Автоматизация экспертных систем

Содержание

 

 

Задание 1.

Дайте определение и  разработайте следующие модели представления  знаний предметной области «Техническая диагностика отказов объектов автоматизации»:

а) информационную структуру  фрейма-прототипа отказов трансформаторов;

Фрейм – это минимальное  смысловое описание в словесной  структурно – классифицированной форме  знаний о некотором стереотипном понятии, операции, явления или событий предметной области.

Фреймы состоят из блоков вопросов и блока возможных  ответов на поставленный вопрос. Фреймы относятся к предметным декларативным  знаниям.

 

Рис. 1. Информационная структура фрейма-прототипа отказов источников вторичного питания.

б) фрагмент продукционных  правил дерева отказов для реле и  контакторов.

Продукционные правила  – это законченный фрагмент знаний о предметной области.

Продукционные правила  состоят из двух частей – левой и правой. Левая часть продукции описывает условие, которое может быть логической комбинацией фактов или признаков. Правая часть описывает действие или заключение, которое необходимо сделать при истинности левой части.

Рис. 2. Дерево отказов для контакторов и реле.

 

Для дерева отказов реле и контакторов (см. рис. 2) составим цепочку продукционных правил в следующей форме:

Задание 2.

 

Определите критический  путь на дереве отказов и рассчитайте  вероятность безотказной работы (вероятность появления отказов) для всей системы управления электроприводом. При расчете вероятности безотказной работы элементов принять экспоненциальный закон распределения времени безотказной работы. Исходные данные для расчета:

 

Таблица 1. Интенсивность первичных отказов элементов

Наименование отказа	Интенсивность первичных  отказов элементов, 1/час
Межвитковое замыкание обмоток  электродвигателя	90∙10-7
Заклинивание подшипников электродвигателя	21,7∙10-7
Износ скользящих поверхностей электродвигателя	4,3∙10-7
Загрязнение скользящих поверхностей	4,7∙10-7
Разрегулировка контактов контактора	4,75∙10-7
Образование на поверхности контактов  контакторов непроводящих пленок	2,75∙10-7
Сваривание и залипание контактов	1,2∙10-7
Ложные замыкания и размыкания контактов	1,3∙10-7
Обрыв обмотки контактора	6,5∙10-7
Короткое замыкание обмотки  контактора	6,7∙10-7
Пробой на корпус обмотки контактора	7,0∙10-7
Заедание и поломки в механической системе контактора	0,6∙10-7
Образование на поверхности контактов  выключателей и кнопок непроводящих пленок	1,75∙10-7
Пробой изоляции между контактами выключателей	1,6∙10-7
Заедания и поломки механической части	0.5∙10-7

 

Время работы системы t = 5000 ч.

 

Для количественной оценки характеристик надежности объектов автоматизации с использованием дерева отказов сначала необходимо рассчитать вероятность (интенсивность) возникновения первичных отказов. Этот расчет проводят на основе результатов обработки статической информации об отказах элементов системы и расчета эксплуатационных характеристик надежности элементов с учетом причин возникновения отказов.

 

 

Рис. 3 Дерево отказов  системы управления электроприводом

 

 

Дальнейший расчет характеристик  надежностью с помощью дерева отказов состоит в расчете  вероятности (интенсивности) возникновения вторичных отказов, т.е. в количественном определении всех отказов вплоть до главного – отказа всей системы и определении минимальных разрывающих путей дерева отказов, т.е. критических путей распространения отказов. Минимальный разрывающий путь, или критический путь, определяется как наименьшая последовательность вершин дерева отказов, отображающих те элементы, одновременный отказ которых приводит к отказу всей системы.

Минимальный разрывающий  путь дерева отказов – это путь, по которому происходит распространение отказа системы. Элементами этого пути являются, следовательно, первичные отказы, в результате которых происходит возникновение главного отказа системы.

Для определения критического пути дерева отказов системы управления электроприводом (см. рис. 3) необходимо сделать следующие шаги:

1. Рассчитаем вероятность  безотказной работы элементов  системы в отношении возникновения  первичных отказов, используя  данные из табл. 1.

Вероятность безотказной  работы элемента Р_пер.j в отношении j- го первичного отказа подчиняется экспоненциальному закону распределения:

 

Таблица 2. Вероятность безотказной работы элемента в отношении возникновения первичного отказ.

Наименование отказа	Вероятность безотказной  работы элемента в отношении возникновения первичного отказа
Межвитковое замыкание обмоток  электродвигателя (Р1)	0,955997
Износ скользящих поверхностей электродвигателя (Р2)	0,989209
Загрязнение скользящих поверхностей (Р3)	0,997852
Заклинивание подшипников электродвигателя (Р4)	0,997653
Разрегулировка контактов контактора (Р5)	0,997628
Образование на поверхности контактов  контакторов непроводящих пленок (Р6)	0,998626
Сваривание и залипание контактов (Р7)	0,999400
Ложные замыкания и размыкания контактов (Р8)	0,999350
Обрыв обмотки контактора (Р9)	0,996755
Короткое замыкание обмотки  контактора (Р10)	0,996656
Пробой на корпус обмотки контактора (Р11)	0,996506
Заедание и поломки в механической системе контактора (Р12)	0,999700
Образование на поверхности контактов  выключателей и кнопок непроводящих пленок (Р13)	0,999125
Заедания и поломки механической части (Р14)	0,999200
Пробой изоляции между контактами выключателей (Р15)	0,999750

 

 

2. Рассчитаем вероятность безотказной  работы элементов системы в  отношении возникновения вторичных отказов на каждом уровне дерева отказов.

