Введение к работе
Актуальность темы. В современных социально-экономических условиях основным источником повышения рентабельности предприятий с непрерывным производственным циклом является снижение эксплуатационных затрат и потерь от аварий и простоев производства, связанных с внезапным выходом из строя технологического оборудования.
Эксплуатационные потери можно сократить до минимума, проводя своевременное и целенаправленное техническое обслуживание па основе мониторинга технического состояния оборудования в реальном времени, используя в полной мере заложенный в оборудовании ресурс и исключив его внеплановую (фактически аварийную) остановку и замену.
Фундаментальной причиной существующих на предприятиях проблем обеспечения надежного функционирования оборудования является низкая степень объективизации оценок его состояния в условиях реальных технологических процессах, что является предпосылкой к формированию автоматизированных систем поддержки принятия решений о состоянии оборудования и сроках его текущего ремонта на основе комплексирования критериев технической диагностики.
По мнению ряда авторов, в общей структуре неразрушающего многопараметрического контроля особое внимание уделяется диагностированию состояния машин и оценке степени опасности повреждения на основе данных контроля вибраций как одному из наиболее эффективных методов повышения надежности оборудования.
При описании подходов к реализации стратегии анализа и синтеза математического обеспечения систем вибродиагностического мониторинга и управления в современной литературе отмечается существенная сложность в автоматизации процессов идентификации частот вибрации подшипниковых узлов машин и механизмов. Поэтому в настоящее время различные диагностические системы содержат огромную базу данных по типоразмерам подшипников, чтобы расчетным путем определять их информативные частоты вибрации. Однако в реальных условиях оператору диагностической системы не всегда удается иметь информацию о типоразмере подшипников, которые установлены на том или ином механизме.
С другой стороны внедрение автоматизированных вибродиагностических систем мониторингового контроля технического состояния промышленного оборудования сдерживается, главным образом, отсутствием соответствующего программного обеспечения. Отсутствие программ, в свою очередь, объясняется не столько сложностью программной реализации определенных методик и алгоритмов вибродиагностирования, сколько их несовершенством и обязательным участием оператора в анализе диагностической информации.
Одним из перспективных направлений реализации методов и оптимального выбора средств виброакустической диагностики с точки зрения их практической реализации с учетом социально-экономической эффективности внедрения является мониторинг технического состояния колесно-редукторных пар подвижного состава железнодорожного транспорта.
Таким образом, тема диссертации связанная с повышением эффективности управления технологическими операциями виброакустической диагностики подшипниковых узлов промышленного оборудования на основе методов моделирования состояния оборудования и алгоритмизации принятия решений, является актуальной.
Работа выполнена в рамках НИР ГБ 2007.44. «Повышение эффективности технологических процессов и оборудования в производстве изделий электронной техники на основе инновационных технологий» в соответствии с основным научным направлением ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет» «Вычислительные системы и программно-аппаратные электротехнические комплексы».
Цель и задачи исследования. Целью диссертации является разработка моделей и алгоритмов автоматизации управления технологическими операциями виброакустического неразрушающего контроля подшипниковых узлов промышленного оборудования на примере диагностики буксовых узлов колесных пар железнодорожного подвижного состава.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
проанализировать пути повышения эффективности управления технологическими процессами на основе совершенствования методов и средств технической диагностики с выделением места и роли виброакустической диагностики в общей структуре многопараметрического неразрушающего контроля промышленного оборудования;
провести структуризацию диагностических критериев технологических операций шіброа'л)стического контроля с учетом эксплуатационных характеристик промышленного оборудования;
формализовать методы идентификации виброакустических сигналов по результатам анализа экспериментальных данных:
разработать компоненты математического обеспечения анализа результатов виброакустической диагностики в рамках алгоритма распознавания состояния подшипников буксовых узлов промышленного оборудования;
провести интеграцию моделей и алгоритмов управления технологическими операциями виброакустической диагностики в рамках программно-алгоритмического комплекса поддержки принятия решений.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались: основные положения теории вероятностей и математической статистики, теории автоматического управления, теория цифровой обработки сигналов, методы математического моделирования.
