Технология построения экспертных систем для оперативной диагностики оборудования атомных энергоблоков

Оценка будущей эффективности программно-аппаратных комплексов позволила предсказать ускорение и масштабируемость планируемых систем, а также определить узкие места аппаратной платформы, сделать выбор оборудования до реализации, снизив тем самым риск нецелесообразных экономических затрат. Планируется разработать более подробную модель вычислительного узла, учитывающую в том числе и возможную обработку на графических процессорах, а также расширить имитационную модель новыми параллельными алгоритмическими структурами.

Литература

1. Герценбергер К.В., Чепин Е.В. Аналитическая модель оценки производительности многопроцессорной обработки

данных для набора параллельных алгоритмических структур. Бизнес-информатика // Междисциплинар. науч.-практич. журн. 2011. № 4 (18). С. 24-30.

2. Gertsenberger K.V., Chepin E.V. Using a CASE-oriented approach for parallel software development / In Proc. of the International Workshop on Computer Science and information technologies (CSIT'2008). Bashkortostan. Ufa State Aviation Technical University. 2008. Vol. 1, pp. 63-68.

3. Герценбергер К.В. Методы параллельной обработки изображений и сигналов в зависимости от локальности вычислений // Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности: сб. тр. 7-й Междунар. науч.-практич. конф. Т. 2. СПб: Изд-во Политех. ун-та, 2009. С. 49-50.

4. Gertsenberger K.V., Chepin E.V. Implementation parallel processing of digital signals on cluster system / In Proc. of the International Workshop on Computer Science and information technologies (CSIT'2007). Bashkortostan. Ufa State Aviation Technical University. 2007. Vol. 1, pp. 152-155.

УДК 007:519.816

ТЕХНОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ОПЕРАТИВНОЙ ДИАГНОСТИКИ ОБОРУДОВАНИЯ АТОМНЫХ ЭНЕРГОБЛОКОВ

А.А. Башлыков, к.т.н.

Рассматривается технология построения диагностических экспертных систем реального времени для оценки состояния сложных технологических объектов на примере энергоблока атомной электростанции. Выделяются и описываются две компоненты экспертных систем - для неоперативного и оперативного контуров диагностирования. Показываются принципы декомпозиции оборудования энергоблока. Описываются архитектура диагностической системы и пользовательские интерфейсы экспертов и операторов энергоблока.

Ключевые слова: экспертная диагностическая система, реальное время, сложная система, атомный энергоблок, диагностическая модель, база диагностических знаний, интерфейс эксперта, интерфейс оператора, интеллектуальный интерфейс.

Характерными особенностями аварий на зарубежных и отечественных АЭС являются сложность процессов их развития и непредсказуемость. Анализ тяжелых аварий на ядерных энергетических установках [1-4], происшедших главным образом из-за нечетких и ошибочных действий оперативного персонала станций, позволил сделать парадоксальный, на первый взгляд, вывод: именно человек обладает теми ресурсами, активное использование которых в будущем поможет предотвращать аварии.

Однако человеческие возможности имеют предел. Наивысшая пропускная способность ЛПР при обработке информации - 44 бит/с. В стрессовых ситуациях она может снизиться до 0,5 бит/с [2]. К тому же требование активного участия оперативного персонала в управлении переходными процессами несовместимо с традиционным проектированием операторских АЭС (избыточное количество измерительных приборов, сигнализаторов и

органов управления, расположенных на больших площадях), первоначальное предназначение которых - непосредственное управление, а не решение стратегических задач.

И все же при рассмотрении проблем управления такими сложными системами, как АЭС (когда речь идет о «размытом» управлении технологическими процессами), становится очевидным, что человек-оператор может управлять сложным процессом более эффективно, чем автоматическая система. Даже при максимальной насыщенности современной АЭС средствами автоматики оценка критических ситуаций ложится на операторов, которые анализируют обстановку и принимают решения, руководствуясь опытом и эвристической логикой. Если же оператор испытывает при этом трудности, то их можно объяснить недостаточной скоростью или несовершенным способом представления информации либо отсутствием анализа, необходимого для принятия соответствующих си-

Верификация моделей знаний

Рис. 1. Архитектура средств ДИЭКС

туации решений. Проблему помогут решить

- усовершенствование формы и содержания процедур, выполняемых оператором при нормальной эксплуатации, в аварийной ситуации и после аварии;

- обеспечение операторов соответствующим образом обработанной обобщенной и исчерпывающей информацией, например диагностической.

Разработанная технология построения диагностических экспертных систем (ДИЭКС) ориентирована на создание средств диагностической информационной поддержки человека-оператора и позволяет строить системы оперативной диагностики в составе действующих или вновь проектируемых АСУ ТП энергоблоков АЭС.

