Применение статистических методов распознования принятия решений при диагностике оборудования машиностроительного предприятия

ВВЕДЕНИЕ

Основная задача технической диагностики – на основе анализа диагностических данных определить состояние функционирующего технического объекта. Определение состояния объекта проводится, как правило, в условиях ограниченной информации, поэтому не исключен риск ошибки при постановке диагноза. Ошибочные решения влекут за собой неминуемые потери. Они могут быть существенными и даже катастрофическими, если послужили причиной тяжелых техногенных аварий. В таких условиях специалистам, делающим заключение о техническом состоянии контролируемого объекта, необходимо иметь четкие алгоритмы и правила принятия решения. В них должны быть учтены как неизбежность ошибочных решений, так и тяжесть их последствий. С другой стороны, с помощью этих правил можно оценить эффективность используемых методов и средств диагностики. Если результаты анализа покажут неприемлемую долю ошибочных решений или связанные с ними большие потери, то это послужит основанием для разработки новых или совершенствования существующих методов диагностического обслуживания.

Для постановки диагнозов с учетом перечисленных факторов применяются методы распознавания и статистические методы принятия решений. Они были разработаны в области технической кибернетики, теории информации, теории связи и радиолокации и в дальнейшем нашли применение в технической диагностике. Методы распознавания и статистические методы принятия решений относятся к так называемым параметрическим методам постановки диагнозов. Чтобы воспользоваться ими, необходимо знать плотности вероятности диагностических параметров, если они являются непрерывными случайными величинами, или вероятности наличия признаков для различных состояний диагностируемого объекта.

Следует отметить, что основы применения методов распознавания и статистических методов принятия решений в технической диагностике изложены И.А. Биргером в монографиb. Более полное описание этих методов можно найти в специальных работах. К сожалению, все эти книги стали библиографической редкостью и фактически недоступны для широкого круга учащихся и специалистов, занимающихся практическими вопросами диагностического обслуживания технических систем. Это побудило авторов выпустить настоящее пособие, сделав упор на практическое применение указанных методов, снабдив материал примерами и подробным решением задач из области диагностики ядерных энергетических установок.

СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РАСПОЗНАВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Понятие диагностических параметров и признаков

Диагностические параметры – это параметры сигналов, регистрируемых контрольно – измерительной аппаратурой, или измеряемые физические характеристики процессов, протекающих в диагностируемом объекте, они зависят от того, в каком из возможных состояний находится объект, и меняющие свое значения при переходе его из одного состояния в другое. В качестве примеров можно назвать температуру теплоносителя, зависящую от энерговыделения и условий теплосъёма с твэлов в активной зоне энергетического ядерного реактора, параметры спектральной плотности акустических шумов, сопровождающих работу насоса, меняющихся при отклонениях от нормального режима работы, концентрацию металлических частиц в масле, связанную с величиной износа двигателя внутреннего сгорания, и т.д. Если в процессе диагностики регистрируется набор диагностических параметров {x_l,x₂,...,x_n}, то говорят о диагностическом пространстве, координатами которого являются эти параметры, а состояние объекта характеризуется вектором параметров х = (x_l,x₂,...,x_n).

Пусть установлено, что при переходе объекта из одного состояния в другое с большой вероятностью наблюдаются некоторые явления или выполняются определенные условия. Например, происходит смена режимов течения жидкости от ламинарного к турбулентному, вскипание теплоносителя или диагностический параметр, х_i принимает какое – то значение из диапазона х_i0<х_i< х_i1. В этом случае говорят о наличии простого диагностического признака k_i, представляющего некоторое утверждение относительно наблюдаемых явлений или формулировку условия. Появление признаков указывает на изменение состояния диагностируемого объекта, поэтому они могут быть использованы для постановки диагноза. Если признак k_j наблюдается при диагностике, ему можно формально приписать некоторое значение, например k_j1 =1, а если отсутствует – k_j2=0. Отсутствие признака k_j иногда в литературе обозначают как k_j. Признак, который может принимать два значения или, как говорят, находится в двух состояниях, например, наблюдаться или не наблюдаться в процессе диагностики, называют двухразрядным. Если признак может находится в трех состояниях, его называют трехразрядным и т. д. Например, температура теплоносителя на выходе активной зоны реактора Т может быть пониженная Т<Т₁, допустимая T₁<T<T₂ и повышенная Т>Т₂. В этом случае можно ввести признак k_j, который находится в одном из трех состояний: k_jl, k_j2 и k_j3, в зависимости от того, в какой интервал попадает температура теплоносителя. Каждому состоянию признака можно формально приписать некоторое значение, например:

k_j1 =-1, k_j2=0 и k_j3=1.

Если для диагностируемого объекта удается установить набор признаков {k₁, k₂, ..., k_m}, то говорят, что объектхарактеризуется сложным или комплексным признаком k = (k₁, k₂,..., k_m). В этом случае можно говорить о пространстве диагностических признаков. Таким образом, если, например, при диагностике объекта из набора двухразрядных признаков {k₁, k₂, ..., k_m} обнаружены все признаки кроме первого, то комплексный признак можно записать в виде k = (k₁, k₂,..., k_m) или k = (0, 1,...,1).