Геловани В.А. и др. Интеллектуальные системы поддержки принятия решений в нештатных ситуациях

Подождите немного. Документ загружается.

6 2. Разработка спринт-технологии построения

СППР

РВ 211

• Математические функции: «sin», «cos», «tg», «ctg», «arcsin», «arccos»,

«arctg», «arcctg», «exp», «log», «In», «sh», «ch» и т. п.

Данный математический аппарат позволяет производить достаточно

сложные операции над величинами значений датчиков, а также внутрен-

них переменных.

«ДействиеХ» — действие, выполняемое механизмом вывода, если

не выполнено «Условие», т. е. «Условие» =ЛОЖЬ.

«Действие!» — действие, выполняемое механизмом вывода, если

выполнено «Условие», т. е. «Условие» =ИСТИНЛ.

6.2.2.2. Описание языка построения диагностических моделей базы

знаний реального времени

Язык представления знаний в СПРИНТ на следующих элементах:

Константы: Все константы в языке имеют один тип — вещественные

(тип float). Количество значащих цифр — до 16. Возможные форматы

записи: 1, 2.0, 0.00637, -3452008.89, 0.31415926е1, 1Е-1.

Переменные: Переменные в языке могут быть двух типов: промежу-

точные (вычисленные внутри алгоритма диагностики) и измеренные (по-

лученные из Базы Данных). Каждая переменная имеет идентификатор —

это набор символов от 1 до 32, кроме спецсимволов. Идентификатор

не может совпадать с именем стандартной функции или именем друго-

го идентификатора. Идентификатор представляет собой технологический

шифр параметра.

Математические функции: (Формат: Ключевое слово (Выражение))

Ю1Ючевое слово — это название математической функции. В системе

определены. ASIN, ACOS, ATAN, SIN, COS, TAN, EXP, LN, LOG, SQRT,

FABS,

SH, CH, ASH, ACH.

Операции:

• Математические операции:

+ плюс;

—

минус;

* умножить;

/ разделить;

\ разделить нацело;

% остаток

от

деления;

" возведение в степень.

• Логические операции:

& логическое «И»;

I логическое «ИЛИ»;

~ сложение по модулю 2;

! логическое «НЕ».

212 Глава 6.

Технология разработки диагностических систем

• Операции сравнения:

= равно;

! = не равно;

>= больше или равно;

<= меньше или равно;

> больше;

< меньше

Приоритет операций:

• высший;

• О обработка выражений в круглых скобках;

• FUNCTION вычисление математических функций;

• унарные операции (+,—,!);

• (") возведение в степень;

• (*, /, \, %) вычисление произведения или частного;

• (+,

—)

сложение или вычитание двух термов;

• (>, <, >=, <=, —,! =) операции сравнения;

• (&, |,~) логические операции;

• низший.

Пример: ТНЮ < TH11&S021 > S020 - (ТН10 <' TH11)&^(S021 >^

S020)

Операторы:

•

Оператор

присваивания.

Формат: МО УАК=выражение

Выражение состоит из переменных, констант, математических функ-

ций, соединенных знаками математических и логических операций и опе-

раций сравнения. Порядок вычислений может быть изменен с помощью

скобок.

выражении может быть использована любая переменная из базы

данных.

Пример: lalF10 = TK10-(-THl

1-0.125

•

Уоговный

оператор.

Формат: МО выражение,[M1][,[M2]J

6.2. Разработка спринт-технологии построения

СППР

РВ 213

Здесь Ml и М2 — метки перехода. В зависимости от значения выра-

жения-

(FALSE) или (не 0) (TRUE) осуществляется переход по метке М1

или М2. Если метка, по которой осуществляется переход, отсутствует, то

подсистема заканчивает вычисления.

Пример: alaTKlO > 1&ТК10 < 10 | TS23S03 > 1, с1а, clb

• Процедура.

