СПОСОБ И СИСТЕМА ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛИ НАРУШЕННОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА И МАШИНОЧИТАЕМЫЙ НОСИТЕЛЬ Российский патент 2012 года по МПК G06F11/26 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к технике определения возможных состояний технического объекта при его нормальном и нарушенном функционировании, а конкретнее к способу и системе построения модели нарушенного функционирования технического объекта и к машиночитаемому носителю.

Уровень техники

В настоящее время известны различные системы и способы определения возможных состояний технического объекта.

Так, в патенте РФ №2292583 (опубл. 27.01.2007) раскрыто устройство для моделирования отказов и повреждений в сложных системах, в котором формируют поток отказов или повреждений с помощью генератора случайных чисел с учетом числа элементов схемы. Такое устройство и реализуемый с его помощью способ, в силу своего стохастического характера, не позволяют определять возможные виды нарушения функционирования технического объекта и моделировать последствия сложных видов отказов в техническом объекте.

В патенте РФ №2335025 (опубл. 27.09.2008) описан способ управления опасным технологическим процессом с нестационарными объектами. В этом способе для каждого воздействия (параметра) определяют предельно-допустимые значения и сравнивают с ними измеренные воздействия, при этом весь технологический процесс разбивают на интервалы безопасности, для которых совокупность выявленных нарушений остается неизменной, и для каждого интервала безопасности анализируют переход нарушений из одного интервала в другой. Данный способ также не позволяет определять возможные виды нарушения функционирования технического объекта и моделировать последствия сложных видов отказов в техническом объекте.

В патенте США №4866712 (опубл. 12.09.1989) описаны способ и устройство восстановления неисправностей, в которых для управления параметрами используют таблицу ошибок и таблицу воздействий. В таблице ошибок имеется по одному входу для каждой возможной ошибки и счетное приращение для каждого корректирующего воздействия, которое можно предпринять для исправления ошибки. Таблица воздействий содержит счетный порог ошибки для каждого возможного корректирующего воздействия. В системе накапливаются счетные приращения ошибок по возможным воздействиям и при превышении заданного порога инициируется корректирующее воздействие. Эти способ и устройство пригодны для определения нарушенного функционирования несложного технического объекта с однотипными элементами, но непригодны для построения модели нарушенного функционирования сложного технического объекта, включающего взаимодействующие электрические, механические, гидравлические, пневматические, электронные и других типов элементы.

В патентах США №5099436 (опубл. 24.03.1992) и №7406645 (опубл. 29.07.2008) и в заявке на патент США №2009/0210764 (опубл. 20.08.2009) раскрыты способы и устройства для построения тестовых воздействий (моделей неисправностей), в которых параметры отдельных компонентов связывают с конкретными неисправностями. Эти способы и устройства непригодны для построения модели нарушенного функционирования сложного технического объекта.

Патент США №6467058 (опубл. 15.10.2002) описывает сегментированное уплотнение с упрощением и исключением критических неисправностей, при котором выбирают множество моделей неисправностей, идентифицируют для каждой из них список неисправностей, выбирают пределы допусков для каждой неисправности, генерируют набор векторов для тестирования так, что этот набор идентифицирует все неисправности из списка. Этот способ также не позволяет построить модель нарушенного функционирования сложного технического объекта.

В патенте США №5796990 (опубл. 18.08.1998) раскрыты система и способ иерархического моделирования неисправностей, которые являются наиболее близкими аналогами к заявленной группе изобретений. Согласно этому патенту формируют модели неисправностей для примитивных ячеек логической схемы для конкретного типа модели неисправностей - нижний уровень иерархии. Далее идентифицируют родительскую ячейку, соответствующую следующей ячейке в иерархии логической схемы. Затем создают список узлов сети для всех соединений в этой родительской ячейке. Идентифицируют все возможные неисправности в родительской ячейке, включая эквивалентные и непроверяемые неисправности. Вызывают эквивалентные неисправности в родительской ячейке. Исключают все непроверяемые неисправности всех ячеек ниже родительской ячейки и их эквивалентные неисправности из модели. Идентифицируют новые непроверяемые неисправности путем исполнения проверочного программного обеспечения.

Данные способ и система предназначены для таких технических объектов, в которых входные и выходные сигналы компоновочных элементов имеют два уровня (0 и 1), а функционирование этих элементов описывается логическими формулами. Кроме того, невозможно определить последствия при сочетании двух или более отказов различных компоновочных элементов.

Раскрытие изобретения

Таким образом, имеется необходимость в таких способе и системе построения модели нарушенного функционирования технического объекта, которые преодолевали бы недостатки уровня техники и позволяли строить модель нарушенного функционирования технического объекта произвольной структуры с разнотипными комплектующими элементами, имеющими произвольное число значений входных и выходных сигналов, и при этом обеспечивали бы полноту определения свойств надежности и безопасности технического объекта и управление этими свойствами.

Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата в первом объекте настоящего изобретения предложен способ построения модели нарушенного функционирования технического объекта, заключающийся в том, что получают электронные модели каждого из комплектующих элементов, составляющих технический объект; разрабатывают для каждого комплектующего элемента модель состояния на основе полученной электронной модели; запоминают разработанные модели состояния комплектующих элементов технического объекта; создают электронную модель технического объекта в соответствии с конструкторской и (или) технологической документацией на этот технический объект на основании разработанных моделей состояния комплектующих элементов; выявляют связи параметров моделей состояния комплектующих элементов технического объекта, отвечающие состояниям нарушенного функционирования этого технического объекта в целом, путем соответствующего моделирования в созданной электронной модели технического объекта; запоминают полный перечень состояний нарушенного функционирования технического объекта в целом и их причин в качестве модели нарушенного функционирования технического объекта в целом.

