Розробка оптимізованої програми оцінки технічного стану модулів цифрового фотоапарата-ультразуму Panasonic Lumix DMC-FZ28

Розробка оптимізованої програми оцінки технічного стану модулів цифрового фотоапарата-ультразуму Panasonic Lumix DMC-FZ28

План

Вступ

Завдання на курсову роботу

Загальні відомості

Визначення характеристик надійності фотоапарату Panasonic Lumix DMC-FZ28

Визначення множини станів та елементарних перевірок фотоапарату

Оптимізація необхідної і достатньої сукупності параметрів і оцінок технічного стану досліджуваних блоків фотоапарату

Висновок

Література

Вступ

Фотоапарат - одне із найдивовижніших винаходів людства. Ще у далекому 1826 р. француз Джозеф Нісефор Непс спробував уперше закарбувати мить й закріпити зображення усередині камери обскуру на мідній пластинці, покритій шаром природного «іудейського бітуму» (асфальту). На жаль, цей метод, що отримав назву геліографія, вимагав 8-годинної витримки знімка при яскравому світлі, що дозволяло фотографувати лише нерухомі пейзажі. Згодом фотографія для людей стала розкішшю. У вельможних родинах було престижно прикрашати стіни будинку сімейними фотографіями. Професія фотографа вважалась не просто захопленням, а й мистецтвом на якому можна було непогано заробити. І ось через «якихось там» 200 років кожен із нас може дозволити собі зробити в день не одну-дві фотографії, а цілу сотню і більше. Перед споживачами постає нелегкий вибір: цифровий фотоапарат, недорогий, але і якість зображення відповідно низька, чи високоякісний дзеркальний, але і значно дорожчий. Винахідники сучасності знайшли альтернативу в даній дилемі, а саме: фотоапарати-ультразуми. Ультразум - звичайний цифровий фотоапарат з покращеною оптикою та розширеною функціональністю. Але даний апарат має такий недолік, що фотографії часто страждають від ефекту змазування, який виникає у випадку, якщо значення фокусної відстані об’єктиву перевищує знаменник дробу, що складає витримку. Очевидно, що найбільш вразливими для ефекту змазування виявляються камери, оснащені потужними об’єктивами із широким діапазоном фокусних відстаней - тобто ультразуми. Аматорські ж компактні камери із традиційним трьохтактним об’єктивом або, навіть, дзеркальні фотокамери зі штатною оптикою стикаються з такою проблемою набагато рідше - в основному в тих випадках, коли фото було зроблене при неблагополучних знімальних умовах. Тож ультразум є фотоапаратом для більш досвідчених фотографів. За час існування фотографії був розроблений цілий комплекс мір, які попереджали появу ефекту змазування. Наприклад, використання високочутливих фотоматеріалів, штативів для роботи в спеціальній позі, яка забезпечує максимальну стійкість камери, але потребує гарної фізичної підготовки. На щастя, більшість сучасних цифрових ультра зумів обладнані різними вмонтованими системами стабілізації, які значно підвищують зручність роботи фотографа і дозволяють без зайвих труднощів досягти непоганої якості знімків. Кожен виробник використовує стабілізатор власної розробки. Наприклад, метод оптичної стабілізації ґрунтується на переміщенні якихось оптичних елементів в зворотну сторону руху фотоапарата, при чому рухатись можуть як лінзи об’єктиву, так і світлочутливий датчик камери. Можлива і електронна стабілізація зображення,, яка передбачає автоматичне підвищення світлочутливості датчика із подальшою програмною обробкою знімку, яка позбавляє його від зайвих «шумів».

Ось ми і отримали загальну картину фотоапаратів-ультразумів. Охарактеризувати його можна такими словами: якісно та недорого.

