ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

"Опубликованные статьи СИДОРОВА Александра Владимировича"

РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ
РАСПОЗНАВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

Аввакумов С.И., Сидоров А.В.

Необходимость контроля технического состояния оборудования и внедрения стратегии ремонтов по состоянию связана с требованием максимального использования рабочего ресурса узлов и деталей и сведения к минимуму аварийных отказов. Контроль технического состояния оборудования подразумевает наличие высококвалифицированных специалистов в области технической диагностики, способных правильно трактовать данные, полученные в результате измерений, а также наличие определенного уровня культуры труда. В виду отсутствия специалистов требуемого профиля на передний план выходит задача автоматизации процесса анализа диагностической информации на основе экспертных знаний. Процесс разработки экспертных систем распознавания технического состояния роторного оборудования в статье рассмотрен на примере "Экспертной системы по вибродиагностике", предназначенной для оценки технического состояния турбокомпрессоров участка ЭВС мартеновского цеха Донецкого металлургического завода.

Необходимость контроля технического состояния оборудования и внедрения стратегии ремонтов по состоянию связана с требованием максимального использования рабочего ресурса узлов и деталей и сведения к минимуму аварийных отказов. Такой подход становится актуальным в условиях рыночной экономики, так как позволяет не только сэкономить финансовый ресурс, благодаря уменьшению количества аварийных простоев и рациональному использованию запасных частей, но и сократить общее время ремонтных операций и технического обслуживания, повышая их эффективность.

Контроль технического состояния оборудования подразумевает наличие высококвалифицированных специалистов в области технической диагностики, способных правильно трактовать данные, полученные в результате измерений, а также наличие определенного уровня культуры труда. В виду отсутствия специалистов требуемого профиля, была поставлена задача автоматизации процесса анализа диагностической информации на основе экспертных знаний. Решение этой задачи связано с имитацией рассуждений специалиста об образах предметной области. Это послужило причиной выбора технологии экспертных систем в качестве базовой для реализации автоматизированной системы технической диагностики оборудования.

Экспертной называется система, оперирующая со знаниями в определенной предметной области с целью эвристической выработки рекомендаций или решения некоторых проблем. Задачей при разработке экспертных систем как прикладных программ является автоматизация разрешения ситуаций (образов) в пределах некоторой предметной области, при этом полученные результаты не должны уступать по качеству и эффективности решениям, получаемым экспертом. Экспертные системы отличаются от широко распространенных систем обработки данных тем, что в них используется эвристический поиск решения, а не исполнение известного алгоритма.

Экспертная система состоит из следующих основных компонентов (рисунок 1) [1]:

Рисунок 1 – Типовая структура экспертной системы

В ходе работ по созданию экспертных систем сложилась определенная технология их разработки, которая включает шесть ключевых этапов (рисунок 2) [1].

Рисунок 2 – Технология разработки экспертных систем

На этапе идентификации определяются задачи, которые подлежат решению, выявляются цели разработки, определяются эксперты и типы пользователей. На этапе концептуализации проводится содержательный анализ предметной области, выявляются используемые понятия и их взаимосвязи, определяются методы решения задач. На этапе формализации выбираются инструментальные средства и определяются способы представления всех видов знаний, формализуются основные понятия, определяются способы интерпретации знаний, моделируется работа системы, оценивается адекватность целям системы зафиксированных понятий, методов решений, средств представления и манипулирования знаниями. На этапе наполнения осуществляется формирование экспертом базы знаний. В связи с тем, что основой экспертной системы являются знания, данный этап является наиболее важным и наиболее трудоемким этапом разработки экспертной системы. Процесс приобретения знаний разделяют на извлечение знаний из эксперта, организацию знаний, обеспечивающую эффективную работу системы, и представление знаний в виде понятном экспертной системе. Процесс приобретения знаний осуществляется инженером по знаниям на основе анализа деятельности эксперта по решению реальных задач.

Целью этапа тестирования является выявление неадекватности в работе экспертной системы и выполнение, корректировки базы правил и устройства логического вывода. В случае если это невозможно, может понадобиться переконструирование экспертной системы или переформулирование поставленной задачи.

Этап опытной эксплуатации, как правило, пересекается с предыдущим этапом и во многом похож на него. Его отличие заключается в том, что на этапе тестирования используются заранее подготовленные значения из тестового множества, желаемый результат работы экспертной системы для которых известен. На этапе опытной эксплуатации определяется, главным образом, насколько система удовлетворяет пользователя, насколько полученный продукт соответствует требованиям, выдвигаемым заказчиком.