Особенность заявленного способа состоит в том, что электронные модели каждого из комплектующих элементов могут получать из библиотеки моделей комплектующих элементов, хранящейся в соответствующей электронной памяти, либо могут получать путем построения оператором на автоматизированном рабочем месте на основе конструкторской и технологической документации для данного комплектующего элемента.

Еще одна особенность заявленного способа состоит в том, что модель состояния для каждого комплектующего элемента может представлять собой множество входных и выходных сигналов данного комплектующего элемента с указанием вида каждого из этих входных и выходных сигналов, множество параметров каждого из входных и выходных сигналов, множество возможных значений каждого из параметров, множество возможных видов отказов комплектующего элемента и вероятность каждого из отказов, множество возможных нарушений значений каждого из параметров, функциональные связи каждого из множества возможных нарушений с каждым из множества возможных видов отказов.

Еще одна особенность заявленного способа состоит в том, что этап запоминания разработанных моделей состояния для каждого из комплектующих элементов могут осуществлять в библиотеке моделей состояния, хранящейся в соответствующей электронной памяти.

Еще одна особенность заявленного способа состоит в том, что в процессе моделирования в созданной электронной модели технического объекта могут выявлять общие причины для различных состояний нарушенного функционирования этого технического объекта. При этом после выявления общих причин нарушенного функционирования могут осуществлять следующие этапы: определяют поглощаемые состояния нарушенного функционирования объекта, определяют объединения и сочетания различных состояний нарушенного функционирования объекта и минимизируют созданную электронную модель технического объекта с учетом общих причин для различных состояний объекта, а также поглощения, объединения и сочетания состояний технического объекта.

Для решения поставленной задачи и достижения того же технического результата во втором объекте настоящего изобретения предложена система для построения модели нарушенного функционирования технического объекта, содержащая по меньшей мере одно средство для получения электронных моделей каждого из комплектующих элементов, составляющих технический объект; по меньшей мере одно средство для разработки модели состояния для каждого комплектующего элемента на основе полученной электронной модели данного комплектующего элемента; средство хранения для запоминания разработанных моделей состояния всех комплектующих элементов технического объекта; средство для создания электронной модели технического объекта в соответствии с конструкторской и (или) технологической документацией на этот технический объект на основании моделей состояния каждого из комплектующих элементов, разработанных средствами для разработки модели состояния; моделирующее средство для моделирования поведения технического объекта в созданной электронной модели технического объекта; средство для выявления связей параметров моделей состояния комплектующих элементов технического объекта с состояниями нарушенного функционирования этого технического объекта в целом в процессе моделирования в моделирующем средстве; средство хранения для запоминания полного перечня состояний нарушенного функционирования технического объекта в целом и их причин в качестве модели нарушенного функционирования технического объекта в целом.

Особенность заявленной системы состоит в том, что модель состояния для каждого комплектующего элемента может представлять собой множество входных и выходных сигналов данного комплектующего элемента с указанием вида каждого из этих входных и выходных сигналов, множество параметров каждого из входных и выходных сигналов, множество возможных значений каждого из параметров, множество возможных видов отказов комплектующего элемента и вероятность каждого из отказов, множество возможных нарушений значений каждого из параметров, функциональные связи каждого из множества возможных нарушений с каждым из множества возможных видов отказов.

Еще одна особенность заявленной системы состоит в том, что каждое из средств для получения электронных моделей каждого из комплектующих элементов может быть выполнено с возможностью поиска электронных моделей каждого из комплектующих элементов в библиотеке электронных моделей по следующим признакам: входные и выходные сигналы с указанием вида каждого сигнала, параметры каждого из входных и выходных сигналов, значения параметров каждого из входных и выходных сигналов, виды нарушений значений параметров каждого из входных и выходных сигналов.

Еще одна особенность заявленной системы состоит в том, что каждое из средств для разработки модели состояния для каждого комплектующего элемента выполнено с возможностью определения в электронном виде для каждого комплектующего элемента на основе полученной электронной модели: видов отказов, которые могут возникать в каждом из комплектующих элементов и вероятностей каждого из отказов, нарушений значений параметров входных и выходных сигналов каждого их комплектующих элементов, функциональных связей нарушений значений параметров выходных сигналов каждого из комплектующих элементов с нарушениями значений параметров его входных сигналов и с видами отказов, возможных в данном комплектующем элементе.

Еще одна особенность заявленной системы состоит в том, что средство для создания электронной модели технического объекта может быть выполнено с возможностью формировать в электронном виде полный перечень состояний нарушенного функционирования технического объекта в целом в виде полного перечня возможных нарушений параметров выходных сигналов технического объекта в целом.

Еще одна особенность заявленной системы состоит в том, что средство для выявления связей параметров моделей состояния комплектующих элементов технического объекта с состояниями нарушенного функционирования этого технического объекта в целом может быть выполнено с возможностью формирования логических зависимостей между каждым из состояний нарушенного функционирования технического объекта в целом с возможными видами отказов комплектующих элементов упомянутого технического объекта. При этом моделирующее средство для моделирования поведения технического объекта может быть выполнено с возможностью определять конкретное состояние нарушенного функционирования технического объекта в целом при возникновении конкретного вида отказа в каждом из комплектующих элементов.

Наконец, для решения поставленной задачи и достижения того же технического результата в третьем объекте настоящего изобретения предложен машиночитаемый носитель, предназначенный для непосредственного использования в работе компьютера и содержащий программу, которая при исполнении в этом компьютере обеспечивает осуществление действий способа по первому из объектов настоящего изобретения.

