способ словесно-логического представления и анализа динамики состояния многопараметрического объекта или процесса

Формула изобретения

Способ словесно-логического представления и анализа состояния многопараметрического объекта или процесса, заключающийся в оперативном преобразовании и представлении на экране многоцветного монитора результатов допусковой оценки состояний измерительных параметров в соответствующие информационные словесно-логические конструкции в заданном временном интервале, отличающийся тем, что обработчик-аналитик на этапе настройки системы отображения информации выбирает характеристику измерительных параметров, с помощью конструктора функционального преобразователя информации определенным образом описывает операцию преобразования с обобщением по всему множеству измерительных параметров, с помощью конструктора естественно-языковой системы формирует описание вершин семантического графа генератора смысла высказываний с привязкой его к высказывательной функции, формируемой функциональным преобразователем информации, а также одновременно обеспечивает представление проблемно-ориентированных знаний в модификаторе состояний и селекторе доступа к состоянию, в качестве результатов оценки используют идентифицируемые функциональным преобразователем и интерпретируемые генератором смысла высказываний с точки зрения принадлежности к i-тому классу состояния текущие качественные и количественные оценки значений динамических параметров, наблюдаемое множество которых определяет принадлежность многопараметрического объекта или процесса к соответствующему i-тому классу состояния по циклограмме его функционирования, операцию преобразования осуществляют путем генерации синтеза качественных и количественных оценок, полученных модификатором состояния от генератора смысла высказываний, в соответствующие словесно-логические конструкции, отображают словесно-логические конструкции в соответствии с заложенными в селектор доступа к состоянию принципами демпфирования и правилами вычленения контекстов в виде иллюстраций, дающих необходимое представление о последовательности, полноте и характере переходов многопараметрического объекта из одного класса состояния в другой с обобщением по всему множеству разнородных динамических параметров многопараметрического объекта или процесса в целом, а также возможность изменения значений отдельных динамических параметров и внесения изменений в модели преобразования информации структурных элементов системы отображения информации непосредственно с экрана видеомонитора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в различных автоматизированных и экспертных системах анализа (Распознавания, диагностики, идентификации и контроля) технического и функционального состояния изделий в промышленности, а также для оперативного представления и анализа динамики состояния любых многопараметрических объектов или процессов (МПО).

Известен способ цветокодового представления и анализа динамики состояния многопараметрического объекта или процесса (Патент РФ RU 2150742 С1, авт. Омельченко В.В., Кузьмин Д.В., 28.12.1998, G 06 F 19/00), заключающийся в оперативном преобразовании и представлении на экране многоцветового видеомонитора результатов допусковой оценки состояния измерительных параметров в соответствующие цветовые сигналы видимого спектра в заданном временном интервале.

Сопоставительный анализ показывает, что известный способ наиболее близок к предлагаемому способу по совокупности существенных признаков, а потому его можно принять за наиболее близкий аналог (прототип). Однако, известный способ позволяет только облегчить опознание первичных информационных деталей, свидетельствующих о последовательности, полноте и характере смены класса состояний многопараметрического объекта, но не позволяет осуществлять поиск скрытых связей между параметрами, являющихся причинами возможных отклонений, как на текущем интервале времени, так и в будущем, и сильно снижает эффективность использования человека в качестве оконечного элемента системы анализа.

Для многопараметрических объектов или процессов трудность решения задач диагностики их состояний, изменяющихся во времени, обусловлена необходимостью оперативной оценки каждого динамического параметра, характеризующего функционирование объекта, на соответствие циклограмме его работы в строгом соответствии со шкалой времени. Дополнительно этот вопрос затрудняется тем, что датчики, измерительные тракты по различным динамическим параметрам могут иметь существенно различаемую погрешность, которая во многом определяет пространство нечеткости или область неопределенности при переходе многопарметрического объекта или процесса из одного состояния в другое. Погрешности в каналах связи для удаленных объектов определяют необходимость использования при обработке информации невысокого качества, со сбойными участками, различными помехами, что создает еще большую неопределенность и значительно ограничивает использование известных методов диагностики и распознавания образов.

Возникающая неопределенность автоматически переводит системы распознавания в класс недетерминированных и, как следствие, требует использования сложных процессов принятия решений. По своей природе недетерминированные системы таковы, что могут адаптироваться к изменяющимся входным параметрам, а в условиях использования систем отображения информации допускают улучшение и модернизацию операционных процессов путем обучения и приобретения опыта, т.е. являются системами с обратной связью, в которых для принятия окончательного решения требуется человек либо в качестве оператора, либо в качестве аналитика-разработчика.

Предлагается универсальный нетрадиционный способ представления и анализа динамики состояния многопараметрических объектов или процессов, который базируется на применении нового метода словесно-логического описания и представления на основе использования совместного математического и семантического преобразования информации поставляемой обратной связью в рамках механизма обмена сигналами при переходе многопараметрического объекта или процесса из одного класса состояния в другой с учетом динамики его функционирования.

