Моделирование и прогнозирование технического состояния судовых дизельных энергетических установок (методология и теория) Климов Евгений Николаевич

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА. I. МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК 15

1.1. Эксплуатация судовых энергетических установок как стадия их жизненного цикла 15

1.2. Структура системотехнического комплекса судовой энергетической установки на стадии эксплуатации 19

1.3. Техническое состояние судовой энергетической установки как разновидность качества и уровни

его проявления 33

1.4. Взаимосвязь видов дефектов, событий и технических состояний судовой энергетической установки 41

1.5. Признаки, параметры и показатели технического состояния судовой энергетической установки 54

ГЛАВА 2. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ АНАЛИЗА СЭУ КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЕМ 64

2.1. Структура процессов управления техническим состоянием судовой энергетической установки 64

2.2. Макроскопический анализ СЭУ 85

2.3. Структурный анализ судовых установок 92

2.4. Классификация судовых объектов диагностирования по характеру используемых каналов проводимости сигналов

2.5. Основные режимы и схемы проверки технического состояния судовых энергетических установок 107

2.6. Построение моделей судовых объектов диагностирования как сложный многоуровневый процесс И 8

ГЛАВА 3. МОДЕЛИ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОСНОВНЫХ ТИПОВ УЗЛОВ СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК 134

3.1. Основные виды и причины изменения технического состояния судовых машин и оборудования 134

3.2. Модели изменения технического состояния узлов

трения судовых машин и их классификация 139

3.3. Характеристики изменения технического состояния узлов первого типа 159

3.4. Характеристики изменения технического состояния узлов второго типа І8Ї

3.5. Характеристики изменения технического состояния узлов третьего типа 187

3.6. Области технических состояний и модели отказов

узлов судовой энергетической установки 214

ГЛАВА 4.МОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯ КОСВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК 228

4.1. Задачи и структура процесса имитационного моделирования судовых объектов диагностирования 228

4.2. Структурно-функциональная модель главной судовой дизельной энергетической установки 234

4.3. Модели блока рабочих процессов 240

4.4. Модели блока газотурбонагнетания 264

4.5. Модели блока движения и комплекса КВВП 271

4.6. Модели систем охлаждения и циркуляционной смазки 279

ГЛАВА 5.ПРОГН03ИР0ВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И ОЦЕНКА ПЕРИОДИЧНОСТИ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ УЗЛОВ СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК 296

5.1. Цели, задачи и методы прогнозирования технического состояния СЭУ 296

5.2. Метод определения периодичности проверки технического состояния узлов для обеспечения заданной безотказности 800

5.3. Метод определения периодичности проверки технического состояния узлов для обеспечения заданной долговечности 307

5.4. Оценка точности и достоверности прогноза технического состояния узлов СЭУ 311

ГЛАВА 6. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ НАСТРОЙКИ НА ТЕХНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ: СУДОВОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ 317

6.1. Судовая энергетическая установка как объект настройки 317

6.2. Модели формирования основных показателей судна в процессе движения 323

6.3. Методы и средства настройки комплекса движения судна по показателю кономичности.. 336

6.4. Оценка параметров модели объекта настройки 344

6.5. Метод оценки эффективности настройки 348

ВЫВОДА И РЕКОМЕНДАЦИИ 355

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 365

ПРИЛОЖЕНИЯ 385

• Эксплуатация судовых энергетических установок как стадия их жизненного цикла
• Структура процессов управления техническим состоянием судовой энергетической установки
• Основные виды и причины изменения технического состояния судовых машин и оборудования
• Задачи и структура процесса имитационного моделирования судовых объектов диагностирования
• Цели, задачи и методы прогнозирования технического состояния СЭУ

Введение к работе

Ускорение научно-технического прогресса является решающим фактором перевода экономики страны на путь интенсивного развития. Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 198I-1985 годы и на период до 1990 года, принятыми ШТ съездом КПСС, предусматривается широкое внедрение прогрессивных технологических процессов, увеличение выпуска новых машин и оборудования, транспортных средств и материалов, более рациональное использование производственного потенциала, экономия всех видов ресурсов.

Перед транспортной системой страны поставлена задача полностью и своевременно удовлетворять потребности народного хозяйства и населения в перевозках* Решение указанной задачи требует интенсификации всего транспортного процесса и дальнейшего совершенствования каждого вида транспорта.

