УДК 629.7

Интеллектуальная система для обнаружения и парирования нештатных ситуаций при испытаниях изделий ракетно-космической техники

 

Intelligent system for detecting and parry abnormal situations during the test of aerospace product

 

Архипов И.С. (МАТИ-РГТУ им. К.Э. Циолковского, г. Москва, РФ)

Arkhipov I.S. (Moscow Aviation Technology Institute, Moscow, Russia)

 

Рассмотрена возможность применения интеллектуальной системы при испытаниях изделий РКТ.

Shows the possibility of using intelligent system during tests of aerospace product.

 

Ключевые слова: испытания, РКТ, обнаружение НшС, парирование НшС

Key words: test, aerospace product, detection of abnormal situations, parry of abnormal situations

 

Испытания изделий ракетно-космической техники, будь то прочностные, тепловакуумные, стендовые огневые, стендовые холодные, вибрационные, акустические, должны быть проведены с максимальной эффективностью. Процесс проведения испытаний является сложной многокритериальной задачей, поскольку с одной стороны необходимо провести испытания с минимальными финансовыми затратами, а с другой получить максимальное количество данных о различных режимах работы объекта испытаний, т.к. после проведения испытаний необходимо принять решение о соответствии полученных и заложенных при разработке технических показателей.

Любые испытания тесно сопряжены с возможностью возникновения НшС. Основной задачей является минимизация последствий (по возможности испытания должны быть продолжены с незначительными отклонениями от штатной циклограммы и, тем более не допущена авария). Для решения задачи необходимо создание интеллектуальной системы для обнаружения и парирования НшС при испытаниях. Целью создания такой системы является эффективное обнаружение НшС и упрощение процесса их парирования. Система осуществляет следящий анализ за объектом испытаний и, в случае возникновения НшС, помогает оператору испытаний с принятием решения об управлении. Процесс испытания имеет жесткие временные ограничения, поэтому система должна функционировать в реальном времени. Для выбора пути выхода из НшС, оператору испытаний система предоставляет данные и модели принятия решений.

Интеллектуальная система для обнаружения и парирования НшС при испытаниях (интеллектуальная система сопровождения испытаний) изделий РКТ должна включать в себя модуль обнаружения НшС и модуль парирования НшС. Основой для каждого модуля может выступать некоторая экспертная система, позволяющая обрабатывать быстроменяющиеся во времени параметры с целью наискорейшего получения решения. Для получения знаний экспертным системам требуется особый механизм. При обнаружении новой ситуации, выход может быть построен на основании существующих знаний об аналогичных ситуациях или отчасти похожих на данную. Чёткого алгоритма для решения у ЭС нет, поэтому по определению ЭС не может гарантировать выдачу ответа за конечное время, но есть возможность ограничить глубину вывода. Естественно, ЭС не может гарантировать то, что решение является единственно верным. Создание неалгоритмического обработчика связано с тем, что эффективный алгоритм решения ещё не создан. Общей для этих модулей является база знаний об ОИ.

Изделия РКТ являются сложными техническими системами. Каждая СТС имеет в себе ОУ, реагирующий на внешние воздействия. Сложность управления СТС при НшС в том, что материальные объекты, составляющие СТС, обладают обширными нелинейными зависимостями. При этом зависимости, которые могут возникнуть при НшС, могут быть смоделированы лишь на этапе проектирования СТС.

Модуль обнаружения НшС предназначен для мгновенного реагирования на события, не укладывающиеся в понятие «штатное поведение системы». Источником сигналов для сервера сбора данных являются данные с датчиков, которые преобразуют контролируемую величину в удобный для использования сигнал. С течением времени при проведении испытания набор фактов может меняться, и, соответственно модуль парирования НшС должен работать с актуальными данными.

Важным будет отметить, что скорость обнаружения НшС является первостепенной задачей оптимизации прототипа системы, в то время как необходимыми условиями корректного функционирования являются достоверность и своевременность информации.

Модуль парирования НшС можно поделить на два логических блока: блок поддержки создания решений и блок поддержки выбора решения. Обобщённый алгоритм выхода из НшС заключается в определении типа НшС, оценки возможных последствий от НшС, поиска возможностей устранения и создания вариантов выхода, выборе единственного пути решения и затем выполнения действий по устранению НшС. Модуль парирования НшС должен уметь структурировать проблему и, построив набор альтернатив решения, провести анализ и обосновать полученные результаты. Модуль парирования НшС можно представить в виде следующих процессов: получение данных, оценка состояния, определение цели, формирование решений, выбор решения, реализация решения, оценка результата. Модуль парирования НшС должен представлять пользователю информацию об объекте в понятном виде.

НшС при испытаниях сильно влияет на процесс управления сложной технической системой изделия РКТ. НшС определяется несоответствием результата и заданной потребностью. Используя эмулятор данных об НшС, модулем парирования НшС можно решать задачи анализа «что-если» без взаимодействия с целевой системой (синтетическое тестирование), находя новые граничные значения, которые не были учтены ранее. Синтетическая оценка работы модуля парирования НшС позволит определить полноту и детерминированность БЗ, скорость работы, позволит выявить недостатки. При создании реальной системы БЗ необходимо создавать с самого начала так, чтобы она полностью соответствовала действительности по отношению к ОИ. Тогда, до момента реальных испытаний, моделирование может помочь выявить недостатки разрабатываемого модуля обнаружения НшС, поскольку он будет работать со смоделированными реальными ситуациями и данными. Бывают случаи, когда НшС возникает вследствие задержки ожидаемого этапа выполнения процесса. Для целесообразности применения модуля парирования НшС, он должен обладать фиксированным максимальным временем отклика (среднее время выдачи рекомендации должно быть ниже, чем экспертное), обладать высокой надёжностью и гибкостью модификации.