В основе способа положено оперативное выделение обобщенных словесно-логических конструкций в составе оперативно-информационной модели объекта или процесса, как совокупности данных, отображаемых автоматически или по вызову, в ходе решения конкретной задачи, при этом обработчик-аналитик используется в качестве элемента соответствующей системы анализа состояний многопараметрических объектов или процессов (Омельченко В.В. "Теоретические основы классификации нечетких ситуаций при испытаниях сложных технических комплексов" М. МО РФ, 1999 г., с. 328-351), либо в качестве элемента принятия решений (Венда В.Ф. "Инженерная психология и синтез систем отображения информации" М., "Машиностроение", 1975 г.).

Цель изобретения - снижение трудоемкости и неопределенности оперативного представления и анализа изменения класса состояния многопараметрического объекта или процесса, отображаемого множеством разнородных динамических параметров с определением последовательности, полноты и характера перехода его из одного класса состояний в другой.

Цель достигается реализацией заявляемого способа словесно-логического представления и анализа динамики состояния многопараметрического объекта или процесса за счет одновременного преобразования (обработки) на ЭВМ всего множества разнородных параметров с учетом их вида, взаимного влияния и содержания таким образом, чтобы вся представляемая информация или определенные ее части имели отличительные признаки, исключающие интерференцию вариантов решений, принимаемых обработчиком-аналитиком по оценке состояния многопараметрического объекта или процесса в целом.

Осуществляется на основе перехода от традиционного представления динамического параметра (характеристики исследуемого процесса: амплитуда, частота и т.п.) в виде графика или функции изменения его значения во времени и цветокодового представления динамики изменения текущего класса состояния многопараметрического объекта или процесса в виде матрицы-диаграммы к нетрадиционному представлению в виде демпфированной последовательности грамматически разобранных словесно-логических конструкций в имеющих изначальное исходное сходство терминах и обозначениях, применяемых при описании:

- специфических параметров обратной связи;

- особенностей знаний, как формы представления информации в ЭВМ;

- таксономии, как системы классификации поведения, связанного с выполнением задачи оценки состояний;

- структурных элементов и связей между ними в рамках описания агрегативных и естественно-языковых систем, а также систем отображения информации.

При этом каждый текущий класс состояний определяется по всему множеству разнородных параметров и представляется в виде, согласующем логику и структуру действий обработчика-аналитика с происходящими событиями.

Оценку динамики поведения многопараметрического объекта или процесса осуществляют по качественным и количественным интерпретациям комплексной оценки многопараметрического пространства толерантности между классами состояний объекта или процесса по данным телеметрического контроля и информации, вводимой с терминальных комплексов обработчиков-аналитиков и преобразуемой соответствующими формальными процедурами и машинными алгоритмами.

Сущность способа словесно-логического представления и анализа динамики состояния многопараметрического объекта или процесса, таким образом, состоит в оперативном преобразовании и представлении на средствах отображения информации результатов допусковой оценки состояний измерительных параметров в виде взаимосвязанной системы слов, символов, n-мерных изображений, аудио-комментариев и т.п., максимально способствующих решению оперативной задачи в заданном временном интервале.

При этом, выбор характеристик (амплитуды, частоты, дисперсии и т.п. измерительных параметров), операция преобразования текущих значений динамических параметров, их идентификация с точки зрения принадлежности к i-му классу состояний i=1, I, а также определение последовательности, полноты и характера переходов многопараметрического объекта или процесса из одного класса состояния в другой по всему множеству разнородных параметров одновременно, либо по выбираемому перечню, осуществляется в соответствии с унифицированной схемой, описывающей обратную связь в рамках механизма прохождения сигналов, и структурные образования которой являются элементами системы отображения информации, преобразующей динамические значения параметров в соответствующее наглядное представление многомерного (многопараметрического) текущего состояния многопараметрического объекта или процесса в реальном масштабе времени, а также обеспечивающей сохранность всей полученной информации и доступ к ней на естественном языке.

На фиг.1 схематически изображена система отображения информации для словесно-логической интерпретации динамики состояния многопараметрического объекта или процесса. Система содержит терминальные комплексы обработчиков-аналитиков для оперативной и проектной деятельности соответственно 1 и 2 блоки, систему автоматического управления - 3, объект управления - 4, итерационный порт доступа к измерительным и внешним параметрам - 5, функциональный преобразователь информации - 6, генератор смысла высказываний - 7, модификатор состояния - 8, селектор доступа к состоянию - 9, конструктор функционального преобразователя информации - 10, конструктор естественно-языковых и экспертных систем - 11.

