Способ динамического анализа состояний многопараметрического объекта или процесса

 

Изобретение относится к области структурного распознавания образов и может быть использовано в автоматизированных системах оперативной диагностики технического и функционального состояний многопараметрического объекта по данным измерительной информации, а также в системах идентификации, распознавания, контроля и диагностики технического и функционального состояний изделий авиационной и космической промышленности, а также в энергетике и финансово-экономической деятельности. Технический результат заключается в наглядном представлении для динамического анализа обобщенных данных о состоянии многопараметрического объекта. Технический результат достигается за счет того, что производится оперативное преобразование результатов допусковой оценки факта и направления изменения динамических параметров по контролируемой характеристике исследуемого процесса в соответствующие информационные сигналы с обобщением по всему множеству параметров в заданном временном интервале, при динамическом анализе которых определяют относительную величину и характер изменения интегрального состояния многопараметрического объекта. 3 ил.

Изобретение относится к области структурного распознавания образцов и может быть использовано в автоматизированных системах оперативной диагностики технического и функционального состояний многопараметрического процесса или объекта (МПО) по данным измерительной информации, а также для динамического анализа изменения состояний сложных объектов и процессов в экономике, финансах и энергетике.

Известны устройства и способы контроля и диагностики состояний технического объекта (СССР, А.С. N-01504653, A1, G 06 F 15/46, 1989 г.), при реализации которых в процессе контроля и диагностики фиксируются медленные изменения параметров за каждый цикл, а полученные данные сравниваются с эталонными значениями и на основании сравнения делается заключение о состоянии объекта, а также способ для ввода считываемых автоматически цифровых данных в полутоновые изображения (ЕВП/ЕР/, N-0493053, A2, G 06 K 1/12, 19/06, 15/00, 1992 г. ) и способ обработки данных (ЕВП/ЕР/, N-0493105, A1, G 06 F 15/20, 1992 г.).

Предлагаемые устройства и способы не позволяют оперативно проводить диагностику состояний МПО по большому множеству измерительных параметров.

Наиболее близким по технической сущности является способ контроля и оценки технического состояния МПО по данным телеметрической информации (Патент N 2099792, Бюллетень N 35, 1997 г. М., кл. G 06 F 7/00, 15/00). Использование предлагаемого способа в реальных условиях обеспечивает проведение локального динамического анализа текущего состояния объекта диагностики с оперативным обнаружением источников возмущений и мест их возникновения в объектах по данным телеметрической информации. Вместе с тем, способ не позволяет проводить динамический анализ обобщенного состояния объекта (процесса) по всему объему диагностической информации, в том числе с определением величины и характера изменения интегрального состояния (класса состояний) объекта.

Цель изобретения - наглядное представление для динамического анализа обобщенного по всему множеству контролируемых параметров состояния многопараметрического объекта или процесса с оперативным определением относительной величины и характера изменения его состояния, а также сокращение сроков анализа для информационной поддержки принятия решений при диагностике состояния МПО.

Цель достигается реализацией заявляемого способа динамического анализа состояний МПО по данным измерительной информации, позволяющего реализовать принцип учета предыстории функционирования объекта (процесса) по последовательности переходов его из одного состояния в другое во времени.

Способ позволяет обеспечить наглядное представление для динамического анализа изменения состояния МПО с экрана одного многоцветного видеомонитора и оперативное (в реальном масштабе времени) определение относительной величины изменения и характера развития диагностируемого процесса с оценкой последовательности (предыстории) его изменения. Все это в комплексе обеспечивает сокращение сроков анализа изменения состояния МПО и используемых технических средств отображения результатов обработки динамических данных для информационной поддержки принятия решений обработчиком-аналитиком, подготавливающему решения (АПР) по распознаванию состояния МПО и который является элементом автоматизированной системы диагностики.

Пусть МПО характеризуется некоторым конечным множеством параметров которые изменяются во времени. При анализе динамических МПО весьма важными характеристиками являются различные оценки изменения класса состояния МПО.

Введем следующую характеристику изменения n-го параметра, которая определяет возможные оценки состояния этого параметра (класса состояний Aⁿ) в виде: Aⁿ = < A₁ⁿ, A₂ⁿ, A₃ⁿ >, n ∈ N, j = 1, 2, 3, (1) где A₁ⁿ состояние n-го параметра, который не изменяется в течение некоторого заданного временного интервала, что характеризует (по этому параметру) стабильное (неизменное) состояние K_cⁿ ∈ K объекта процесса; A₂ⁿ (A₃ⁿ) - состояние параметра, который уменьшает (увеличивает) свое физическое (или относительное) значение в течение некоторого заданного временного интервала, что характеризует соответствующее состояние (класс состояния) объекта или процесса K_пⁿ(K_рⁿ) объекта или процесса.

