Система стратегического прогноза технического состояния объектов, преимущественно компьютерно-вычислительных систем

Система стратегического прогноза технического состояния объектов, преимущественно компьютерно-вычислительных систем

Реферат

Предложенное изобретение относится к средствам мониторинга технического состояния сложных многокомпонентных объектов, преимущественно таких как современные компьютерно-вычислительные системы.

Известна система проведения прогноза технического состояния двигателей, которая раскрыта в описании к патенту США US 6275765 B1, опубликованного 14.08.2001, МПК (ред. IPC1-7) G01M 15/05, 15/04. Указанная система включает в себя контрольно-управляющий блок, оснащенный микропроцессором, блоком памяти и логической схемой, следящей за изменением состояния контролируемого двигателя. В состав микропроцессора в свою очередь входят АЦП и компаратор. Контрольно-управляющий блок на входе электрически сопряжен с рядом датчиков, контролирующих текущее состояние двигателя, например акселерометром, датчиком количества топлива, датчиком момента зажигания, датчиком давления воздуха, датчиком давления масла, датчиком величины напряжения в инжекторе и т.д., а на выходе - с сигнализацией нарушения нормального режима работы двигателя.

Недостатком описанной выше системы проведения прогноза технического состояния двигателей является то, что она позволяет проводить прогноз состояния двигателя только по отношению к априорно установленным «идеальным» параметрам, характеризующим исправное состояние двигателя. Сопоставление с характеристиками реально эксплуатируемых аналогичных двигателей в данном случае не производится, что не позволяет обеспечить высокую достоверность прогноза технического состояния двигателя на значительный интервал времени.

Наиболее близкой к предложенному изобретению является компьютерная система стратегического прогноза изменения характеристик технических систем с использованием предварительных математических моделей, раскрытая в описании к заявке WO 2005109253 А1, опубликованной 17.11.2005, МПК (ред. IPC1-7) G06F 17/50. Указанная система может быть принята в качестве прототипа заявленного изобретения. В ее состав входят контрольно-управляющий блок, а также подключенный к нему ряд средств ввода/вывода информации, таких как монитор, принтер, мышь, клавиатура и т.п. В состав контрольно-управляющего блока входят центральным процессор, микросхема памяти - блок данных по контролируемому объекту и схема интерфейса, сопрягающая упомянутые средства ввода/вывода с центральным процессором.

Недостатком описанной выше компьютерной системы прогноза изменения характеристик технических систем является необходимость привлечения квалифицированного оператора, который может программно формализовать сложные взаимосвязи между динамикой изменения совокупности свойств комплектующих контролируемой технической системы и измеряемыми на текущий момент параметрами данной технической системы. В связи с этим процесс стратегического прогноза при помощи данной системы требует значительных трудо- и времязатрат. Кроме того, отсутствие сопоставительного анализа технического состояния диагностируемой системы с аналогичными системами не может гарантировать высокую достоверность прогноза на значительный интервал времени.

Таким образом, предложенное изобретение направлено на решение такой задачи, как возможность повысить достоверность прогнозирования свойств, характеризующих техническое состояние контролируемого объекта, за счет проведения сопоставления его характеристик с характеристиками объектов, аналогичных контролируемому объекту в режиме реального времени.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в системе стратегического прогноза технического состояния контролируемого объекта, содержащей блок данных по контролируемому объекту, в состав системы дополнительно включены система коррекции по цели прогноза и цели обратной связи, система формирования свойств контролируемого объекта на основе новых признаков, блок оценки развития свойств объектов, блок, моделирующий воздействующую на контролируемый объект среду и блок-модель актуализации свойств о контролируемом объекте, при этом вход, предназначенный для приема экстраполированных данных, блока данных по контролируемому объекту соединен с первым выходом блока-модели актуализации свойств о контролируемом объекте, а его выход - с первым входом, предназначенным для получения параметров контролируемого объекта, системы формирования свойств контролируемого объекта на основе новых признаков, вход, предназначенный для приема сигнала коррекции, и выход, предназначенный для выдачи сигнала задания интервала аккумулирования данных и их экстраполяции, системы коррекции по цели прогноза и цели обратной связи соединены соответственно со вторым выходом и первым входом блока-модели актуализации свойств о контролируемом объекте, второй вход и первый выход системы формирования свойств контролируемого объекта на основе новых признаков соединены соответственно с первым выходом, предназначенным для выдачи сигнала, соответствующего уточненной информации о текущем состоянии контролируемого объекта, и первым входом, предназначенным для приема сигнала, на основании которого генерируются вероятностные характеристики внешних факторов, блока, моделирующего воздействующую на контролируемый объект среду, а второй выход системы формирования свойств контролируемого объекта на основе новых признаков соединен с первым входом, предназначенным для приема информации о текущем состоянии контролируемого объекта, блока оценки свойств развития объектов, второй вход и выход блока оценки развития свойств объектов соединены соответственно со вторым выходом, предназначенным для выдачи корректирующего сигнала, и вторым входом, предназначенным для приема управляющего сигнала, блока, моделирующего воздействующую на контролируемый объект среду, третий выход которого соединен со вторым входом, предназначенным для приема сформированной информации, блока-модели актуализации свойств о контролируемом объекте.