В цій роботі ми розглянемо процес визначення середньої вартості робіт з діагностування відмови фотоапарата-ультразуму Panasonic Lumix DMC-FZ28 за гнучкою програмою:

         Позначимо через  множину всіх можливих станів об’єкта як працездатного, так і станів відмов. Будемо вважати, що виділено підмножину  можливих станів відмов, діагностування яких належить здійснити. Нехай кількість цих станів дорівнює ), де  - кількість всіх можливих станів об’єкта діагностування. Далі позначимо через , ( - множина всіх можливих перевірок), яка ділить множину  на дві непорожні підмножини (одна - зі станом відмови, а друга - без стану відмови). Як відомо, матриця станів має кортежі {0} і {1}. Кожна із перевірок  (стовпці) також має кортежі із {0} і {1}. Суть побудови будь-якої програми полягає у визначенні послідовності реалізації перевірок, починаючи з тої, яка несе максимальну інформацію. Тому в подальшому розглядається процедура, яка передбачає аналіз станів, у яких кортежі складаються тільки з {0} і тільки з {1}.

         Встановимо, що гнучка програма діагностування починається з перевірки , яка розбиває множину {} на дві непорожні підмножини  та  таких, що:  та .

В загальному вигляді алгоритм розрахунків такий:

. На основі статистичних даних визначаються рівні ймовірностей працездатного і непрацездатних станів, із яких формується статистичний ряд.

. Здійснюється упорядкування статистичного ряду для  за принципом: перший член такого ряду має найменше значення імовірності, а в подальшому всі члени ряду мають зростаючі значення ймовірностей.

. Розраховуються значення бінарних ймовірностей.

Завдання на курсову роботу

Метою виконання курсової роботи є розробка оптимізованої програми технічного стану модулів цифрового фотоапарата-ультразуму Panasonic Lumix DMC-FZ28.

Загальні відомості

Виробники компактних камер особливу увагу приділяють ультразумам. Ультразум є вінцем технічних і програмних розробок фірми-виробника, оскільки проектування й виробництво зум-об’єктива пов'язано з технічними складнощами, які спричиняють хроматичні аберації на «довгому кінці» і бочкоподібне перекручування на короткому. Як відомо, хроматичні аберації виникають внаслідок того, що промінь світла, який проходить через оптичну схему об'єктива не залишається без змін, а розпадається на кілька променів. Сходження колірних складових променя світла в одній точці можна одержати, задіафрагмувавши об'єктив, і у такий спосіб обмеживши розходження променя. У зум-об’єктивах ця проблема збільшується постійним зсувом елементів оптичної схеми щодо джерела прийому сигналу - матриці. Тому вартість апаратів із зум-об’єктивами високої кратності завжди досить висока.

Структурна схема фотоапарата-ультразуму

Принципова схема фотоапарату-ультразуму

Цифровий процесор сигналу

Оптична частина

Таблиця 1. Характеристики фотоапарата-ультразуму Panasonic Lumix DMC-FZ28

Визначення характеристик надійності фотоапарату Panasonic Lumix DMC-FZ28

Надійність приладу - це здатність безвідмовно працювати протягом певного проміжку часу. Надійність приладу в цілому залежить від багатьох факторів: обраної електронної бази, застосованих деталей та з'єднань, умов експлуатації, кліматичних умов тощо.

Розрахунок надійності проводиться на стадії проектування виробу, до його реального виготовлення. Проведемо розрахунок надійності для фотоапарату-ультразуму Panasonic Lumix DMC-FZ28, зробивши наступні припущення:

− всі елементи працюють в середньому експлуатаційному режимі;

−       всі елементи одного типу мають однакову величину середніх експлуатаційних інтенсивностей відмов;

−       відмова одного елемента призводить до відмови всього приладу.

Для повноцінного проведення розрахунку надійності, користуючись довідковою літературою та даними про режими експлуатації цього фотоапарату, необхідно скласти таблицю інтенсивності відмов елементів фотоапарату.

Таблиця 2. Інтенсивність відмов елементів фотоапарату Panasonic Lumix DMC-FZ28

Визначимо ймовірність безвідмовної роботи фотоапарату Panasonic Lumix DMC-FZ28.

Визначаємо ймовірність відмови фотоапарату Panasonic Lumix DMC-FZ28.

Визначимо середній час роботи цього фотоапарату:

На графіку зображуємо залежність Q(t) і P(t).

