Хаос, организованный в распределения, дает детерминизм цифровой диагностики

Ян Крохин

Аннотация: Диагностика использует метрологию примерно так же, как лыжник – трамплин.

Наука предсказывает удивительные факты. К примеру, космология говорит о кипящем вакууме: где и когда его применят? Диагностика, в отличие от этого, почти целиком земная. Она применима всюду – в технике, в медицине, в гуманитарных областях, в финансах и т.д. Там, где наука об измерениях – метрология – ставит точку, здесь – запятая, после которой и происходит действие. Совокупность ординарных, одиночных измерений сотен или тысяч параметров объекта дает диагноз – прецизионное определение состояния объекта и такие же (прецизионные) значения всех его параметров. В качестве точного средства измерения … служит компьютер.

Зачем погоня за точностью? Разве недостаточно ординарных измерений? В последние годы погрешности простых измерений снижены до фантастических значений – до ± 10^–4 или еще точнее. Почему же и этого мало? Одна из причин заключается в том, что в технике (а диагностика родилась из потребностей техники) проверка параметров готовых изделий выполняется контролем по так называемым допускам. Контроль со своей задачей не справляется (технические подробности смотри на www.krokhin.com). Человечество платит за это дорого: жертвы катастроф следуют одна за другой как из рога изобилия сатаны. Высокая точность диагностики (просьба не путать с таким же омонимом) эксплуатирует технику без отказов, вечно исправной, посредством поддержания исходного состояния ремонтно-профилактическими работами. Только такая эксплуатация избавляет от катастроф контроля по допускам.

В качестве математического аппарата применен слегка новый результат теории вероятностей – так называемые интегральные функции распределений.

Диагностика, в отличие от метрологии, служит фильтром случайных погрешностей. Случайные погрешности в метрологии уменьшаются при многократных измерениях одной и той же величины. Однако, одиночные измерения не подвластны виртуальным измерениям (имитационному моделированию), при которых случайная погрешность одиночного измерения играет роль систематической погрешности. Диагноз образует конструкцию – отсчет по мультипликативной шкале состояний – которая переводит систематические погрешности параметров в разряд случайных, уменьшающихся при многократных виртуальных измерениях.

Параметры изделий со временем деградируют, это – закон природы. Деградация параметров, даже в пределах полей допусков, создает всевозможные сочетания неконтролируемых значений, некоторые из которых являются браком и могут быть опасными. Это явление описывается школьной математикой. Из-за этого, в большинстве, самолеты падают с неба, как спелые груши с дерева. Возможно, в этом кроется причина половины дорожных происшествий.

Диагностика всегда означает полную проверку изделия, контроль – только частичную. Сегодня проверки параметров так и делятся – на ежедневные, еженедельные, еже- … и т.д. Полная проверка – только при капитальном ремонте. Поэтому, по сути, возможность брака эксплуатируемой продукции (отказы между проверками) предусмотрена … ее технической документацией. Опасные сочетания параметров не исключены и при диагностике – кто их проверял? Но, во первых, поддержание исходного состояния – это несравненно меньшая деградация параметров между проверками, а во вторых, диагностические модели, в отличие от контроля, можно «прокачать» на компьютере, если конструктор или фирма «созрели» до понимания катастроф своего изделия из-за опасного сочетания его параметров.

Диагностика в технике знаменует отказ от таких привычных понятий, как срок гарантии, гарантийный ремонт, плановый ремонт, капитальный ремонт, назначенный ресурс, продленный ресурс и т.д. Есть просто эксплуатация (без отказов!) изделия – автомобиля, самолета, АЭС, локатора, танка и пр. – при которой поддерживается исходное состояние параметров упреждающими ремонтно-профилактическими работами. Есть текущий прогноз расходов. И право потребителя решать, что ему выгоднее – продолжать эксплуатацию или заменить изделие новым. И нет никакой теории надежности – групповой статистики отказов: нет отказов, нет и их теории.

Мы построили техническую цивилизацию эксплуатируемых изделий «по своему образу и подобию». Она ответила нам тем же: создается медицинская диагностика. В этом факте – ничего удивительного. Мы все отличны ментально, но физиологически – все одинаковы. Поэтому полный медицинский диагноз строится на основе мегаанализа – совокупности анализов и анамнезов пациента, а не мнений отдельных врачей. Мегаанализ, в свою очередь, определяется конкретными значениями анализов и анамнезов, подобно тому, как состояние объекта зависит от значений его параметров. В цепочке причинно-следственной связи первична болезнь, а не параметр, поэтому диагностику не заботит вопрос о том, что раньше – яйцо или курица. Задача врачи – минимизация мегаанализа и выбор схемы лечения. К сожалению, цели ремонтно-профилактических работ и схем лечения ремонтной медицины отличаются, поэтому старость без болезней нам не грозит.

