Контрольні питання

1. В чому полягає сутність оптимізації необхідної і достатньої сукупності параметрів контролю?

2. Яка послідовність (алгоритм) побудови матриці множини станів об’єкту контролю?

3. Як використовується алгоритм булевих спрощень при визначенні контрольного тесту?

Рекомендована література [7].

13. Формування бази даних і бази знань для побудови діагностичних моделей План лекції

1. Загальна характеристика процесів формування БД і СУБД.

2. Засоби моделювання процесу функціонування банків даних.

3. Аспекти практичного застосування методів реляційного моделювання.

Для ефективної реалізації процесу діагностування розробляються діагностичні моделі, в основу побудови яких покладені базові знання щодо функціональних і технологічних характеристик системи експлуатації модулів і блоків електронної апаратури. В свою чергу, структура базових знань формується на основі зібраної і упорядкованої у вигляді бази даних інформації відносно зміни технічного стану в процесі експлуатації. Така інформація в базах даних представляється у вигляді предметної області. Таким чином, предметну область, яка вбирає ознаки інформаційного ресурсу ЕА в процесі експлуатації, прийнято класифікувати базою даних.

Передбачається, що створення бази даних, підтримка її в ефективному режимі функціонування, а також забезпечення доступу до інформаційного ресурсу здійснюється за допомогою спеціального програмного інструментарію, яке класифікується як система управлянні базами даних.

Модель даних визначається засобом відображення сутностей, атрибутів і зв’язків на структурі БД. У практиці формування БД застосовують різноманітні засоби моделювання: ієрархічний, мережний, а також реляційний.

Ієрархічна модель забезпечує процес побудови БД на основі ієрархічної деревоподібної структури. Така структура класифікується як дерево (топологія), яке утворене попарними зв’язками ознак предметної області. На вершині топології визначається початковий вузол, який класифікується як корнева вершина. Всі інші вершини топології, утворюючи вузли дерева мають структурний зв'язок тільки з однією вершиною, яка знаходиться на верхньому рівні ієрархії.

Важливою перевагою ієрархічних моделей побудови БД щодо оцінки технологічного стану ЕА, являється простота опису ієрархічних структур предметної області.

Якщо в ієрархічних моделях компоненти предметної області мають взаємно однозначну структурну залежність, то в основу побудови мережних моделей покладений принцип неординарних функціональних зв’язків таких компонентів (елементів).

При мережному моделюванні кількість структурно-функціональних зв’язків між компонентами предметної області не обмежена. З практичної точки зору при здійсненні процесу діагностування за допомогою мережного моделювання можна отримати оптимальні алгоритми пошуку відмов з різною глибиною локалізації, наприклад, від модуля до функціонального елементу блоку ЕА.

При реляційному моделюванні всі операції (процедури) в БД відбуваються з використанням спеціальних таблиць. Кожна із таблиць складається із рядків і стовбців і має ім’я, яке символізує ядро БД. Таблиця відображає тип об’єкта (наприклад, блок ЕА), а кожен із її рядків визначає складові об’єкта (модулі або функціональні елементи). Таким чином, утворюється інфраструктура реалізації алгоритму оцінки технічного стану. Якщо зовнішні ознаки блоку або вимірювання його вихідних параметрів не дали бажаного результату щодо оцінки технічного стану, переходять до більш глибинного дослідження об’єкту на рівні субблоків, модулів, функціональних елементів. При цьому, використовуючи інформацію БД, будується реляційна структура діагностування. Значення конкретного атрибута формуються у вигляді домену, який вбирає множину всіх можливих значень атрибута об’єкта. Наприклад якщо за результатами контролю фізичних параметрів не вдається локалізувати відмову, можна реляційно із БД застосувати інформаційний ресурс щодо статичних даних про відмови конкретного блоку або модуля. І таким чином, з певним рівнем імовірності визначити місце відмови.

Враховуючи викладене, важливо зазначити, що база даних повинна відображати предметну область однозначно і несуперечливо. Якщо БД відповідає зазначеним властивостям, то вона відповідає умові цілісності. Але при цьому на структуру бази даних накладається умова обмеження цілісності. Визначаються два основних види обмежень цілісності: цілісність сутностей і цілісність посилань. Обмеження першого типу полягає в тому, що будь-який картеж відношення повинен бути відмінним від будь-якого іншого картежу, тобто будь-яке відношення повинне мати визначення первинного кроку в алгоритмі діагностування. Зазначене обмеження достеменно виконується, якщо в комп’ютерній програмі передбачена однозначна послідовність виконання алгоритму оцінки технічного стану об’єкта. Для коректного виконання умов послідовності програми оцінки технічного стану застосовується коефіцієнт пріоритетності . Для коефіцієнта - імовірність появи відмови в об’єкті контролю; С – вартість робіт з пошуку (контролю) відмов. При цьому, перший етап в програмі контролю визначається максимальним рівнем .