Архитектура средств технологии ДИЭКС

Технология ДИЭКС [5] базируется на понятиях общего поля данных и знаний об объекте диагностирования и инструментальных средствах неоперативного контура, предназначенных для создания и верификации БД, БЗ и операторского интерфейса, а также оперативного контура, предназначенных для решения задач интеллектуальной информационной диагностической поддержки человека-оператора в реальном времени (рис. 1).

БД подразделяются на оперативные, содержащие измеренные переменные, характеризующие текущее состояние объектов диагностики, и нормативные, включающие нормативное описание состояния технологического оборудования энер-

гоблока АЭС для различных технологических режимов.

БЗ реализуются моделью семиотического типа и подразделяются на неоперативные, содержащие текстовые описания диагностических моделей знаний для каждого диагностируемого элемента оборудования, и оперативные, в которые входят бинарные диагностические модели знаний для оперативной диагностики элементов оборудования. БЗ представляют собой иерархию моделей знаний, соответствующую иерархии оборудования в конкретном энергоблоке АЭС (рис. 2).

Диагностические экспертные модели

технологических установок

Диагностические экспертные модели технологических систем

Диагностические экспертные модели технологических подсистем

I О

Рис. 2. Иерархия диагностируемых компонент энергоблока и их экспертных моделей

Под технологическими установками в данном случае понимаются реакторная установка, турбо-установка; под технологическими системами -главный циркуляционный насос, генератор; под

подсистемами - насосно-теплообменная установка систем управления защит и т.д.

Переход от БЗ первого типа к БЗ второго реализуется в неоперативном контуре транслятором текстовых БЗ. Верификация оттранслированных моделей диагностики проводится в унифицированном решателе задач неоперативного контура. Оперативная обработка диагностических моделей производится в унифицированном решателе задач диагностики оперативного контура (рис. 3).

Особенностью диагностических моделей является то, что первым слоем обработки данных штатной системы измерений всегда является проверка правильности работы датчиков и только после нее диагностика состояния конкретного объекта.

Накопленный опыт применения ДИЭКС на Игналинской, Калининской, Нововоронежской, Билибинской АЭС и Черепетской ТЭС показал, что при диагностике состояния технологического оборудования для представления знаний достаточно использовать продукционные правила специального вида.

Например, для насосной технологической установки систем управления защит (НТУ СУЗ) реактора РБМК-1500 справедливы следующие утверждения эксперта: при снижении расхода воды (датчик ТК50F01) и ее давления (датчик ТК50Р01) при охлаждении каналов СУЗ необходимо проверить работу насосов (по амперметрам ТК21-24Х01 и давлениям на напоре ТК21-24Р01). При обнаружении отключения насосов можно установить адекватный возникшей аномальной ситуации диагноз. Фрагмент диагностических правил эксперт-

ной модели НТУ СУЗ имеет вид

А1А: TK50F01< & TK50P01<,B1A,A1B

A1B: TK21X01< & TK21P01< & TK22X01< & TK22P01<,A1 F,A1C

A1C: TK23X01< & TK23P01< & TK24X01< & TK24P01<,A1 F,A1D

AID: "обесточивание НТУ СУЗ", где А1А - метка узла; В1А, А1В - переходы на метки следующих узлов семантической сети по нулевому и единичному результатам логической операции соответственно; символ < означает выход значения параметра за нижнюю границу допустимых значений, а символ > выход за верхнюю границу допустимых значений.

Путь по семантической сети правил, ведущий к диагнозу, определяется единичными результатами, записанными в узлах логических операций: А1А-А1В-А1С-А1Д - вывод сообщения «обесточивание НТУ СУЗ».

Данные правила создаются экспертами-специалистами в области конкретных технологических компонент оборудования энергоблока, затем транслируются средствами ДИЭКС, верифицируются и из неоперативного контура передаются в базы диагностических знаний оперативного контура управления.

На рисунке 4 показан общий алгоритм функционирования ДИЭКС реального времени.

Принципы построения пользовательского интерфейса с экспертами

Основными принципами такого построения при передаче знаний от эксперта к ДИЭКС в виде диагностических моделей знаний и БД являются

- принцип одного окна при конструировании моделей знаний и данных;

- принцип все в одном инструменте - от построения моделей знаний и данных до верификации и валидации моделей знаний и данных.

Средства конструирования БЗ в первую очередь содержат средства редактирования правил БЗ: это могут быть средства редактирования как текстовой, так и графической информации. Формирование БЗ с помощью интерфейса взаимодействия с экспертами (рис. 5) существенно упрощает работу последних.

Для редактирования различных правил экспертной модели диагностики предусмотрено большое количество функций. Каждая из таких панелей имеет интерфейс для редактирования соответствующего типа правила.

