Обоснование актуальности темы диссертации. Повышение качества и надежности продукции является одной из важнейших проблем на современном этапе развития общества. Именно качество и надежность продукции в первую очередь определяет сегодня конкурентоспособность выпускаемых изделий [153].
Анализ данных об испытаниях и эксплуатации аппаратуры аппаратурой железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ) показывает, что несмотря на усилия разработчиков аппаратуры, служб надежности и управления качеством на предприятиях отрасли, в эксплуатацию продолжают поступать образцы, имеющие недостаточный уровень надежности [79]. Вместе с этим одной из основных тенденций в развитии объектов современной техники различных классов является их интенсивное насыщение радиоэлектронными средствами. Данная закономерность отчетливо проявляется для железнодорожной техники (ЖТ), которая в условиях возрастающих требований к уровню функциональности и потребительского качества активно оснащается ЖАТ. Поток отказов аппаратуры ЖАТ в сфереее эксплуатации достигает нескольких тысяч в год и в последние 5 — 7 лет практически не снижается несмотря на значительные вложения материальных и финансовых средств в совершенствование процессов разработки, производства и эксплуатации аппаратуры.
Поэтому проблема обеспечения требуемых показателей надежности аппаратуры ЖАТ на основе комплексного и всестороннего совершенствования системы управления надежностью на всех стадиях жизненного цикла априорно относитсяк актуальным и имеет большую научную и практическую значимость.
Необходимость соответствия функциональных свойств ЖАТ потребностям и задачам, определяемым условиями эксплуатации и современными требованиями потребителей ЖТ, предопределила непрерывность процесса совершенствования технических средств железнодорожной автоматики и телемеханики. Для выявления основных тенденций отмеченного процесса целесообразно рассмотреть этапы совершенствования аппаратуры ЖАТ.
Следует отметить, что основным критерием при определении этапов Развития ЖАТ является технологический уровень ее производства, который собственно предопределяет уровень качества (функциональные и эксплуатационные характеристики) аппаратуры. Первое поколение ЖАТ было построено на релейных устройствах и электровакуумных приборах (РУ и ЭВП). Ко второму поколению относится ЖАТ, построенная на полупроводниковых приборах. Аппаратура ЖАТ, в основе которой были интегральные микросхемы (ИС) с малой степенью интеграции и микромодули, является аппаратурой третьего поколения. Четвертое поколение аппаратуры ЖАТ характеризуется применением больших интегральных схем и микропроцессоров (БИС и МП).
Таким образом, развитие средств ЖАТ в области программно-аппаратного обеспечения осуществлялось и продолжает осуществляться по пути наращивания управляюще-вычислительного потенциала [138].
В Программе ускоренного технического и технологического перевооружения хозяйства сигнализации, централизации и блокировки железных дорог на 2002 — 2005 г. г. [138] поставлена задача увеличения объемов производства технических средств ЖАТ более чем в 3 раза. При этом выдвигается требование о необходимости организации производства аппаратуры ЖАТ и их компонентов на новой микропроцессорной элементной базе. Осваиваемые в настояI щее время новые виды аппаратуры ЖАТ (электронные модули и узлы для линейных пунктов ДЦ «ТРАКТ" — УВК РА для микропроцессорной электрической централизацииэлектронные блоки микропроцессорной диспетчерскойцентрализации ДЦ «Юг" — микропроцессорная г универсальная система автоблокировки АБ-Емикропроцессорная электрическая централизация в транспортабельных модуляхэлектронные модули комплекса локомотивных устройств безопасности КЛУБ-Уцифровая аппаратура оперативно-технологической связи ОТС-ЦМ и др.) должны-разрабатываться с учетом современных методов конструирования радиоэлектронных средств с использованием достижений отечественной и зарубежной микроэлектроники.
Существующая до настоящего времени практика обеспечения и управления показателями надежностив ходе разработки, производства и эксплуатации аппаратуры ЖАТ, сложилась под воздействием нормативно-технической документации (НТД), разработанной в 60 — 70-х годах. В соответствии с указанными нормативными актамиосновными процессами в системе обеспечения надежности являются"процессы задания требований к надежности создаваемого объекта, обеспечения надежности иконтроля (оценки) достигнутого уровня надежности. Рассогласование между фактическим и требуемым уровнями надежности объекта служит основой для принятия управленческих решений по коррекции функционирования системы обеспечения надежности. Анализ такой системы управления надежности показывает, что ей присущи принципиальные недостатки. Основным недостатком является недостаточная оперативность (запаздывание) в выработке корректирующих воздействий, что впоследствии негативно проявляется в неэффективном использовании временных и материальных ресурсов.