Обобщая выражение (1) по всему множеству параметров n ∈ N, получаем обобщенные оценки изменения пространства состояний параметров МПО в виде A = < A₁, A₂, A₃ >, j = 1, 2, 3, (2) Состояние параметров, оцененных в соответствии с выражением (2) по этапам функционирования (движения, развития) МПО, определяет соответственно его обобщенное (интегральное) состояние и переходы объекта из одного класса состояний в другой (динамику состояний). Обобщенные множества (идентифицированные классы состояния параметры) A₁, A₂, A₃ и их распределение во времени, таким образом, определяют соответствующие множества (классы) состояний МПО K_с, K_п, K_р.

Для сложного МПО с высокой динамикой смены его состояний, комплексный (системный) анализ изменения даже незначительного количества динамических параметров при обработке в соответствии с выражениями (1-2) и традиционным графическим представлением вызывает определенные трудности. Это связано с рядом причин, среди которых основными для традиционных методов обработки являются высокая динамика изменения параметров и погрешности измерения, сбора, обработки и анализа измерительной информации, обусловленные активным или пассивным воздействием внешней среды. Особенно это характерно для удаленных от центра обработки МПО, таких как летательные аппараты и т.п., состояние которых контролируется десятками сотен и тысяч параметров.

Аналогичные сложности по наглядному представлению и динамическому анализу большой группы параметров (показателей) возникают при анализе динамики состояний такого класса объектов как финансово-экономические МПО. Например, при оперативной оценке биржевых курсов на всех биржах традиционно используются различные показатели для характеристики динамики цен акций, зарегистрированных на них компаний, количество которых, как правило, весьма велико. Так, Американская фондовая биржа оценивает различные показатели для 800 зарегистрированных на бирже компаний. В этом случае в качестве динамического параметра можно рассматривать тот или иной показатель n-й компании, состояние которого может представляться в виде выражений (1), а состояние рассматриваемого показателя, обобщенное по всем компаниям, т.е. по бирже в целом в виде выражения (2). Высокая динамика цен акций и большое количество компаний, с одной стороны, и необходимость оперативной оценки динамики изменения (колебания) биржевых курсов, с другой, вызывают известные трудности при аналитической обработке и анализе исходных динамических данных, представляемых в традиционной табличной форме или в виде множества графиков.

Таким образом, с повышением требований к диагностике состояния МПО по оперативности, например, при обеспечении оперативной диагностики в реальном масштабе времени протекания высокодинамических процессов на объекте, проведение обработки и представление ее результатов для анализа традиционными методами диагностики становится проблематичным. В этих условиях проведение наглядного представления и оперативного динамического анализа состояний МПО по всему множеству параметров вызывает значительные трудности ввиду отсутствия соответствующих методов оперативной оценки и представления необходимых обобщенных данных для информационной поддержки принятия решений по диагностике состояний МПО.

Введем обобщенную характеристику где N - общее количество контролируемых динамических параметров (оцениваемых типовых показателей для всех компаний биржи), N(t_i) - количество параметров, текущее значение которых в t_i-й момент времени отнесено к одному классу из множества A выражения (2). На основе применения результатов допусковой оценки факта и направления изменения n-го параметра, с дальнейшим обобщением по всему множеству N, а также с проведением декомпозиции в соответствии с выражением (2) и с использованием введенной характеристики (3) возможно проведение динамического анализа интегрального состояния МПО с оперативным определением относительной величины и характера изменения его состояния в виде так называемых цветокодовых матриц-диаграмм представления обобщенных данных для информационной поддержки принятия решений по диагностике состояния МПО. Так, кодируя определенным цветовым кодом видимого спектра каждый из выделенных классов состояний параметров (2) и представляя относительную величину A_j^* в виде информационного поля соответствующего множества параметров, получаем цветокодовые матрицы - диаграммы состояний МПО.

В качестве наблюдаемого процесса (объекта) могут быть: а) для сложных технических МПО - давление, температура и т.п.; б) для финансово-экономических МПО - индексы курсы акций (облигации) или курсовой цены, число акций определенного типа, номинал акции и т.п.

