Інформаційна технологія оцінки якості безпілотних авіаційних комплексів за даними технічної діагностики

Abstract

В роботі вирішено актуальне наукове завдання з розробки нової інформаційної технології оцінки якості БПАК в процесі проведення визначальних відомчих випробувань, яка спирається на дані технічної діагностики, враховує попередні оцінки експертів та забезпечує вибір оптимальних стратегій проведення випробувань та прийняття рішень за інтегральним показником якості з урахуванням ризику. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності випробувань БПАК за рахунок вибору найбільш ефективних стратегій їх виконання, що досягається шляхом динамічної оцінки значень інтегрального показника якості БПАК за даними технічної діагностики. Для досягнення поставленої мети були сформульовані такі завдання дослідження: 1. Проаналізувати існуючі підходи до оцінювання якості технічних систем, в тому числі за допомогою технічної діагностики, та оцінити їх можливості щодо оцінки якості БПАК в умовах обмежень щодо процедур визначальних відомчих випробувань (ВВВ); 2. Розробити модель системи показників якості БПАК, яка об’єднує в собі як функціональні, так і експлуатаційні властивості БПАК. 3. Розробити ймовірнісно-логічну модель оцінки якості БПАК на основі байєсівської мережі довіри, яка враховує дані технічної діагностики та накопичений експертний досвід проведення ВВВ. 4. Розробити метод оперативного оцінювання якості БПАК при динамічному одержанні результатів технічної діагностики в процесі проведення випробувань. 5. Розробити програмне забезпечення для моніторингу параметрів технічної діагностики в процесі випробування БПАК, підтримки використання запропонованого методу з використанням розроблених моделей. 6. Оцінити ефективність розробленого методу та програмних засобів в реальних умовах проведення випробувань БПАК. Об’єкт дослідження – процес визначення якості безпілотного авіаційного комплексу в ході проведення визначальних відомчих випробувань. Предмет дослідження – методи, моделі та програмні засоби оцінювання показників якості БПАК. Основні результати дослідження та наукова новизна роботи полягають в тому, що було визначено місце ВВВ в життєвому циклі БПАК і, враховуючи технічну та організаційну складність випробувань, проаналізовані особливості процесу оцінювання якості БПАК. Випробування БПАК є трудомісткою витратною процедурою з заздалегідь невизначеним результатом, який може по-різному оцінюватись його учасниками. Це вносить додаткові складності, які вимагають шукати шляхи підвищення як ефективності випробувань БПАК, так і достовірності його результатів. Зазначено, що проведення випробувань завжди пов’язане з необхідністю, по-перше, одержати об’єктивну, повну та релевантну інформацію про БПАК згідно програми випробування (цільова функція). По-друге, потрібно досягти цілі випробування, не перевищуючи витрату матеріальних та часових ресурсів, виділених для проведення програми випробування (ресурсне обмеження).. Визначено, що сформульовані умови проведення ВВВ певною мірою конфліктні. Сформульовані особливості технічної діагностики при оцінці якості БПАК, серед яких визначено багатокритеріальність, нечіткість результату, безруйнівність, обмежений час виконання та неможливість зібрати за цей час репрезентативні статистичні дані. Проаналізовано структуру та методи технічної діагностики, які можуть бути використані для визначення якості БПАК, визначено, що параметрична діагностика використовується частіше інших. На основі того, що технічної діагностика головним чином скерована на визначення несправностей в технічних системах та причин, які їх породжують, а якість БПАК визначається на підставі аналізу його функціональної придатності, зроблено висновок про те, що при вирішенні проблеми оцінювання якості БПАК технічна діагностика виконує роль не визначального, а інструментального засобу, що забезпечує прийняття остаточного рішення. Встановлено, що питання оцінки якості БПАК за даними технічної діагностики на стадіях випробування та сертифікації в умовах існуючих обмежень та невизначеності результатів технічної діагностики залишається до кінця не вирішеним. Зважаючи на це, зроблено висновок про те, що актуальним є наукове завдання розробки інформаційної технології оцінки показників якості БПАК з урахуванням інформації, яка динамічно надходить в процесі випробування. Це дозволить оперативно оцінювати зміну показника якості БПАК та вибирати найбільш ефективні стратегії проведення випробувань в умовах невизначеності зовнішніх і внутрішніх факторів, а також прогнозувати перебіг випробувань. При аналізі методів ідентифікації несправностей головну увагу приділено підходам, заснованим на методах ймовірнісного прогнозування, методам прогнозування на основі теорії марковських процесів, експертним ймовірнісним системам на базі байєсівських мереж довіри. Останні мають унікальну властивість акумулювати