Важливо також зазначити, що рівень ефективності процесу побудови інформаційного відображення в БД суттєво залежить від ступеня адекватності цього відображення реальному процесу оцінки технічного стану.

Враховуючи специфіку функціонування ЕА як об’єкта оцінки технічного стану її модулів та блоків, для оптимізації процесу побудови інформаційного відображення в БД використовують операції реляційної алгебри. За допомогою аналітичного моделювання здійснюються процедури визначення необхідного і достатнього обсягу інформаційного ресурсу для формування БД.

Для практичного застосування операцій реляційної алгебри корисно володіти встановленими постулатами:

• операція перетинання відношень – це процедура визначення однорідних наборів атрибутів в двох або більше відношеннях; для визначення обсягу однорідних наборів атрибутів використовується розрахунок різниці відношень;

• операція «відношення - результат» застосовується при реалізації процедури добутку двох відношень; число атрибутів у системі «відношення - результат» повинно дорівнювати числу атрибутів у системі «відношення - операнди»;

• операція ділення відношень полягає в наступному: маємо ділене А з атрибутами {a1,a2,…,an,…,b1,b2,…bm} і дільник В з атрибутами {b1,b2,…bm}; в результаті виконання операції ділення отримується відношення С з атрибутами {a1,a2,…,an};

• операція з’єднання здійснюється над двома відношеннями, для яких виконується умова співпадання атрибутів відповідних відношень – операндів; іншими словами, в інформаційному ресурсі відбувається синтез строгої послідовності виконання алгоритму оцінки технічного стану (жорстка програма пошуку відмови);

• операція присвоювання дозволяє реалізувати умови, при яких результати обчислення будь-якого реляційного виразу зберігаються у відношення бази даних.

З практичної точки зору оператор, який проводить процедуру оцінки технічного стану, має справу із зазначеними операціями у вигляді конструктивних мов програмування, наприклад, мова SQL-запитів.

В якості прикладу початкового збору інформації для побудови БД наведемо структуру реляційної таблиці для типового електронного блоку (таблиця 1).

Таблиця 1

Структура реляційної таблиці

№ п/п	Назва систе- ми	Назва блоку, моду-ля	Харак-те- ристи-ка відмо-ви	Загаль-ний час напрацю- вання	Час напра- цювання до появи відмови	Лока- лізація (функціо- нальний елемент)	Техніко- еконо-мічні наслід-ки відмови	Час вико-нання ремонт-но-від-новлю- ваних робіт
1	Заводсь- кий номер	Завод- кий номер	Не праце- здат-ний	[год]	[год]	Індикація ФЕ	Час простою, фінанси- ві витрати	[год]

Інформаційний ресурс таблиці 1 може бути використаний для розрахунків параметрів надійності або для побудови програми оцінки ТС.

Контрольні питання

1. В чому полягає методика побудови БД?

2. Яке призначення має СУБД?

3. Які типи моделей застосовуються для побудови БД?

Рекомендована література [8].

14. Структура системи збору даних і управління.

Формування системи метаданих

План лекції

1. Методика побудови структури збору і управління даними.

2. Особливості побудови системи управління банками даних.

3. Ознаки формування системи мета даних.

Характер процесу побудови структури системи збору даних і управління повністю залежить від методології формування системи оцінки технічного стану модулів і блоків електронної апаратури.

На рис.1 представлена структура збору і управління даними, яка має чотири рівня прийняття рішення.

На першому рівні приймається рішення щодо застосування визначеного алгоритму оцінки технічного стану, за результатом якої виконуються операції: контролю працездатності (КП); діагностування на рівні модулів (Д1); діагностування на рівні функціонального елементу (Д2) і, нарешті, прогнозування технічного стану об’єкту (ПР). На зазначеному рівні прийняття рішень використовується інформаційний ресурс системи метаданих. Рівень ефективності результатів прийняття рішень на першому рівні залежить від ступеню оптимізації інформаційних потоків при формуванні бази даних і бази знань. Раціональна побудова системи управління базами даних визначається коректністю поставленої задачі на етапі збору даних.

На другому рівні прийняття рішення інформаційний ресурс використовується для оптимальної побудови системи прийняття рішень щодо підвищення рівня надійності модулів і блоків ЕА і щодо формування комп’ютеризованої інформаційної системи. Зазначені задачі вирішуються на третьому рівні за допомогою методів інформатизації процесу оцінки технічного стану ЕА, а також за допомогою методів управління технічним станом модулів і блоків ЕА.