Повышение эффективности работы водного транспорта в значительной степени связано с совершенствованием системы технического обслуживания и ремонта флота. Так, на речном транспорте затраты на техническую эксплуатацию флота в настоящее время составляют около 50 % расходов, относимых на себестоимость перевозок грузов и пассажиров. С технической эксплуатацией связана деятельность более 30 % всех работающих на речном транспорте. Общие затраты на техническое обслуживание и ремонт судов за амортизационный срок превышают их первоначальную стоимость в несколько раз /20]/.

Количественный рост и качественные изменения в составе флота в последние десятилетия привели к существенному изменению организации и методов его технической эксплуатации. Внедрена и продолжает развиваться система планово-предупредительного ремонта судов, организовано береговое техническое обслуживание, получают распространение агрегатный и агрегатно-узловой методы ремонта судовой техники. Внедряется система непрерывного технического обслуживания судов, обеспечивающая увеличение межремонтных периодов. Возрастает доля механизированного труда при техническом обслуживании и ремонте.

Действующая в настоящее время система технического обслуживания и ремонта флота является системой с ограниченно гибким регламентом. Она предусматривает заранее установленные сроки проведения работ по поддержанию и восстановлению работоспособности и ресурса судовых машин, механизмов, систем и устройств на основе статистически устанавливаемых сроков службы деталей, уз -лов и агрегатов в целом. Содержание и объем работ планируются заранее, но действительный объем уточняется перед началом и в процессе выполнения работ.

Наряду с несомненными достоинствами (возможность планирования загрузки береговых баз, определенная гарантия постановки судна на техническое обслуживание и ремонт и др.), действующая сие -тема имеет ряд существенных недостатков и нуждается в дальнейшем совершенствовании. Главный недостаток заключается в том, что система слабо учитывает действительное техническое состояние каждого отдельного объекта, формирующееся под влиянием условий его использования, отличающихся от средних.

Качество технической эксплуатации судов в значительной мере определяется степенью соответствия процессов технического обслуживания и ремонта объективно протекающим процессам изменения технического состояния основных агрегатов и узлов. В условиях жесткой регламентации периодичности выполнения работ указанное соответствие может быть обеспечено лишь приближенно. При этом весьма ответственной и трудной является задача определения оптимальной периодичности ремонтов с учетом возраста судов, надежности техни- ческих средств, возможностей береговых баз и других поддающихся оценке факторов.

Задача усложняется в связи с неодинаковостью и непостоянством условий эксплуатации и, соответственно, скоростей изнашивания различных однотипных объектов» Часть оборудования отказывает до наступления плановых сроков очередных технических обслуживании и ремонтов, что приводит к вынужденным простоям судов и появлению неплановых работ.

Кроме того, система с жесткой регламентацией периодичности проведения работ не обладает необходимым автоматизмом при поступлении в эксплуатацию новой, более надежной судовой техники. До появления статистических данных об износах и отказах этой техники на нее в течение ряда лет распространяется ранее выработанный регламент, что приводит к непроизводительным затратам материальных и трудовых ресурсов.

Возможности детальной оценки и прогнозирования технического состояния судового оборудования при плановых осмотрах, освидетельствованиях и предремонтных дефектациях весьма ограничены, поэтому часть машин, механизмов и узлов, оказавшихся в благоприятных условиях эксплуатации, направляется на ремонт в специализированные цехи преждевременно, до наступления предельного состояния.

Существенное повышение эффективности технической эксплуатации флота может быть достигнуто при переходе первоначально на гибкую регламентацию периодичности, содержания и объема работ по поддержанию и восстановлению работоспособности и ресурса судовой техники, а впоследствии - на техническое обслуживание и ремонт судов по фактическому состоянию на базе технического диагностирования и прогнозирования.

По существу необходимо сформировать подсистему оперативного управления техническим состоянием судов в составе системы управ- ления технической эксплуатацией флота с уточнением и изменением структуры и функций отдельных подразделений ныне действующей системы.

Для решения указанной народнохозяйственной проблемы требуются усилия исследователей нескольких смежных научных профилей: "Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)", "Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства", "Эксплуатация водного транспорта".

Потребности практики привели к тому, что по ряду направлений теоретические разработки уже интенсивно ведутся до получения результатов в связанных с ними смежных направлениях. При этом широко используются гипотетические модели.

Масштабные исследования технической эксплуатации флота как системы на уровне макромоделей выполнены С.Н.Драницыным /60,61, 62/, Они послужили научным обоснованием новой (непрерывной) системы технического обслуживания морского флота.

Научное решение вопросов организации технического обслуживания и ремонта судов отражено в работах Б.В.Васильева /21/, М.М.Гальперина /35/, Б.М.Левина /114/, В.Г.Никифорова /56/, В.С.Яценко /220/ и др.

