Контрольні питання

1. Поясніть, в чому полягає сутність оптимізації необхідної і достатньої сукупності параметрів контролю?

2. Розкажіть, яка послідовність (алгоритм) побудови матриці множини станів об’єкту контролю?

3. Поясніть, як використовується алгоритм булевих спрощень під час визначення контрольного тесту?

Література – [7].

13. Формування бази даних і бази знань для побудови діагностичних моделей План лекції

1. Загальна характеристика процесів формування БД і СУБД.

2. Засоби моделювання процесу функціонування банків даних.

3. Аспекти практичного застосування методів реляційного моделювання.

Для ефективної реалізації процесу діагностування розробляються діагностичні моделі, в основу побудови яких покладено базові знання щодо функціональних і технологічних характеристик системи експлуатації модулів і блоків електронної апаратури. Структура базових знань формується на основі зібраної й упорядкованої у вигляді бази даних інформації відповідно до зміни технічного стану в процесі експлуатації. Таку інформацію в базах даних наведено у вигляді предметної області. Таким чином, предметну область, яка вбирає ознаки інформаційного ресурсу ЕА в процесі експлуатації, прийнято класифікувати базою даних.

Передбачається, що створення бази даних, підтримка її в ефективному режимі функціонування, а також забезпечення доступу до інформаційного ресурсу здійснюється за допомогою спеціального програмного інструментарію, що класифікується як система управляння базами даних.

Модель даних визначається засобом відображення сутностей, атрибутів і зв’язків на структурі БД. У практиці формування БД застосовують різноманітні засоби моделювання: ієрархічний, мережний, а також реляційний.

Ієрархічна модель забезпечує процес побудови БД на основі ієрархічної деревоподібної структури. Така структура класифікується як дерево (топологія), яке утворене попарними зв’язками ознак предметної області. На вершині топології визначається початковий вузол, який класифікується як коренева вершина. Всі інші вершини топології, утворюючи вузли дерева, мають структурний зв'язок тільки з однією вершиною, яка знаходиться на верхньому рівні ієрархії.

Важливою перевагою ієрархічних моделей побудови БД щодо оцінки технологічного стану ЕА є простота опису ієрархічних структур предметної області.

Якщо в ієрархічних моделях компоненти предметної області мають взаємно однозначну структурну залежність, то в основу побудови мережних моделей покладено принцип неординарних функціональних зв’язків таких компонентів (елементів).

Під час мережного моделювання кількість структурно-функціональних зв’язків між компонентами предметної області не обмежена. З практичного погляду під час здійснення процесу діагностування за допомогою мережного моделювання можна отримати оптимальні алгоритми пошуку відмов з різною глибиною локалізації, наприклад, від модуля до функціонального елемента блока ЕА.

Під час реляційного моделювання всі операції (процедури) в БД відбуваються з використанням спеціальних таблиць. Кожна із таблиць складається з рядків і стовбців, а також має ім’я, яке символізує ядро БД. Таблиця відображає тип об’єкта (наприклад, блок ЕА), а кожен із її рядків визначає складові об’єкта (модулі або функціональні елементи). Таким чином, утворюється інфраструктура реалізації алгоритму оцінки технічного стану. Якщо зовнішні ознаки блока або вимірювання його вихідних параметрів не дали бажаного результату щодо оцінки технічного стану, то переходять до більш глибинного дослідження об’єкта на рівні субблоків, модулів, функціональних елементів. При цьому, використовуючи інформацію БД, будується реляційна структура діагностування. Значення конкретного атрибута формуються у вигляді домена, який вбирає множину всіх можливих значень атрибута об’єкта. Наприклад, якщо за результатами контролю фізичних параметрів не вдається локалізувати відмову, можна реляційно із БД застосувати інформаційний ресурс щодо статистичних даних про відмови конкретного блока або модуля. Таким чином, з певним рівнем імовірності визначити місце відмови.

Важливо зазначити, що база даних повинна відображати предметну область однозначно і несуперечливо. Якщо БД відповідає зазначеним властивостям, то вона відповідає умові цілісності. Але при цьому на структуру бази даних накладається умова обмеження цілісності. Визначаються два основні види обмежень цілісності: цілісність сутностей і цілісність посилань. Обмеження першого типу полягає в тому, що будь-який картеж відношення повинен відрізнятися від іншого картежу, тобто будь-яке відношення повинне мати визначення первинного кроку в алгоритмі діагностування. Зазначене обмеження достеменно виконується, якщо в комп’ютерній програмі передбачено однозначну послідовність виконання алгоритму оцінки технічного стану об’єкта. Для коректного виконання умов послідовності програми оцінки технічного стану застосовується коефіцієнт пріоритетності . Для коефіцієнта – імовірність появи відмови в об’єкті контролю; С – вартість робіт з пошуку (контролю) відмов. Перший етап в програмі контролю визначається максимальним рівнем .