В качестве оцениваемой характеристики процесса (объекта) могут быть: а) для сложных технических МПО - амплитуда, частота, дисперсия и т.п.; б) для финансово-экономических МПО - цена акций (номинальная, средневзвешенная) и т.п.

В качестве используемых динамических параметров оцениваемой характеристики могут быть: а) для сложных технических МПО - быстро меняющиеся (вибропараметры), медленно меняющиеся параметры, траекторные параметры; б) для финансово-экономических МПО - контролируемые показатели по каждой зарегистрированной на бирже компании, и т.п.

Сущность способа состоит в том, что с целью обеспечения наглядного представления для оперативного динамического анализа изменения обобщенного состояния МПО осуществляется преобразование результатов допусковой оценки факта и направления изменения динамических параметров по контролируемой характеристике исследуемого процесса в соответствующие информационные сигналы, с обобщением по всему множеству параметров в заданном временном интервале, при динамическом анализе которых определяют относительную величину и характер изменения интегрального состояния многопараметрического объекта. Операцию преобразования осуществляют путем формирования соответствующего цветового сигнала видимого спектра в зависимости от результатов допусковой оценки факта и направления изменения динамического параметра (падает - повышается) с обобщением по всему множеству параметров на заданном временном интервале, при этом отображают информационные сигналы посредством матрицы-диаграммы, столбцы которой соответствуют относительной величине оцененного класса состояния параметров объекта, строки - заданным временем интервалам, а относительную величину и характер изменения интегрального состояния объекта определяют по направлениям изменения и относительным величинам этого изменения во времени цветовых сигналов, обобщенных по всему множеству параметров по контролируемой характеристике исследуемого процесса.

В соответствии с используемым принципом причинно-следственных зависимостей, происходящих во времени в МПО процессах, отображаемых параметрами, по временной шкале будет представлено изменение интегрального (обобщенного по всему множеству динамических параметров) состояния МПО, идентифицированное по наблюдаемому процессу (процессам). Это позволяет однозначно по виду цветокодовой матрицы-диаграммы, которую по наглядности представления можно отнести к когнитивной (т.е. порождающей новые значения у АПР), определять в наблюдаемые моменты времени по всему множеству относительную величину и характер развития процесса в МПО.

Степень дискретизации наблюдаемой характеристики (параметра, показателя компании) A и выбор цветового решения определяет АПР в зависимости от специфики объекта и условий решаемой задачи оперативной диагностики по данным динамической информации.

Таким образом, новизна предлагаемого способа по сравнению с известными устройствами и способами диагностики состояния объекта заключается в том, чтобы всю совокупность обрабатываемых по допусковому способу динамических параметров по контролируемой характеристике исследуемого процесса преобразуют в соответствующие информационные сигналы, при обобщении которых по всему множеству параметров, определяют относительную величину и характер изменения интегрального состояния многопараметрического объекта. При этом, на экране видеомонитора по временной шкале будут последовательно отображаться относительная величина и характер изменения каждого из составляющих классов изменения параметров (падает, повышается, не изменяется), совокупность которых характеризует динамику интегрального состояния объекта (процесса) последовательно во времени.

Сущность предложенного способа хорошо иллюстрируется для финансовых МПО, например, при исследовании различных показателей для характеристики динамики цен акций зарегистрированных в биржах компаний. На фиг. 1 приведено традиционное представление графиков изменения контролируемого типового показателя для ряда (N=7) компаний, каждая из которых с заданной дискретностью сообщает соответствующие значения показателя, множество которых характеризует динамику изменения цен акций этой компании. На фиг. 2 приведено наглядное представление процесса изменения обобщенного типового показателя для всех N компаний в виде цветокодовой матрицы-диаграммы состояний [A_j^* · t] МПО, где A_j^* - относительное количество компаний, контролируемый показатель каждой из которых принадлежит j-му классу состояния (в рассматриваемом случае j = 3); t_i-5 - начало и t_i+8 - конец устойчивого (лавинообразного) процесса изменения курса цен акций. < A₁, A₂, A₃ > идентифицированные классы состояний типового показателя (параметра), динамическое сочетание (интеграция) которых определяет соответствующие классы состояния < K_с, K_р, K_п > исследуемого МПО, где K_с - стационарный класс состояния МПО, K_р (K_п - класс состояния МПО, обусловленный изменением (ростом или падением) составляющих множества A_j^*.