В основу процесса положен механизм активации n-мерными предикатами высказывательной функции, формируемой функциональным преобразователем информации, вершин семантического графа генератора смысла высказываний и последующей интерпретации модификатором состояний объекта и селектором доступа к состоянию объекта последовательности, полноты и характера переходов многопараметрического объекта или процесса из одного класса состояния в другой адекватно сложившейся в заданном временном интервале ситуации и степенью детализации, соответствующей заложенному уровню знаний о языке общения и предметной области. При этом конструкция функционального преобразователя информации соответствует понятиям и требованиям, принятым для агрегативных систем (Бусленко Н.П. Лекции по теории сложных систем., М., "Советское радио", 1973 г.), а конструкция генератора смысла высказываний, модификатора состояния и селектора доступа к состоянию - понятиям и требованиям, принятым при проектировании естественно-языковых систем и систем искусственного интеллекта (Справочник Искусственный интеллект., книги 1,2,3, М., "Радио и связь", 1990 г.).

Конструкторы выполняются в виде программ-оболочек, использование которых не требует знания программирования и ориентировано на автоматизацию формальных процедур идентификации объектов и процессов их функционирования. Получаемые в процессе идентификации модели отторгаются от программ-оболочек в виде программного, математического, информационного и др. видов обеспечения, ориентированных на автоматизацию процедур преобразования информации обратной связи, тем самым, придавая процессу наладки устройства процедурную адекватность процессу объектно-ориентированного проектирования (Буч Г., Объектно-ориентированное проектирование с примерами применения. Киев: Диалектика, 1992 г.).

Способ, таким образом, позволяет обеспечить количественный и качественный анализ динамики поведения многопараметрического объекта или процесса и представление его результатов с наглядностью, адекватной ситуации в заданном временном интервале, так как обработчик-аналитик и ЭВМ функционируют как партнеры, осуществляющие постоянный совместный анализ и синтез информации и общаются на языке, не требующем перешифровки.

Все это в комплексе обеспечивает снижение трудоемкости и неопределенности при анализе динамической информации о состоянии многопараметрических объектов или процессов при их эксплуатации в различных прикладных областях деятельности.

Новизна предлагаемого способа по сравнению с прототипом и известными способами представления и анализа заключается в том, что разработана логическая последовательность действий по преобразованию информации, поставляемой обратной связью и представлению на естественном языке результатов анализа динамики поведения многопараметрического объекта или процесса, что приводит к достижению поставленной цели изобретения. Предлагаемый способ позволяет оперативно определять последовательность, полноту и характер переходов многопараметрического объекта или процесса из одного класса состояния в другой, судить о характере отклонений, осуществлять синтез информации детерминистской и стохастической, а также проводить настройку, обучение и адаптацию систем отображения, при этом снимаются ограничения на количество разнородных динамических параметров. Это значительно повышает достоверность и гибкость отображения общей интегральной картины смены состояния многопараметрического объекта или процесса для обработчика-аналитика, который является элементом соответствующих систем анализа (распознавания, диагностики, идентификации и т.п.) и принятия решений.

Полученная в предлагаемом способе совокупность существенных признаков, приводящая к требуемому результату, в патентной и научно-технической литературе не обнаружена, что говорит об "изобретательском уровне" предлагаемого технического решения.

На фиг.2 приведено традиционное представление N-динамических параметров в виде многомерной цветокодовой матрицы-диаграммы [М_n (t_i) t_i], где M_n (t_i) - упорядоченная совокупность информационных сигналов (полей) динамических параметров, в каждом из которых представляется последовательно во времени цветокодовая информация видимого спектра, соответствующая определенному текущему классу состояния многопараметрического объекта, t_i - характерные временные или пространственные координаты. Представленное в прототипе выражение,

где - частное пространство пересечения (перехода) объекта из состояния

в состояние по n-му параметру,

обобщенное по всему множеству наблюдаемых динамических параметров, используется для интегральной многопараметрической оценки факта изменения класса состояний, а следовательно, для распознавания состояний многопараметрического объекта или процесса в динамике текущего времени. Очевидно, что с точки зрения оперативности принятия решения о переходе многопараметрического объекта из одного состояния в другое крайне важна интегральная характеристика его текущего состояния, несущая обобщенную информацию не столько качественного (содержательного) характера, позволяющая распознавать состояние многопараметрического объекта или процесса в динамике текущего времени, сколько универсального характера, позволяющая, при необходимости, обеспечить общение и взаимодействие разработчика-аналитика со всеми структурными образованиями, определяющими динамику поведения многопараметрических объектов или процессов в целом в любом заданном интервале времени.

В качестве такой интегральной характеристики могут быть использованы графические и текстовые отображения многопараметрического пространства пересечений динамических параметров, формируемые автоматически или по вызову обработчика-аналитика, как диагностический разрез многопараметрического объекта или процесса в целом адекватно текущей ситуации (фиг.3).