В состав указанной системы стратегического прогноза входят: блок данных по контролируемому объекту 1, предназначенный для сбора и хранения количественных признаков, характеризующих свойства объекта анализа; система коррекции по цели прогноза и цели обратной связи 2, предназначенная для формирования системы ценностей и построения целевой функции, определяющей глубину прогноза и цель обратной связи; система формирования свойств контролируемого объекта на основе новых признаков 3, предназначенная для формализации текущего состояния контролируемого объекта на основе поступивших в нее данных; блок оценки развития свойств объектов 4, который, в частности, может состоять из объединенных в один электронный блок системы оценки развития свойств контролируемого объекта 5 и системы оценки развития свойств совокупности объектов, аналогичных контролируемому объекту 6, предназначенные соответственно для анализа изменения характеристик контролируемого объекта и объектов, аналогичных контролируемому объекту; блок, моделирующий воздействующую на контролируемый объект среду 7, предназначенный для генерации наиболее вероятных количественных характеристик внешних факторов, которые будут оказывать воздействие на контролируемый объект; и блок-модель актуализации свойств о контролируемом объекте 8, предназначенный для прогноза технических характеристик контролируемого объекта с коррекцией по цели обратной связи. Вход блока данных по контролируемому объекту 1 соединен с первым выходом блока-модели актуализации свойств о контролируемом объекте 8, а его выход - с первым входом системы формирования свойств контролируемого объекта на основе новых признаков 3. Вход и выход системы коррекции по цели прогноза и цели обратной связи 2 соединены соответственно со вторым выходом и первым входом блока-модели актуализации свойств о контролируемом объекте 8. Второй вход и первый выход системы формирования свойств контролируемого объекта на основе новых признаков 3 соединены соответственно с первым выходом и первым входом блока, моделирующего воздействующую на контролируемый объект среду 7, а второй выход системы формирования свойств контролируемого объекта на основе новых признаков 3 соединен с первым входом блока оценки развития свойств объектов 4. Второй вход и выход блока оценки развития свойств объектов 4 соединены соответственно со вторым выходом и вторым входом блока, моделирующего воздействующую на контролируемый объект среду 7, третий выход которого соединен со вторым входом блока-модели актуализации свойств о контролируемом объекте 8.

В качестве блока данных по контролируемому объекту 1 может быть использовано оперативно-запоминающее устройство (ОЗУ), например, на базе микросхемы - ТВС6408В4Е-6, в качестве системы коррекции по цели прогноза и цели обратной связи 2, системы формирования свойств контролируемого объекта на основе новых признаков 3, блока оценки развития свойств объектов 4 и блока, моделирующего воздействующую на контролируемый объект среду 7, использованы известные микропроцессорные устройства, которые могут быть запрограммированы для того, чтобы реализовывать определенный набор функций в соответствии с заданным алгоритмом. Например, указанные блоки могут быть реализованы на базе микропроцессорного модуля AMD Geode GX466/333 МГц. В качестве блока-модели актуализации свойств о контролируемом объекте 8 может быть использована любая IBM-совместимая ЭВМ. При этом упомянутые выше блоки 2-7 могут быть реализованы, например, с использованием алгоритма, приведенного в книге Б.В. Баталова, Ю.Б. Егорова и С.Г. Русакова «Основы математического моделирования больших интегральных схем на ЭВМ», М.: Радио и связь, 1982 г., стр.94-132 (глава 4 «Применение принципов макромоделирования для анализа сложных электронных схем»).