Преодоление недостатков отмеченной системы управления надежностью? должно происходить на основе международной системы стандартов ИСО 9000, среди основных идей которых особую практическую ценность (применительно к. рассматриваемой в диссертационной работе проблеме) имеют требованияо• принятии корректирующих и упреждающих действий, основываясь на фактах. Указанные требования при детальном рассмотрении могут быть с учетом научного подхода к разработке аппаратуры ЖАТ и практического опыта ее эксплуатации уточнены в виде принципа формирования оперативных управляющих решений по результатам данных о фактических физических причинах отказов аппаратуры.
Актуальность и важность задачи комплексного управления надежностью аппаратуры ЖАТ на всех этапах ее жизненного цикла определяется тем, что ее решение позволит существенно снизить остроту фундаментального противоречия между объективным ростом сложности аппаратуры ЖАТ (в силу расширения множества выполняемых ею функций) и ужесточением требований, предъявляемых к надежности и безопасности аппаратуры при ограниченных темпах роста надежности комплектующих электрорадиоизделий, а также между возможностями повышения надежности аппаратуры за счет ее удорожания и ограничениями на допустимую стоимость образцов аппаратуры, обусловленных требованиями экономической целесообразности.
В условиях комплексного подхода к решению проблемы управления надежностью аппаратуры железнодорожной автоматики и телемеханики, суть которого отражает структурно-логическая схема, приведенная на рис. В.1, среди задач, требующих первостепенного внимания и централизованного решения, одними из основных являются задачи анализа и доказательства причин отказов [16, 78].
Внедрение надежной элементной базы.
Л У.
Анализ и корректировка схемотехнических решений.
Разработка и проектирование.
Изготовление, включая выходной контроль и испытания.
L V Специальные исследования и I испытания ПКИ.
ГИГ.
Эксплуатация.
Анализ и доказательство причин отказов.
Повышение уровня технологии] производства.
Рис. В.1. Структура комплексного обеспечения надежности на этапах замкнутого жизненного цикла аппаратуры ЖАТ.
Декомпозиция комплекса отмеченных задач позволяет сгруппировать их по следующим пяти основным направлениям:
1. Локализация отказов, демонтаж отказавших элементов.
2. Физико-технический анализ отказавших электрорадиоэлементов:
3- Моделирование отказов электрорадиоизделий.
4. Доказательство причин отказов электрорадиоизделий:
5. Определение уровня перегрузок отказавших электрорадиоизделий.
Таким образом, важнейшим научно-техническим аспектом общей проблемы комплексного управления надежностью аппаратуры ЖАТ является ди агностический аспект надежности. Повышение (управление) надежностью аппаратуры ЖАТ во многом зависит от уровня внедрения современных методов анализа и контроля технического состояния изделий электронной техники. Эффективность практической реализации отмеченных методов и применения соответствующих диагностических средств во многом определяются успехом целенаправленного обучения руководителей, инженерно-технического персонала. Ведь только правильный выбор метода исследования, безошибочное применение действительно необходимых в сложившейся ситуации средств измерения диагностических параметров и анализа физико-технических свойств отказавшего объекта, может гарантировать полноту и достоверность получения диагностической информации, а значит и возможность принятия адекватных мер по управлению как техническим состоянием отдельного комплекта аппаратуры ЖАТ, так и принятие эффективных решений по управлению надежностью аппаратуры ЖАТ в целом:
Используемая в настоящее время в целях подготовки квалифицированных специалистов по анализу причин отказов ЭРИ аппаратуры ЖАТ информационно-аналитическая системакоторая является подсистемой глобальной автоматизированной системой управления надежностью аппаратуры ЖАТ, должна быть построена с учетом новых требований, обусловленных потребностью решения практических задач.
Необходимость использования средств информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) в целях совершенствования системы подготовки специалистов различного профиля, в том числе и технического, обозначена трудами многих ученых. Проблемы обучения информатике в высшей школе рассматривали В. И. Громыко, К. К. Колин, А. Я. Савельев, Б. А. Сазонов, Ю. Г. Татур, С. А. Христочевский и другие специалисты, однако практическое использование результатов перечисленных выше исследований в техническом и естественнонаучном образовании крайне ограничено.
Более проработанными являются вопросы обучения информатике студентов педагогических вузов (работы А. А. Абдукадырова, Ю. С. Брановского, В. И: Горовой, С. Р. Домановой, М-И. Жалдака, В. А. Извозчикова, В. И. Кузнецова, Э. И. Кузнецова, М. П. Лапчика, И. В. Марусевой, И. А. Румянцева, М. В. Шведского и других авторов).
В последнее время в связи с заметно выросшим потенциалом средств ИКТ в сфере образования существенно5 увеличилась доля научно-исследовательских работ, в прямой постановке посвященных разработке методических подходов к подготовке специалистов. В числе значимых работ отмеченного плана только за последнее время можно отметить следующие работы [6, 54, 91, 109, 166].