Рівень ефективності процесу побудови інформаційного відображення в БД суттєво залежить від ступеня адекватності цього відображення реальному процесу оцінки технічного стану.

Враховуючи специфіку функціонування ЕА як об’єкта оцінки технічного стану її модулів та блоків, для оптимізації процесу побудови інформаційного відображення в БД використовують операції реляційної алгебри. За допомогою аналітичного моделювання здійснюються процедури визначення необхідного і достатнього обсягу інформаційного ресурсу для формування БД.

Для практичного застосування операцій реляційної алгебри корисно володіти встановленими постулатами:

• операція перетинання відношень – це процедура визначення однорідних наборів атрибутів у двох або більше відношеннях; для визначення обсягу однорідних наборів атрибутів використовується розрахунок різниці відношень;

• операція «відношення – результат» застосовується під час реалізації процедури добутку двох відношень; число атрибутів у системі «відношення – результат» повинно дорівнювати числу атрибутів у системі «відношення – операнди»;

• операція ділення відношень така: маємо ділене А з атрибутами {a1, a2, …, an, …, b1, b2, …bm} і дільник В з атрибутами {b1, b2, …bm}; в результаті виконання операції ділення отримується відношення С з атрибутами {a1, a2, …, an};

• операція з’єднання здійснюється над двома відношеннями, для яких виконується умова співпадання атрибутів відповідних відношень – операндів; тобто, в інформаційному ресурсі відбувається синтез строгої послідовності виконання алгоритму оцінки технічного стану (жорстка програма пошуку відмови);

• операція присвоювання дозволяє реалізувати умови, за якими результати обчислення будь-якого реляційного виразу зберігаються у відношення бази даних.

З практичної погляду оператор, який проводить процедуру оцінки технічного стану, має справу із зазначеними операціями у вигляді конструктивних мов програмування (наприклад, мова SQL-запитів).

Як приклад початкового збору інформації для побудови БД наведемо структуру реляційної таблиці для типового електронного блоку (табл. 13.1).

Таблиця 13.1

Структура реляційної таблиці

№ п/п	Назва системи	Назва блоку, модуля	Харак-те- ристи-ка відмо-ви	Загаль-ний час напрацю- вання	Час напра- цювання до появи відмови	Лока- лізація (функціо- нальний елемент)	Техніко- еконо-мічні наслідки відмови	Час виконання ремонтно-відновлю- ваних робіт
1	Заводсь- кий номер	Заводсь- кий номер	Не- праце- здат-ний	[год]	[год]	Індикація ФЕ	Час простою, фінансо- ві витрати	[год]

Інформаційний ресурс табл. 13.1 може бути використано для розрахунків параметрів надійності або для побудови програми оцінки ТС.

Контрольні питання

1. Розкажіть, в чому полягає методика побудови БД?

2. Поясніть, яке призначення має СУБД?

3. Розкажіть, які типи моделей застосовуються для побудови БД?

Література – [8].

14. Структура системи збору даних і управління.

Формування системи метаданих

План лекції

1. Методика побудови структури збору і управління даними.

2. Особливості побудови системи управління банками даних.

3. Ознаки формування системи мета даних.

Характер процесу побудови структури системи збору даних і управління повністю залежить від методології формування системи оцінки технічного стану модулів і блоків електронної апаратури.

На рис.1 представлена структура збору і управління даними, яка має чотири рівні прийняття рішень.

На першому рівні приймається рішення щодо застосування визначеного алгоритму оцінки технічного стану, за результатом якої виконуються операції: контролю працездатності (КП); діагностування на рівні модулів (Д1); діагностування на рівні функціонального елемента (Д2) і прогнозування технічного стану об’єкта (ПР). На зазначеному рівні прийняття рішень використовується інформаційний ресурс системи метаданих. Рівень ефективності результатів прийняття рішень на першому рівні залежить від ступеня оптимізації інформаційних потоків при формуванні бази даних і бази знань. Раціональна побудова системи управління базами даних визначається коректністю поставленого завдання на етапі збору даних.

На другому рівні прийняття рішення інформаційний ресурс використовується для оптимальної побудови системи прийняття рішень щодо підвищення рівня надійності модулів і блоків ЕА і щодо формування комп’ютеризованої інформаційної системи. Зазначені завдання вирішуються на третьому рівні за допомогою методів інформатизації процесу оцінки технічного стану ЕА, а також за допомогою методів управління технічним станом модулів і блоків ЕА.