Гуманитарная истина измеряется с помощью человека: судейской коллегии по танцам на льду, врача, избирательной комиссии и т.д. Как оказалось, измерительные погрешности действуют и в этом случае так же, как и при технической диагностике: фильтр случайных погрешностей работает. Гуманитарная диагностика, например, способна устранить случайные ошибки голосования, определяя их результат с точностью до одного голоса. Необходимо лишь следить за соблюдением относительных весов параметров, технических и гуманитарных.

Веса параметров определяются соглашением, договоренностью. На значения параметров в технике влияет их функциональное назначение и система единиц. Соглашение в технике, т.о., зависит от международных стандартов. Очевидно, стандартизация ожидает и медицинскую диагностику. Одиночные исследования с применением гуманитарной диагностики могут обойтись и без стандартов, которые, однако, необходимы для взаимопонимания разобщенных групп исследователей и инженеров.

Стандартизация технической диагностики естественна. Ей способствует установка датчиков для фиксации грубых смещений параметров. Прецизионность (точность) конечных значений параметров тем лучше, чем больше число параметров: даже два исходных значения, повторенные сотни раз, дают невиданную, избыточную точность.

Стандартизация с применением гуманитарных параметров, возможно, не очевидна. Но достаточно вспомнить, что врач, по сути, исполняет роль датчиков гуманитарных параметров – анамнезов пациента. Ту же роль – датчиков гуманитарных параметров – играют судьи спортивных комиссий, а, вероятно, и все судьи. С точки зрения диагноза технические и гуманитарные параметры равнозначны. Отсюда, в частности, следует значение диагностики как детерминированной «теории» аварий и катастроф: все, что эксплуатируется с нарушениями правил диагностики, потенциально опасно. Поэтому по возможности полный перечень параметров, в том числе – обязательно гуманитарных, дает количественную оценку безопасности эксплуатации объекта. До диагностики безопасность рассматривалась как качественный показатель.

Сегодня полный список параметров безопасности составляется двояко – либо до катастрофы, либо, особенно в сложных случаях, - после, т.е. на будущую безопасность. Так, уничтожение башен торгового центра в США обнаружило нерадивость служб безопасности и даже повлекло корректировку внешней политики. В Украине попадание боевой ракеты (хотя и с болванкой вместо взрывчатки) в жилой дом вызвало лишь перенос полигона подальше от Киева. Поэтому вскоре боевая ракета С-300 сбила пассажирский самолет ТУ-154: она якобы погналась за уже трижды сбитой мишенью, а в действительности – была запущена по пассажирскому самолету. «Игры» без параметров безопасности продолжаются: недавно, под защитой (мирного населения?) военной авиации, проведены маневры, в которых применялись старые боевые ракеты с ресурсом, «продленным» на 20 лет (прогноз … γ –процентного ресурса?).

Цивилизационная миссия диагностики простирается от долговременного составления трехмерных карт галактик до коррекции ряда наук. Очевидно, что «Теорию ошибок» следует переиздать как «Теорию метрологических ошибок». Теория диагностических ошибок (ее возможное название – теория погрешностей) еще не написана. «Теорию нечетких множеств» следует переписать как «Теорию метрологических нечетких множеств». Наука, по-видимому, не нуждается в теории нечетких множеств: диагностика видит все реальные множества четкими. «Математическая статистика» требует диагностического уточнения своих моментов распределений. Но после уточнения все моменты – почти детерминированные, а не случайные величины. Какая уж тут математическая статистика?

В основе диагностики лежит исправление застарелой ошибки науки: она «приняла на вооружение» средние значения как сумму невзаимодействующих слагаемых. При этом их (суммы) систематические ошибки иногда уменьшаются, а случайные – всегда возрастают. В действительности систематические ошибки среднего постоянно приближаются к точному значению, к истине, а случайные – к нулю. Диагноз, даже в случае тысяч и миллионов параметров, становится детерминированным, оставляя все меньше места для истинно статистических методов.

Лучший способ борьбы с последствиями техногенных катастроф – устранение самих катастроф при эксплуатации объектов. Повышение надежности не решает эту задачу, а только оттягивает трагедии. Украинская Академия Наук держит паузу. Поэтому мировой инженерной общественности, по-видимому, целесообразно уделить внимание диагностике, например, участием в создании теории погрешностей.