Применение таблицы функций неисправностей при построении физической модели объекта в средствах диагностирования

Остановимся теперь на применении таблицы функций неисправностей при построении физической модели объекта в средствах диагностирования.

Определение совокупности T Í P элементарных проверок, входящих в алгоритм диагностирования, соответствует выделению определенной совокупности строк таблицы функций неисправностей. Для алгоритмов проверки исправности, работоспособности или правильности функционирования объекта эта совокупность строк такова, что столбец e₀ образуемой ими подтаблицы функций неисправностей отличается от любого другого ее столбца. Аналогично при поиске неисправностей с максимальной глубиной все столбцы такой подтаблицы функций неисправностей попарно различны.

Подтаблицу, образованную совокупностью T строк, будем называть T-таблицей функций неисправностей, чтобы отличать ее от исходной таблицы функций неисправностей, которую можно называть P-таблицей.

Нетрудно видеть, что T-таблица функций неисправностей является заданием функций R_j = F(t_j) и R_j = F_i(t_j), определяющих физическую модель объекта в средствах диагностирования. При представлении физической модели объекта T-таблицей функций неисправностей процесс расшифровки фактических результатов R^*_j элементарных проверок можно представить следующим образом. Каждая реализованная элементарная проверка t_j Î T выделяет соответствующую строку T-таблицы, а ее фактический результат R^*_j делит множество столбцов таблицы на два подмножества. Те столбцы e_i, i = , для которых R_ji ¹ R^*_j, «вычеркиваются» из таблицы. Оставшиеся столбцы, для которых R_ji = R^*_j, представляют подмножество возможных технических состояний объекта. Завершению процесса диагностирования соответствует момент, когда в таблице останется единственный «невычеркнутый» столбец. Заметим, что «вычеркивание» столбца e₀ означает, что объект диагностирования неисправен.

Следовательно, чем меньше число строк T-таблицы функций неисправностей, тем (при прочих равных условиях) проще реализация соответствующего ей алгоритма диагностирования (во всяком случае, в системах тестового диагностирования) и представляемой ею физической модели объекта. Поэтому при проектировании систем диагностирования часто стремятся строить алгоритмы диагностирования как можно меньшим числом вводящих в них элементарных проверок.

Чем больше разнообразие (а значит, число) элементарных проверок в множестве P, тем шире возможности получения алгоритмов диагностирования с малым числом элементарных проверок. Однако, вообще говоря, чем больше строк (а также столбцов) содержит P-таблица функций неисправностей, тем больше требуется операций по ее обработке для построения экономных алгоритмов диагностирования. Отсюда можно сделать неформальный вывод о том, что чем больше усилий будет затрачено при построении алгоритма диагностирования, тем будет проще последующая техническая реализация системы диагностирования.

В частности, никаких усилий не требуется на построение так называемого тривиального алгоритма диагностирования, содержащего все элементарные проверки множества P, но при этом физическая модель должна быть представлена P-таблицей функций неисправностей и поэтому будет максимально сложной, а время и другие затраты на реализацию алгоритма диагностирования будут наибольшими.

Другая крайняя, всегда желательная, но часто недостижимая ситуация заключается в получении всех неизбыточных алгоритмов диагностирования с целью последующего выбора из них в каком-то смысле наилучшего (например, минимального) алгоритма. Этого можно достичь, в частности, применением алгоритмов 1 и 2, представляющих собой, по существу, полный перебор всех возможных решений и поэтому требующих максимального объема операций по обработке P-таблицы функций неисправностей. Между этими двумя крайними ситуациями лежит ряд промежуточных, различающихся объемами вычислений и соответственно размерами затрат на реализацию систем диагностирования.

Чаще всего причиной вынужденного отказа от получения минимальных алгоритмов диагностирования являются большие размеры P-таблицы функций неисправностей. Размеры таблицы определяются как числом ее строк и столбцов, так и размерностью результатов R_j, R_ji Î R элементарных проверок. Рассмотрим пути уменьшения размеров P-таблицы функций неисправностей, т.е. объемов той информации, которая задается в качестве исходной для построения алгоритмов диагностирования, не имея в виду такие тривиальные возможности, как удаление повторяющихся строк и столбцов таблицы.

Начнем с уменьшения числа строк путем укрупнения элементарных проверок. Элементарная проверка выше была определена как некоторый, в значительной степени произвольный, эксперимент над объектом диагностирования. Если в качестве элементарной проверки принять такой эксперимент, реализация которого дает достаточное для целей диагностирования описание поведения объекта (в исправном и всех его неисправных состояниях), то множество P становится одноэлементным (таблица функций неисправностей содержит одну строку). Такое предельно возможное сокращение числа строк P-таблицы будет сопровождаться увеличением размерности результатов элементарной проверки, так как описание поведения объекта будет максимально сложным. При этом теряет смысл задача минимизации алгоритмов диагностирования, ибо существует единственный тривиальный алгоритм диагностирования. В этих условиях физическая модель и алгоритм диагностирования будут достаточно сложными. Тем не менее, в ряде случаев представление математической модели объекта диагностирования в виде однострочной таблицы функций неисправностей может иметь практическое значение. Это имеет место, например, в том случае, когда нецелесообразно или невозможно расчленить эксперимент над объектом на ряд элементарных проверок.