Вместе с этим необходимо отметить, что, во-первых, вопросы использования ИКТ для подготовки узконаправленных специалистов технического характера, тем более в такой сложной и специфической сфере знаний как техническая диагностика практически не исследованы, а, во-вторых, в передовых трудах по искусственному интеллекту [12] обозначено новое направление — применение баз знаний как гносеологического инструмента, но вопросы реализации обозначенного подхода остаются непроработанными.
Таким образом, применение баз знаний для организации современной подготовки квалифицированных специалистов по анализу причин отказов аппаратуры ЖАТ является априорно новым и неразработанным направлением как в области искусственного интеллекта [12], так и в сфере научных исследований образовательной направленности [109].
Научное исследование является актуальным, если современная наука обладает достаточным потенциалом для? исследования в рамках сформулированной темы [89]. Подвергнем анализу методы и модели технической диагностики как методологической основы исследования причин отказов электрорадиоизде-лий и электрорадиоэлементов аппаратуры ЖАТ. Кроме этого следует оценить пригодность существующей нормативно-методической базы анализа и доказательства причин отказов > для подготовки специалистовпо контролю технического состояния железнодорожной автоматики и телемеханики и управлению ее надежностью.
Основной целью технической диагностики [124]- является организация эффективных процессов диагностирования технических объектов. Эффективность диагностирования в большой? мере зависит от оптимальности алгоритма диагностирования, в основе которого лежит метод диагностирования. О роли методов диагностирования и их месте в структуре предметов исследования технической диагностики можно судить по классификации [124], представленной на рис. В.2.
Современный уровень развития технической диагностики характеризуется многообразием методов [3, 15, 18, 19> 36, 38, 47, 61, 97, 103, 117 -f- 119, 124, 149, 164, 171], применяемых для организации процессов определения технического состояния объектов. Значительный вклад в развитие теоретических основ технической диагностики внесли советские и российские ученые Яблонский С. В. [169 -ь 171], Пархоменко ГШ. [90, 124, 131, 151], Карибский В: В. [90, 124], Согомонян E.G. [90, 124], Дмитриев А. К. [61, 62], Кострыкин А. И. [97], Мозгалевский А. В. [3, 117 119], Клюев В. В. [151], Калявин В. П. [151], Чипу-лис В. П! [38, 164], Артеменко Е. А. [11], Гуляев В. А. [42], Глазунов Л. П. [3, 36], Ксенз С. П: [103] и др. В зависимости от задач, решаемых при диагностировании, методы технической диагностики можно разделить на две основные группы: методы определения работоспособности и методы поиска места и определения причин отказа. Достаточно широко и систематично те и другие представлены в работах [18, 38, 61, 119, 124].
Рис. В.2. Классификация основных задач технической диагностики.
Вопросы анализа особенностей объектов диагностирования и построения математических моделей исследованы в работах [36, 42, 124, 164, 171]. В зависимости от природы диагностируемых объектов, от характера изменения их параметров, объекты, а соответственно Иметоды их диагностирования можно разбить на две группы: методы диагностирования непрерывных объектов и методы диагностирования дискретных объектов. Вопросы диагностирования * непрерывных объектов всесторонне рассмотрены в работах Мозгалевского А. В. [118, 119], Дедуса Ф. Ф. [54, 56]. Математический базис для развития методов диагностирования дискретных объектов во многом был обеспеченблагодаря трудам Яблонского С. В! [169-s- 171]. Большой вклад в развитие методов диагностирования дискретных объектов внесен работами Пархоменко П. П. [130], Кострыкина А. И. [97], Гуляева В. А. [42], Соловьева Н. А. [149].
По характеру используемой информации методы диагностирования делятся на две большие фуппы: статистические и детерминированные. Исследованию статистических методов посвящены труды Биргера И. А. [ 18], Волкова.
Л.И. [31], Шибанова Г. П. [94], Беляева Ю. К. [15], Мозгалевского А. В 1[3],.Глазунова Л. П. [3, 36].
Применение статистических методов основано на использовании классифицирующего правила, обеспечивающего в среднем наименьшую вероятность ошибочного решения при диагностировании или наименьшее значение некоторой функции потерь. При: детерминированных методах диагностирования решение о принадлежности распознаваемого образа к одному из классов принимается по результатам вычислений некоторой функции расстояний от этого образа до эталонных в пространстве измеряемых признаков [18]. Главным достоинством детерминированных методов, диагностирования является простота их алгоритмической и технической реализации. Вопросы диагностирования на базе детерминированных методов освещены в работах [18, 36, 119, 124, 149, 164].