Краткое описание чертежей

Заявленное изобретение иллюстрируется приложенными чертежами.

Фиг.1 является условной блок-схемой системы, в которой реализуется способ по настоящему изобретению.

Фиг.2 показывает функциональную схему, согласно которой могут быть выполнены средства, составляющие систему по настоящему изобретению.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления

Способ построения модели нарушенного функционирования технического объекта по настоящему изобретению реализуется в системе для построения модели нарушенного функционирования технического объекта, блок-схема которой показана на фиг.1.

Для понимания дальнейшего описания необходимо отметить, что исследуемым техническим объектом может быть любое изделие, состоящее из комплектующих элементов. Такой технический объект подвергают декомпозиции на комплектующие элементы, для каждого из которых определяют модели состояний, а затем на их основе и с учетом структуры исследуемого технического объекта определяют полный перечень видов нарушений функционирования этого технического объекта. При этом на основании структуры и моделей состояния комплектующих элементов производят поглощение эквивалентных состояний исследуемого технического объекта. Далее устанавливают связь между значениями параметров в моделях состояния комплектующих элементов данного технического объекта с состояниями его нарушенного функционирования и выявляют общие причины для различных состояний исследуемого технического объекта. Определяют также возможные объединения и сочетания состояний исследуемого технического объекта, на основании чего формируют полную модель нарушенного функционирования данного технического объекта.

Система для построения модели нарушенного функционирования технического объекта по фиг.1 включает в себя средство 1 получения моделей комплектующих элементов, средство 2 хранения моделей комплектующих элементов, средство 3 формирования моделей комплектующих элементов, средство 4 разработки модели состояния комплектующего элемента, средство 5 хранения моделей состояния комплектующих элементов, средство 6 создания электронной модели технического объекта, внешние базы 7 данных, моделирующее средство 8, средство 9 выявления связей и средство 10 хранения состояний нарушенного функционирования.

Следует отметить, что блок-схема на фиг.1 является условной и отражает в большей степени функциональные связи между действиями способа по настоящему изобретению, нежели реальные связи между компонентами системы по настоящему изобретению.

Указанные выше средство 1 получения моделей комплектующих элементов, средство 3 формирования моделей комплектующих элементов, средство 4 разработки модели состояния комплектующего элемента, средство 6 создания электронной модели технического объекта, внешние базы 7 данных, моделирующее средство 8 и средство 9 выявления связей могут быть выполнены каждое в соответствии с функциональной схемой по фиг.2. На этой схеме показано автоматизированное рабочее место (АРМ) 11, снабженное средством 12 ввода-вывода и запоминающим средством 13. В качестве такого АРМ 11 может быть использован, например, персональный компьютер с соответствующей памятью и оборудованный клавиатурой, координатным устройством в виде мыши, трэкбола, сенсорной панели и т.п. Однако это АРМ 11 может быть выполнено в виде специализированного вычислительного устройства, запрограммированного на выполнение только тех операций, которые необходимы для осуществления конкретного действия способа по настоящему изобретению.

В качестве средства 2 хранения моделей комплектующих элементов, средства 5 хранения моделей состояния комплектующих элементов и средства 10 хранения состояний нарушенного функционирования можно использовать отдельные запоминающие устройства с энергонезависимой памятью, например жесткие диски или флэш-память. Вместе с тем, эти средства 2, 5 и 10 могут быть реализованы на запоминающих средствах 13 соответствующих АРМ 11, на которых выполнены то или иное из средств 1, 3-5, 8 или 9. Кроме того, средства 2, 5 и 10 могут быть всего одним запоминающим средством либо составлять одно общее запоминающее средство для любой пары указанных средств.

Средство 1 получения моделей комплектующих элементов предназначено для получения электронных моделей каждого из комплектующих элементов исследуемого технического объекта и выполнено с возможностью поиска электронных моделей каждого из этих комплектующих элементов в библиотеке электронных моделей, хранящейся в средстве 2 хранения моделей комплектующих элементов. Кроме того, такой поиск может, в принципе, осуществляться и во внешних базах данных (не показано) через соответствующую сеть (не показано). Поиск электронной модели любого из комплектующих элементов может осуществляться, в частности, по таким признакам:

- входные и выходные сигналы с указанием вида каждого сигнала,

- параметры каждого из этих входных и выходных сигналов,

- значения указанных параметров каждого из входных и выходных сигналов,

- виды нарушений упомянутых значений параметров каждого из входных и выходных сигналов.

Принципы осуществления поиска по заданным признакам общеизвестны специалистам.

Средство 3 формирования моделей комплектующих элементов предназначено для формирования электронных моделей каждого из комплектующих элементов исследуемого технического объекта. Такое формирование электронных моделей может осуществляться, например, в соответствий с теми же самыми признаками, что и признаки для поиска в средстве 1 получения моделей комплектующих элементов. Методы формирования электронных моделей комплектующих элементов известны специалистам и раскрыты, к примеру, в патенте РФ №2119188 (опубл. 20.09.1998). Сформированные электронные модели каждого элемента, комплектующего исследуемый технический объект, сохраняются в средстве 2 хранения моделей комплектующих элементов, откуда они могут быть получены средством 1 получения моделей комплектующих элементов.

Средство 4 разработки модели состояния комплектующего элемента предназначено для разработки модели состояния для каждого комплектующего элемента. Средство 4 разработки модели состояния комплектующего элемента может быть выполнено с возможностью определения в электронном виде для каждого комплектующего элемента на основе полученной электронной модели:

- видов отказов, которые могут возникать в каждом из упомянутых комплектующих элементов и вероятностей каждого из упомянутых отказов,

- нарушений значений параметров входных и выходных сигналов каждого из комплектующих элементов,

- функциональных связей упомянутых нарушений значений параметров выходных сигналов каждого из комплектующих элементов с нарушениями значений параметров его входных сигналов и с видами отказов, возможных в данном комплектующем элементе.