Формат оператора входа в процедуру:

MMl(fVARl,. .,VARnl;fM2, ...,Мк])

Формат оператора определения процедуры:

Ml опрпроц

([VAR1,...,

VARn]; [М2,..., Мк])

Формат оператора выхода из процедуры:

М выхлроц [,Мк]

Формат оператора конца процедуры:

М конпроц

Ml — метки входа в процедуру;

М2 ... Мк — метки выхода;

VAR1 ... VARn - параметры процедуры.

• Оператор вывода сообщений.

Формат- М С0[, С1] ... [,

Cnjf,

Ml]

СО ... Cn — выдаваемые сообщения.

Каждое сообщение имеет следующий формат:

**[МММ],

fNNN] текст сообщения

МММ — номер сообщения;

NNN — номер рекомендации.

• Оператор анализа выданных сообщений.

Формат: М ?ЛогическоеВыражение(СО,... Сп)[, М1][, М2]),

где СО ... Сп — номера сообщений.

Оператор работает следующим образом. Если к моменту выполнения

этой операции сообщение было вьщано, то переменная принимает зна-

чение истина (1), иначе ложь (0). С этими переменными выполняются

логические операции и осуществляется переход по одной из меток.

Пример: 1а1?(1&2) | (3&4), 1а2, 1аЗ

• Оператор комментария.

Формат: // Комментарий

6.2.2.3.

Метод построения экспертной модели знаний реального

времени в СПРИНТ-технологии

Все вышеизложенное было учтено в СПРИНТ-технологии. Рассмо-

трим пример построения в системе СПРИНТ экспертной диагностиче-

ской модели знаний реального времени о состоянии вспомогательной

технологической системы насосно-теплообменной установки системы

управления защит (НТУ СУЗ). Упрощенная схема НТУ СУЗ приведена

на рис. 6.7.

Насосы ТК21-24Д01 через фильтры №01 подают воду в расходный

бак (РБ) ТК40. Расход воды в каждой «нитке» измеряется датчиками

214 Глава 6.

Технология

разработки диагностических систем

Схема насосно-тегшообменной установки

Mot poi

ТК4В

LOl

•-0

Каналы

установки

Д01

TK2i I хт

X7t

•CD-

Д01

POI

J_'"'J_

FOl

Ч5>^<ь-сИ

Рис.

6.7.

Схема насосно-теплообменной установки

TK21-24F01,

давление на напоре насосов — датчиками ТК11-24Р01,

потребляемый ток — ТК21-24X01, общий расход — TK30F01, уровень

воды в баке — TK40L01.

Из РБ вода самотеком через фильтр поступает на охлаждение каналов

установки.

теплообменниках

TK21—14W01

вода охлаждается и сливается

в нижний бак (НБ) ТК20, откуда поступает на всасывание насосов

ТК21-24Д01.

Расход на охлаждение каналов измеряется датчиком ТК50 F01, да-

вление — ТК50Р01, уровень в НБ — TK20L01. Особенностью НТУ

СУЗ (как и других вспомогательных технологических систем) является

такое состояние нормального режима эксплуатацрги оборудования тех-

нологической системы, когда две любых из четырех возможных линий

теплообменников и насосов находятся в работе, одна в ремонте и одна

в резерве. Это приводит к увеличению возможных вариантов описания

модели диагностирования состояния.

Синтаксис языка описания диагностических знаний имеет вид, опи-

санный в разделе 6.2.2.2.

Модель представляет собой множество правил, описывающих при-

чинно-следственные отношения между наборами отклонений параметров

и аномалиями (либо их следствиями), вызвавшими данные отклонения.

Например: для определения отключения одного из двух работающих

насосов ТК23Д01 и ТК24Д01 по снижению показаний их амперметров

(датчиком ТК21—24X01) можно составить следующее правило:

6.2. Разработка спринт-технологии построения

СППР

РВ 215

(отключение насоса) ЕСЛИ (ТК21Х0К И ТК22Х0К И ТК23Х0К) ТО

(отключение насоса) ИНАЧЕ (переход на правило насосы работают)),

где ТК21Х0К — означает: ток насоса ТК21Д01 меньше нижней диагно-

стической уставки.