Отмеченные выше методы диагностирования послужили основой для решения задачи автоматизации поиска неисправностей в различных технических объектах ограниченной сложности. Однако, факторы, определяемые функционирования i аппаратуры ЖАТ и специфика задач анализа и доказательства причин отказа, являющихся, как отмечалось выше, приоритетными в рамках комплексного подхода к управлению надежностью, не позволяют непосредственно-использовать перечисленные методы при разработке подходов к решению этих задач. При этом одним из возможных путей, преодоления имеющихся ограничений является путь поиска возможностей совмещения, с одной стороны, преимуществ методов физико-химического анализа к физической сущности диагностируемого объекта, с силой1 абстрактности и универсальности статистических методов.
Обобщая вышеизложенное можно заключить, что научное исследование, направленное на разработку научно-методических основ формирования базы знаний для информационно-аналитической системы образовательного назначения, используемой для подготовки специалистов по анализу и доказательству причинотказов аппаратуры^ ЖАТ на всех этапах ее замкнутого жизненного цикла, следует признать актуальным и своевременным, т.к. общий уровень областей науки, имеющих непосредственное отношение к данной проблемной области достаточно высок и априорно предполагает возможность ее разрешения.
С учетом проведенного выше анализа может быть определена проблемная ситуация, сущность которой состоит в противоречии между необходимостью подготовки инженерно-технического персонала к проведению эффективного анализа причин отказов аппаратуры ЖАТ на основе физико-технических диагностических методов и практической невозможностью ее реализации в рамках существующей системы подготовки с использованием имеющейся автоматизированной системы образовательного назначения.
С учетом результатов анализа состояния решаемой научной проблемы целью диссертации является интеллектуализация информационно-аналитической системы образовательного назначения посредством разработки алгоритмического обеспечения ее базы знаний, отвечающей современным требованиям подготовки квалифицированных специалистов по анализу и доказательству причин отказов аппаратуры ЖАТ в соответствии с комплексным подходом к обеспечению ее надежности.
Для достижения указанной цели необходимо провести исследование: по следующим направлениям:
1. Провести анализ состояния с надежностью аппаратуры ЖАТ, опыт смежных отраслей по решению проблем надежности? ответственных образцов радиоэлектронных систем, выявить основные факторы, влияющие на надежность перспективных и создаваемых образцов аппаратуры и на этой основе обосновать актуальные направления совершенствования системы управления надежностью аппаратуры ЖАТ.
2. Разработать научно-методологические основы построения системы управления надежностью аппаратуры ЖАТ, обосновать критерии эффективности, обосновать структуру и состав «системы, определить функции основных ее звеньев.
3. Разработать требования к информационно-аналитической системе анализа отказов аппаратуры ЖАТ, включающие требования к структуре и содержанию информации, необходимой для решения задач подготовки квалифицированных специалистов по анализу и доказательству причин отказов аппаратуры ЖАТ, методы ее получения, обобщения и использования.
4. Разработать научно-методические основы выполнения физических исследований, позволяющих формировать базу знаний информационно-аналитической системы, используемой для подготовки и при работе квалифицированных специалистов по анализу и доказательству причин отказов аппаратуры ЖАТ на всех этапах ее замкнутого жизненного цикла.
5. Разработать подходы, позволяющих использовать базу знаний информационно-аналитической системы для подготовки и при работе квалифицированных специалистов по анализу и доказательству причин отказов аппаратуры ЖАТ на всех этапах ее замкнутого жизненного цикла.
6. Разработать требования к составу и содержанию нормативных документов, регламентирующих организационно-методические принципы функционирования системы управления надежностью на стадиях жизненного цикла аппаратуры ЖАТ.
Таким образом, объект ом исследований является информационно-аналитическая система, используемая для подготовки и при работе квалифицированных специалистов по анализу и доказательству причин отказов аппаратуры ЖАТ на всех этапах ее замкнутого жизненного цикла, а предметом — методы анализа причин отказов ЭРИ аппаратуры ЖАТ, а также подходы к интеллектуализации процессов определения технического состояния аппаратуры ЖАТ и построения диагностических баз знаний.
Исходя из сформулированных ранее противоречия и цели исследований решаемая в диссертационной работе научная задача может быть определена как разработка алгоритмов функционирования базы знаний информационно-аналитической системы образовательного назначения, предназначенной для подготовки квалифицированных специалистов по анализу и доказательству причин отказов аппаратуры ЖАТ.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней на основе анализа системы управления надежностью аппаратуры ЖАТ^Ззра^отгл! и исследованы научные основы построения диагностической базы знаний образовательной информационно-аналитической системы, обоснованы ее структура и состав, критерии эффективностиопределены функции основных элементов.