Разработка модели состояния комплектующего элемента в средстве 4 выполняется для конкретного комплектующего элемента. Такая разработка может осуществляться, например, так, как раскрыто в вышеуказанных патентах США №№6467058 и 7406645 или в заявке на патент США №2009/0210764, а также в патенте США №5548715 (опубл. 20.08.1996).

Средство 6 создания электронной модели технического объекта предназначено для создания электронной модели технического объекта и может быть выполнено с возможностью формировать в электронном виде полный перечень состояний нарушенного функционирования исследуемого технического объекта в целом в виде полного перечня возможных нарушений параметров выходных сигналов всего технического объекта. Простейший вариант создания такого средства 6 создания электронной модели технического объекта раскрыт, например, в патенте на полезную модель РФ №19192 (опубл. 10.08.2001). Специалистам понятно, что конкретный вид создаваемой электронной модели будет определяться как самим техническим объектом, так и его комплектующими элементами.

Моделирующее средство 8 предназначено для моделирования поведения исследуемого технического объекта и может быть выполнено с возможностью определять конкретное состояние нарушенного функционирования этого технического объекта в целом при возникновении конкретного вида отказа в каждом из комплектующих элементов. Такое моделирование можно осуществлять, например, так же, как и в упомянутом выше ближайшем аналоге (патент США №5796990).

Средство 9 выявления связей предназначено для выявления связей между параметрами разработанных моделей состояния комплектующих элементов исследуемого технического объекта и состояниями нарушенного функционирования этого технического объекта в целом. Средство 9 выявления связей может быть выполнено с возможностью формирования логических зависимостей между каждым из состояний нарушенного функционирования исследуемого технического объекта в целом с возможными видами отказов его комплектующих элементов.

Следует специально отметить, что средства 1, 3-5, 8 и 9, показанные на фиг.1, совсем не обязательно являются самостоятельными блоками или устройствами. Любое из этих средств может быть объединено с любыми одним или несколькими из остальных указанных средств либо даже со всеми остальными средствами. Например, средство 1 получения моделей комплектующих элементов может быть объединено со средством 3 формирования моделей комплектующих элементов. Средство 4 разработки модели состояния комплектующего элемента может быть, к примеру, совмещено со средством 1 получения моделей комплектующих элементов.

Моделирующее средство 8 может быть совмещено как со средством 6 создания электронной модели технического объекта, так и со средством 9 выявления связей, либо с ними обоими. В свою очередь, средство 6 создания электронной модели технического объекта может быть объединено со средством 4 разработки модели состояния комплектующего элемента. В принципе, все указанные средства 1, 3-5, 8 и 9 могут быть структурно (конструктивно) объединены в одном соответственно запрограммированном универсальном компьютере.

Кроме того, в системе, показанной на фиг.1, может быть несколько средств 1 получения моделей комплектующих элементов, а также несколько средств 3 формирования моделей комплектующих элементов. Такое расширение системы по фиг.1 может быть полезно для ускорения работ в случае, когда исследуемый технический объект имеет очень большое число нестандартных комплектующих элементов, для которых отсутствуют готовые электронные модели.

Способ построения модели нарушенного функционирования технического объекта по настоящему изобретению воплощается в раскрытой системе для построения модели нарушенного функционирования технического объекта следующим образом.

Исходная структура исследуемого технического объекта задается в виде чертежей, схем, эскизов, описаний и т.д., а также в цифровом виде, сформированном в системах автоматизированного проектирования (САПР, CAD/САМ и т.п.). Такой исследуемый технический объект требуется сначала представить совокупностью его комплектующих элементов. В некоторых случаях в техническом объекте, состоящем из сложных комплектующих элементов, следует представить такие сложные комплектующие элементы в виде самостоятельных технических объектов, составленных из более простых комплектующих элементов. Разделение структуры исследуемого технического объекта называется его декомпозицией.

Декомпозиция структуры исследуемого технического объекта заключается в формировании перечня его комплектующих элементов с указанием входных и выходных сигналов каждого из комплектующих элементов и связей этого комплектующего элемента с другими комплектующими элементами исследуемого технического объекта или с объектами, которые являются внешними для данного технического объекта. Под комплектующими элементами исследуемого технического объекта понимаются его составные части, имеющие конечное множество входных и выходных сигналов определенного физического вида. Эти входные и выходные сигналы могут быть как непрерывно изменяющимися, так и дискретными с произвольным числом возможных параметров и значений этих параметров.

Такую декомпозицию исследуемого технического объекта можно осуществлять как на отдельном автоматизированном рабочем месте, так и, например, на АРМ 11 средства 1 получения моделей комплектующих элементов и (или) средства 3 формирования моделей комплектующих элементов. Оператор такого АРМ извлекает, например, общую схему исследуемого технического объекта из запоминающего средства 13 своего АРМ 11, сохраненную там заранее, или запрашивает эту схему и все пояснительные материалы к ней из соответствующей внешней базы данных (не показано) по локальной или глобальной сети (не показано) и далее выделяет на этой схеме те или иные комплектующие элементы. Такое выделение может осуществляться как вручную, так и с помощью заранее составленной программы, которая, например, в случае, когда общая схема исследуемого объекта состоит из «кубиков», представляющих отдельные функциональные узлы, разделяет эту общую схему на комплектующие элементы, соответствующие этим функциональным узлам. Оператор такого АРМ 11 может затем с помощью своего средства 12 ввода-вывода корректировать полученный набор комплектующих элементов с учетом поясняющего описания или своих собственных знаний.