в своїй структурі та числових параметрах попередній експертний досвід, тому методи аналітичного і ймовірнісного прогнозування на базі БМД визначені як найбільш релевантні цілям і задачам дослідження. Проаналізована множина ознак, з яких формується концепція якості БПАК. Використовуючи принципи гомоморфізму та еквівалентності до груп ознак, вперше запропоновано систему характеристик якості БПАК, яка, на відміну від існуючих, містить інтегральний показник якості, який об’єднує в собі вплив як функціональних, так і експлуатаційних властивостей обладнання та програмного забезпечення БПАК та дозволяє при прийнятті рішень спиратись на нього. Цей інтегральний показник якості враховує наявність причинно-наслідкових зв’язків між атрибутами та характеристиками показників якості БПАК, які узагальнюються в інтегральний показник якості. Вперше розроблена ймовірнісна графова модель оцінювання показників якості БПАК, в якій, на відміну від існуючих, використовується байєсівська мережа довіри, яка враховує дані технічної діагностики разом із експертними оцінками та забезпечує аналітичне обчислення інтегрального показника якості БПАК у реальному часі в процесі проведення випробувань. Удосконалено математичну модель системи показників якості БПАК, яка, на відміну від існуючих, формалізує вплив як функціональних, так і експлуатаційних властивостей обладнання та програмного забезпечення, пов’язаних між собою відношенням ієрархії, та дозволяє сформувати інтегральний показник якості, що використовується як критерій при прийнятті рішень під час проведення випробувань. Набув подальшого розвитку метод оцінки якості БПАК, в якому, на відміну від існуючих підходів, використовується розроблена ймовірнісна графова модель за схемою статистичних випробувань з послідовними вибірками, що забезпечує вибір оптимальної стратегії проведення визначальних відомчих випробувань з урахуванням ризику. Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що наведені вище наукові результати у своїй сукупності утворюють нову інформаційну технологію оцінки якості безпілотних авіаційних комплексів за даними технічної діагностики, яка використовує байєсівську мережу довіри для обчислення значень сформованого інтегрального показника якості в динаміці проведення серії випробувань з отриманням даних технічної діагностики. Запропонована технологія має практичне втілення у вигляді програмного комплексу, до складу якого входять два розроблених програмних засоби: • програмний засіб ExMon, який призначений для моніторингу процесу випробувань БПАК та підтримки прийняття рішення щодо продовження експерименту шляхом оперативного обчислення інтегрального показника якості БПАК та визначення на його основі ризику прийняття остаточного рішення; • програмний засіб tLOG, який призначений для обчислення атрибутів показників якості за даними технічної діагностики, які накопичуються у телеметричному лог-файлі під час випробувального польоту безпілотного літального апарату. Розроблені інформаційна технологія та програмний комплекс перевірені в умовах практичного проведення визначальних відомчих випробувань БПАК на базі Державного науково-дослідного інституту випробувань та сертифікації озброєння та військової техніки. Проведені тести підтвердили здатність запропонованої інформаційної технології підвищувати ефективність випробувань шляхом скорочення часу їх проведення до 50% за рахунок виконання меншого числа тестових польотів та зменшення числа перевірочних тестів до 34% з одночасним обчислюванням ризику прийняття остаточного рішення та . Результати дисертаційних досліджень впроваджені: - при виконанні науково-дослідних робіт «Удосконалення технологій обробки, аналізу та візуалізації телеметричних даних безпілотних авіаційних комплексів» (номер державної реєстрації №0101U00254), «Розробка інтелектуальної діагностичної системи безпілотних авіаційних комплексів» (номер державної реєстрації №0101U001198), «Визначення показників ефективності комп’ютерних систем керування безпілотних авіаційних комплексів» (номер державної реєстрації №0101U002226) та в процесі проведення дослідних випробувань БПАК «Цикада», «Кобра» та «БПАК-3» в березні-квітні 2019 р. на базі Державного науково-дослідного інституту випробувань та сертифікації озброєння та військової техніки; - при проведенні визначальних відомчих випробувань зразка БПАК виробництва ВО «ЧеЗаРа» (м. Чернігів) та в процесі прийняття рішень щодо якості даного БПАК; - у навчальному процесі Чернігівського національного технологічного університету при проведенні лекцій та лабораторних робіт з дисциплін «Теорія ймовірності та математична статистика» і «Методи досліджень» – в процесі навчання бакалаврів та магістрів спеціальності 123 – комп’ютерна інженерія та з дисципліни «Статистичні методи обробки інформації» в процесі навчання аспірантів спеціальності 122 – комп’ютерні науки на кафедрі інформаційних та комп’ютерних систем.