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

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].