Так как данное дерево отказов содержит только переключатели типа «ИЛИ», то вероятность безотказной работы i-го элемента P_эл.i в отношении возникновения вторичных отказов рассчитывается следующим образом:

 

,

 

где nj – число вершин дерева отказа, соединенных переключателем «ИЛИ».

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3. Вероятность безотказной работы элемента в отношении возникновения первичного отказа на каждом уровне дерева

Уровни отказов	Вероятность безотказной  работы элемента в отношении возникновения первичного отказа на каждом уровне дерева
Повреждение скользящих поверхностей (Рэл1)	0,999995
Отказы контактной системы (Рэл2)	1,000000
Отказы обмотки (Рэл3)	1,000000
Отказы электродвигателя (Рэл4)	0,999525
Отказы контакторов и реле (Рэл5)	0,999700
Отказы контакторов и кнопок (Рэл6)	1,000000
Отказы системы управления (Ррезул)	0,999215

 

3. Рассчитаем вероятность  безотказной работы k-го пути Р_пут.k на дереве отказа:

,

где P_ki – вероятность безотказной работы i-го элемента на k-ом пути; N_n – число путей на дереве отказов системы.

 

Таблица 4. Вероятность безотказной работы пути на дереве отказов

Наименование отказа, начало пути	Вероятность безотказной  работы пути на дереве отказов
Межвитковое замыкание обмоток электродвигателя (Р1)	0,954789
Износ скользящих поверхностей электродвигателя (Р2)	0,996586
Загрязнение скользящих поверхностей (Р3)	0,996386
Заклинивание подшипников электродвигателя (Р4)	0,987958
Разрегулировка контактов контактора (Р5)	0,996546
Образование на поверхности контактов  контакторов непроводящих пленок (Р6)	0,997543
Сваривание и залипание контактов (Р7)	0,998316
Ложные замыкания и размыкания контактов (Р8)	0,998266
Обрыв обмотки контактора (Р9)	0,995674
Короткое замыкание обмотки контактора (Р10)	0,995575
Пробой на корпус обмотки контактора (Р11)	0,995425
Заедание и поломки в механической системе контактора (Р12)	0,998616
Образование на поверхности контактов  выключателей и кнопок непроводящих пленок (Р13)	0,998341
Заедания и поломки механической части (Р14)	0,998416
Пробой изоляции между контактами выключателей (Р15)	0,998965

 

4. Критический путь, соответствующий  минимальному значению вероятности  безотказной работы или максимальному  значению вероятности появления отказов, включает следующие вершины дерева отказов см. рис.4:

 

– первичный отказ  «Межвитковые замыкание обмоток» Р_пут.1 =0.954789;

– вторичный отказ  «Отказы электродвигателя»;

– результирующий отказ  «Отказы системы управления».

 

 

 

 

Рис. 4 Дерево отказов системы управления электроприводом, критический путь выделен красным цветом

 

5. Для каждого пути  дерева отказов рассчитаем вероятность  появления отказа Q_пут.k:

 

 

 

Таблица 4. Вероятность появления отказа пути на дереве отказов

Наименование отказа, начало пути	Вероятность появления  отказа пути на дереве отказов
Межвитковое замыкание обмоток  электродвигателя	0,045211203
Заклинивание подшипников электродвигателя	0,003414317
Износ скользящих поверхностей электродвигателя	0,003613615
Загрязнение скользящих поверхностей	0,012042026
Разрегулировка контактов контактора	0,003454176
Образование на поверхности контактов  контакторов непроводящих пленок	0,002457132
Сваривание и залипание контактов	0,001683737
Ложные замыкания и размыкания контактов	0,001733651
Обрыв обмотки контактора	0,00432581
Короткое замыкание обмотки  контактора	0,004425373
Пробой на корпус обмотки контактора	0,004574698
Заедание и поломки в механической системе контактора	0,001384197
Образование на поверхности контактов выключателей и кнопок непроводящих пленок	0,001658741
Пробой изоляции между контактами выключателей	0,001583862
Заедания и поломки механической части	0,001034582

 

6. Рассчитаем вероятность  безотказной работы Р_сист (вероятность появления отказов Q_сист) для всей системы (всего дерева отказов):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 3.

 

Выберите оптимальный  с точки зрения стоимости вариант  средств измерения технологических  параметров.

Стоимостная (в условных единицах) матрица возможных вариантов средств измерения представлена в табл. К3.

При решении используйте  три стратегии ветвления на дереве решений (ДВР): лучевую, волновую, луче – волновую. Сравните количество вершин ДВР, раскрываемых при использовании  каждой стратегии ветвления.

                 Таблица К3

Стоимость термопреобразователя сопротивления платинового (ТСП)   560				Стоимость термопреобразователя сопротивления медного (ТСМ)   672
Стоимость манометра МПЭ – МИ     1120		Стоимость измерительных преобразователей ИПД   1344		Стоимость манометра  МПЭ – МИ     1120		Стоимость измерительных преобразователей ИПД   1344
Стоим-ть  расходо-мера ДМЭР-М     896	Стоим-ть расходо-мера ДСЭР-М     1008	Стоим-ть преобра-зователя ДМЭ-М     840	Стоим-ть преобра-зователя ДСЭ-М     896	Стоим-ть перепа-домера ДМЭ-МИ     1120	Стоим-ть перепа-домера ДСЭ-МИ       1232	Стоим-ть дифма-нометра ДМ 1     1344	Стоим-ть дифма-нометра ДМ 2       1456

 

 

Для решения задачи необходимо построить дерево вариантов решений (ДВР) и осуществить на нем поиск оптимального с точки зрения некоторого критерия эффективности решения.