Программное обеспечение системы прогнозирования диагностических параметров технических систем | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 28 декабря, печатный экземпляр отправим 1 января.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Научный руководитель:

Рубрика: Информационные технологии

Опубликовано в Молодой учёный №36 (535) сентябрь 2024 г.

Дата публикации: 05.09.2024

Статья просмотрена: 26 раз

Библиографическое описание:

Шамаль, М. А. Программное обеспечение системы прогнозирования диагностических параметров технических систем / М. А. Шамаль. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2024. — № 36 (535). — С. 188-191. — URL: https://moluch.ru/archive/535/117473/ (дата обращения: 16.12.2024).



В статье автор представляет программное обеспечение системы прогнозирования временных рядов для использования в системах технической диагностики.

Ключевые слова: программное обеспечение, техническая диагностика, прогнозирование, временной ряд.

В современном мире временные ряды стали одним из главных предметов анализа протекающих процессов в различных областях научно-технической, экономической, социальной и других сферах деятельности человека. Анализ временных рядов позволяет извлекать полезную информацию, выявлять закономерности, осуществлять прогнозы. Техническая диагностика является одной из тех областей, где использование методов анализа и прогнозирования временных рядов диагностических параметров имеет первостепенное значение для эффективной эксплуатации технических систем.

При разработке системы прогнозирования временных рядов диагностических параметров технических систем (ТС) необходимо учитывать, что, с точки зрения теории технической диагностики, любая техническая система является динамической системой, функционирующей в пространстве известных информационных признаков [1]. Таким образом, в процессе функционирования ТС, характеристики диагностических параметров могут меняться, следовательно система прогнозирования должна обеспечивать возможность адаптации модели временного ряда и метода прогнозирования к изменяющимся условиям.

Среди специализированного программного обеспечения (ПО), решающего задачи прогнозирования временных рядов, можно выделить два типа ПО — desktop-приложения и специализированные программные инструменты для построения систем прогнозирования временных рядов. В ряду desktop-приложений можно рассмотреть ПО CaterpillarSSA и Novo Forecast [2, 3]. Среди программных инструментов — библиотека Prophet, платформа NeuralProphet и платформа FEDOT [4, 5, 6].

Обзор аналогов программного обеспечения (ПО) и инструментальных средств (ИС) для прогнозирования временных рядов показал следующее:

— возможности ПО и ИС для прогнозирования временных рядов ограничены моделями, на основе которых вычисляется прогноз и наоборот — модели прогнозирования временных последовательностей, используемые при прогнозировании, определяют класс задач, которые могут решать ПО и ИС;

— сложность ПО и ИС определяется набором используемых моделей временных рядов и алгоритмом их применения;

— использование в ПО и ИС искусственных нейронных сетей (ИНС) и алгоритмов машинного обучения позволяет упростить для пользователя решение задачи прогнозирования временны последовательностей.

Для прогнозирования временных рядов диагностических параметров необходимо ПО, с помощью которого можно было бы не только выполнить прогнозирование, но и провести предварительную обработку входных данных, а также проанализировать входные данные на наличие различных составляющих и их связь с другими диагностическими параметрами. Также ПО должно обеспечивать возможность использования различных моделей временных рядов и методов их прогнозирования.

В конечном итоге нами была разработано ПО для прогнозирования временных рядов. В основе работы ПО лежит метод разложения входной последовательности на периодические компоненты синусоидальной формы с последующим прогнозированием каждой из компонент предиктором на основе нейронной сети. Для получения окончательного решения результаты прогнозирования компонент суммируются [7, 8].

Данный метод позволяет гибко подходить к построению моделей временных рядов и выбору предикторов для прогнозирования компонент. Для примера, на рис. 1 представлен результат прогнозирования диагностического параметра сопротивления изоляции якорной цепи привода поворота шагающего экскаватора ЭШ 40.100. Наблюдения производились каждые 12 часов — в начале рабочей смены, в соответствии с режимом работы оперативного персонала. Сопротивление изоляции измерялось мегаомметром ЭСО210/2 (измерительное напряжение 1000 В) с пределом шкалы измерения 50 МОм, поэтому значения сопротивления изоляции находятся в диапазоне 0–50 МОм.