Оптимізація процесу використання інформаційного ресурсу здійснюється на четвертому рівні прийняття рішень. Як критерій оптимізації беруть економічний показник – собівартість виконання зазначеної процедури оцінки технічного стану за наявності певного обсягу інформації в системі метаданих.

У наведеній структурі (рис. 14.1) особливе місце займає СУБД, від раціональної побудови якої залежить рівень ефективності системи прийняття рішень.

Рис. 14.1. Структура системи збору даних і управління даними

Сучасні СУБД оперують великими масивами інформації, обсяги яких досягають часом десятків терабайтів. Виконуючи запити великої кількості користувачів (операторів), вони повинні забезпечити невеликий час відгуку (відповіді). Для досягнення необхідного рівня ефективності СУБД застосовують програмні методи прискорення вибірки даних. Основна мета застосування таких методів полягає в оптимізації складу атрибутів під час виконанні реляційних операцій. У сучасних СУБД використовують два основні методи прискореного доступу до даних: індексування і хешування.

Метод індексування базується на використанні індексів бази даних, за допомогою яких формується спеціальна структура даних, призначена для вирішення конкретного практичного завдання оцінки технічного стану ЕА. У цьому випадку в БД для формування системи індексування може бути використано будь-який атрибут (ознаки) відношення. Індекс займає менший обсяг пам’яті, ніж табличні представлення, тому навіть повний перебір значень атрибутів вимагає менше часу, ніж зчитування та пошук інформації у відношеннях. Для одного відношення може бути сформовано декілька індексів. Якщо різні відношення містять однакові атрибути, то для цих відношень може бути сформовано мультиіндекс, який використовується для оптимізації операції з’єднання відношень.

Другий метод прискореного доступу до даних – метод хешування. Основна ідея хешування – це організація асоціативної пам’яті у обчислювальному комплексі таким чином, щоб зберегти рядки в таблиці станів з їх подальшим визначенням, використовуючи значення одного чи більше атрибутів. Місце рядка ідентифікується хеш-функцією, аргументи якої представлено значеннями атрибутів, а результат обчислення визначає діапазон рядків в таблиці, де знаходиться потрібний атрибут.

На практиці, процедура доступу до даних при застосуванні методу хешування полягає в тому, що на початку роботи з базою даних таблиця складається з порожніх рядків. Якщо рядок з даними заноситься в таблицю, обчислюється значення хеш-функції для її атрибутів, а результат розрахунків трактується як номер рядка відношення, в який вона повинна бути занесена. Якщо цей рядок вже зайнятий, то за визначеним алгоритмом проводиться перевірка наступних рядків таблиці доти, поки не буде виявлено вільне місце. Якщо значення атрибуту, за яким відбувається доступ, відповідає значенню ключа рядка, то пошук закінчується.

Для реалізації на практиці методів та засобів користування СУБД застосовується така мова запитів, як SQL (структурна мова запитів). Запити зазначеною мовою формуються з урахуванням використання одного або декількох операторів, які розділяються символом переводу рядка крапкою з комою. В таблиці 1 наведено типи деяких операторів.

Таблиця 1

Оператор	Призначення
SELECT	Обрати дані в БД
INSERT	Додати дані в БД
UPDATE	Обновити дані в БД
DELETE	Видалити дані з БД

Процес формування системи метаданих має специфічні властивості. Таке ствердження пов’язано з тим, що процедура оцінки технічного стану має сукупність складових: контроль працездатності, діагностування і прогнозування. Для реалізації кожного із режимів використовують різні ознаки (властивості) тих характеристик або параметрів, які застосовуються при оцінці технічного стану об’єкта контролю. Окрім зазначеного, об’єкти контролю мають власні ознаки, наприклад, блоки дискретного і блоки безперервного функціонування. Тому для систематизації інформації в системі метаданих застосовується метод таксонової класифікації. Кожний із таксонів вбирає певну сукупність несхожих різнорідних ознак об’єкта оцінки технічного стану. Визначена сукупність таких таксонів утворює систему метаданих.

Корисно знати деякі властивості зазначеної системи метаданих:

• ознакою називають пару , де – назва ознаки, а – множина значень;

• у множині таксонів є найбільший таксон , який співпадає зі всією предметною областю;

• якщо таксони та належать деякій множині таксонів , то ;

• множина таксонів кінцева.

Таким чином, в процесі оцінки технічного стану блоків ЕА інформація перетворюється в інформаційний ресурс у такій послідовності: банк данихбаза знаньсистема метаданих.