Все правила в рамках одной модели связаны в семантическую сеть,

представленную в условном трехмерном пространстве. Положение ка-

ждой вершины описывается тремя координатными символами: буквой-

цифрой-буквой. Если экспертная модель проектируется первоначаль-

но на бумажном бланке, то первый символ обозначает имя страницы,

на которой размещена часть правил сети, второй символ — номер столб-

ца на этой странице, а третий — имя строки. На пересечении строк

и столбцов находятся узлы сети. При этом первый символ изменяется

в диапазоне (A,Z>, второй — (1,5), третий (А,М).

Узел сети может быть пустым, содержать результирующее сообще-

ние — диагноз, логическую или арифметическую операцию со значени-

ями параметров, ссылку на процедуру (набор операций). По результату

операции (истина или ложь) определяется направление дальнейшего по-

иска диагноза — путь в сети. Например: при снижении расхода и давления

воды на охлаждении каналов (датчики TK50F01 и ТК50Р01) проверяем

число отключенных насосов (по амперметрам NR21-34X01 и давлениям

на напоре TIC21-24301) и обнаружив, что насосы отключены, выдаем

соответствующее диагностическое сообщение. Опишем пример правил,

обеспечивающих контроль за обесточиванием НТУ СУЗ:

А1А: TK50F0K И ТК50Р01<,В1А,А1В

А1В:

ТК21Х0К И ТК21Р0К И ТК22Х0К И ТК22Р01<,А1Р, А1С

А1С:

ТК23Х0К И ТК23Р0К И ТК24Х0К И TK24P01<,A1F,A1D

AID:

где:

2 — индекс сообщения «обесточивание НТУ СУЗ», А1А— метка узла,

В1А, А1В — переходы в следующие узлы сети по нулевому и единич-

ному результату операции соответственно, TK50F0K — выход значения

параметра за нижнюю границу допустимых диагностических значений.

Путь по сети, ведущий к диагнозу, определяется единичными ре-

зультатами, записанными в узлах логических операций: А1А-А1В-А1С-

А1Д-2 — вывод сообщения: «обесточивание НТУ СУЗ».

К достоинствам представления знаний в виде рассмотренной семан-

тической сети продукционных правил следует отнести:

• Степенную сходимость к результату,

• Сеть заставляет просматривать ситуации, которые эксперт может

не знать.

6.2.3. Принципы оценки пользовательского интерфейса

информационной системы поддержки принятия решений

реального времени

Одним из основных качеств, по которым конечным пользовате-

лем оценивается эффективность работы с информационной системой

216 Глава 6.

Технология разработки диагностических систем

поддержки принятия решений, является грамотно построенное взаимо-

действие человека с машиной. Этот фактор особенно важен для систем

реального времени, включенных в контур управления технологическим

объектом. Говоря о системах интеллектуальной поддержки оператора

(СПО) энергоблока АЭС, необходимо помнить еще и о таких особенно-

стях процесса управления, как информационная перегруженность опе-

ратора, быстротечность некоторых переходных и аварийных процессов,

сложность оборудования и технологической схемы, и, наконец, высо-

кая ответственность оперативного персонала за принимаемые решения.

В этих условиях интеллектуальная система поддержки оператора должна

стать реальным помощником в сложных ситуациях, а не дополнительным

дублирующим источником информации.

Процесс взаимодействия СПО с оператором складывается из по-

следовательности входных, и выходных сообщений, характер которых

определяется информацией, выдаваемой оператору. Такой информацией

может быть:

• идентафикация ситуации или констатация происшедшего события,

• объяснение причин и логических лосьшок сделанного вывода,

• рекомендации и советы о дальнейших действиях оперативного пер-

сонала.