Таблиця 3. Реляційна таблиця

Визначення множини станів та елементарних перевірок фотоапарату

Розглянувши склад системи фотоапарата можна виділити 11 найбільш значущих можливих станів системи. Тому в нашому випадку маємо таку сукупність станів об’єкта{S}:

·        S₀- справний стан, повна функціональність;

·        S₁- несправність об’єктива;

·        S₂- несправність ПЗЗ;

·        S₃- несправність пристрою аналогової обробки сигналу;

·        S₄- несправність АЦП;

·        S₅- несправність ЦАП;

·        S₆- несправність синхрогенератора;

·        S₇- несправність пристрою обробки кольоровості;

·        S₈- несправність цифрового процесора сигналів;

·        S₉- несправність кодера;

·        S₁₀- несправність пристрою відображення інформації;

·        S₁₁- несправність пристрою збереження інформації;

Елементарні перевірки p відповідають сукупності станів об’єкта:

·        π₁ - справний стан об’єктива;

·        π₂ - справний стан ППЗ;

·        π₃ - справний пристрою аналогової обробки сигналів;

·        π₄ - справний АЦП;

·        π₅ - справний стан ЦАП;

·        π₆ - справний стан синхрогенератора;

·        π₇ - справний стан пристрою обробки кольоровості;

·        π₈ - справний стан цифрового процесора сигналів;

·        π₉ - справний стан кодера;

·        π₁₀ - справний стан пристрою відтворення;

·        π₁₁ - справний стан пристрою збереження;

Оптимізація необхідної і достатньої сукупності параметрів і оцінок технічного стану досліджуваних блоків фотоапарату

фотоапарат ультразум технічний вартість

Нехай функціонально-логічна модель об’єкта оцінки технічного стану складається із N=11 структурних елементів. Формуємо обмежувальні умови: в об’єкті одночасно відмовляє тільки один блок (елемент ФЛМ) і така відмова елемента призводить до відмови об’єкта в цілому.

Оскільки N=11 то маємо S={S₀, S₁,…, S₁₁}, де S₀ - справний стан об’єкта; S_i={i-1, 2,…, 11} - несправні стани, кожний з яких містить у собі одинарну відмову, тобто відмову тільки одного з елементів об’єкта. Враховуючи зазначене, представимо матрицю множини станів об’єкта (Таблиця №1).

В таблиці №1 наведено: Q(t)- імовірність виникнення стану  у разі відмови відповідного елемента (блоку) об’єкта;  - порядковий номер станів.

(t) = Q (t),

де N(t), N(0) - кількість справних блоків в момент часу t та початковий момент часу t = 0;(t) - кількість блоків, які відмовили до моменту часу t.

Таблиця 4. «Матриця множини станів об’єкта»

Використовуючи матрицю множини станів об’єкта (табл.№1), можна визначити оптимальну сукупність перевірок  як для контролю працездатності (контролюючий тест ), так і для локалізації відмов (діагностичний тест ). Тести  і , які вміщують мінімальну кількість перевірок називаються мінімальними. Визначити мінімальний тест - це означає знайти мінімальну кількість параметрів (виходів блоків), достатніх для здійснення контролю працездатності об’єкта () або локалізації відмов (), які можуть у ньому виникати.

Якщо мінімальний тест виявиться єдиним, то кількість перевірок, яку він містить, буде не тільки достатньою, але й необхідною для оцінки працездатного стану об’єкту контролю.

Побудуємо Булеву матрицю  (таблиця №2), рядками якої є набори ξ_j⁽⁰ⁱ⁾ (i,j=1,2,…,11), а колонками - сукупність перевірок .

Таблиця 5. «Матриця  працездатності об’єкта»

Застосовуючи алгоритм булевих спрощень, визначимо мінімальну сукупність перевірок , які утворюють раціональний контролюючий тест .

Для матриці  застосуємо процедуру спрощення за таким алгоритмом:

а) якщо в матриці  є така пара рядків  і , що , то рядок  з неї вилучається (вважається , якщо для всіх );

б) якщо в матриці  є така пара колонок  та , що , то колонка  з неї вилучається.

в) Якщо в матриці  є рядок, який вміщує тільки одну одиницю, яка стоїть на перетині -го рядка та -ї колонки, то перевірка , що відповідає

-й колонці, входить до мінімального тесту. Якщо після спрощення матриці  за правилами 1 та 2 в ній залишаються тільки перевірки, які входять до мінімального тесту, то сукупність цих перевірок складає мінімальний контрольний тест.