В результате такой декомпозиции, произведенной заранее или в процессе осуществления заявленного способа, получается совокупность комплектующих элементов исследуемого технического объекта, для каждого из которых необходимо получить или сформировать его электронную модель. Такие электронные модели для некоторых или даже для всех комплектующих элементов могут быть составлены заранее, например, их производителями (скажем, для повышения привлекательности производимых ими комплектующих элементов) и сохранены в средстве 2 хранения моделей комплектующих элементов в виде, например, отдельных файлов. В отсутствие заранее разработанных электронных моделей тех или иных (или даже всех) комплектующих элементов, например в случае специфической декомпозиции, требуемой в конкретном случае, такие электронные модели могут разрабатываться или формироваться оператором на АРМ 11 средства 3 формирования моделей комплектующих элементов. Такое формирование может осуществляться, к примеру, с учетом следующих признаков, присущих конкретному комплектующему элементу:

- входные и выходные сигналы с указанием вида каждого сигнала,

- параметры каждого из этих входных и выходных сигналов,

- значения параметров каждого из входных и выходных сигналов,

- виды нарушений в значениях указанных параметров.

Как отмечено выше, конкретные методы формирования электронной модели для каждого комплектующего элемента, не имеющего пока своей электронной модели, известны специалистам и будут определяться функциональным назначением этого комплектующего элемента и особенностями его структуры.

Сформированные в процессе осуществления заявленного способа электронные модели комплектующих элементов сохраняются в средстве 2 хранения моделей комплектующих элементов, откуда они могут извлекаться в средство 1 получения моделей комплектующих элементов.

Это средство 1 получения моделей комплектующих элементов функционирует следующим образом. Оператор с помощью средства 12 ввода-вывода информации вводит в АРМ 11 для каждого комплектующего элемента перечень его входных и выходных сигналов с указанием вида каждого сигнала и для каждого входного и выходного сигнала - его параметры, а для каждого параметра - его значения. АРМ 11 по соответствующей программе осуществляет поиск по указанным признакам в библиотеке электронных моделей средства 2 хранения моделей комплектующих элементов. Этот поиск через библиотеку электронных моделей осуществляется также в средствах хранения моделей состояния комплектующих элементов технических объектов (см. ниже). Копии электронных моделей, у которых указанные в поиске признаки совпадают, передаются на АРМ 11 средства 1 получения моделей комплектующих элементов. В случае отсутствия в библиотеке электронных моделей, отвечающих условиям поиска, информация об этом также передается на АРМ 11 средства 1 получения моделей комплектующих элементов для запроса на создание отсутствующих моделей в средстве 3 формирования моделей комплектующих элементов.

Далее, согласно способу по настоящему изобретению необходимо разработать модели состояния для каждого из комплектующих элементов исследуемого технического объекта. Такая модель состояния комплектующего элемента представляет собой множества входных и выходных сигналов этого комплектующего элемента с указанием вида соответствующего сигнала, параметров для входных и выходных сигналов этого комплектующего элемента, возможных значений этих параметров, а также с указанием возможных видов отказов элемента и их количественных характеристик, возможных нарушений параметров входных и выходных сигналов комплектующего элемента и функциональных связей множества возможных нарушений параметров выходных сигналов этого комплектующего элемента со множеством возможных нарушений параметров его входных сигналов и со множеством возможных видов отказов данного комплектующего элемента с учетом единичных, двойных, тройных и т.д. событий. Здесь под единичным событием понимается любой отказ в комплектующем элементе или нарушение параметра одного из входных сигналов, приводящие к нарушению значения параметра (параметров) каких-либо из его выходных сигналов; под двойным событием понимаются сочетания двух отказов в комплектующем изделии или нарушения двух параметров входных сигналов или сочетание отказа в комплектующем изделии и нарушения параметра входного сигнала, приводящие к изменению значений параметров его выходных сигналов; и т.д.

Разработка моделей состояния для каждого из комплектующих элементов исследуемого технического объекта осуществляется средством 4 разработки модели состояния комплектующего элемента. Это средство 4 разработки модели состояния комплектующего элемента определяет в электронном виде для каждого комплектующего элемента на основе электронной модели, полученной от средства 1 получения моделей комплектующих элементов следующее:

- виды отказов данного комплектующего элемента и их вероятность,

- нарушения значений параметров входных и выходных сигналов комплектующего элемента,

- функциональные связи нарушений значений параметров выходных сигналов комплектующего элемента с нарушениями значений параметров его входных сигналов и с видами отказов.

Для этого АРМ 11 упомянутого средства 4 разработки модели состояния комплектующего элемента получает из средства 1 получения электронных моделей для каждого комплектующего элемента его электронную модель из средства 2 хранения моделей комплектующих элементов. Далее оператор АРМ 11 средства 4 разработки модели состояния комплектующего элемента определяет для каждой из полученных электронных моделей комплектующих элементов следующее:

- виды отказов данного комплектующего элемента и их вероятность,

- нарушения параметров входных и выходных сигналов данного комплектующего элемента,

- функциональные связи нарушений параметров выходных сигналов данного комплектующего элемента с нарушениями параметров его входных сигналов и с видами отказов данного комплектующего элемента.

Для комплектующих изделий, по которым поиск электронных моделей в соответствующей библиотеке средства 2 хранения моделей комплектующих элементов не дал результата, оператор АРМ 11 средства 4 разработки модели состояния комплектующего элемента отправляет запрос на разработку электронной модели, например, по электронным шаблонам, содержащимся в запоминающем средстве 13 АРМ 11 средства 3 формирования моделей комплектующих элементов. После того как в средстве 3 формирования моделей комплектующих элементов разрабатывается электронная модель для данного комплектующего элемента, в средстве 4 разработки модели состояния комплектующего элемента разрабатывают модель состояния данного комплектующего элемента.

