СПОСОБ ОПЕРАТИВНОГО ДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА СОСТОЯНИЙ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА Российский патент 1999 года по МПК G05B19/408 G06F17/40 

Изобретение относится к области структурного распознавания образов и может быть использовано в автоматизированных системах оперативной диагностики технического и функционального состояний многопараметрического объекта по данным измерительной информации.

Известны устройства и способы контроля и диагностики состояний технического объекта (СССР, a.c. N-01504653, A1, G 06 F 15/46, 1989 г.), при реализации которых в процессе контроля и диагностики фиксируются медленные изменения параметров за каждый цикл, а полученные данные сравниваются с эталонными значениями и на основании сравнения делается заключение о состоянии объекта, а также способ для ввода считываемых автоматических цифровых данных в полутоновые изображения (ЕВП/EP/, N-0493053, A2, G 06 K 1/12, 19/06, 15/00, 1992 г. ) и способ обработки данных (ЕВП/EP/, N-0493105, A1, G 06 F 15/70, 1992 г.).

Предлагаемые устройства и способы не позволяют оперативно проводить диагностику состояний многопараметрического динамического объекта (МДО) по большому множеству измерительных параметров.

Наиболее близким по технической сущности является способ контроля и оценки технического состояния МДО по данным телеметрической информации (патент N 2099792, БИ N 35, 1997 , кл. G 06 F 7/00, 15/00).

Предлагаемый способ позволяет оперативно обнаружить источники возмущений и места их возникновения в телеметрируемых объектах. Вместе с тем способ не позволяет оценить величину и характер изменения интегрального состояния (класса состояния) объекта по всему множеству наблюдаемых измерительных параметров.

Цель изобретения - оперативное представление и динамический анализ интегрального состояния многопараметрического объекта с оперативным определением относительной величины и характера изменения его состояния, а также сокращение сроков анализа по информационной поддержке принятия решений для диагностики состояния объекта.

Цель достигается реализацией заявляемого способа оперативного динамического анализа состояний МДО по данным измерительной информации, позволяющего реализовать принцип учета предыстории функционирования объекта (процесса) по последовательности переходов его из одного состояния в другое.

Способ, таким образом, позволяет обеспечить динамический анализ состояний объекта с экрана одного многоцветного видеомонитора и оперативно (в реальном масштабе времени) определять относительно величину и характер развития диагностируемых процессов изменения состояния МДО с оценкой последовательности (предыстории) их изменения. Все это в комплексе обеспечивает сокращение сроков анализа изменения состояния МДО во времени и используемых технических средств отображения результатов обработки измерительной информации для информационной поддержки принятия решений обработчиком-аналитиком, подготавливающему решения (АПР) по распознаванию состояний МДО и который является элементом автоматизированной системы диагностики.

Традиционно, при анализе состояний МДО (класса состояний К) возможные оценки состояний (класса состояний A) n-го параметра (процесса на объекте) можно представить в виде:
Aⁿ = < A₁ ⁿ, A₂ ⁿ >, n ∈ N, j = 1, 2, (1)
где A₁ ⁿ - состояние n-го параметра, который находится в пределах заданного допуска, что характеризует (по этому параметру) штатное (исправное) состояние Knи

∈ K объекта; A₂ ⁿ - состояние параметра, который находится вне поля допуска, что характеризует нештатное (неисправное) состояние Knн ∈ K MDO.
Обобщая выражение (1) по всему множеству измерительных параметров n ∈ N, получаем обобщенные оценки пространства состояний параметров объекта в виде
A_j = < A₁, A₂ >, j = 1,2. (2)
Состояние параметров, оцененных в соответствии с выражением (2) по этапам функционирования (движения, развития) объекта, определяет соответственно его обобщенное (интегральное) состояние и переходы объекта из одного состояния в другое (динамику состояний). Например, в простейшем случае множества A₁ и A₂ определяют соответствующие множества (классы) штатным K_и и нештатных K_н состояний.

Для сложного многопараметрического объекта с высокой динамикой изменения процессов, происходящих в его подсистемах (блоках, узлах), комплексный (системный) анализ изменения даже незначительного количества измерительных параметров при обработке в соответствии с выражением (2) вызывает определенные трудности. Это связано с рядом причин, среди которых основными для традиционных методов обработки являются высокая динамика изменения параметров и погрешности измерения, сбора, обработки и анализа измерительной информации, обусловленные активным или пассивным воздействием внешней среды. Особенно это характерно для удаленных от центра обработки МДО, таких как летательные аппараты и т.п., состояние которых контролируется десятками сотен и тысяч параметров.

