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 покладені базові знання щодо функціональних і технологічних характеристик системи експлуатації модулів і блоків електронної апаратури. В свою чергу, структура базових знань формується на основі зібраної і упорядкованої у вигляді бази даних інформації відносно зміни технічного стану в процесі експлуатації. Така інформація в базах даних представляється 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, яке класифікується як система управлянні 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 корнева 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, являється простота опису ієрархічних структур предметної області.

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

При мережному моделюванні кількість структурно-функціональних зв’язків між компонентами предметної області не обмежена. З практичної точки зору при здійсненні процесу діагностування за допомогою мережного моделювання можна отримати оптимальні алгоритми пошуку відмов з різною глибиною локалізації, наприклад, від модуля до функціонального елементу блоку ЕА.

При реляційному моделюванні всі операції (процедури) в БД відбуваються з використанням спеціальних таблиць. Кожна із таблиць складається із рядків і стовбців і 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 блоку або вимірювання його вихідних параметрів не дали бажаного результату щодо оцінки технічного стану, переходять до більш глибинного дослідження об’єкту на рівні субблоків, модулів, функціональних елементів. При цьому, використовуючи інформацію БД, будується реляційна структура діагностування. Значення конкретного атрибута формуються у вигляді домену, 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 статичних даних про відмови конкретного блоку або модуля. І таким чином, з певним рівнем імовірності визначити місце відмови.

Враховуючи викладене, 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 основних види обмежень цілісності: цілісність сутностей і цілісність посилань. Обмеження першого типу полягає в тому, що будь-який картеж відношення повинен бути відмінним від будь-якого іншого картежу, тобто будь-яке відношення повинне мати визначення первинного кроку в алгоритмі діагностування. Зазначене обмеження достеменно виконується, якщо в комп’ютерній програмі передбачена однозначна 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. При цьому, перший етап в програмі контролю визначається максимальним рівнем .

Важливо також зазначити, що 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 в двох або більше відношеннях; для визначення обсягу однорідних наборів атрибутів використовується розрахунок різниці відношень;

- операція «відношення - результат» застосовується при реалізації процедури добутку двох відношень; число атрибутів у системі «відношення - результат» повинно дорівнювати числу атрибутів у системі «відношення - операнди»;

- операція ділення відношень полягає в наступному: 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; іншими словами, в інформаційному ресурсі відбувається синтез строгої послідовності виконання алгоритму оцінки технічного стану (жорстка програма пошуку відмови);

- операція присвоювання дозволяє реалізувати умови, при яких результати обчислення будь-якого реляційного виразу зберігаються у відношення бази даних.

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

В якості прикладу початкового збору інформації для побудови БД наведемо структуру реляційної таблиці для типового електронного блоку (таблиця 1).

Таблиця 1

Структура реляційної таблиці

№ п/п	Назва систе- ми	Назва блоку, моду-ля	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 наслід-ки відмови	Час вико-нання ремонт-но-від-новлю- ваних робіт
1	Заводсь- кий номер	Завод- кий номер	Не праце- здат-ний	[год]	[год]	Індикація ФЕ	Час простою, фінанси- ві витрати	[год]

Інформаційний ресурс таблиці 1 може бути використаний для розрахунків параметрів надійності або для побудови програми оцінки ТС.

 

Контрольні питання

1. В чому полягає методика побудови БД?

2. Яке призначення має СУБД?

3. Які типи моделей застосовуються для побудови БД?

Рекомендована література [8].