З матриці  утворюється нова матриця  (таблиця №3), стовпці якої вміщують сукупність перевірок мінімального контролюючого тесту .

Таблиця 6. «Матриця  програми оцінки технічного стану об’єкту»

Із досвіду експлуатації встановлено, що раціональним критерієм оптимізації програми оцінки технічного стану є економічний показник, а саме рівень собівартості реалізації операцій або контролю працездатності, або діагностування можливих відмов. На практиці для отримання оптимальної програми оцінки технічного стану електронної апаратури застосовується метод гілок та границь. Розглянемо процес реалізації зазначеного методу на прикладі системи, яка складається із чотирнадцяти блоків функціонально-логічної моделі і для якої побудована матриця станів (Таблиця №1).

З практичної точки зору доцільно визначити собівартість операцій (C_H) щодо реалізації необхідної і достатньої сукупності  перевірок. Для застосування методу гілок і границь визначаються значення бінарних ймовірностей для множини {S}. Позначимо через {P^*_α} значення бінарних ймовірностей для сукупності станів S_j, для яких у Табл. №1 результат перевірки  відповідає 0, а через (Р^*_β) - значення сукупності станів S_i, результат перевірок яких  відповідає 1.

Розрахунки значень середньої вартості процесу діагностування виконується за формулою:

де- вартісний показник процесу діагностування залежно від рівня контролепридатності блока; [l, k] - кількість відповідно нульових і одиничних значень перевірок у сукупності станів .

Визначимо послідовно значення  для програми діагностування, починаючи з умовної реалізації перевірки, яка виділяє дві підмножини  і {B}={S₂, S₃, S₄, S₅, S₆, S₇, S₈, S₉, S₁₀, S₁₁ }.

Розраховуємо:

){A}={S₁};

P(А)=0.78;

{B}={S₂,S₃,S₁₁,S₉,S₅,S₇,S₆,S₄,S₁₀, S₈};(S₂)=0.11→ P(S₃)=0.14→ P(S₁₁)=0,33→ P(S₉)=0,38→ P(S₅)=0,49→ P(S₇)=0,54→ P(S₆)=0,64→ P(S₄)=0,71→ P(S₁₀)=0,75→ P(S₈)=0,86*1 =P(S₂)+P(S₃)=0.25*2 =P*1 +P(S₁₁)=0.58*3 =P*2 +P(S₉)=0.96*4 =P*3 +P(S₅)=1.45*5 =P*4 +P(S₇)=1.99*6 =P*5 +P(S₆)=2.63*7 =P*6 +P(S₄)=3.34*8 =P*7 +P(S₁₀)=4.09*9 =P*8 +P(S₈)=4.95(B)=P*1+P*2+P*3+P*4+P*5+P*6+P*7+P*8+P*9=20.24

C1(π1S1)=Cr1•(1+20.24+0.78)=Cr1•22.02

2){A}={S₂, S_6, S₁};

Р(S₂)=0,11→Р(S₆)=0,64→Р(S₁)=0,78*1= Р(S₂)+ Р(S₆)=0,11+0,64=0,75*2= P*1+ Р(S₁)=0,75+0,78=1,53

Р(А)= P*1+ P*2=0,75+1,53=2,28

{B}={S₃,S₁₁,S₉,S₅,S₇,S₄,S₁₀, S₈};

Р(S₃)=0,14→Р(S₁₁)=0,33→Р(S₉)=0,38→Р(S₅)=0,49→Р(S₇)=0,54→Р(S₄)=0,71→Р(S₁₀)=0,75→Р(S₈)=0,86*1= Р(S₃)+ Р(S₁₁)=0,14+0,33=0,47*2= P*1+ Р(S₉)=0,47+0,38=0,85*3= P*2+ Р(S₅)=0,85+0,49=1,34*4= P*3+ Р(S₇)=1,34+0,54=1,88*5= P*4+ Р(S₄)=1,88+0,71=2,59*6= P*5+ Р(S₁₀)=2,59+0,75=3,34*7= P*6+ Р(S₈)=3,34+0,86=4,2(B)= P*1+ P*2+ P*3+ P*4+ P*5+ P*6+ P*7=14.67