Конкретные методы разработки модели состояния комплектующего элемента, как отмечено выше, зависят от типа комплектующего элемента, его функционального назначения и конструктивного выполнения.

Например, формирование модели состояния комплектующего элемента производится с помощью библиотеки моделей состояния, которая содержит каталог моделей состояния и состоит из двух частей. В первой части содержится база данных моделей состояния, в которую входят модели состояния комплектующих элементов, полученные на основе ранее проведенных анализов объектов и моделей состояния стандартных комплектующих элементов. Вторая часть содержит модуль формирования моделей состояния комплектующих элементов, который используется для получения моделей состояния комплектующих элементов, отсутствующих в первой части библиотеки. Эта часть библиотеки моделей состояния содержит стандартные типы связей комплектующих элементов, стандартные типы их сигналов, стандартные типы параметров этих сигналов, стандартные типы значений каждого из этих параметров сигналов, стандартные типы нарушений этих значений параметров сигналов.

Упомянутый тип связи определяется приемным и (или) передающим комплектующим элементом технического объекта, принимающим и (или) передающим входной и (или) выходной сигнал. Входные и выходные сигналы комплектующего элемента могут быть электрические (аналоговые и цифровые), механические, гидравлические, звуковые, речевые, видео, фото и т.д. Для каждого вида нарушения значения того или иного параметра выходных сигналов записываются его причины в виде логического уравнения. В качестве причин указываются виды отказов составляющих исследуемый технический объект комплектующих элементов и виды нарушения значений параметров входных сигналов.

Каталог библиотеки моделей состояния использует классификатор моделей состояния, позволяющий найти в библиотеке моделей состояния для конкретного элемента.

Разработанные модели состояния комплектующих элементов передаются в средство 5 хранения моделей состояния комплектующих элементов исследуемого технического объекта.

Как видно из приведенного описания работы средства 4 разработки модели состояния комплектующего элемента, в заявленном способе, в отличие от способа по ближайшему аналогу (патент США №5796990), разрабатывается не просто модель каждого комплектующего элемента, но его модель состояния, которая дает полную характеристику возможных отказов данного комплектующего элемента или нарушений в его работе. Этот момент является одним из тех отличий, которые позволяют в дальнейшем свести к минимуму процесс построения модели нарушенного функционирования технического объекта.

Следующим этапом заявленного способа является создание электронной модели исследуемого технического объекта. Этот этап осуществляется в средстве 6 создания электронной модели технического объекта и выполняется в соответствии с конструкторской и (или) технологической документацией на этот технический объект на основании уже разработанных моделей состояния каждого из комплектующих элементов, полученных в средстве 4 разработки модели состояния.

В этом средстве 6 создания электронной модели технического объекта используются разработанные модели состояния комплектующих элементов исследуемого технического объекта. В АРМ 11 средства 6 создания электронной модели технического объекта на основании конструкторской и (или) технологической документации на этот технический объект производится определение выходных сигналов моделей состояния каждого комплектующего элемента, которые являются входными сигналами для моделей состояния других комплектующих элементов этого технического объекта. Эти связи выходов и входов запоминаются в запоминающем средстве 13 в АРМ 11 средства 6 создания электронной модели технического объекта в качестве электронной модели соединений комплектующих элементов исследуемого технического объекта.

Далее оператор АРМ 11 средства 6 создания электронной модели технического объекта выявляет так называемые поглощенные нарушения выходных сигналов моделей состояния комплектующих элементов, т.е. нарушения выходных сигналов моделей состояния комплектующих элементов, являющиеся причинами нарушений выходных сигналов моделей состояния других комплектующих элементов. Оставшиеся не поглощенными нарушения выходных сигналов моделей состояния комплектующих элементов запоминаются в запоминающем средстве 13 АРМ 11 средства 6 создания электронной модели технического объекта вместе с поглощенными ими нарушениями выходных сигналов комплектующих элементов как состояния нарушенного функционирования исследуемого технического объекта в целом.

Как отмечено выше, конкретный вид метода создания электронной модели технического объекта зависит как от самого исследуемого технического объекта, т.е. его функционального назначения и структуры, так и от составляющих его комплектующих элементов и, в особенности, от полученных моделей состояния комплектующих элементов.

Как видно из приведенного описания работы средства 6 создания электронной модели технического объекта, в заявленном способе, в отличие от способа по ближайшему аналогу (патент США №5796990), созданная электронная модель учитывает поглощенные нарушения выходных сигналов моделей состояния комплектующих элементов различных типов с различными видами отказов. Этот момент является еще одним отличием, которое позволяет свести к минимуму процесс построения модели нарушенного функционирования технического объекта.

Этап моделирования, осуществляемый в моделирующем средстве 8, происходит аналогично таким же этапам в известных техническим решениях. В моделирующее средство 8 передают электронную модель, созданную в средстве 6 создания электронной модели технического объекта. Т.е. упомянутое моделирующее средство 8 получает следующее:

- электронные модели связей между параметрами моделей состояния комплектующих элементов исследуемого технического объекта и состояниями нарушенного функционирования этого технического объекта в целом,

- модели состояния комплектующих элементов исследуемого технического объекта,

- электронные модели нарушенного функционирования всего технического объекта.