С другой стороны, при повышении требований к диагностике состояния МДО по оперативности, например, при обеспечении оперативной диагностики в реальном масштабе времени протекания высокодинамических процессов на объекте, проведение обработки и представление ее результатов для анализа традиционными методами диагностики становится проблематичным. В этих условиях проведение оперативного динамического анализа состояний объекта по всему множеству параметров вызывает принципиальные трудности ввиду отсутствия соответствующих методов оперативной оценки и представления необходимых обобщенных данных для информационной поддержки принятия решений по диагностике состояний МДО. Например, для такого класса телеметрической информации, как вибрационные параметры, длительность обработки и анализа результатов испытаний сложных технических комплексов измеряется неделями [Олейник И.И., Суворов А.В., Пискунов А.А. Натурная отработка сложных технических комплексов. Технология и алгоритмы. - М.: Наука, 1990 г. 236 с.].

Введем обобщенную характеристику
(3)
где N - общее количество измерительных параметров, N(t_i) - количество параметров, текущее значение которых в t_i-й момент времени отнесено к одному классу из множества < A₁, A₂ >. На основе применения обобщенных результатов допусковой оценки по всему множеству измерительных параметров с проведением декомпозиции в соответствии с выражением (2) и с использованием введенной характеристики (3), можно проводить динамический анализ состояний МДО с оперативным определением относительной величины и характера изменения его состояния в виде так называемых цветокодовых матриц-диаграмм представления обобщенных данных для информационной поддержки принятия решений по диагностике состояния МДО. Так, кодируя определенным цветовым кодом видимого спектра каждый из выделенных классов состояний (2) параметров и представляя относительную величину A_j ^* в виде информационного поля соответствующего множества параметров, которые изменяются во времени, получаем цветокодовые матрицы - диаграммы состояний МДО.

В качестве наблюдаемого процесса (объекта) могут быть давление, температура и т.д. Соответственно в качестве оцениваемой характеристики процесса (объекта) - амплитуда, частота, дисперсия и т.п.; в качестве используемых измерительных параметров оцениваемой характеристики - быстроменяющиеся (вибропараметры), медленноменяющиеся параметры, траекторные параметры.

Таким образом, сущность способа состоит в том, что с целью обеспечения оперативного динамического анализа обобщенного состояния МДО, осуществляется преобразование результатов допусковой оценки разнородных динамических параметров в соответствующие информационные сигналы с обобщением по всему множеству параметров в заданном временном интервале, при динамическом анализе которых определяют относительную величину и характер изменения интегрального состояния многопараметрического объекта, при этом операцию преобразования осуществляют путем формирования соответствующего цветового сигнала видимого спектра в зависимости от результатов допусковой оценки "в допуске - вне допуска" всех разнородных параметров на заданном временном интервале, отображают информационные сигналы посредством матрицы-диаграммы состояний, столбцы которой соответствуют оцененному классу состояния параметров объекта, строки - заданным временным интервалам, определяют относительную величину и характер изменения интегрального состояния объекта "норма - не норма" по изменению во времени цветовых сигналов оцененных классов состояний параметров по контролируемой характеристике исследуемого процесса. Предлагаемый способ позволяет однозначно по виду цветокодовой матрицы-диаграммы, определить в наблюдаемые моменты времени по всему множеству параметров относительную величину и характер развития процесса в МДО.

Степень дискретизации наблюдаемой характеристики (параметра) А и выбор цветового решения определяет АПР в зависимости от специфики объекта и условий решаемой задачи оперативной диагностики по данным измерительной информации.

Таким образом, новизна предлагаемого способа по сравнению с известными устройствами и способами диагностики состояния объекта заключается в том, что всю совокупность обрабатываемых по допусковому способу измерительных параметров отображают на экране видеомонитора в виде матрицы - диаграммы состояний [A_j ^* • t] МДО, где A_j ^* - относительное количество параметров, принадлежащих j-му классу состояний (норма - ненорма) идентифицированных параметров объекта, t - время регистрации, состояние измерительного сигнала по той или иной характеристике наблюдаемого процесса представляют из идентифицированного (оцененного) кода состояний в цветовой код видимого спектра, а всю совокупность идентифицированных по допусковому способу параметров отображают на экране видеомонитора, на котором по временной шкале будут последовательно отображаться относительная величина и характер изменения интегрального состояния МДО.