C2(π2S2)=Cr2•(1+2.28+14.67)= Cr2•17.95

3) {A}={ S₂, S₃, S₅, S₆, S₁}

Р(S₂)=0,11→Р(S₃)=0,14→Р(S₅)=0,49→Р(S₆)=0,64→Р(S₁)=0,78*1= Р(S₂)+ Р(S₃)=0,11+0,14=0,25*2= P*1+ Р(S₅)=0,25+0,49=0,74*3= P*2+ Р(S₆)=0,74+0,64=1,38*4= P*3+ Р(S₁)=1,38+0,78=2,16(А)= P*1+ P*2+ P*3+ P*4=4.53

{B}={S₁₁,S₉,S₇,S₄,S₁₀,S₈}

Р(S₉)=0,38→Р(S₇)=0,54→Р(S₄)=0,71→Р(S₁₀)=0,75→Р(S₁₁)=0,78→Р(S₈)=0,86*1= Р(S₉)+ Р(S₇)=0,38+0,54=0,92*2= P*1+ Р(S₄)=0,92+0,71=1,63*3= P*2+ Р(S₁₀)=1,63+0,75=2,38*4= P*3+ Р(S₁₁)=2,38+0,78=3,16*5= P*4+ Р(S₈)=3,16+0,86=4,02(B)=12,11

C3(π3S3)=Cr3•(1+4,53+12,11)= Cr3•16,64

4) {A}={ S₂,S₃, S₅, S₆,S₄,S₁}

Р(S₂)=0,11→Р(S₃)=0,14→Р(S₅)=0,49→Р(S₆)=0,64→Р(S₄)=0,71→Р(S₁)= 0,78*1= Р(S₂)+ Р(S₃)=0,11+0,14=0,25*2= P*1+ Р(S₅)=0,25+0,49=0,74*3= P*2+ Р(S₆)=0,74+0,64=1,38*4= P*3+ Р(S₄)=1,38+0,71=2,09*5= P*4+ Р(S₁)=2,09+0,78=2,87(А)=7.33

{B}={S₁₁,S₉,S₇,S₁₀, S₈};

Р(S₁₁)=0,33→Р(S₉)=0,38→Р(S₇)=0,54→Р(S₁₀)=0,75→Р(S₈)=0,86*1= Р(S₁₁)+ Р(S₉)=0,33+0,38=0,71*2= P*1+ Р(S₇)=0,71+0,54=1,25*3= P*2+ Р(S₁₀)=1,25+0,75=2*4= P*3+ Р(S₈)=2,86(В)=6.82

C4(π4S4)=Cr4•(1+7.33+6.82)=Cr4•15,15

5) {A}={ S₉, S₅ }

Р(S₉)=0,38→Р(S₅)=0,49(А)=0.87

{B}={ S₂,S₃,S₁₁,S₇,S₆,S₄,S₁₀,S₁,S₈};

Р(S₂)=0,11→Р(S₃)=0,14→Р(S₁₁)=0,33→Р(S₇)=0,54→Р(S₆)=0,64→Р(S₄)=0,71→Р(S₁₀)=0,75→Р(S₁)=0,78→Р(S₈)=0,86*1= Р(S₂)+ Р(S₃)=0,11+0,14=0,25*2= P*1+ Р(S₁₁)=0,25+0,33=0,58*3= P*2+ Р(S₇)=0,58+0,54=1,12*4= P*3+ Р(S₆)=1,12+0,64=1,76*5= P*4+ Р(S₄)=1,76+0,71=2,47*6= P*5+ Р(S₁₀)=2,47+0,75=3,22*7= P*6+ Р(S₁)=3,22+0,78=4*8= P*7+ Р(S₈)=4+0,86=4,86(B)=18.26