Научная значимость диссертационной работы состоит в том, что в ней обоснованы принципы и критерии эффективного управления надежностью аппаратуры ЖАТ, разработана методика установления причин отказов устройств на основе физико-технического анализа и моделирования, научно обоснованы требования к составу технических средств для исследования физических причин отказов.
Практическая значимость диссертационной работы обусловлена тем, что полученные в ходе проведения исследований экспериментальные и^ теоретические результаты, методы, алгоритмы и методики, а также разработанные нормативно-методические документы позволяют принимать технически обоснованные меры по обеспечению надежности аппаратуры ЖАТ на всех стадиях жизненного цикла.
Результаты работы нашли применение при проведении практических работ по формированию ТЗ на ОКР по разработке важнейших образцов РЭС ЖТ, при анализе хода и результатов выполнения ОКР, при исследовании причин отказов РЭС и комплектующих ЭРИ, при разработке основополагающих нормативных и методических документов в области задания, контроля и обеспечения требований к надежности РЭС [138, 139- 140, 141, 146].
Основные положения и методы, составляющие содержание работы, используются разработчиками и изготовителями РЭС для обеспечения заданных требований к надежности создаваемых объектов, отработки эффективных мероприятий по исключению причин и предпосылок к их отказам. Эти методы включены в программы подготовки специалистов по управлению качеством и надежностью РЭС.
Методы находят применение при сертификации систем качества продукции предприятий отрасли.
В дальнейшем результаты работы целесообразно использовать в практической работе по управлению надежностью важнейших объектов ЖТ, а также при создании комплекса руководящих документов, направленных на обеспечение качества и надежности РЭС.
Основными результатами диссертационного исследования, выносимыми на защиту, являются:
1. Математическая модель интеллектуализации процесса управления надежностью на основе внедрения базы знаний информационно-аналитической системы анализа причин отказов аппаратуры ЖАТ.
2″. Обобщенный алгоритм проведения? физико-технического анализа отказов аппаратуры ЖАТ.
3. Обобщенный алгоритм анализа отказов ЭРИ.
4. Процедура оценки электрических рекомендуемых режимов (РР) элек-тро-радиоизделий (ЭРИ) в виде подсистем1 расчета и контроля электрических параметров режима (ЭПР).
Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, прежде всего, основывается на том, что анализ состояния" и путей' решения поставленной научной задачи проведен с учетом ее актуальности и потребности, обусловленных необходимостью решения важной проблемы, состоящей в повышениинадежности аппаратуры ЖАТ. Поставленная * научная задача не противоречит общим законам природы. При формировании единого научно-методического подхода, составляющего основу решаемой задачи, были использованы методологические принципы, разработанные в трудах известных в области надежности и технической диагностики ученых. В процессе исследований раскрыты внутренние противоречия, характерные для. современного состояния средств и методов контроля и диагностирования. При проведении исследований использованы основополагающие концепции современной математики — теоретико-множественная и логико-алгебраическая.
Достоверность полученных результатов подтверждается логическим обоснованием принципов и положений разработанных научно-методических основстрогой математической формулировкой задач исследования. Основные результаты исследований опубликованы в ряде научных статей и освещались в докладах на научно-технических конференциях.
Реализация результатов исследований. Основные результаты диссертационной работы нашли отражение при разработке «Программы технического и технологического перевооружения хозяйства сигнализации, централизации и блокировки железных дорог на период 2002 — 2005 г. г.», одним из важнейших разделов, которой является техническое: и технологическое перевооружение предприятий отрасли.
С целью организации работ по проведению в специализированных испытательных технических центрах (ИТЦ) централизованного входного контроля комплектующих ЭРИ, отбраковки потенциально ненадежных и последующей поставки комплектующих ЭРИ предприятиям-разработчикам или изготовителям аппаратуры ЖАТ при участии автора разработан руководящий материал РМ РЖД 04.10 — 2004 ЛУ «Положение о порядке комплектации электрорадио-изделиями, серийно выпускаемой и разрабатываемой по заданию департамента автоматики и телемеханики аппаратуры СЦБ».
С целью ограничения и оптимизации номенклатуры ЭРИ для применения в аппаратуре ЖАТ при участии автора разработан руководящий документ РД РЖД 04.07 — 2004 ЛУ «Положение о порядке поставки электрорадиоизделий заводам-изготовителям аппаратуры сигнализации, централизации и i блокировки», регламентирующий порядок выбора и комплектования ЭРИ (РФ, — СБЗ и СДЗ), обеспечивающих требуемые качество и надежность аппаратуры ЖАТ при ее разработке (модернизации) и производстве. Кроме этого с участием автора разработан руководящий документ РД 32 ЦШ 01.003 — 2004 ЛУ «Положение о перечне электрорадиоизделий, разрешенных к применению при разработке (модернизации), производстве и эксплуатации аппаратуры сигнализации, централизации и блокировки». Положение разработано в отрасли впервые, направлено на использование при разработке и производстве аппаратуры ЖАТ преимущественно перспективной элементной базы и предназначено для всех предприятий-разработчиков и изготовителей аппаратуры сигнализации, централизации и блокировки Министерства путей сообщения Российской Федерации. Оно соответствует требованиям ОСТ 32.146−2000, дополняя и конкретизируя их по отдельным вопросам, связанным с обеспечением требований к эксплуатации аппаратуры ЖАТ, с учетом ее специфики.