Аномальная в технологической

t

Аномальная в технологической

t

Аномальная в технологической

Рис. 3. Виды задач диагностики

Рис. 4. Архитектура общего алгоритма функционирования и интеллектуального операторского интерфейса

ДИЭКС реального времени

Принципы построения пользовательского интерфейса с человеком-оператором

Основными принципами данного построения в системе ДИЭКС реального времени являются автоматизация всех видов диагностической деятельности (принцип полной автоматизации) и мини-

мизация деятельности человека-оператора (принцип прямопоказывающего прибора).

Интерфейс ДИЭКС приведен на рисунке 6. Технология ДИЭКС апробирована на энергоблоках №№ 1 и 2 Игналинской и Калининской АЭС, № 5 Нововоронежской АЭС, а также на Билибин-ской АЭС и Черепетской ГРЭС.

ДИЭКС - Конструктор диагностических баз знаний

База знаний Источник данных Модель знаний Трансляция Режим

Аналоговые переменные Дискретные переменные

Функции арифметики Текст модели Диагнозы Управляющие рекомендации

А1А: TK50F01< & TK50P01<,B1A,A1B A1B: TK21X01< & TK21P01< & TK22X01< & TK22P01<,A1F,A1C A1C: TK23X01< & TK23P01< & TK24X01< & TK24P01<,A1F,A1D A1D: "обесточивание НТУ СУЗ"

Функции математики

Функции логики

Сообщения транслятора диагностических баз знаний

Рис. 5. Пользовательский интерфейс конструктора диагностических БЗ

Динамический стек технологических систем (ТС) в нештатном состоянии

Имя ТС, дата, время Имя ТС, дата, время Имя ТС, дата, время

Имя вызванной ТС, дата, время возникновения нештатной ситуации

Описание нештатной ситуации в вызванной ТС и время возникновения нештатной ситуации Диагноз - найденная причина возникновения нештатной ситуации, возникшей в вызванной ТС

Прогноз последствий от возникшей нештатной ситуации в ТС

Рекомендуемые управляющие решения - команды управления

Рис. 6. Диагностический интерфейс оператора энергоблока

Рассмотренная в статье технология ДИЭКС позволяет строить экспертные системы диагностики основного оборудования ТЭС и АЭС, работающих в реальном времени. Технология ДИЭКС включена в технологию построения систем интеллектуальной поддержки операторов СПРИНТ [5], которые иногда называют системами верхнего блочного уровня АЭС.

Литература

1. Смутнев В.И., Ревин А.В., Ефрюшкин В.А. Оператор в системе управления АЭС и необходимость оптимизации ин-

формационного обеспечения его деятельности // Электрические станции. 1986. № 5.

2. Информационно-управляющие человеко-машинные системы: Исследование, проектирование, испытания: справочник; [под общ. ред. А.И. Губинского, В.Г. Евграфова]. М.: Машиностроение, 1993. 528 с.

3. Аварии и инциденты на атомных электростанциях: учеб. пособие для вузов. Обнинск: ОИАЭ, 1992.

4. Информация об аварии на Чернобыльской АЭС и ее последствиях, подготовленная для МАГАТЭ // Атомная энергия. 1986. Т. 61. Вып. 5. С. 301.

5. Интеллектуальные системы поддержки принятия решений в нештатных ситуациях с использованием информации о состоянии природной среды / А.А. Башлыков [и др.]. М.: Эдиториал УРСС, 2001. 303 с.

УДК 004.853

ЭЛЕКТРОННОЕ ОБУЧЕНИЕ СПЕЦИАЛИСТОВ В СИСТЕМАХ ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ

В.Н. Кустов, д.т.н. (Удостоверяющий центр Газинформсервис, г. Санкт-Петербург, Kustov-V@gaz-is.ru);

Р.Г. Гильванов, к.в.н.; И.В. Новожилова, кт.н.

Рассмотрены ключевые вопросы организации электронного обучения и использования дистанционных образовательных технологий в системе профессиональной подготовки и повышения квалификации специалистов в области комплексной и информационной безопасности.

Ключевые слова: система дистанционного обучения, программно-аппаратный комплекс, электронное обучение, дистанционные образовательные технологии.

В условиях развития современных технологий все более актуальным становится комплексное обеспечение безопасности критически важных производственных систем и объектов. В первую очередь, это относится к объектам электроэнергетики, национальной транспортной системы, топливной промышленности, являющейся базой для развития российской экономики. Эффективное решение проблем комплексного обеспечения

безопасности производственных систем и объектов требует профессионального кадрового обеспечения, то есть регулярной подготовки, переподготовки и повышения квалификации необходимого числа специалистов самых различных уровней и профилей, обладающих соответствующим объемом актуальных знаний. Повышение квалификации и развитие персонала предприятия или организации должны вестись по нескольким направ-