Пример работы ПО системы прогнозирования

Рис. 1. Пример работы ПО системы прогнозирования

На рис. 1 представлены исходный сигнал, обработанный сигнал, а также результат прогнозирования и график ошибки прогнозирования временного ряда для интервала упреждения D=4 , что с учетом интервала дискретизации выборки Δt = 12 ч , составляет 48 часов или двое суток наблюдений.

В таблице 1 представлены настройки алгоритмов обработки и прогнозирования для данной временной последовательности.

Таблица 1

Параметры алгоритмов обработки и прогнозирования

Наименование параметра

Значение

1

Алгоритм обработки

1.1

Количество компонент декомпозиции

66 компонент

1.2

Количество компонент, используемых в модели временного ряда

13 компонент

1.3

Интервал упреждения для модели временного ряда

4 отсчета

2

Алгоритм прогнозирования

2.1

Обучающая выборка

168 отсчетов на интервале [0; 167]

2.2

Тестовая выборка

22 отсчета на интервале [168; 189]

2.3

Тип предиктора

ИНС прямого распространения (FNN) с линейной функцией активации

2.4

Метод настройки (обучения) предиктора

Алгоритм Левенберга-Марквардта

2.5

Размерность вектора входных данных

3

2.6

Размерность вектора выходных данных

1

Согласно данным, представленным в таблице 1 для прогнозирования всех компонент использовалась одинаковая модель предиктора. При использование линейной активационной функции нет смысла строить многослойные сети, так как линейную сеть с любым количеством слоев и нейронов в ней можно свести, путем линейных преобразований, к модели простого адаптивного сумматора. Для настройки ИНС использовался алгоритм Левенберга-Марквардта, который, при сравнимой с другими алгоритмами оптимизации точности, обеспечивает высокую скорость сходимости.

Результаты прогнозирования сопротивления изоляции якорной цепи привода поворота экскаватора ЭШ 40.100 представлены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты прогнозирования сопротивления изоляции

Параметр

Среднеквадратическое отклонение ошибки,

Среднее значение ошибки,

Значение

10,56

2,54

Использованный в программном обеспечении системы прогнозирования временных рядов диагностических параметров технических систем подход к обработке и прогнозированию временных рядов позволяет гибко подходить к построению моделей временных рядов, а также обеспечивает выбор модели предиктора и алгоритмов оптимизации для прогнозирования данных временных рядов с различными характеристиками.

Литература:

  1. Проников А. С. Надежность машин. –М.: Машиностроение, 1978. — 592 с., ил. — (Межиздательская серия «надежность и качество»).
  2. Программная реализация метода «Гусеница» CaterpillarSSA 3.40 // [электронный ресурс]. URL: https://www.gistatgroup.com/gus/programs.html (дата обращения 03.09.2024).
  3. Novo Forecast// [электронный ресурс]. URL: https://novoforecast.com/ (дата обращения 03.09.2024).
  4. Prophet// [электронный ресурс]. URL: https://github.com/facebook/prophet (дата обращения 03.09.2024).
  5. NeuralProphet// [электронный ресурс]. URL: https://neuralprophet.com/ (дата обращения 03.09.2024).
  6. FEDOT// [электронный ресурс]. URL: https://github.com/aimclub/FEDOT (дата обращения 03.09.2024).
  7. Шамаль М. А., Карякин А. Л. Прогнозирование диагностических параметров электротехнических комплексов главных приводов мощных экскаваторов// Журнал «Научное обозрение. Технические науки». — 2014. — № 2. — С. 219–220.
Основные термины (генерируются автоматически): ряд, временный ряд, прогнозирование, техническая диагностика, FEDOT, FNN, интервал упреждения, построение моделей, программное обеспечение, программное обеспечение системы прогнозирования.


Похожие статьи

Задача линейного планирования в технической диагностике автотранспортных средств

В статье представлена возможность применения оптимальной теории в области технической диагностики вообще и технической диагностики транспортных средств в частности посредством постановки и решения задачи линейного программирования.

Изучение систем автоматизированного проектирования в учебном заведении

Статья посвящена вопросу изучения систем автоматизированного проектирования на занятиях с использованием современных станков с числовым программным обеспечением.

Анализ моделей функционирования программируемых логических интегральных схем автономного технического средства при решении задачи технического диагностирования

В статье проведен анализ моделей функционирования программируемых логических интегральных схем автономного технического средства, выделены основные этапы процесса моделирования при решении задачи технического диагностирования.