Процесс разработки экспертных систем распознавания технического состояния оборудования рассмотрим на примере "Экспертной системы по вибродиагностике", предназначенной для оценки технического состояния турбокомпрессоров участка ЭВС мартеновского цеха Донецкого металлургического завода.

Разрабатываемая экспертная система предназначена для автоматизации процесса анализа диагностической информации, полученной с помощью портативной переносной аппаратуры. Целью работы системы является оценка технического состояния центробежных компрессоров и выдача рекомендаций по его улучшению, а также формирование отчетной документации о результатах обследования агрегата.

Экспертная система включает следующие функциональные модули: модуль, обеспечивающий ввод, вывод и хранение информации; модуль, отображающий текущее техническое состояние контролируемых агрегатов; модуль статистической обработки данных; экспертный модуль; модуль для формирования отчета.

В результате содержательного анализа предметной области в отношении разрабатываемой системы были приняты следующие решения:

1. Классификация технического состояния по категориям величины общего уровня вибрации (категория "удовлетворительно" - от 0 до 4,5 мм/с; категория "допустимо" - от 4,5 до 7,1 м/с; категория "недопустимо" - более 7,1 м/с);
2. Постановка предварительного диагноза по общему уровню вибрации на основе таблицы соответствия (таблица 1);
3. Постановка диагноза на основе дополнительных параметров (метод ударных импульсов, анализ шума, тепловые и визуальные методы диагностирования);

Таблица 1 – Фрагмент таблицы соответствия диагноза и контролируемых параметров

На основе таблицы соответствия, которая была составлена по результатам литературного обзора работ [2, 3, 4] и опыта эксплуатации аналогичных механизмов, были разработаны и сведены в группы по элементам (подшипниковый узел, двигатель, воздуходувка, муфта) правила базы правил экспертной системы. При этом каждое правило соответствует следующей структуре (поля, отмеченные * являются обязательными):

[Rule_{номер правила}]*
Diagnose={диагноз}*
Reccomendation={рекомендация}*
Code_{номер контрольной точки и направления измерения общего уровня вибрации}={значение параметра (0 – нормальный уровень, до 4,5 мм/с; 1 – повышенный уровень, более 4,5 м/с)}
Noise={характеристика шума}
Shock_impulse={ударные импульсы}
Temperature={характеристика изменения и уровня температуры}
Visual={результаты визуального осмотра}

"Экспертная система по вибродиагностике 2.0" включает следующие основные функциональные режимы:

1. "База данных" - режим обеспечивает интерфейс для работы с данными вибрационного обследования: занесение в базу данных, хранение, поиск, извлечение и корректировку, также автоматически проводится экспресс-классификация технического состояния по категориям величины общего уровня вибрации (рисунок 3).



Рисунок 3 – Режим "База данных"

2. "Карта участка" - режим предназначен для отображения технического состояния контролируемых агрегатов на момент последнего обследования, также выдается рекомендация о времени проведения очередного обследования (рисунок 4).



Рисунок 4 – Режим "Карта участка"

3. "Анализатор" - режим статистической обработки данных на основе временных рядов, другие функции работы с группами данных (рисунок 5).



Рисунок 5 – Режим "Анализатор"

4. "Эксперт" - режим экспертного анализа данных по общему уровню вибрации и дополнительным параметрам (рисунок 6).



Рисунок 6 – Режим "Эксперт"

5. "Журнал" - режим, имитирующий агрегатный журнал, дневник и записную книжку.
6. "Отчет" - формирование и печать отчетной документации установленного образца об обследовании агрегата участка.

Выводы

1. Определена необходимость использования технологии экспертных систем для распознавания технического состояния металлургического оборудования.
2. Рассмотрены основные вопросы создания экспертных систем их компоненты и технология проектирования.
3. Процесс разработки экспертных систем распознавания технического состояния оборудования рассмотрен на примере механизмов роторного типа.

Перечень ссылок

1. Питер Джексон. Введение в экспертные системы.: Пер с англ.: Уч. пос. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2001. – 624 с.
2. Сидоров В.А. Методика оценки технического состояния механизмов роторного типа. – Донецк: Востокуглемаш, 2002. – 42 с.
3. Эльяш М.Л., Анохин А.В. Монтаж компрессоров, насосов и вентиля ров. - М.: Стройиздат, 1991. - 192 с.
4. Малашкина В.А., Малеев В.Б. Ремонт и эксплуатация стационарного оборудования шахт. Справочник рабочего. - М.: Недра, 1990. - 329 с.

Аввакумов С.И., Сидоров А.В. Разработка экспертных систем распознавания технического состояния оборудования // Инженер. Студенческий научно-технический журнал. – Донецк: ДонНТУ, 2004. №5. – 175 с. - С. 156–162.