Формирование базы знаний при разработке экспертной системы технического обслуживания систем самолета

УДК 004.891.3

ФОРМИРОВАНИЕ БАЗЫ ЗНАНИЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ СИСТЕМ САМОЛЕТА

© 2014 О.В. Перфильев, А.В. Молозин

Ульяновский филиал конструкторского бюро ОАО «Туполев»

Поступила в редакцию 28.10.2014

В статье описана интеграция базы знаний «Экспертная Система» со «справочником отказов» в единое информационное пространство через взаимодействие с модулем интеграции. Рассмотрен пример логической функции с расчетом отказобезопасности системы.

Ключевые слова: экспертная система, искусственный интеллект, самолет, база знаний

На сегодняшний день существует большое количество экспертных систем (ЭС), с помощью которых решается широкий круг задач в узкоспециализированных предметных областях. Как правило, эти области располагают достаточно четкими стратегиями принятия решений. ЭС может быть применена: в авиакомпаниях (АК) для повышения эффективности эксплуатации самолётного парка; на самолётостроительном предприятии - для сокращения цикла отработки самолёта на этапе приёмо-сдаточных испытаний; на предприятии разработчика самолёта - для повышения оперативности, качества технической поддержки АК.

Цель работы: создать систему с заполненным в базе знаний (БЗ) списком неисправностей элементов системы на основе данных из различных источников.

Задачи: увязать в единое целое между собой справочник с таблицей отказов, систему управления проектом (PDM-систему) и ЭС; провести расчет отказобезопасности систем летательного аппарата (ЛА); аккумулировать знания экспертов; повысить эффективность решения задач технического диагностирования; сократить затраты времени на поиск неисправностей в системах самолета.

Рассмотрим структуру ЭС более подробно. ЭС состоит из основных блоков (рис. 1):

- блок 1 - источники исходных данных (нормативно-техническая документация, данные ОАО «Туполев» по безотказности взаимосвязанных с про-тивообледенительной системой воздухозаборника (ПОС ВЗ) двигателей изделий [1, 2]);

- блок 2 - ЭС (заполнение и обработка поступившей информации с использованием диалогового режима (через интерфейс «когнитолога»), логический вывод, вывод и принятие решений (через графический интерфейс «оператора»), редактирование содержимого БЗ с использованием диалога

Перфильев Олег Владимирович, кандидат технических наук. E -mail: oleg_perfiliev@mail.ru Молозин Александр Вениаминович, начальник бригады. E-mail: molozin@mail.ru

(через интерфейс «когнитолога»), тестирование системы (через интерфейс «когнитолога»); - блок 3 - прогнозирование, «справочник отказов элементов по функциям» (по предполагаемым неисправностям, значениям интенсивности отказа и расчётом вероятности отказа элементов системы).

Данная структура позволит не только повысить гибкость, но и нарастить со временем возможности всей системы. БЗ представляет собой ядро ЭС. Она предназначена для хранения долгосрочных данных, описывающих конкретную предметную область. В БЗ специалистами экспертами внесена информация в виде формализованных данных, таблиц. Формализация знаний состоит в представлении полученных знаний в единой модели на едином языке моделирования, который обеспечит их эффективную дальнейшую обработку. В процессе работы ЭС происходит постоянное изменение БЗ, накопление знаний в базе посредством выявления новых неформализованных зависимостей, расширения таблиц.

При разработке электрических схем конструкторы в своей работе используют и сохраняют данные в программе RSD (программе для отрисов-ки электрических схем). После отрисовки электрической схемы выполняется автоматическая проверка правильности заполнения параметров на схеме, путем сравнения с БД PDM, затем схемы выгружаются на сервер для хранения. ЭС может работать как автономный самостоятельный модуль (что в современных условиях достаточно неэффективно), так и в составе единой БД PDM-системы с подключением к ней дополнительного программного модуля интеграции (далее МИ). Являясь промежуточным звеном между БЗ ЭС и «справочником отказов по функциям», МИ необходим для передачи данных из справочников в автоматическом режиме значений интенсивностей отказов (со значением А<10"6) в БЗ и расчета отказобезопасности системы. В справочнике содержится список элементов системы, реализующих определенную функцию системы самолета Y=F(Л.) (таких функций в системах очень много).

Известия Самарского научного центра Российской академии наук, том 16, №6(2), 2014

Рис. 1. Структура экспертной системы

При расчете отказобезопасности систем самолета, а также при поиске и устранении неисправностей ЭС использует заранее заполненную экспертами БЗ и «справочник отказов элементов по функциям», дополняющих друг друга. С помощью дополнительно задаваемых в диалоговом режиме вопросов пользователю система выдает контрольные точки для прозвонки и определяет локализацию неисправного элемента в электросхеме. При необходимости система может объяснить, каким образом был получен тот или иной результат даже при неполных данных. Используя диалоговый режим, ЭС будет взаимодействовать с пользователями через «интерфейс оператора» при решении задач и со специалистами в процессе приобретения и редактирования знаний через «интерфейс когнито-лога».