Научная новизна работы. В диссертации получены следующие основные результаты, характеризующиеся научной новизной:
структура процесса проектирования комплекса средств виброакустической диагностики колесных пар подвижного состава, обеспечивающая учет как совокупности эксплуатационных характеристик в режиме нормального функционирования объекта исследования, так и дефектов роликовой буксы колесных пар возникающих в процессе влияния внешних воздействий;
метод идентификации виброакустических сигналов по результатам анализа экспериментальных данных, учитывающий особенности виброакустических сигналов от различных типов дефектов, а также влияние на параметры виброакустического сигнала таких специфических факторов, как радиальная нагрузка подшипника, радиальные зазоры, консистентность смазки и т.д.;
компоненты математического обеспечения анализа проектных решений по идентификации дефектов роликовой буксы колесных пар, позволяющие использовать различные алгоритмы распознавания дефектов буксовых узлов колесных пар железнодорожного состава;
алгоритм определения характеристик погрешностей результатов измерений основных параметров виброакустических сигналов, отличающийся совместным использованием расчетов по результатам имитационного моделирования и метрологического эксперимента;
программно-алгоритмический комплекс, интегрирующий модели и алгоритмы управления технологическими операциями виброакустической диагностики колесных пар железнодорожного подвижного состава, обеспечивающий оперативность принятия решений о наличии зарождающихся дефектов и планировании ремонтно-восстановительных работ.
Практическая значимость и результаты внедрения
В результате проведенного исследования предложен комплекс моделей и алгоритмов, предназначенных для создания комплекса средств виброакустической диагностики подшипниковых узлов промышленного оборудования на основе выбора оптимальной структуры процесса проектирования комплекса средств виброакустической диагностики колесных пар подвижного состава, эксплуатационные характеристики автоматизированной системы идентификации дефектов роликовой буксы колесной пары, а также формализации методов идентификации виброакустических сигналов по результатам анализа экспериментальных данных.
Результаты проведенных исследований апробированы и внедрены в производство 7 вагонных депо Юго-Восточной железной дороги, а также на Московской, Горьковской и Свердловской железных дорогах.
Теоретические и практические результаты работы, реализованные автором в рамках информационного и программного обеспечения автоматизированной системы вибродиагностики колесных пар подвижного состава железнодорожного транспорта, внедрены в учебный процесс кафедр систем автоматизированного проектирования и информационных систем и технологических и
автоматизированных систем электронного машиностроения ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет».
Результаты внедрения подтверждаются соответствующими актами.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: Международной научно-технической конференции «Системные проблемы обеспечения надежности, качества, математического моделирования, информационных технологий в инновационных проектах» (Москва-Сочи, 2006); научно-технической конференции «Интеллектуализации управления в социальных и экономических системах» (Воронеж, 2007); Всероссийской научно-практической конференции «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2008); научно-методических семинарах кафедры систем автоматизированного проектирования и информационных систем и кафедры технологических и автоматизированных систем электронного машиностроения ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет» (2006 - 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [1] - автоматизация проектирования комплекса средств виброакустической диагностики колесных пар подвижного состава железнодорожного транспорта; [2] - математическое моделирование виброакустического сигнала по экспериментальным характеристикам роликовой буксы колесной пары; [3] - процесс интеллектуализации средств измерения параметров вибродиагностики колесных пар подвижного состава железнодорожного транспорта; [4] - теоретические принципы применения вейвлет-анализа к исследованию параметров виброакустической диагностики машин; [5] - подходы автоматизации проектирования комплекса средств виброакустической диагностики; [6] - принципы и методики выявления дефектов подшипников качения; [7] - проведена оценка характеристик погрешностей результатов измерений с помощью имитационного моделирования.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка литературы из 125 наименований. Основная часть изложена на 135 страницах, содержит 30 рисунков, 6 таблиц.