Использование предлагаемого способа позволит получить новые нетрадиционные формы представления динамики состояний МПО. Так, совмещая представление частиц множества (классов состояний параметров) A_j^* на одном информационном поле общего A^* получаем компактное представление динамики распределения состояний МПО (фиг. 3). В это случае повышается наглядность проведения динамического анализа перехода МПО из одного класса состояний в другой. При этом обеспечивается наглядность выделения (декомпозиции) так называемых нечетных (размытых, расплывчатых) классов K_н динамических состояний МПО, характеризуемый неопределенностью, вызванной как одновременным увеличением, так и уменьшением составляющих множества A_*.

Анализ рассматриваемых представлений обобщенных данных о МПО (фиг. 2, 3), раскрывающих суть предлагаемого способа, позволяет проводить оперативный динамический анализ интегрального состояния МПО, в том числе оценить характер изменения обобщенного по всем параметрам (компаниям) анализируемого показателя (процесса) для объекта (биржи) в целом. Так, проведение динамического анализа изменения состояния МПО с использованием предлагаемого способа, один из примеров реализации которого приведен на фиг. 3, позволяет: а) определить устойчивый лавинообразный характер роста курса цен относительно количества акций компаний на интервале (t_i-5 - t_i-3), а также устойчивый и постепенный характер понижения роста курса на интервале (t_i+2 - t_i+4); б) определить устойчивый лавинообразный характер падения курса цен относительного количества акций компаний на интервале (t_i - t_i+4), а также устойчивый и лавинообразный характер уменьшения падения курса на интервале (t_i+5 - t_i+8); в) оценить распределение диаграммы изменения (роста или падения) курса цен по всему множеству наблюдаемых параметров (показателей), а также соотношения между ними по временной оси, что позволяет оценить в целом динамику движения денежной массы во времени;
г) оценить в относительной величине максимальную (минимальную) величину изменения (роста или падения) курса цен по общему количеству компаний, принявших решение о изменении ставок.

Таким образом, способ позволяет осуществить наглядное представление для динамического анализа интегрального состояния объекта с экрана видеомонитора, оперативно (в реальном масштабе времени) обнаруживать изменение класса состояний МПО и оценивать относительную величину и характер изменения состояния по всему множеству контролируемых параметров.

К достоинствам способа можно отнести:
возможность выявления новых (системных) свойств и закономерностей исследуемых процессов в МПО за счет наглядного представления обобщенных результатов оценки всего множества параметров в динамике их изменения, такое наглядное динамическое представление позволяет комплексно оценить величину и характер изменения интегрального состояния МПО по большому множеству контролируемых измерительных параметров, которые могут быть разнотипными;
высокую оперативность представления общей картины развития процесса изменения состояния МПО с возможностью оценки характера его развития, сокращение сроков анализа динамической информации и используемых технических средств ее отображения для информационной поддержки принятия решений обработчиком-аналитиком, подготавливающему решения по диагностике состояния МПО и который является элементом автоматизированной системы оперативной диагностики.

От использования изобретения следует ожидать вторичный эффект, заключающийся в удешевлении систем диагностики различных технических объектов и систем организационно-технологического класса. Целесообразно использовать в системах идентификации, распознавания, контроля и диагностики технического и функционального состояния изделий авиационной и космической промышленности, а также в энергетике и финансово-экономической деятельности.

Формула изобретения

Способ динамического анализа состояний многопараметрического объекта или процесса, заключающийся в оперативном преобразовании результатов допусковой оценки параметров в соответствующие информационные сигналы в заданном временном интервале, отличающийся тем, что в качества оцениваемой характеристики процесса могут быть амплитуда, частота и т.п., в качестве параметров оцениваемой характеристики используют динамические параметры, операция преобразования осуществляют путем формирования соответствующего цветового сигнала видимого спектра в зависимости от результатов допусковой оценки факта и направления изменения динамического параметра (падает, повышается, не изменяется) с обобщением по всему множеству параметров на заданном временном интервале, отображают информационные сигналы посредством цветокодовой матрицы-диаграммы, столбцы которой соответствуют относительной величине оцененного класса состояния параметров объекта, а строки - заданным временным интервалам, определяют относительную величину и характер изменения интегрального состояния объекта по направлениях изменения и относительным величинам этого изменения во времени цветовых сигналов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3