Кроме этого, результаты диссертационных исследований (разработанные математические модели и методики, обобщенная структура базы знаний информационно-аналитической системы диагностирования и методика ее использования для подготовки инженерно-технического персонала) реализованы в следующих научных организациях и учебных заведениях:
1) Научно-исследовательском институте Авиационного оборудования,.
2) Серпуховском ВИ РВ в учебном процессе на кафедре № 32 при проведении лекционных и групповых занятий по дисциплине «Техническая диагностика»,.
3) Серпуховском ВИ РВ в учебном процессе на кафедре № 32 при проведении групповых занятий по дисциплинам «Эксплуатация специальных технических объектов» и «Автоматизированные системы контроля».
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на Международных, Всероссийских и отраслевых конференциях и научно-технических семинарах, а также на научно-технических советах [81, 83, 84, 85, 86, 87].
Публикации по теме. По теме диссертации опубликовано 11 работ. Среди наиболее значимых публикаций 3 научно-технических статьи в российских научно-технических журналах: «Проектирование и технология электронных средств» [78], «Автоматика, связь, информатика» [79], «Контроль. Диагностика» [80, 82, 88].
Структура диссертационной работы. Работа состоит из введения, трех разделов, заключения.
Результаты работы докладывались и обсуждались на межведомственных и отраслевых конференциях и научно-технических семинарах, среди которых следует выделить XXII Межведомственной научно-технической конференцию.
РВ «Проблемы обеспечения эффективности и устойчивости функционирования сложных технических систем».
По теме диссертации опубликовано 1 Г работ. Среди наиболее значимых публикаций 5 научно-технических статей в российских научно-технических журналах: «Проектирование и технология электронных средств» [78], «Автоматика, связь, информатика» [79], «Контроль. Диагностика» [80, 82, 88].
Результаты научного исследования в рамках данной диссертации и при ее подготовке составили научно-методическую основу ряда нормативно-технических документов, разработанных с участием автора. К ним относятся следующие документы:
РД РЖД 04.07 — 2004 ЛУ «Положение о порядке поставки электрорадио-изделий заводам-изготовителям аппаратуры сигнализации, централизации и блокировки»,.
РД 32 ЦШ 01.003 — 2004 ЛУ «Положение о перечне электрорадиоизделий, разрешенных к применению при разработке (модернизации), производстве и эксплуатации аппаратуры сигнализации, централизации и блокировки»,.
РМ РЖД 04.10 -2004 ЛУ «Положение о порядке комплектации электро-радиоизделиями, серийно выпускаемой и разрабатываемой по заданию департамента автоматики и телемеханики аппаратуры СЦБ».
Предложены основные направления технической политики в области надежности аппаратуры ЖАТ и пути их реализации в рамках разработанной с участием автора «Программы технического и технологического перевооружения хозяйства сигнализации, централизации и блокировки железных дорог на период 2002 — 2005 г. г.».
Подготовлены предложения в Программу освоения новой техники и модернизации выпускаемой продукции на 2002;2005 г. г., предложения по внедрению передовых технологий при производстве аппаратуры ЖАТ, разработаны рекомендации по повышению качества выпускаемой продукции и организации гарантийного и послегарантийного сервисного обслуживания аппаратуры ЖАТ.
Результаты диссертационных исследований (разработанные математические модели и методики, обобщенная структура базы знаний информационно-аналитической системы диагностирования и методика ее использования для подготовки инженерно-технического персонала) реализованы в следующих научных организациях и учебных заведениях:
1) Научно-исследовательском институте Авиационного оборудования,.
2) Серпуховском ВИ РВ в учебном процессе на кафедре № 32 при проведении лекционных и групповых занятий по дисциплине «Техническая диагностика»,.
3) Серпуховском ВИ РВ в учебном процессе на кафедре № 32 при проведении групповых занятий по дисциплинам «Эксплуатация специальных технических объектов» и «Автоматизированные системы контроля».