Другой путь сокращения числа строк P-таблицы функций неисправностей состоит в исключении части элементарных проверок из числа всех допустимых. Примером может служить задание только тех элементарных проверок, воздействия которых могут встретиться в процессе выполнения объектом его рабочего алгоритма функционирования. Это множество элементарных проверок может оказаться достаточным для решения задач проверки исправности, работоспособности или правильности функционирования, чего нельзя сказать относительно задач поиска неисправностей объекта.

Идеальным было бы исключение из множества P всех тех элементарных проверок, которые заведомо не войдут в минимальные алгоритмы диагностирования. Однако простые способы нахождения всех таких «ненужных» строк P-таблицы функций неисправностей, т.е. способы, не требующие сложных процедур анализа состава и свойств всех элементарных проверок множества P, неизвестны.

Общим требованием при сокращении числа строк таблицы функции неисправностей является контроль за тем, чтобы у выбранного множества P элементарных проверок сохранялось свойство полноты. Следует также помнить, что сокращение числа строк P-таблицы, вообще говоря, может привести к увеличению числа элементарных проверок, входящих в алгоритм диагностирования.

Сокращение числа столбцов таблицы функций неисправностей соответствует уменьшению числа рассматриваемых технических состоянии объекта диагностирования. В ряде случаев такое уменьшение может быть определено условиями решаемой задачи. Например, задача диагностирования технического состояния объекта в условиях его эксплуатации в ряде случаев может решаться при рассмотрении только множества О одиночных неисправностей, когда вероятности появления кратных неисправностей принимаются равными нулю.

Принципиально возможно и всегда желательно исключение «ненужных» столбцов таблицы, отсутствие которых не снижает точности результатов (глубины) диагностирования. Нахождение всех таких столбцов, к сожалению, является сложной задачей, решение которой требует специальных исследований и известно только для ряда частных случаев, при которых учитываются как свойства структуры объекта диагностирования, так и классы возможных неисправностей.

В общем случае при уменьшении числа столбцов таблицы функции неисправностей следует иметь в виду, что алгоритмы диагностирования, построенные относительно некоторого подмножества возможных технических состояний объекта, не всегда позволяют определить исключенные из рассмотрения технические состояния. Более того, необоснованное исключение столбцов таблицы может привести к получению ложных результатов диагностирования. Например, при реализации алгоритма проверки исправности, построенного в предположении наличия только одной неисправной компоненты, можно получить ложный сигнал исправности объекта при фактическом наличии в нем нескольких неисправных компонент.

Теперь остановимся на вопросе сокращения размерности результатов R_j, R_ji Î R элементарных проверок. Результат элементарной проверки p_j, как отмечалось выше, представляет собой последовательность ê{g}_jú-мерных векторов значений сигналов в контрольных точках объекта. Значит, сокращение размерности результатов элементарной проверки возможно путем уменьшения размерности вектора значений указанных сигналов, а также путем уменьшения числа векторов в их последовательности.

Максимальное сокращение размерности результатов элементарных проверок P-таблицы функции неисправностей дает следующий прием. В каждой строке j таблицы все результаты элементарной проверки p_j, удовлетворяющие условию R_ji = R_j0, i = , принимаются равными 1. Остальные результаты этой элементарной проверки, для которых имеет место неравенство R_ji ¹ R_j0, принимаются равными 0, независимо от того, различны они между собой или одинаковы. При этом результат любой элементарной проверки (безотносительно к физической природе воздействий и ответов, а также к составу и значениям входных сигналов и сигналов в контрольных точках) может трактоваться только как положительный (R_ji = 1) или как отрицательный (R_ji = 0).

Упрощенную таким образом таблицу функций неисправностей будем называть двоичной математической моделью объекта диагностирования. Заметим, что в этой модели столбец e₀, соответствующий исправному состоянию объекта, содержит только положительные результаты элементарных проверок.

В общем случае сокращение размерности результатов элементарных проверок сопровождается уменьшением числа различных результатов последних. Это снижает возможности различения технических состояний объекта и, как следствие, может потребовать увеличения числа элементарных проверок, входящих в алгоритм диагностирования. С другой стороны, сокращение размерности результатов элементарных проверок ведет к упрощению реализации операций передачи, измерения, сравнения и анализа этих результатов в системах диагностирования.

Конечно, всегда желательно сокращение размерности результатов элементарных проверок за счет исключения несущественных компонент векторов значений сигналов в контрольных точках и несущественных векторов этих значений, т.е. таких компонент и векторов, исключение которые не изменяет состава и числа различных результатов элементарных проверок в P-таблице.

Заметим, что «укрупнение» элементарных проверок увеличивает размерность их результатов. Максимума эта размерность, как указывалось, достигает в однострочной таблице функций неисправностей.

Таким образом, эффективных путей сокращения размеров таблицы функций неисправностей практически нет. Таблица остается громоздкой и поэтому требует больших объемов вычислений в процессе ее обработки. В этом состоит основная причина поиска и разработки различных более экономных способов представления и обработки информации, необходимой для построения и реализации алгоритмов диагностирования и физических моделей объектов диагностирования. Естественно, что во многих случаях «платой» за эту экономию является отказ от получения точных (оптимальных или минимальных) решений.

Как указывалось, P-таблица функции неисправностей является табличной формой задания явной математической модели объекта диагностирования (F, {F_i}). Информацию, содержащуюся в P-таблице, можно получать по частям, что соответствует работе с неявной математической моделью объекта диагностирования (F, S, P, F F_i).