Применение программного комплекса ANSYS в компьютерном моделировании

В статье представлены известные и современные программные комплексы для компьютерного моделирования конструкций, изделий и их составных частей. Программы основаны на методе конечных элементов, как метод численного моделирования и анализа. Показаны во...

Моделирование задачи формирования инфологических моделей при создании программных средств поддержки проектирования прикладных автоматизированных систем

Работа посвящена снижению трудоемкости проектирования прикладных автоматизированных систем (ПАС) с использованием программных инструментов для инфологического моделирования задач в рамках методологии автоматизации интеллектуального труда (МАИТ). Инфо...

Информационная модель систем гусеничной машины для тренажерного комплекса

В статье представлена методика разработки информационной модели, которая позволяет организовать имитационное моделирование в разработанном программном обеспечении тренажёрных комплексов. Разработанная информационная модель гусеничной машины позволяет...

Анализ существующих методов и средств расчёта устройств релейной защиты и автоматики

Целью данной научной статьи является исследование методов и средств расчёта устройств релейной защиты и автоматики. Результаты и выводы могут быть полезны для инженеров, проектировщиков, расчётчиков и специалистов в области энергетики.

Разработка программного модуля учета и контроля прогресса выполнения задач разработчиком

В статье автор исследует современные способы контроля эффективности разработчика и распределения временных ресурсов компаний для повышения общей эффективности работы в команде разработчиков.

Автоматизированное проектирование средств и систем управления

Статья представляет обзор современных подходов к автоматизированному проектированию средств и систем управления. Рассматриваются методы и инструменты, позволяющие значительно ускорить процесс разработки, повысить качество и надежность создаваемых сис...

Информационные технологии в электроэнергетике

В статье рассматривается специфический программный продукт, предназначенный для автоматизации работы системы электроэнергетики. Кратко описаны цели внедрения, задачи, функции и особенности объекта исследования.

Похожие статьи

Задача линейного планирования в технической диагностике автотранспортных средств

В статье представлена возможность применения оптимальной теории в области технической диагностики вообще и технической диагностики транспортных средств в частности посредством постановки и решения задачи линейного программирования.

Изучение систем автоматизированного проектирования в учебном заведении

Статья посвящена вопросу изучения систем автоматизированного проектирования на занятиях с использованием современных станков с числовым программным обеспечением.

Анализ моделей функционирования программируемых логических интегральных схем автономного технического средства при решении задачи технического диагностирования

В статье проведен анализ моделей функционирования программируемых логических интегральных схем автономного технического средства, выделены основные этапы процесса моделирования при решении задачи технического диагностирования.

Применение программного комплекса ANSYS в компьютерном моделировании

В статье представлены известные и современные программные комплексы для компьютерного моделирования конструкций, изделий и их составных частей. Программы основаны на методе конечных элементов, как метод численного моделирования и анализа. Показаны во...

Моделирование задачи формирования инфологических моделей при создании программных средств поддержки проектирования прикладных автоматизированных систем

Работа посвящена снижению трудоемкости проектирования прикладных автоматизированных систем (ПАС) с использованием программных инструментов для инфологического моделирования задач в рамках методологии автоматизации интеллектуального труда (МАИТ). Инфо...

Информационная модель систем гусеничной машины для тренажерного комплекса

В статье представлена методика разработки информационной модели, которая позволяет организовать имитационное моделирование в разработанном программном обеспечении тренажёрных комплексов. Разработанная информационная модель гусеничной машины позволяет...

Анализ существующих методов и средств расчёта устройств релейной защиты и автоматики

Целью данной научной статьи является исследование методов и средств расчёта устройств релейной защиты и автоматики. Результаты и выводы могут быть полезны для инженеров, проектировщиков, расчётчиков и специалистов в области энергетики.

Разработка программного модуля учета и контроля прогресса выполнения задач разработчиком

В статье автор исследует современные способы контроля эффективности разработчика и распределения временных ресурсов компаний для повышения общей эффективности работы в команде разработчиков.

Автоматизированное проектирование средств и систем управления

Статья представляет обзор современных подходов к автоматизированному проектированию средств и систем управления. Рассматриваются методы и инструменты, позволяющие значительно ускорить процесс разработки, повысить качество и надежность создаваемых сис...

Информационные технологии в электроэнергетике

В статье рассматривается специфический программный продукт, предназначенный для автоматизации работы системы электроэнергетики. Кратко описаны цели внедрения, задачи, функции и особенности объекта исследования.

Задать вопрос