Все эти данные запоминаются в запоминающем средстве 10. Для выполнения моделирования оператор АРМ 11 моделирующего средства 8 через средство 12 ввода-вывода определяет, например, те комплектующие элементы и их виды отказов, для которых нужно определить поведение исследуемого технического объекта в целом. На основании полученных от оператора данных и данных, сохраненных в средстве 10 хранения состояний нарушенного функционирования, моделирующее средство 8 определяет состояния нарушенного функционирования технического объекта в целом, вызванные указанными оператором видами отказов комплектующих элементов.

При этом осуществляется и этап заявленного способа, на котором выявляют связи параметров моделей состояния комплектующих элементов исследуемого технического объекта, отвечающие состояниям нарушенного функционирования этого технического объекта в целом. Это выявление связей выполняют в средстве 9 выявления связей, которое осуществляет выявление (в форме логических зависимостей) связей состояний нарушенного функционирования всего технического объекта с возможными видами отказов комплектующих элементов этого технического объекта.

Средство 9 выявления связей получает электронные модели состояний нарушенного функционирования объекта в целом от средства 6 создания электронной модели технического объекта вместе с моделями состояния комплектующих элементов. После этого для каждого состояния нарушенного функционирования объекта и поглощенных им нарушений выходных сигналов комплектующих элементов определяются виды отказов комплектующих элементов, которые являются причинами состояний нарушенного функционирования объекта и поглощенных им нарушений выходных сигналов комплектующих элементов. Найденные таким образом виды отказов запоминаются в средстве 10 хранения состояний нарушенного функционирования в качестве электронных моделей связей параметров моделей состояния комплектующих элементов исследуемого технического объекта с состояниями нарушенного функционирования этого технического объекта в целом.

Как видно из этого описания, фактически средство 9 выявления связей и моделирующее средство 8 работают сообща. Более того, их разделение на блок-схеме фиг.1 сделано только в иллюстративных целях, чтобы подчеркнуть особенности осуществления способа по настоящему изобретению. Но именно эти особенности и отличают заявленный способ от уже известных в уровне техники.

Поскольку, как уже отмечено выше, заявленный способ может быть осуществлен с использованием компьютера или иного соответственно запрограммированного вычислительного средства, в качестве одного из объектов данного изобретения предлагается машиночитаемый носитель, предназначенный для непосредственного использования в работе такого компьютера или вычислительного средства и содержащий программу, которая при исполнении в упомянутом компьютере или вычислительном средстве обеспечивает осуществление действий заявленного способа. Такой машиночитаемый носитель может представлять собой, например, жесткий диск или флэш-память, встроенные в компьютер (вычислительное средство) и содержащие соответствующее программное обеспечение («software»), либо это может быть аппаратное средство («hardware») или устройство с так называемой прошитой памятью («firmware»), сконструированные в соответствии с вышеприведенным описанием действий заявленного способа.

Таким образом, заявленное изобретение позволяет повысить качество разработки, испытаний, производства и эксплуатации сложных технических объектов, а также качество контроля надежности и безопасности их функционирования за счет получения на любом этапе жизненного цикла такого технического объекта множества возможных состояний его нарушенного функционирования, что позволит оперативно принимать решения, обеспечивающие требуемый уровень надежности и безопасности функционирования данного технического объекта.

На основании создаваемых таким образом моделей нарушенного функционирования объекта:

- определяется соответствие технического объекта и его подсистем требованиям по надежности и безопасности функционирования;

- разрабатываются необходимые и достаточные доработки конструкции для обеспечения надежности и безопасности функционирования;

- определяются необходимые и достаточные исследования конструкции (расчеты, моделирование, испытания) с позиции обеспечения надежности и безопасности функционирования;

- разрабатываются меры эксплуатационного контроля с позиции обеспечения надежности и безопасности функционирования.

Изобретение относится к средствам построения модели состояния технического объекта. Техническим результатом является повышение качества контроля и управляемости сложных технических объектов. В способе получают электронные модели комплектующих элементов, представляющих технический объект, разрабатывают для каждого комплектующего элемента, на основе электронной модели, модель состояния комплектующего элемента, запоминают модели состояния комплектующих элементов технического объекта, создают электронную модель технического объекта на основании упомянутых моделей состояния комплектующих элементов, выявляют связи параметров моделей состояния комплектующих элементов, отвечающие состояниям нарушенного функционирования технического объекта, путем моделирования в созданной электронной модели технического объекта, запоминают перечень состояний нарушенного функционирования технического объекта и их причин в качестве модели нарушенного функционирования технического объекта. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ построения модели нарушенного функционирования технического объекта, заключающийся в том, что:
получают электронные модели каждого из комплектующих элементов, составляющих упомянутый технический объект;
разрабатывают для каждого комплектующего элемента на основе полученной электронной модели модель состояния этого комплектующего элемента;
запоминают упомянутые модели состояния всех комплектующих элементов упомянутого технического объекта;
создают электронную модель технического объекта в соответствии с конструкторской и (или) технологической документацией на этот технический объект на основании упомянутых моделей состояния каждого из комплектующих элементов;
выявляют связи параметров упомянутых моделей состояния комплектующих элементов упомянутого технического объекта, отвечающие состояниям нарушенного функционирования этого технического объекта в целом, путем соответствующего моделирования в созданной электронной модели технического объекта;
запоминают полный перечень состояний нарушенного функционирования упомянутого технического объекта в целом и их причин в качестве модели нарушенного функционирования упомянутого технического объекта в целом.

2. Способ по п.1, в котором упомянутые электронные модели каждого из комплектующих элементов получают из библиотеки моделей комплектующих элементов, хранящейся в соответствующей электронной памяти.

3. Способ по п.1, в котором упомянутые электронные модели каждого из комплектующих элементов получают путем построения оператором на автоматизированном рабочем месте на основе конструкторской и технологической документации для данного комплектующего элемента.

