30. Диагностические модели. Общее представление.

Создание систем диагностирования предполагает решение таких вопросов, как исследование их свойств и характеристик, исследование объектов диагностирования, выбор методов и разработка алгоритмов диагностирования.

Под моделированием объекта диагностирования будем понимать построение (или выбор) и анализ диагностической модели с целью получения информации, необходимой для определения конечного множества возможных технических состояний этого объекта.

Моделирование объектов диагностирования, таким образом, может быть полным и неполным. Поскольку математические модели объектов являются основой формальных методов разработки программ диагностирования, неполнота моделирования приводит к неполноте проверки и поиска дефектов в реальных объектах.

Методы основанные на исследовании аналитических описаний или графо-аналитических представлений основных свойств технических объектов как объектов диагностирования, могут быть названы их диагностическими моделями. В качестве диагностических моделей могут рассматриваться дифференциальные уравнения, логические соотношения, диаграммы прохождения сигналов и др.

Явная модель объекта диагностирования включает в себя совокупность формальных описаний всех необходимых технических состояний.

Неявная модель объекта технического диагностирования содержит формальное описание одного технического состояния и правила получения всех других технических состояний на основе заданного. Чаще всего исправное состояние объекта является заданной моделью, по которой получают все остальные модели технического состояния объекта.

Исследование диагностической модели предусматривает [14]:

1) формулировку условий работоспособности, т.е. условий разделения множества N на два подмножества: работоспособных N₁ и неработоспособных N₂ состояний;

2) получение критерия для оценки степени работоспособности объекта диагностики (различение состояний в подмножестве N₁);

3) установление признаков возникших неисправностей (различение состояний в подмножестве N₂).

В большинстве случаев анализ моделей объектов диагностирования выполняется задолго до практического диагностирования реальных объектов, т.е. в опережающем по времени режиме.

По способу воспроизведения диагностические модели можно разделить на предметные (материальные) и мысленные (идеальные) (рис. 1. 7). Под предметной моделью понимается материальный объект, подобный объекту диагностирования и способный замещать его при исследовании. Мысленная диагностическая модель фиксируется на том или ином языке (естественном, математическом, логическом, языке схем, чертежей и т.д.).

Классификация диагностических моделей

Класс ДМ	Вид Дм	Методы анализа ДМ	Задачи диагностирования	Класс ОД	Вид ОД
Алгебраические уравнения	Линейные Нелинейные	Планирование эксперимента, многокомпонентный анализ, теория автоматического управления	Проверка работоспособности (ПР), прогноз состояния (ПС), поиск дефектов (ПД)	Непрерывные Дискретные	Механиеческие ОД; электрические и электронные цепи
Дифференциальные уравнения
Графы	Топологические (сложный граф)	Теория графов, матричные представления, математическая логика	ПР, ПД	Дискретные Непрерывные	Электро- и гидромеханические ОД с неблочной структурой
	Граф причинно-следственных связей
Функциональные	Логические				Системы, имеющие блочную структуру
	Алгоритмические
Сети	Структурные			Дискретные	Незамкнутые системы управления дискретного типа
	Функциональные
Модели характеристик	Статистические	Теория автоматического управления, теория информации	ПР, ПД	Непрерывные	Системы, имеющие функциональное и структурное описание и модульную конструкцию
	Динамические
Информационные	Информационные потоки		ПР, ПД, ПС	Дискретные Непрерывные
	Информационные оценки

Предметные модели включают в себя пространственно-временные, физические и предметно-математические модели, а мысленные разделяются на инженерно-логические (наглядно-образные) и логико-математические (знаковые).

Пространственно-временные модели отражают пространственно-временные отношения между отдельными частями объекта диагностирования.

Физические модели имеют ту же физическую природу, что и объекты диагностирования, отличаясь от них в общем случае лишь численными значениями параметров, входящих в критерии подобия.

Предметно-математические модели создаются из элементов иной физической природы, чем объект диагностирования. Необходимая адекватность модели и объекта диагностирования обеспечивается тем, что они описываются одной и той же системой математических зависимостей.

Известны два основных вида предметно-математических моделей: модели прямой и непрямой аналогии. Модели прямой аналогии основываются на непосредственной связи между параметрами физически различных объекта и модели. Такими моделями для объектов диагностирования непрерывного действия (непрерывных объектов) обычно являются различные физические цепи (электрические, механические и т.д.), а для объектов диагностирования дискретного действия (дискретных объектов) – логические устройства – конечные автоматы. Различают два основных класса конечных автоматов: без памяти (комбинационные, или однотактные) и с памятью (последовательностные, или многотактные).

Диагностическими моделями непрямой аналогии служат вычислительные машины различных типов: аналоговые для непрерывных объектов и цифровые для дискретных. В ряде случаев логические устройства и цифровые вычислительные машины используются в качестве предметно-математических моделей непрерывных объектов при соответствующей дискретизации непрерывных величин.