертная система должна содержать такие подсистемы, как база знаний и подсистема логического вывода. Знания - это набор конкретных фактов, связанных в единую структуру. Базой знаний называется совокупность фактов, охватывающих информацию относительно конкретной предметной области. Поэтому для формирования экспертной системы нужно сначала извлечь подходящее знание из человека.
Извлечение этого знания из эксперта в таком виде, в котором оно может использоваться компьютером - вообще очень трудная задача. Это происходит частично потому, что эксперту вообще трудно выразить точно, какое знание и правила он использует для решения проблемы. Многое выполняется почти подсознательно или кажется настолько очевидным, что он даже не упоминает об этом. При проектировании важно разработать первоначальный прототип, основанный на информации, извлеченной благодаря интервью с экспертом, а затем последовательно совершенствовать прототип, основываясь на обратной связи как с экспертом, так и с конечными пользователями экспертной системы.
Как уже говорилось экспертная система должна иметь две подсистемы - набор знаний и механизм логического вывода. Механизм логического вывода применяется , чтобы вывести рассуждения на основе опытных знаний (извлеченных из эксперта) и данных, уникальных и специфических для решаемой проблемы. Опытное знание обычно представляется в виде набора правил. Специфические уникальные данные включают в себя как данные, полученные от пользователя, так и данные, полученные благодаря частичным заключениям, основанными на этих данных.
В процессе создания экспертной системы немаловажную роль играет не только предметная область исследуемой проблемы, но и мышление разработчика. Поэтому далее приведены и описаны все этапы через которые прошел разработчик, при формировании экспертной системы оценки повреждений подшипников качения.
Любая программа всегда начинается с постановки задачи. На первом этапе формирования электронной версии экспертной системы, точно определялась необходимость функционирования такой системы и ее актуальность.
Вторым этапом создания "Экспертной системы" является формирования исходных данных и представление их в удобном для формальной обработки виде. Были рассмотрены множества вариантов построение логической структуры программы. Например хранение и обработка информации на низком уровне в виде двоичного доступа к файлам. Однако этот способ несет за собой значительное увеличение трудозатрат на написание простых участков кода. В то же самое время такой подход позволяет несколько увеличить быстродействие "Экспертной системы", что в условиях бурного развития вычислительных мощностей является весьма скромным достижением. Следовательно, для обработки большого объема информации необходимо обращаться к сущности - база данных. Итак, следующим этапом создания экспертной системы стало формирование ядра программы - базы данных. База данных - это формальное представление базы знаний.
База данных экспертной системы состоит из 6 таблиц:
Definition - таблица связей между двумя ветвями системы.
Kriterii - критерии связи между двумя ветвями системы.
Polomki - список поломок, проявляющихся в процессе эксплуатации машины.
Razrusheniya - характер разрушения подшипников
Resheniya - рекомендации к ликвидации поломок, во время работы машины.
Vidirazrusheniy - группы разрушений.
Следующим этапом построения электронной экспертной системы является построение удобной оболочки взаимодействия с пользователем. Основная нагрузка приложения в любом случае ложиться на интерфейс - оболочку общения с пользователем.
На рисунке 1 изображено главное окно экспертной системы, которое состоит из трех вкладок: "Разрушение подшипника", "Работа подшипника", "Пример диагностики подшипника".

Рис. 1. Экспертная система, модуль по распознаванию разрушений подшипников.

Рассмотрим каждую из них. Вкладка "Разрушение подшипника" состоит из списка повреждений, представленного в виде древовидной структуры, области описания повреждений, области рекомендаций, а также изображения выбранного повреждения и область поиска. Для активации системы поиска экспертной системы необходимо в поле указать критерий. Алгоритм экспертной системы разработан таким образом, что распознавать как четкие критерии так и не четкие критерии поиска. Например: набрав "Усталостное выкрашивание материала" в области результатов поиска будет подсвечена строка, соответствующая повреждению, изображенному на рисунке 1. Набрав "выкрашивание" в области результатов поиска будет выведен список всех повреждений подходящих под этот критерий.
Вкладка экспертной системы "Работа подшипника" изображена на рисунке 2

Рис.2. Экспертная система, модуль по распознаванию неполадок в работе подшипника.

Данный раздел экспертной системы отвечает за распознавание неполадок подшипников, находящихся в работе. Алгоритм распознавания повреждений основан на оценке симптомов поведения подшипника и в соответствии с их конфигурацией происходит анализ возможных повреждений. В области диагноз находиться список, где указывается возможные повреждения, соответствующие заданной конфигурации симптомов. Чтобы получить список возможных повреждений необходимо отметить симптомы и нажать на кнопку Запрос. Результатом этого действия будет список повреждений. Выбрав, одно из повреждений, можно, нажав на кнопку с изображением связи, перейти к вкладке "Разрушение подшипника" где будут показаны возможные дальнейшие разрушения подшипника. Алгоритм перехода основан на логической связи дефектов работающего подшипника, через заданный критерий, с видом дальнейшего разрушения.
Вкладка "Пример диагностики подшипника" изображена на рисунке 3.

Этот модуль экспертной системы, представляет собой наглядный пример диагностики подшипника качения. Он приведен для того чтобы на примере показать, как происходит процесс диагностирования подшипника качения с помощью электронной системы распознавания повреждений и облегчить обучения рабочего персонала пользованию экспертной системой.
Итак, в работе были рассмотрены вопросы проектирования системы автоматизации процесса диагностики повреждений подшипников качения на основе экспертных знаний. Для этого была исследована предметная область проблемы распознавания повреждений подшипников качения, рассмотрены общие вопросы диагностирования подшипниковых узлов, рассмотрены вопросы разработки экспертной системы для оценки технического состояния подшипников качения.

Список литературы: 1. Перель Л.Я. Подшипники качения. Справочник. - М.: Машиностроение, 1983. - 543 с. 2. www.marstu.mari.ru

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

Разработка экспертной системы по распознования причин повреждения подшипников качения. Сидоров В. А., Кикалов В. С. Инженер. Студенческий научно-технический журнал. – Донецк: ДонНТУ, 2005. №1. В статье рассмотрены вопросы связанные с разработкой программного продукта для автоматизации процессов распознования деффектов подшипников качения.