Сущность предложенного способа хорошо иллюстрируется на исследовании различных вибрационных параметров, например, при оценке мощности и динамики распределения удара (локального взрыва) МДО (фиг. 1 и фиг. 2). На фиг. 1 приведено традиционное представление графиков изменения ряда (N=7) вибрационных параметров измерительной информации, поступающей с МДО, с установленными на нем измерительными датчиками n=1,2,...,N, которые формируют соответствующие измерительные параметры (фиг. 1). На фиг. 2 приведено наглядное представление процесса изменения состояния МДО в виде цветокодовой матрицы-диаграммы состояний [A_j ^*•t] МДО, где A_j ^* - относительное количество параметров, принадлежащих j-му классу состояния оцененных параметров (в рассматриваемом случае j= 2), t_i-1 - начало и t_i+3 - конец ударного процесса, < A₁, A₂ > идентифицированные классы состояний параметров, декомпозированные по амплитуде каждого из вибрационных параметров; < K_и, K_н классы состояния МДО, где нечеткий класс состояний МДО, вызванный нештатной ситуацией на интервале t_i-1 - t_i+3 и для идентификации которого необходима дополнительная обработка другой группы параметров (как правило, невибрационных). Анализ рассматриваемого представлена вибропараметров (фиг. 2), раскрывающего суть предлагаемого способа, позволяет проводить оперативный динамический анализ интегрального состояния МДО, в том числе:
оценить характер удара (локального взрыва) объекта. Так, из фиг. 2 однозначно следует, что удар был импульсный с максимальной нагрузкой на момент времени t_i-1, равномерным уменьшением (затуханием) на интервале t_i-t_i+3 и полным окончанием удара на момент времени t_i+3;
оценить в относительной величине максимальную мощность удара (локального взрыва) на интервале t_i-1 - t_i по общему количеству вибропараметров, зафиксировавших их выход за допустимое поле допуска;
оценить интегральное распределение мощности удара (локального взрыва) объекта во времени по общему количеству параметров, вышедших за поле допуска.

Таким образом, способ позволяет обеспечить оперативный динамический анализ изменения интегрального состояния объекта с экрана видеомонитора, оперативно (в реальном масштабе времени) обнаруживать изменение класса состояний МДО и оценивать величину (мощность) и характер изменения состояния по всему множеству параметров.

К достоинствам способа можно отнести:
возможность выявления новых (системных) свойств и закономерностей исследуемых процессов в МДО за счет наглядного представления обобщенных результатов оценки всего множества измерительных параметров в динамике их изменения. Такое наглядное динамическое представление позволяет комплексно оценить величину и характер изменения интегрального состояния МДО по большому множеству наблюдаемых измерительных параметров, которые могут быть разнотипными (аналоговыми или цифровыми, быстроменяющимися и медленноменяющимися и т.д.);
высокую оперативность представления общей картины развития процесса изменения состояния МДО с возможностью оценки характера его развития, сокращение сроков анализа измерительной информации и используемых технических средств ее отображения для информационной поддержки принятия решений обработчиком-аналитиком, подготавливающим решения по диагностике состояния МДО и который является элементом автоматизированной системы оперативной диагностики.

От использования изобретения следует ожидать вторичный эффект, заключающийся в удешевлении систем диагностики различных технических объектов и систем организационно-технологического класса. Целесообразно использовать в системах идентификации, распознавания, контроля и диагностики технического и функционального состояния изделий авиационной и космической промышленности, энергетике, магистральных трубопроводов и т.п.

Изобретение относится к области структурного распознавания образов и может быть использовано в автоматизированных системах оперативной диагностики технического и функционального состояний многопараметрического объекта по данным измерительной информации. Техническим результатом является повышение быстродействия при представлении и динамическом анализе интегрального состояния многопараметрического объекта в реальном времени. Технический результат достигается тем, что осуществляют преобразование результатов допусковой оценки разнородных динамических параметров в соответствующие информационные сигналы с обобщением по всему множеству параметров в заданном временном интервале и определяют относительную величину и характер изменения интегрального состояния многопараметрического объекта. 2 ил.

Способ оперативного динамического анализа состояний многопараметрического объекта, заключающийся в оперативном преобразовании результатов оценки параметров в соответствующие информационные цветовые сигналы с обобщением по всему множеству параметров в заданном временном интервале, отличающийся тем, что в качестве результатов оценки используют результаты допусковой оценки разнородных динамических параметров, операцию преобразования осуществляют путем формирования информационного цветового сигнала видимого спектра в зависимости от результатов допусковой оценки в соответствующем классе "в допуске - вне допуска" всех разнородных динамических параметров, отображают информационные цветовые сигналы посредством матрицы - диаграммы состояний, столбцы которой соответствуют оцененному классу состояния динамических параметров многопараметрического объекта, строки - заданным временным интервалам, определяют относительную величину и характер измерения интегрального состояния многопараметрического объекта "норма - не норма" по изменению во времени информационных цветовых сигналов оцененных классов состояний динамических параметров.