C5(π5S5)=Cr5•(1+0.87+18.26)= Cr5•20,13

6) {A}={ S₆, S₉ }(А)=1.02

{B}={ S₂,S₃,S₁₁,S₅,S₇,S₄,S₁₀,S₁,S₈};(В)=17.46

C6(π6S6)=Cr6•(1+1.02+17,46)= Cr6•19,48

7) {A}={ S₂,S₃,S₉,S₅,S₇,S₆,S₄,S₁ }(А)=12.76

{B}={ S_8, S₁₀,S₁₁ };(B)=1.31

C7(π7S7)=Cr7•(1+12.76+1.31)= Cr7•15.07

8) {A}={ S₂,S₃,S₉,S₅,S₇,S₆,S₄,S₁, S₈}(А)=17.43

{B}={ S_10, S₁₁};(B)= 1.08

C8(π8S8)=Cr8•(1+17.43+1.08)= Cr8•19.51

9) {A}={ S₂,S₃,S₉,S₅,S₇,S₆,S₄,S₁, S₈}(А)=17.43

{B}={ S_10, S₁₁};(B)= 1.08

10) {A}={ S₂,S₃,S₁₁,S₅,S₇,S₆,S₄,S₁₀,S₁,S₈}(А)=22.27

{B}={ S₉ };(B)=0.38

C10(π10S10)=Cr10•(1+22.27+0.38)= Cr10•23.65

11) {A}={ S₂,S₃,S₁₁,S₅,S₇,S₆,S₄,S₁,S₈}(А)=17.06

{B}={ S₉,S₁₀};(B)=P*1+P*2=1.13

C11(π11S11)=Cr11•(1+17.06+1.13)= Cr11•19.19

У таблиці №4 наведені значення мінімальних витрат і рівень вартості кожної перевірки. Використовуючи ці дані, доповнимо таблицю №3 значеннями середніх витрат, розрахованих вище.

Таблиця 7. «Значення мінімальних витрат і рівень вартості кожної перевірки»

Знаючи середнє значення вартості кожної перевірки розраховуємо вартість значення кожної відмови. Для коректного виконання послідовності програми оцінки технічного стану застосовується коефіцієнт пріоритетності:

де Q(t) - імовірність появи відмови в об'єкті контролю; С - вартість робіт з пошуку (контролю) відмов. Перший етап у програмі контролю визначається максимальним рівнем К. Виходячи з цих коефіцієнтів запишемо послідовність виконання перевірок R в таблиці №3.

Проаналізувавши дані таблиці №3 програма контролю повинна починатися з перевірки знаходження системи в стані, відповідному N =8. Запишемо повну послідовність:

П = (N8→ N11 → N4 → N7 → N10 → N3→ N6 → N5 → N9 → N2 → N1).

Дана послідовність перевірок входження системи в кожний конкретний стан визначає оптимізовану програму оцінки технічного стану фотоапарата-ультразуму Panasonic Lumix DMC-FZ28.

Висновок

Виконуючи дану курсову роботу, мною проведений технічний огляд фотоапарата-ультразуму Panasonic Lumix DMC-FZ28. Основою для виконання роботи став опрацьований курс лекцій по дисципліні «Основи оцінки технічного стану електронних апаратів».

Вся ця процедура проводиться над вище згаданим приладом. І щоб вона виконувалась успішно, також були розглянуті характеристики даного фотоапарату з метою подальшого дослідження. Було проаналізовано: принципи функціонування, можливі режими та умови експлуатації.

Метою роботи було аналізування статистичних даних по відмовах і розробка оптимізованої програми оцінки технічного стану блоків даного камкордера. Використовуючи таку програму, можна швидко і точно локалізувати елемент, що відмовив, і провести його заміну.

Література

1.   ООТСЕА. Конспект лекцій/ В.Д. Кузовик, В.Л. Кучеренко, О.В. Булигіна - К.: НАУ-Друк, 2010 - 116с.

2.       Журнал «625» №9/ 2009 - М.: 625- 82с.

3.       Синдеев И.М. Диагностика сложных объектов - М.: Наука,1980. - 126с.

.        Барзилович Е.Ю. Модели технического обслуживания сложных систем. - М.: Высшая школа, 1998. - 231с.

.        Краус М. Сбор данных в управляющих вычислительных машинах. - М.: Мир, 2002. - 294с.