На основании полученных результатов целесообразно продолжить исследования по совершенствованию научно-методической базы информационно-аналитической системы анализа отказов аппаратуры ЖАТ по следующим научным направлениям:
Исследование принципов формализации знаний и опыта высококвалифицированных специалистов по анализу причин отказов аппаратуры ЖАТ, с целью разработки эффективных процедур формализации информации предметной области.
Дальнейшая проработка вопросов, связанных с программно-аппаратным обеспечением функционирования базы, знаний информационно-аналитической системы анализа отказов аппаратуры ЖАТ.
Разработка интеллектуальных датчиков, способных получить и выполнить первичное преобразование диагностической информации в форму, пригодную для обработки в информационно-аналитической системы анализа отказов аппаратуры ЖАТ.
Детальная проработка вопросов практической реализации разработанных математических методов и методик.
Дальнейшая проработка вопросов использования информационно-аналитической системы анализа отказов аппаратуры ЖАТ для решения задач подготовки квалифицированных специалистов по анализу и доказательству причин отказов аппаратуры ЖАТ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
В настоящей диссертационной работе представлены материалы решения поставленной научной задачи разработки научно-методических положений как научной и практической основы при формировании баз знаний информационно-аналитической подсистемы образовательного назначения АСУ надежностью аппаратуры ЖАТ.
Свойственное современному состоянию процесса разработки аппаратуры ЖАТ противоречие, состоящее в диспропорции между высокими темпами роста сложности систем, оцениваемой количеством применяемых в них «активных» комплектующих ЭРИ и ограниченными темпами роста надежности комплектующих изделий, обуславливает высокую актуальность проблемы обеспечения надежности аппаратуры ЖАТ.
Трудности* в обеспечении требуемой надежности аппаратуры ЖАТ возрастают вследствие повышенной чувствительности планируемой к широкому внедрению в аппаратуру ЖАТ микропроцессорной — элементной базы к режимным и эксплуатационным факторам, а также к недопустимым технологическим" воздействиями.
Важнейшим научно-техническими аспектами проблемы комплексного управления надежностью аппаратуры ЖАТ являются вопросы, связанные с анализом и установлением истинных причин отказа элементов аппаратуры ЖАТ, накопления диагностической информации и использования ее в целях выработки управляющих (компенсационных) воздействий, направленных на повышение (поддержание) требуемого уровня надежности. Эффективность реализации отмеченного подхода во — многом зависит от уровня внедрения современных методов анализа и контроля технического состояния изделий электронной техники и целенаправленности обучения руководителей, инженерно-технического персонала их использованию.
При анализе диагностического аспекта комплексного обеспечения управлением надежностью аппаратуры ЖАТ, с учетомрассмотренияконкретных проблем обеспечения функционирования системы управления надежностью' аппаратуры и практических аспектов реализации полученных знаний и данных для создания объектов аппаратуры с требуемыми технико-эксплуатационными характеристиками, обоснован комплекс задач диагностического характера, решение которых составило существо исследовательской части диссертационной работы.
Исследование антропотехнических свойств диагностической компоненты обеспечения надежности аппаратуры ЖАТ позволило установить связь между показателями качества диагностического процесса и показателями, характеризующими уровень квалификации специалистов, участвующих в анализе и установлении истинных причин отказов аппаратуры ЖАТ [соотношения (1.3), (1.4)].
С учетом достигнутых результатов исследования в качестве направления для преодоления сложившейся проблемы избран подход, в основе которого лежит идея интеллектуализации процесса анализа причин отказов и построения ИАС, реализующей функции подготовки квалифицированных специалистов по диагностике и анализу причин отказов аппаратуры ЖАТ.
В результате решения обоснованного в диссертации. комплекса задач автором получены следующие результаты.
Произведена классификация интеллектуальных систем по различным признакам. Анализ показал, что к настоящему времени основными системамипредставления знаний являются: продукционные правила, семантические сети, логика предикатов, модель доски объявлений, фреймовые системы, нечеткие системы, системы распознавания образов.
С учетом результатов анализа основных способов реализации интеллектуальных систем (см. п. 1.4) разработана концепция построения базы знанийИАС анализа причин отказов аппаратуры ЖАТ, одним из назначений которой является создание обучающей среды для подготовки квалифицированных специалистов по анализу и диагностике причин отказов аппаратуры ЖАТ. В соответствии с нею база знаний должна обладать свойством, адаптации ивключать две основные составляющие: базу эвристических знаний и базу эмпирических знаний. База эвристических знаний реализует функции по формализации и обработке знаний и опыта специалистов. В рамках базы эвристических знаний также может быть формализована детерминированная информация по анализу причин отказов, содержащаяся в НТД. В свою очередь, реализация прагматического потенциала эмпирической информациифизико-технического характера может быть осуществлена в рамках базы эмпирических знанийПод эмпирическими знаниями понимается полученная в результате диагностических экспериментов информация, отражающая стохастическую взаимосвязь между физико-техническими свойствами и характеристиками исследуемого объекта.