Все перечисленные виды выходных сообщений СПО, реализованной

в технологии СПРИНТ-РВ, являются результатом обработки и сжатия

исходной информации о состоянии объекта, поступающей в систему

от датчиков, либо от других технологических информационных систем.

При этом выводы, сделанные СПО, являются для оператора, как пра-

вило,

недостаточными, и окончательное принятие решения происходит

лишь после получения дополнительной информации из других ч1Точни-

ков (оператор энергоблока АЭС располагает, по крайней мере, четырьмя

такими источниками: априорная информация, содержащаяся в инструк-

циях, регламентах и других документах; сообщения технического персо-

нала и обходчиков; приборная панель БЩУ; мониторы дисплеев АСУТП

и данные, получаемые от систем внутриреакторного контроля (СВРК)

и управления турбогенератором (АСУТ)).

Однако опыт показывает, что в случае возникновения быстро теку-

щих нештатных ситуаций или явлений, наличие нескольких принципи-

ально различных источников информации вызывает у оператора чувство

неудобства и может сделать его деятельность неэффективной.

Выходом в данной ситуации является интеграция наиболее важной

для принятия решения информации на одном устройстве отображения

—

мониторе системы интеллектуальной поддержки оператора.

этом случае

оператор получает не совокупность параллельных источников информа-

ции, а иерархию семантически разноуровневых сообщений от инфор-

-мационных систем. Высшим уровнем этой иерархии становится СПО,

поддерживающая процесс принятия решения и выдающая отфильтро-

ванную сжатую информацию, жизненно важную в каждом конкретном

случае. На среднем уровне находятся мониторы АСУТП, СВРК и АСУТ,

представляющие фиксированный набор информации, сгруппированной

6.2. Разработка спринт-технологии построения

СППР

РВ 217

по технологическому (а не по ситуационному как в СПО СПРИНТ-РВ)

признаку. И, наконец, нижний уровень — панели БЩУ, отображающие

первичные сигналы и позволяющие подробно разобраться в ситуации

и воздействовать на объект управления.

Исходя из рассмотренной концепции можно сформулировать следу-

ющие принципы построения интерфейса «СПО-оператор» в СПРИНТ-

технологии:

• классификация информации о состоянии технологического объекта

и процесса управления по «ситуационному» признаку;

• автоматизация решения задач диагностики состояния, построение

прогаоза его развития и поиска плана действий (управляющих ре-

шений).

Решение этих задач сопровождается поиском ответов на вопрос — что

является наиболее важным для оператора в данной конкретной ситуации?

Почему? К чему это приведет? И что ему делать?

Основой для такой классификации в СПРИНТ-технологии является

анализ деятельности операторов и информационных потоков, рассма-

триваемых в контексте конкретных технологических задач для заданного

типа энергоблока АЭС.

6.2.3.1.

Анализ деятельности оператора энергоблока

Как уже отмечалось, целью анализа деятельности оператора явля-

ется выявление характера знаний, используемых в процессе управления

энергоблоком АЭС. Для выполнения такого анализа необходимо, прежде

всего, структурировать деятельность оператора и определить объекты,

подвергаемые в дальнейшем экспертному оцениванию, позволяющему

делать выводы относительно характера знаний оператора.

Основой для структурирования деятельности оператора в СПРИНТ-

технологии является разбиение задач управления энергоблоком АЭС

на 3 кате1Х)рии:

• регулирование и оптимизация технологического процесса, предусма-

тривающие динамическое выравнивание или корректировку отдель-

ных технологических параметров с целью приведения их к заданным

значениям, соответствующим более эффективной или безопасной

эксплуатации энергоблока;

• изменение процесса, ведущее к смене режима эксплуатации, выводу

энергоблока на мощность, включению-выключению оборудования

и т.д., и предусматривающее выполнение большого количества опе-

раций и сложные алгоритмы действий оператора;

• деятельность в аномальных ситуациях, проявляющихся в выходе

из строя оборудования или уходе основных контролируемых техно-

логических параметров за установленные границы (данная категория

деятельности оператора в СПРИНТ-технологии разбита на 3 соста-

вляющих: предаварийную, аварийную и поставарийную).