Вопросам ремонтопригодности судов посвящены работы Д.Т.Чап-киса /211/. Методы восстановления эффективности судов рассмотрены в книге А.М.Подсушного /155/.

Значительное развитие получили исследования в области надежности судовой техники. Большой вклад в развитие методов анализа и оценки надежности внесли М.Я.Авхач /3/, А.Г.Варжапетян /25, 26/, Л.В.Ефремов /65/, Л.Н.Карпов /77/, В.И.Николаев /138/, И.П.Падерно /150/, Л.А.Промыслов /203/, И.А.Рябинин /172/, Ю.А.Светликов /176/, О.Р.Смирнов /186/ и др.

Вопросы физики отказов судовых машин и механизмов и методы их предупреждения исследованы в работах Б»А.Ватипко /27/, В.С.Гав-рилова /33/, Г.А.Давыдова /57/, Р.В.Кузьмина /112/, М.К.Овсянникова /141/, В.С.Семенова /181/, В.А.Сомова /190/, С.Ф.Трунина /203/ и др.

Разработке методов контроля и технической диагностики судовой техники посвящены работы И.В.Возницкого /30/, Л.Л.Грицая /54/, Е.Н.Климова /96/, А.В.Мозгалевского /126/, Ю.Н.Мясникова /132/, В.И«Николаева /139/, С.А.Попова /94/, Л.Г.Соболева /188/, В.Ф.Сыромятникова /194/, П.П.Федорко /199/, Ю.Н.Чекалова /132/ и

Вместе с тем выполненных в настоящее время исследований еще недостаточно для практического решения проблемы технического обслуживания и ремонта судовой техники по состоянию, В комплексной технической науке "Судовые энергетические установки" еще не сформировались методы и средства исследования СЭУ как объекта оперативного управления техническим состоянием. Наиболее эффективными в указанном плане нам представляются методы и средства моделирования.

Целью настоящей работы является разработка и систематизированное изложение основ нового проблемно-ориентированного научного направления "Моделирование и оперативное прогнозирование технического состояния судовых энергетических установок". Для достижения поставленной цели потребовалось решение следующих основных групп задач: разработка методологии исследования судовых энергетических установок как объектов управления техническим состоянием; разработка методов анализа СЭУ как объектов оперативного управления техническим состоянием; разработка метода построения моделей изменения технического состояния основных узлов судовых машин и оборудования ; разработка метода построения и анализа моделей формирования косвенных показателей технического состояния СЭУ; разработка методов построения прогнозных моделей при переменных режимах работы и оценки периодичности диагностирования узлов СЭУ ; разработка метода построения моделей СЭУ как объекта настройки ; разработка метода оценки эффективности настройки СЭУ.

Полученные результаты изложены в соответствующих главах диссертации. Решение перечисленных групп задач позволило создать целостную совокупность принципов и методов изучения судовой энергетической установки в рассматриваемом здесь плане. Большая часть этих задач решена впервые,

В работе использованы методы классификации, структурного и функционального анализа, математического анализа, математической логики, теории множеств, теории вероятностей, математической статистики, теории графов, идентификации, параметрической надежности, моделирования, прогнозирования, теории управления, техниче -ской диагностики, теории подобия, триботехники, теории двигате -лей внутреннего сгорания, судовых энергетических установок, гидродинамики судна.

Научная новизна определяется тем, что настоящая работа является первым систематизированным комплексным исследованием судовой энергетической установки как объекта оперативного управления техническим состоянием. Автор выносит на защиту методологию исследования технического состояния СЭУ, перечисленные методы анализа, построения моделей, оценки периодичности диагностирования и эффективности настройки установки, а также модели элемен -тов и узлов судовой дизельной установки, иллюстрирующие указан - ные методы.

Практическая ценность работы заключается в том, что на основании разработанных принципов, методов, моделей, сделанных выводов становится возможным практическое исследование конкретной судовой энергетической установки как объекта оперативного управления техническим состоянием.