Предложенное устройство работает следующим образом.

В блок данных по контролируемому объекту 1 закладываются данные, измеренные при помощи соответствующего средства измерения, характеризующие те или иные параметры контролируемого объекта, например уровни сигналов в заданных точках. Указанные данные поступают на первый вход системы формирования свойств контролируемого объекта на основе новых признаков 3, где в соответствии с заложенным в нее алгоритмом формируется информация о текущем состоянии контролируемого объекта в виде некоторой изменяющейся во времени функции.

В свою очередь с первого выхода системы формирования свойств контролируемого объекта на основе новых признаков 3 в соответствии с указанной информацией подается сигнал на первый вход блока, моделирующего воздействующую на контролируемый объект среду 7. В указанном блоке на основе сигнала с системы формирования свойств контролируемого объекта на основе новых признаков 3 генерируются наиболее вероятные количественные характеристики внешних факторов, которые будут оказывать воздействие на контролируемый объект, например температура внешнего воздействия, влажность окружающей среды и т.п.

При указанных воздействиях состояние объекта изменится, соответственно блок, моделирующий воздействующую на контролируемый объект среду 7, со своего первого выхода по цепи обратной связи передает сигнал, соответствующий уточненной информации о текущем состоянии контролируемого объекта, на второй вход системы формирования свойств контролируемого объекта на основе новых признаков 3. Процесс передачи информации от системы формирования свойств контролируемого объекта на основе новых признаков 3 к блоку, моделирующему воздействующую на контролируемый объект среду 7 и в обратную сторону, происходит до тех пор, пока на второй вход блока, моделирующего воздействующую на контролируемый объект среду 7, не поступит соответствующий управляющий сигнал с выхода блока оценки развития свойств объектов 4.

Блок оценки развития свойств объектов 4, в состав которого, как правило, входят система оценки развития свойств контролируемого объекта 5 и система оценки развития свойств совокупности объектов, аналогичных контролируемому объекту 6, непрерывно сравнивает полученную со второго выхода системы формирования свойств контролируемого объекта на основе новых признаков 3 информацию о текущем состоянии контролируемого объекта и объектов, аналогичных контролируемому объекту с заложенными в блок оценки развития свойств объектов 4 эталонными однородными характеристиками для подобных исправных и отказавших по разным причинам объектов (у каждой группы неисправных объектов за пределы допуска выходят те или иные параметры). Как только какой-либо параметр контролируемого объекта в процессе воздействия на него моделируемой с блока 7 среды перейдет из одной категории характеристики исправности контролируемого объекта в другую (т.е. вначале параметр был присущ одной группе объектов, например исправным объектам, а затем подобный параметр стал присущ неисправным объектам, вышедшим из строя, например, в связи с перегревом объекта), на выходе блока оценки развития свойств объектов 4 сформируется соответствующий сигнал, который даст команду блоку, моделирующему воздействующую на контролируемый объект среду 7, прекратить обмен информацией с системой формирования свойств контролируемого объекта на основе новых признаков 3 и передать содержащуюся в нем на тот момент времени информацию с его третьего выхода в блок-модель актуализации свойств о контролируемом объекте 8.

Поскольку с течением времени при непрерывном воздействии внешней среды эталонные параметры, заложенные в блок оценки развития свойств объектов 4, также должны претерпеть некоторые изменения (с возрастом объекта при его эксплуатации в определенных условиях корректируется поле допусков его основных параметров), то их соответствующая корректировка осуществляется посредством соответствующего сигнала, передаваемого со второго выхода блока, моделирующего воздействующую на контролируемый объект среду 7, на второй вход блока оценки развития свойств объектов 4.