Выполнение оператором задачи любой из перечисленных категорий

включает 5 этапов:

218 Глава 6.

Технология разработки диагностических систем

• обнаружение — восприятие и классификация оператором группы

признаков, инициирующих решение задачи;

• классификация — распознавание ситуации, идентификация состоя-

ния технологического процесса и определение технического состоя-

ния энергоблока и его оборудования;

• планирование

—

приюггие решения и разработка последовательности

действий, которые предположительно приведут к решению задачи;

• исполнение — реализация разработанных планов с учетом имею-

щихся ресурсов;

• отслеживание — проверка исполнения действий, их эффективности

и классификация ситуации.

В качестве объектов, характеризующих знания оператора, рассма-

триваются уровни мышления и типы моделей, описывающих процесс

управления энергоблоком.

В зависимости от сложности и формализованности задач, выпол-

нение каждого из перечисленных этапов может осуществляться на трех

уровнях мышления:

• основанном на навыках

—

действия оператора, по сути, рефлектор-

ны,

от него не требуется вникать в суть происходящих процессов, он

должен лишь реагировать заранее определенным способом на воз-

никновение некоторых ситуаций;

• основанном на правилах — деятельность оператора связана с ис-

пользованием правил управления, сведенных в инструкции по экс-

плуатации;

• основанном на знаниях — действия оператора требуют понимания

процессов, протекающих в установке, и обработки информации,

явно не содержащейся

текущих данных или заранее подготовленных

инструкциях.

В процессе решения задач оператор может использовать 5 типов

моделей, формализующих описание энергоблока, протекающих в нем

физических процессов и процедур управления ими:

• физическую, содержащую математическое описание технологичес-

ких процессов энергоблока;

• функциональную, описывающую основные подсистемы и оборудо-

вание энергоблока, их функции и связи друг с другом;

• экономическую, связывающую величины стоимости основных опе-

раций управления;

• процедуральную, описывающую управление энергоблоком в виде

конечного множества правил;

• когнитивную, отражающую интуитивную — образную модель по-

ведения энергоблока, формируемую оператором в виде некоторого

образа.

Для анализа перечисленных выше объектов с целью проведения

экспертизы в СПРИНТ-технологии используется метод оценки относи-

тельной важности объектов. В процессе экспертизы решаются две задачи:

6.2. Разработка спринт-технологии построения

СППР

РВ

219

• оценка соотношений уровней мышления, на которых действует опе-

ратор при выполнении каждого из пяти этапов решения задач раз-

личных категорий;

• оценка соотношений типов моделей описания энергоблока, исполь-

зуемых оператором на каждом из пяти этапов решения задач.

Рассмотрим образец анкеты, предназначенной для оценки указанных

соотношений Анкета состоит из двух таблиц: таблицы анализа уровней

мышления (табл. 6.3) и таблицы анализа типов моделей (табл. 6.4). Обе

таблицы анкеты имеют идентичную структуру и состоят из 15 клеток,

пронумерованных слева-направо, сверху-вниз. Каждая клетка таблицы

соответствует одному из пяти этапов решения задачи одной из трех ка-

тегорий (так, например, клетка №

расположена на пересечении второй

строки и четвертого столбца и соответствует этапу исполнения действий

в задачах изменения режима работы энергоблока). Каждая клетка таблицы

содержит перечень объектов, соотношение между которыми оценивается

экспертами.