Проведено обоснование необходимости применения диагностических методов, в основе которых лежит физико-технический анализ причин отказов аппаратуры ЖАТ. Такой подход позволяет получить достоверную информацию о возникновении и развитии • деградационных процессов, приводящих к отказам, и как следствие выработке управляющих решенийспособствующих, в конечном счете, повышению качественных и надежностных показателей аппаратуры ЖАТ.
Сформулированы общие, требования к. системе в виде совокупности принципов. Формирование этих принципов осуществлено на основе физико-технического подхода к проведению анализа причин отказов аппаратуры ЖАТ, с учетом результатов анализа передовой зарубежной и отечественной практики решения проблем надежности, собственного опыта работы автора, полученного при решении проблем надежности конкретных образцов аппаратуры ЖАТ.
Разработан комплекс алгоритмов и методик, реализующий обоснованный выше методологический подход. Алгоритмы проведения анализа отказов аппаратуры ЖАТ и комплектующих ее ЭРИ и методика анализа отказов ЭРИ, обеспечивающая установление видов и физических механизмов отказов ЭРИ, представляют собой научно-методический базис реализации базы знаний информационно-аналитической системы анализа и установления причин отказов аппаратуры ЖАТ.
Сформулированы принципы выбора технических средств и их характеристик для проведения анализа отказов, обеспечивающие необходимую глубину, достоверность и оперативность анализа. Разработаны общие требования к составу технических средств для исследования физических причин отказов, приведены обобщенные технические характеристики средств анализа применительно к различным группам ЭРИ.
Рассмотрены вопросы организации сбора и обобщения информации о надежностии качестве аппаратуры ЖАТ и ее элементов. Предложена структура информации о качестве и надежности аппаратуры ЖАТ с учетом:
1) причинно-следственной цепи развития событий, результатом которых является отказ аппаратуры или ЭРИ;
2) модельного описания отказавшей аппаратуры или ЭРИ;
3) особенностей процесса получения информации об отказе аппаратуры и ЭРИ при анализе;
4) модельного описания процессов разработки, производства и эксплуатации аппаратуры и ЭРИ.
Сформулированы принципы создания и ведениябазы данных о видах и причинах отказов аппаратуры ЖАТ, а также основные требованиями к ним. Рассмотрены вопросы систематизации, классификации и структурирования информации для включения ее в базы данных. Предложена структура предметной области о видах и причинах отказов аппаратуры ЖАТ и комплектующих ее ЭРИ, объединяющей базы данных по накопленной информации об отказахаппаратуры ЖАТ и комплектующих ее ЭРИ.
С учетом предназначения информационно-аналитической системы анализа причин отказов аппаратуры ЖАТ, состоящего в решении диагностических задач, содержание которых может быть определено как формирование по ряду косвенных признаков стратегии физико-технического исследования отказавшей аппаратуры ЖАТ и установление причины неисправности ее отказа на основании анализа полученной в ходе этого исследования диагностической информацииа также в подготовке персонала к проведению работ по анализу причин отказов аппаратуры ЖАТ, определены основные принципы построения и функционирования базы знаний информационно-аналитической системы анализа отказов аппаратуры ЖАТ. Ими являются: принциппрецедентности при. получении диагностическойинформации, принцип адаптивности при сборе, классификации и систематизации диагностической информации в базе знаний информационно-аналитической системы анализа причин отказов аппаратуры ЖАТ, принцип: открытости системы, предусматривающий возможность совершенствования и пополнения базы знаний, принцип модульности при построении, предусматривающий реализацию отдельных алгоритмов функционирования системы в виде функционально независимых модулей, принцип когниктив-ности при обучениипредусматривающий в составе системы наличие процедур дружественного и конструктивного взаимодействия:
Обоснованы подходы к использованию базы знаний информационно-аналитической системы анализа и установления причин отказов в целях подготовки квалифицированных специалистов: как информационно-справочной системы, реализующей функции предоставления контекстно-зависимого информации, как информационно-поисковой системы, обеспечивающей поиск и извлечение требуемых фактов и объяснения закономерностей по запросу, как дидактического инструмента и формализма представления знаний, позволяющего даже квалифицированному персоналу более глубоко и полно осознать структуру знаний предметной области, связанной с анализом и установлением причин отказов в аппаратуре ЖАТ.
Обоснован комплекс направлений использования диагностической информации, обеспечиваемой информационно-аналитической системой анализа и установления причин отказов ЖАТ, для выработки управляющих решений в рамках комплексного подхода к повышению качества и надежности аппаратуры ЖАТ на различных этапах ее жизненного цикла.