Таблицы, содержащиеся в базе знаний ЭС:

- таблица с данными по показателям безотказности систем и элементов;

- таблица с данными по видам отказов агрегатов, узлов, систем и электрических цепей подключения, приводящих к функциональным отказам системы.

В табл. 1 представлены итоговые данные из справочников по видам отказов агрегатов, узлов, систем и электрических цепей подключения, приводящих к отказам на примере ПОС ВЗ.

В качестве примера предположим, что в ходе технического обслуживания (ТО) выяснилось, что в ПОС ВЗ произошел обрыв цепи (канал 1 (2,3)) (см. табл.1). На основе введенных данных ЭС приближенно определяет область проблемы и предлагает проверить все ли провода и электросоединители работают в исправном режиме. После проверки, в случае обрыва цепи (канал 1 (2,3)) в системе цепь питания переключателя включения ПОС ВЗ двигателя 1(2), ЭС предлагает проверить: провода длиной 1<20 м и (или) электросоединители. В случае отрицательного результата, система предлагает два возможных вывода: обрыв или нарушение

контактирования с автоматическим расчетом интенсивность отказа (отказобезопасности) всей системы. На основе данных по интенсивности отказа блок «прогнозирования» ЭС определяет значения надежности системы (ПОС ВЗ) с учетом всего комплекса взаимосвязанных элементов и систем самолета.

Выводы: практическое применение и интеграция ЭС с единой базой данных позволит:

• повысить качество БЗ и значительно сократить время на ее заполнение;

• повысить квалификацию работников предприятия (обучение за счет системы), постоянно изменять и наращивать созданную БЗ за счет привлечения дополнительных экспертов, расширения круга решаемых задач и поддержания системы в актуальном состоянии;

• выводить рекомендации даже при неполной информации с указанием степени уверенности эксперта;

• осуществить поддержку пользователей непосредственно при решении необходимых им задач;

• рассчитать отказобезопасность системы самолета в целом;

• реализовать стандартные решения, регламентируемые нормативными документами, и нестандартные, генерируемые экспертами на основе их опыта.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. ОСТ 1 00132-97. Надежность изделий авиационной техники. Методы количественного анализа безотказности функциональных систем при проектировании самолетов и вертолетов.

2. Руководство по технической эксплуатации двигателя ПС-90А2 93-00-800 РЭ.

Таблица 1. Данные по видам отказов агрегатов, узлов, систем и электрических цепей подключения, приводящих к функциональным отказам ПОС ВЗ

Наимено- Вид отказа системы, подсистемы Перечень Кол-во Вид отказа Интенсивность отказа

вание системы, подсисте- формулиров- обо-значение элементов, агрегатов, элемен- элемента, агрегата, Значение 1- -10 -6 суммарное зна-чение

мы ка узлов тов узла 1/ч по группе Хг10 -6, 1/ч

1 2 3 4 5 6 7 8

цепь питания переключателя включения обрыв цепи (канал 1 (2,3)) Ai,i провода длиной 1<20 м 2 обрыв 2 • 0,010 3 • 0,020 0,080

ПОС ВЗ двига- электросо- 3 нарушение

теля 1(2) единители контактирования

цепь сигнала невыдача AI,2 переключа- 1 невыдача 2,318 2,318

положения переключате- тель 44М30 сигнала

переключателя включения ПОС ВЗ двигателя 1

цепь сигнала Выдача пе- AI,3 переключа- 1 выдача 2,318 2,318

положения реключате- тель 44М30 ложного

переключателя включения лем ложного сигнала MAN сигнала MAN (AU-

ПОС ВЗ двигателя 1

непереклю- Al,4 переключа- 1 механичес- 0,464 0,464

чение режима тель 44М30 кое повреждение переключателя

обрыв цепи сигнала MAN AI,5 провода длиной 1<20 2 обрыв 2 • 0,010 0,080

(AUTO, OFF) (канал 1 (2,3)) электросоединители 3 нарушение контактирования 3 • 0,020

выдача лож- Ai,6 электросо- 3 межэлект- 3 • 0,001 0,003

ного сигнала в цепи MAN (AUTO, OFF) (канал 1 (2,3)) единители родныи пробой

FORMATION THE KNOWLEDGE BASE AT DEVELOPING EXPERT SYSTEM OF AIRCRAFT SYSTEMS MAINTENANCE

© 2014 O.V. Perfilyev, A.V. Molozin Ulyanovsk Branch of Design Bureau of JSC "Tupolev"

In article integration of the knowledge base "Expert System" into "reference book of refusals" in a common information space through interaction with integration module is described. An example of logical function with calculation of fail-safe system is reviewed.

Key words: expert system, artificial intelligence, aircraft, knowledge base

Oleg Perfilyev, Candidate of Technical Sciences. E -mail: oleg_perfiliev@mail.ru Alexander Molozin, Chief of the Brigade. E-mail: molozin@mail.ru