Реализация заключается в использовании результатов работы автора в следующих направлениях: при разработке нормативно-технических документов Минречфло-та РСФСР, регламентирующих вопросы технического обслуживания,ремонта и метрологического обеспечения У (Основные рекомендации по разработке и применению сетевых моделей на судоремонтных предприятиях. Руководящий технический материал РТМ 50-61-69; Метрологическая экспертиза конструкторской, технологической и нормативно-технической документации на изделия машиностроения, приборостроения и средств автоматизации. РТМ 212,0066-77 ; Положение по организации метрологической службы в Минречфлоте РСФСР (взамен РТМ 212.010-72) ; при разработке научного прогноза по технической эксплуатации флота на период 1980-1985 гг. (отчет, № Г.Р. 70026379, инв. № Б I4395I) ; при совершенствовании системы технического обслуживания и ремонта флота в Беломоро-Онежском, Иртышском-' и Камском речных пароходствах; в учебном процессе: при написании учебного пособия "Контроль и техническая диагностика судовых машин и механизмов" в двух частях ; при составлении программ курсов повышения квалификации и дополнительной программы кандидатского минимума для аспирантов и соискателей ; в шести защищенных диссертационных работах на прикладные темы с внедрением на соискание ученой степени кандидата технических наук, выполненных под научным руководством автора настоящей работы.

Основные научные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Объединенной научной сессии АН СССР по проблемам автоматизации транспортных процессов с применением ЭЦВМ (Ленинград, 1967), ІУ Всесоюзном семинаре по технической диагностике (Миасс, 1975), ІУ Всесоюзной научно-технической конференции по судоремонту "Проблемы повышения качества ремонта судов и совершенствования нормативно-технической документации" (Таллин, 1978), УП Всесоюзном совещании "Теория и методы математического моделирования" (Куйбышев, 1978), П Всесоюзном симпозиуме "Проектирование систем диагностики (Ростов-на-Дону , 1982), Всесоюзной научно-технической конференции "Теоретические и прикладные проблемы износостойкости в машиностроении" (Ленинград, 1982), секции межведомственного научно-технического Совета по двигателестроению при Государственном комитете СССР по науке и технике (1982), научно-методической комиссии в области технической диагностики и прогнозирования остаточного ресурса машин при НТС Госстандарта СССР (1983), республиканской научно-технической конференции "Проблемы повышения надежности работы судов при удлиненных межремонтных периодах и сокращения затрат на ремонт" (Горький, 1977), УШ Ленинградской конференции "Повышение надежности промышленных изделий в свете решений ХХУІ съезда КПСС" (1981), семинарах "Надежность и долговечность техники" (Ленинград, 1976), "Техническая диагностика дизелей" (Ленинград, 1977), "Стандартизация в технической диагностике и обслуживании сложных систем" (Челябинск, 1981), "Методы и средства технической диагностики" (Саратов, 1981), заседании производственно-технического Совета Технического управления Минречфлота РСФСР (Москва, 1981), ежегодных научно-технических конференциях Ленинградского института водного транспорта (І966-І983),

Основные материалы и результаты диссертационной работы автора опубликованы в 18 печатных работах общим объемом около 32 авторских листов, включая две монографии и учебное пособие.

Эксплуатация судовых энергетических установок как стадия их жизненного цикла

Повышение качества судовых энергетических установок предполагает управление процессами формирования и сохранения необходимых свойств на всех стадиях жизненного цикла: исследование, проектирование, изготовление, обращение, эксплуатация. Каждая ста -дия характеризуется своей внутренней структурой. Стадия исследования обычно включает два основных этапа: научно-технический поиск и формирование замысла; отработка замысла. Для стадии проектирования характерны этапы: техническое задание ; техническое предложение ; эскизный проект ; технический проект ; разработка рабочей документации.

На стадии изготовления можно выделить этапы: изготовление опытного (головного) объекта ; испытание и доводка опытного (головного) объекта ; отработка конструкторской и технологической документации ; изготовление серийных объектов ; монтаж и испытания установки на судне. Стадия обращения включает транспортирование, хранение и другие этапы.

Общим для рассмотренных стадий и этапов является то, что судовая энергетическая установка здесь выступает в качестве предмета труда исследователей, проектировщиков, машиностроителей, работников сферы обращения. При этом на стадиях исследования и проектирования СЭУ как предмет труда имеет форму идеальной модели будущей установки, зафиксированной на языке соответственно научной и технической документации. На стадии изготовления СЭУ приобретает форму материальной модели - опытного (головного) объекта и серийного изделия, а на стадии обращения - форму груза. На стадии эксплуатации энергетическая установка как элемент судна прежде всего является средством труда членов экипажа, непосредственно занятых целевым использованием судна. Предметом их труда является перемещение перевозимых грузов и пассажиров, вскрытие ледяного покрова, дноуглубление и т.п. в зависимости от назначения судна. Одновременно энергетическая установка на стадии эксплуатации служит предметом труда работников, обеспечивающих техническую возможность использования судна по назначению. Здесь СЭУ как предмет труда выступает в форме объекта технической эксплуатации.