Поступившая в течение заданного интервала времени на второй вход блока-модели актуализации свойств о контролируемом объекте 8 информация аккумулируется в нем, формируется массив данных и проводится экстраполяция на вперед заданный временной интервал. Соответствующая программа экстраполяции, например, может быть реализована на базе программы Mathcad 8.0. Указанная информация может быть выведена либо на встроенный в блок 8 монитор, или на принтер, или на какое-либо иное средство вывода информации.

Указанные выше интервалы аккумулирования данных и их экстраполяции в блоке-модели актуализации свойств о контролируемом объекте 8 задаются при помощи системы коррекции по цели прогноза и цели обратной связи 2. Соответствующий сигнал поступает с ее выхода на первый вход блока-модели актуализации свойств о контролируемом объекте 8. Для этого в систему коррекции по цели прогноза и цели обратной связи 2 оператором предварительно заложены весовые коэффициенты, отражающие общую систему ценностей основных характеристик объекта, на основании которых строится целевая функция, определяющая глубину прогноза того или иного параметра. При этом в зависимости от полученных результатов экстраполяции указанная целевая функция может непрерывно корректироваться в режиме реального времени посредством системы обратной связи, реализованной за счет того, что второй выход блока-модели актуализации свойств о контролируемом объекте 8 соединен со входом системы коррекции по цели прогноза и цели обратной связи 2.

При необходимости экстраполированные в блоке-модели актуализации свойств о контролируемом объекте 8 данные могут быть положены в основу нового акта процесса прогноза технического состояния контролируемого объекта. Для этого указанные данные могут быть переданы с первого выхода блока 8 на вход блока данных по контролируемому объекту 1. При этом весь процесс прогноза технического состояния контролируемого объекта начнется сначала.

Предложенная система позволяет быстро и достоверно проводить прогноз технического состояния конкретного объекта, например компьютерно-вычислительной системы, в сопоставлении его с выборкой аналогичных объектов, используя последние как опорную (известную) информационную базу, по которой можно судить об особенностях технического состояния объектов подобного класса.

Система стратегического прогноза технического состояния контролируемого объекта, содержащая блок данных по контролируемому объекту, отличающаяся тем, что в состав системы стратегического прогноза технического состояния контролируемого объекта дополнительно включены система коррекции по цели прогноза и цели обратной связи, система формирования свойств контролируемого объекта на основе новых признаков, блок оценки развития свойств объектов, блок, моделирующий воздействующую на контролируемый объект среду, и блок-модель актуализации свойств о контролируемом объекте, при этом вход, предназначенный для приема экстраполированных данных, блока данных по контролируемому объекту соединен с первым выходом блока-модели актуализации свойств о контролируемом объекте, а его выход - с первым входом, предназначенным для получения параметров контролируемого объекта, системы формирования свойств контролируемого объекта на основе новых признаков, вход, предназначенный для приема сигнала коррекции, и выход, предназначенный для выдачи сигнала задания интервала аккумулирования данных и их экстраполяции, системы коррекции по цели прогноза и цели обратной связи соединены соответственно со вторым выходом и первым входом блока-модели актуализации свойств о контролируемом объекте, второй вход и первый выход системы формирования свойств контролируемого объекта на основе новых признаков соединены соответственно с первым выходом, предназначенным для выдачи сигнала, соответствующего уточненной информации о текущем состоянии контролируемого объекта, и первым входом, предназначенным для приема сигнала, на основании которого генерируются вероятностные характеристики внешних факторов, блока, моделирующего воздействующую на контролируемый объект среду, а второй выход системы формирования свойств контролируемого объекта на основе новых признаков соединен с первым входом, предназначенным для приема информации о текущем состоянии контролируемого объекта, блока оценки свойств развития объектов, второй вход и выход блока оценки развития свойств объектов соединены соответственно со вторым выходом, предназначенным для выдачи корректирующего сигнала, и вторым входом, предназначенным для приема управляющего сигнала, блока, моделирующего воздействующую на контролируемый объект среду, третий выход которого соединен со вторым входом, предназначенным для приема сформированной информации, блока-модели актуализации свойств о контролируемом объекте.