Испытательная инфраструктура включает в себя: объект испытаний, аналогово-цифровые преобразователи, сервер сбора данных, сервер регистрации данных, систему управления объектом испытаний, АРМ устранения НшС, АРМ оператора парирования НшС, ПК идентификации НшС и АРМы операторов. ПК идентификации НшС содержит модуль обнаружения НшС, а АРМ оператора парирования НшС содержит модуль парирования НшС. В сети бункера находятся АРМы операторов испытаний, а также ПК идентификации НшС и АРМ оператора парирования НшС. ПК идентификации НшС работает в автоматическом режиме и не требует взаимодействия с пользователем. АРМ оператора парирования НшС напротив, взаимодействует с пользователем. Когда ПК идентификации НшС определяет ситуацию, которая является нештатной, он передаёт в сеть информацию о ней. АРМ оператора парирования НшС, получив информацию о НшС, выполняет функцию нахождения оптимального решения для выхода из НшС. Определив стратегию выхода, модуль парирования НшС формирует набор управленческих данных, которые необходимы СУ ОИ для формирования управляющего воздействия на ОИ и набор инструкций, которые передаёт на АРМ устранения НшС. Специалист технического обслуживания необходим для выполнения механических работ на ОИ, которые не являются автоматизированными по разным причинам. Специалист технического обслуживания получает инструкции на АРМ устранения НшС и может взаимодействовать как с СУ ОИ, так и с ОИ напрямую.

Структура ЛВС для применения системы состоит из трёх независимых сегментов: взаимодействие сервера сбора данных с сервером регистрации данных, взаимодействие сервера сбора данных с маршрутизатором сети бункера и взаимодействие сервера сбора данных с ПК идентификации НшС. Маршрутизатор предоставляет возможность АРМам операторов и ПК идентификации НшС получать необходимые данные. АРМ оператора парирования НшС является независимым относительно сети маршрутизатора. Данные, получаемые АРМом оператора парирования НшС формируются исключительно ПК идентификации НшС, а АРМ устранения НшС в свою очередь получает данные от АРМа оператора парирования НшС. Прямая связь между сервером сбора данных и ПК идентификации НшС необходима, чтобы уменьшить время получения данных, за счёт уменьшения количества транзитных участков, тем самым упростив путь маршрутизации.

Модуль парирования НшС является последним в цепочке «СИ - модуль обнаружения НшС – модуль парирования НшС». Потоки данных в системе определяются потребностями подсистем. Модуль обнаружения НшС, расположенный на ПК идентификации НшС, получает данные по всем каналам от СИ в виде, в котором он может их обработать и модуль парирования НшС работает не с голыми данными с датчиков. Частота получения данных главным образом определяется скоростью обработки данных модулем обнаружения НшС. Модуль парирования НшС оперирует исключительно данными об НшС и текущем процессе испытаний, представленными в виде фактов. Все данные модуля парирования НшС являются неприводимыми к численному эквиваленту. Сформировав варианты выхода из НшС, модуль парирования НшС формирует метаданные управления, необходимые для работы с СУ.

Анализ будущего применения интеллектуальной системы для обнаружения и парирования НшС при испытаниях изделий ракетно-космической техники выявил повышение эффективности проведения испытаний, улучшение скорости обнаружения и устранения НшС за счёт применения автоматизированной системы при испытаниях, оптимизацию материальных затрат на привлечение к испытаниям высококвалифицированного персонала, за счёт уменьшения его количества, а также совершенствование программы проведения испытаний за счёт наиболее быстрого выхода системы в штатный режим работы при появлении НшС.

Создание и развитие системы позволит упростить принятие решения при сбоях оборудования при испытаниях изделий ракетно-космической техники. В случае возникновения НшС система позволит свести время принятия решения об управлении объектом испытания к минимуму (упростив процесс принятия решения), что поможет не допустить аварийной ситуации.

 

Список использованных источников

1.    Джарратано Д., Райли Г. Экспертные системы: принципы разработки и программирование.  -М.: Вильямс, 2006. -1152 c.  ISBN: 978-5-8459-1156-8

2.    Смагин А.А., Липатова С.В., Мельниченко А.С. Интеллектуальные информационные системы: учебное пособие. -Ульяновск: УлГУ, 2010.

3.    Попов А.Л. Системы поддержки принятия решений. Учебное пособие. -Екатеринбург: УрГУ, 2008.

4.    Дюк В., Самойленко А. Data Mining: учебный курс. -СПб: Питер, 2001. -368 с.

5.    УТС 14Ж021. УТКК. Описание предмета подготовки номеров расчётов подготовки и пуска РКН на ТК и УСК. Нештатные ситуации на УСК и ТК КРК «Ангара». 2014, 240 с.

6.    Гожий, А.П., Калинина И.А. Разработка диагностических систем реального времени в среде CLIPS. -Донецк: Штучний інтелект, 2002

7.    Джексон П. Введение в экспертные системы. -М.: Вильямс, 2001. -624 с. ISBN 0-201-87686-8