4. Способ по п.1, в котором упомянутая модель состояния для каждого комплектующего элемента представляет собой:
множество входных и выходных сигналов данного комплектующего элемента с указанием вида каждого из этих входных и выходных сигналов,
множество параметров каждого из упомянутых входных и выходных сигналов,
множество возможных значений каждого из упомянутых параметров,
множество возможных видов отказов упомянутого комплектующего элемента и вероятность каждого из упомянутых отказов,
множество возможных нарушений упомянутых значений каждого из упомянутых параметров,
функциональные связи каждого из упомянутого множества возможных нарушений с каждым из упомянутого множества возможных видов отказов.

5. Способ по п.1, в котором упомянутый этап запоминания разработанных моделей состояния для каждого из упомянутых комплектующих элементов осуществляют в библиотеке моделей состояния, хранящейся в соответствующей электронной памяти.

6. Способ по п.1, в котором в процессе моделирования в созданной электронной модели технического объекта выявляют общие причины для различных состояний нарушенного функционирования упомянутого технического объекта.

7. Способ по п.6, в котором после выявления упомянутых общих причин нарушенного функционирования:
определяют поглощаемые состояния нарушенного функционирования объекта, - определяют объединения и сочетания различных состояний нарушенного функционирования объекта, и
минимизируют упомянутую созданную электронную модель технического объекта с учетом общих причин для различных состояний объекта, а также поглощения, объединения и сочетания состояний упомянутого технического объекта.

8. Система для построения модели нарушенного функционирования технического объекта, содержащая:
по меньшей мере одно средство для получения электронных моделей каждого из комплектующих элементов, составляющих упомянутый технический объект;
по меньшей мере одно средство для разработки модели состояния для каждого комплектующего элемента на основе полученной электронной модели данного комплектующего элемента;
средство хранения для запоминания разработанных моделей состояния всех комплектующих элементов упомянутого технического объекта;
средство для создания электронной модели технического объекта в соответствии с конструкторской и (или) технологической документацией на этот технический объект на основании моделей состояния каждого из комплектующих элементов, разработанных упомянутыми средствами для разработки модели состояния;
моделирующее средство для моделирования поведения упомянутого технического объекта в созданной электронной модели технического объекта;
средство для выявления связей параметров упомянутых моделей состояния комплектующих элементов упомянутого технического объекта с состояниями нарушенного функционирования этого технического объекта в целом в процессе моделирования в упомянутом моделирующем средстве;
средство хранения для запоминания полного перечня состояний нарушенного функционирования упомянутого технического объекта в целом и их причин в качестве модели нарушенного функционирования упомянутого технического объекта в целом.

9. Система по п.8, в которой упомянутая модель состояния для каждого комплектующего элемента представляет собой: множество входных и выходных сигналов данного комплектующего элемента с указанием вида каждого из этих входных и выходных сигналов, множество параметров каждого из упомянутых входных и выходных сигналов, множество возможных значений каждого из упомянутых параметров, множество возможных видов отказов упомянутого комплектующего элемента и вероятность каждого из упомянутых отказов, множество возможных нарушений упомянутых значений каждого из упомянутых параметров, функциональные связи каждого из упомянутого множества возможных нарушений с каждым из упомянутого множества возможных видов отказов.

10. Система по п.8, в которой каждое из упомянутых средств для по лучения электронных моделей каждого из комплектующих элементов выполнено с возможностью поиска электронных моделей каждого из упомянутых комплектующих элементов в библиотеке электронных моделей по следующим признакам:
входные и выходные сигналы с указанием вида каждого сигнала,
параметры каждого из упомянутых входных и выходных сигналов,
значения упомянутых параметров каждого из входных и выходных сигналов,
виды нарушений упомянутых значений параметров каждого из входных и выходных сигналов.

11. Система по п.8, в которой каждое из упомянутых средств для разработки модели состояния для каждого комплектующего элемента выполнено с возможностью определения в электронном виде для каждого комплектующего элемента на основе полученной электронной модели:
видов отказов, которые могут возникать в каждом из упомянутых комплектующих элементов и вероятностей каждого из упомянутых отказов,
нарушений значений параметров входных и выходных сигналов каждого их комплектующих элементов,
функциональных связей упомянутых нарушений значений параметров выходных сигналов каждого из комплектующих элементов с нарушениями значений параметров его входных сигналов и с видами отказов, возможных в данном комплектующем элементе.

12. Система по п.8, в которой упомянутое средство для создания электронной модели технического объекта выполнено с возможностью формировать в электронном виде полный перечень состояний нарушенного функционирования упомянутого технического объекта в целом в виде полного перечня возможных нарушений параметров выходных сигналов упомянутого технического объекта в целом.

13. Система по п.8, в которой упомянутое средство для выявления связей параметров упомянутых моделей состояния комплектующих элементов упомянутого технического объекта с состояниями нарушенного функционирования этого технического объекта в целом выполнено с возможностью формирования логических зависимостей между каждым из состояний нарушенного функционирования упомянутого технического объекта в целом с возможными видами отказов упомянутых комплектующих элементов упомянутого технического объекта.

14. Система по п.13, в которой упомянутое моделирующее средство для моделирования поведения упомянутого технического объекта выполнено с возможностью определять конкретное состояние нарушенного функционирования упомянутого технического объекта в целом при возникновении конкретного вида отказа в каждом из комплектующих элементов.

15. Машиночитаемый носитель, предназначенный для непосредственного использования в работе компьютера и содержащий программу, которая при исполнении в упомянутом компьютере обеспечивает осуществление действий способа по любому из пп.1-7.