В решті, на четвертому рівні прийняття рішень здійснюється оптимізація процесу використання інформаційного ресурсу. В якості критерію оптимізації приймається економічний показник – собівартість виконання зазначеної процедури оцінки технічного стану при наявності певного обсягу інформації в системі метаданих.

В наведеній структурі (рис. 1) особливе місце займає СУБД, від раціональної побудови якої залежить рівень ефективності системи прийняття рішень.

Рис.1. Структура системи збору даних і управління даними

Сучасні СУБД оперують великими масивами інформації, обсяги яких досягають часом десятків терабайт. Виконуючи запити великої кількості користувачів (операторів), вони повинні забезпечити невеликий час відгуку (відповіді). Для досягнення необхідного рівня ефективності СУБД застосовують програмні методи прискорення вибірки даних. Основна мета застосування таких методів полягає в оптимізації складу атрибутів при виконанні реляційних операцій. У сучасних СУБД використовуються два основних методи прискореного доступу до даних: індексування і хешування.

Метод індексування базується на використанні індексів бази даних, за допомогою яких формується спеціальна структура даних, призначена для вирішення конкретної практичної задачі оцінки технічного стану ЕА. У цьому разі у БД для формування системи індексування може бути використаний будь-який атрибут (ознаки) відношення. Індекс займає менший обсяг пам’яті ніж табличні представлення, тому навіть повний перебір значень атрибутів вимагає менше часу, ніж зчитування та пошук інформації у відношеннях. Для одного відношення може бути сформовано декілька індексів. Якщо різні відношення містять однакові атрибути, то для цих відношень може бути сформований мультиіндекс, який використовується для оптимізації операції з’єднання відношень.

Другий метод прискореного доступу до даних – метод хешування. Основна ідея хешування – це організація асоціативної пам’яті у обчислювальному комплексі таким чином, щоб зберегти рядки таблиці станів з визначенням цих рядків в таблиці, використовуючи значення одного чи більше атрибутів. Місце рядка ідентифікується хеш-функцією, аргументи якої представляються значеннями атрибутів, а результат обчислення визначає діапазон рядків в таблиці, де знаходиться потрібний атрибут.

На практиці, процедура доступу до даних при застосуванні методу хешування полягає в наступному. На початку роботи з базою даних таблиця складається з порожніх рядків. Якщо рядок з даними заноситься в таблицю, обчислюється значення хеш-функції для її атрибутів, а результат розрахунків трактується як номер рядка відношення, в який вона повинна бути занесена. Якщо цей рядок вже зайнятий, то по визначеному алгоритму проводиться перевірка наступних рядків таблиці доти, поки не буде виявлено вільне місце. Якщо значення атрибуту, за якими відбувається доступ, відповідає значенню ключа рядка, пошук закінчується.

Для реалізації на практиці методів та засобів користування СУБД застосовується така мова запитів як SQL (структурна мова запитів). Запити зазначеною мовою формуються з урахуванням використання одного або декількох операторів, які розділяються символом переводу рядка крапкою з комою. В таблиці 1 наведені типи деяких операторів.

Таблиця 1

Оператор	Призначення
SELECT	Обрати дані в БД
INSERT	Додати дані в БД
UPDATE	Обновити дані в БД
DELETE	Видалити дані з БД

Враховуючи викладене, процес формування системи метаданих має специфічні властивості. Таке ствердження пов’язано з тим, що процедура оцінки технічного стану має сукупність складових: контроль працездатності, діагностування і прогнозування. Для реалізації кожного із режимів використовують різні ознаки (властивості) тих характеристик або параметрів, які застосовуються при оцінці технічного стану об’єкту контролю. Окрім зазначеного, об’єкти контролю мають власні ознаки, наприклад, блоки дискретного і блоки безперервного функціонування. Тому, для систематизації інформації в системі метаданих застосовується метод таксонової класифікації. Кожний із таксонів вбирає певну сукупність несхожих різнорідних ознак об’єкту оцінки технічного стану. Визначена сукупність таких таксонів утворює систему метаданих.

Корисно знати деякі властивості зазначеної системи метаданих:

• ознакою називають пару , де - ім’я ознаки, а - множина значень;

• у множині таксонів є найбільший таксон , який співпадає зі всією предметною областю;

• якщо таксони та належать деякій множині таксонів , то ;

• множина таксонів кінцева.

Таким чином, в процесі оцінки технічного стану блоків ЕА інформація перетворюється в інформаційний ресурс в такій послідовності: банк даних база знань система метаданих.