Анализ рассматриваемых представлений, раскрывающих суть предлагаемого способа, позволяет обработчикам-аналитикам:

- по виду области толерантности многопараметрического пространства пересечения всего множества параметров, месторасположению креста нитей, наблюдаемым ожидаемым и текущим характеристикам параметров, а также текстовым интерпретациям, формируемым на основании выполненных преобразований информации, принимать решения об удовлетворительности последовательности, полноты и характера перехода многопараметрического объекта или процесса в целом из одного класса состояний в другой, и в случае необходимости осуществлять оперативное вмешательство непосредственно с экрана видеомонитора. При этом варьирование входными параметрами, выведенными на реостатную панель, позволяет менять форму и размер области толерантности, перемещение креста нити изменяет задающие значения критических параметров, а в качестве критерия оценки используются характеристики выходных параметров на табло, находящемся в верхней правой части графической конструкции, либо на любом другом устройстве в соответствии с конструкцией системы отображения информации;

- по результатам сравнения реакции многопараметрического объекта или процесса в целом и обработчиков-аналитиков (операторов, диспетчеров и т.п.) принимать решения о внесении изменений и дополнений в модели преобразования информации, входящих в состав структурных элементов устройства;

- посредством активации контекстов в текстовых представлениях получать любую информацию в виде фрагментов инструкций, разъяснений, списков данных и т.п., как результат обработки естественно-языкового запроса в объеме информации, строго соотносимом с текущей ситуацией, а также осуществлять оперативное вмешательство непосредственно с экрана видеомонитора, согласно предоставляемых рекомендаций и запросов.

Таким образом, способ позволяет обеспечить оперативное представление результатов анализа текущего состояния многопараметрического объекта с интерпретацией последовательности, полноты и характера перехода его из одного класса состояний в другой по всему множеству разнородных динамических параметров. Все это в комплексе обеспечивает снижение трудоемкости и неопределенности принятия оперативных решений по оценке динамики поведения многопараметрических объектов или процессов в целом.

Предложенный подход позволяет получать наглядные модели изменения состояний многопараметрического объекта в виде некоторой логической совокупности соответствующих словесно-логических графических и текстовых интерпретаций, одновременно имеющих автоматически встраиваемые элементы для интерактивного воздействия на средства регулирования. Совокупности таких интерпретаций в режиме мониторинга на анализируемом интервале времени позволяют не только отслеживать, находить и выявлять главные тенденции в поведении (изменении свойств) многопараметрических объектов или процессов в целом, но и осуществлять оптимальный синтез информации детерминистской (однозначно определенной и, возможно, отработанной до уровня автоматического управления) и стохастической (предназначенной для принятия решения в автоматизированном режиме с использованием в контуре управления обработчика-аналитика), а также конкретной и абстрактной (предназначенной для отображения физических параметров в инварианты-комплексы, поддержки имитационного режима принятия решений, взаимодействия с регуляторами без использования ключей и пультов, добора необходимой информации в режиме запроса).

Введение унифицированной схемы описания обратной связи позволяет единообразно представлять все структурные элементы (дискретные, непрерывные, детерминистические, стохастические), что практически снимает ограничения при реализации на ЭВМ такого универсального метода, как статистическое моделирование и, в свою очередь, способствует извлечению информации о характеристиках объектов не только в процессе их создания, но и в условиях эксплуатации, когда возможности экспериментировать с ними весьма ограничены, а процедуры адаптации и обучения требуют участия обработчика аналитика, а значит систематической качественной оценки информации о динамике поведения многопараметрических объектов или процессов в целом на любом временном интервале их жизненного цикла. Способ позволяет, с одной стороны, возложить на систему отображения информации функции вычисления и выявления характеристик объектов, когда они находятся в режиме нормальной эксплуатации, и необходимо максимально повысить скорость и надежность действий обработчика-аналитика в стандартных ситуациях, с другой стороны, при возникновении непредвиденных ситуаций функции предоставления информации, необходимой при решении текущей оперативной задачи и проведении обучающих настроек обратной связи посредством внесения в структурные элементы системы отображения информации соответствующих изменений.

Таким образом, способ позволяет замкнуть идентификацию объектов и процессов их функционирования на разработку и внедрение инженерно-психологических принципов синтеза структуры обратной связи, как системы отображения информации в адаптивных АСУ ТП, задействующей максимальным образом современные средства вычислительной техники, методы информационных технологий и индивидуальные сенсорные и интеллектуальные особенности обработчиков-аналитиков для совместного анализа и синтеза информации при определении последовательности, полноты и характера переходов многопараметрического объекта или процесса в целом из одного класса состояний в другой с обобщением по всему множеству разнородных динамических параметров.