Эксперт

Должность

Да1а

Ткблица 6.3

Анализ уровней мышления

Аномалии

Измене1ше

Рехулировшше

Навыки'

Правила

Знания

Навыки

Правила

Знания'

Навыки'

Правила

Знания'

Навыки-

Правила:

Знания:

Навыки-

Правила:

Зиа1шя-

Навыки:

Правила:

Знания-

Навыки.

Правила:

Знания:

Навыки:

Правила:

Знания:

Навыки:

Правила:

Знания:

Навыки.

Правила:

Знания.

Навыки:

Правила-

Знания:

Навыки

Правила.

Знания.

Навыки:

Правила:

Знания:

Навыки-

Правила:

Знания:

Навыки.

Правила

Знания.

Обнаруже1гае Классификация П|ганирование Исполнение Отслеживание

При заполнении клеток первой таблицы эксперт должен указать

удельный вес каждого из перечисленных уровней мышления, на кото-

рых действует оператор, исполняя этап, соответствующий заполняемой

клетке. Удельный вес указывается в десятках процентов (в виде целого

числа от

до 10). Сумма оценок, содержащихся в одной клетке таблицы

должна составлять 10.

В табл. 6.5 приведен фрагмент таблицы анализа урювней мышления,

содержащий клетку № 2 (этап классификации в аномальных задачах).

Заполнение показанной на рисунке клетки интерпретируется следующим

образом: в процессе классификации состояния энергоблока в аномаль-

ных ситуациях в большинстве случаев (около 50 %) опера'гор действует

220

Глава 6.

Технология

разработки диагностических систем

Таблица 6.4

Эксперт _^

Должность

Дата

Анализ типов моделей

Физичес

Функцио

Процеду

Экономя.

Когнити.

Физичес:

Функцио

Процеду:

Экономи:

Когнити

Физичес

Функцио:

Процеду.

Экономн.

KoiTiHTH.

Физичес

Функцио'

Процеду

Экономи

Когнити'

Физичес.

Функцио.

Щюцеду

Экономи:

Когнити

Физичес'

Функцио.

Процеду

Экономи

Когнити:

Физичес

ФуНК1ЩО

Процеду-

Экономи

Когнити'

Физичес.

Функцио:

Процеду:

Экономи

Когнити

Физичес.

Функцио:

Процеду

Экономи

Кошити.

Физичес

Функцио:

Процеду

Экономи'

Когнити:

Физичес

Фушщио

Процеду

Экономи.

Когнити.

Физичес

Функздио:

Процеду

Экономи

Кошити.

Физичес

Функцио

Процеду

Экономи

Когнити'

Физичес

Функцио

Процеду

Экономи

Когнити

Физичес.

Функцио.

Процеду:

Экономи

Когнити.

Аномалии

Изменение

Регулирование

Обнаружение Классификация Планирование Исполнение Отслеживание

на уровне правил; в 30

случаев — на уровне знаний; и в 20

—

на уровне навыков.

При заполнении клеток второй таблицы эксперт указывает относи-

тельную частоту использования каждого из перечисленных типов моде-

лей, которыми оперирует человек при исполнении этапа, соответствую-

щего заполняемой клетке. Относительная частота указывается в десятках

яроцентов (в виде целого числа от

до 10). Сумма оценок, содержащихся

в одной клетке таблицы должна составлять 10.

'Еаблица 6.5

Образец заио.чнения клетки таблицы анализа уровней мышления

Аномалии

Навыки:

Правила:

Знания:

Классификация

табл.

6.6 приведен фрагмент таблицы анализа типов моделей, содер-

жащий клетку № 6 (этап инициирования задач изменения режима работы

энергоблока). Заполнение показанной на рисунке клетки интерпрети-

руется следующим образом: на этапе инициирования задачи, связанной

со сменой режима эксплуатации установки, оператор чаще всего руковод-

ствуется соответствующими инструкциями или распоряжениями (около

50%);

реже — экономическими соображениями — 30%; и в 20% случа-

ев

—

Функциональной моделью (состоянием технологическил подсистем