Задачи по обеспечению технической возможности использования флота принято разделять на три характерные группы /ИЗ/:

обеспечение постоянной готовности функциональных комплексов к эксплуатационной работе и эффективное осуществление функционирования ;

поддержание работоспособности функциональных комплексов ;

восстановление работоспособности и ресурса функциональных комплексов.

Решение указанных групп задач технической эксплуатации СЭУ осуществляется на соответствующих этапах технического использования, технического обслуживания и ремонта. При этом целевое использование и техническое использование судовой энергетической установки следует рассматривать как две фазы одного этапа стадии эксплуатации.

Рассмотренные этапы эксплуатации установки осуществляются при наличии квалифицированных кадров, поэтому при системном анализе обучение персонала следует выделять в самостоятельный этап.

Структура процессов управления техническим состоянием судовой энергетической установки

В наиболее общем виде процесс управления техническим состоянием энергетической установки представлен на рис.2.І, В качестве объекта управления выступают технические средства ТС СЭУ-]-. Под влиянием условий технического использования УТИ происходит изменение технического состояния установки, фиксируемое с помощью контролируемых выходных показателей состояния КПС. Поддержание и восстановление технического состояния СЭУ осуществляется путем воздействия на соответствующие режимные (для узлов) РП и материал ьно-етруктурные МСП параметры установки при техническом обслуживании и ремонте.

Первым элементом процесса управления следует считать проверку технического состояния установки ПТСр осуществляемую членами команды и работниками береговых служб в форме оперативного централизованного контроля параметров функционирования, периодического осмотра отдельных машин и агрегатов, теплотехнических и динамометрических испытаний, технического диагностирования, дефектации, инспекторских осмотров и освидетельствований. Оценка технического состояния OTCj установки производится с учетом действующих нормативных требований НТ.

При оперативном управлении техническим состоянием СЭУ принятие оперативного решения П0Р осуществляется с учетом требований заданного критерия работоспособности 1С установки. Оперативное решение OPj определяет необходимый объем технического обслуживания по состоянию TOCj или ремонта по состоянию РСт, а также возможные воздействия BBj на условия технического использования УТИт.

Принятие статистического решения ПСР производится на основе оценки параметрической надежности ОПН, прлученной в результате анализа надежности АН по донесениям Др Дг , Дд, Д об изменениях технического состояния и постепенных отказах группы однотипных энергетических установок. При этом учитывается требование критерия параметрической надежности Кш. Статистическое решение СР предусматривает периодическое выполнение определенного объема регламентного технического обслуживания РТО и регламентного ремонта РР, создание комплектов судового и базового (берегового) ЗИП заданной номенклатуры и объема, а также мероприятия по улучшению условий технического использования установки МУУ.

Рассмотренный процесс управления техническим состоянием энергетической установки является замкнутым. Выходные показатели технического состояния установки и ее элементов зависят от характера и объема выполненных работ по техническому обслуживанию и ремонту, улучшению условий технического использования, а последние в свою очередь определяются на основе оценки технического состояния.

Для правильной организации процесса управления необходимо знать характеристики объекта управления, связывающие контролируемые выходные показатели технического состояния с условиями технического использования и учитывающие материально-структурные параметры установки. При этом выбор контролируемых показателей является самостоятельной задачей исследования (см.главу 4). Необходимо также выявить основные режимы и схемы проверки технического состояния энергетических установок судов.

Основные виды и причины изменения технического состояния судовых машин и оборудования

Объекты судовой техники на стадии эксплуатации подвержены изменениям. Направление этих изменений при использовании по назначению и хранении определяется тенденцией организованных систем к понижению организованности в силу действия принципа возрастания энтропии (в общенаучном смысле). Эта тенденция проявляется как результат совместного действия многочисленных дезорганизующих факторов. Ей противостоит тенденция к повышению организованности вследствие действия принципов управления техническим состоянием объектов, включая создание оптимальных условий работы основных узлов, диагностирование, поддержание и восстановление состояния при техническом обслуживании и ремонте.

Анализу основных естественных факторов, существенно влияющих на техническое состояние СЭУ, посвящены работы Р.В.Кузьмина /112/, А.М.Подсушного /155/, Р.А.Коллакота /101/ и др. Обстоятельные исследования механизма формирования технического состояния машин выполнены А.С.Прониковым /162/. С учетом указанных работ и действующих государственных стандартов /50, 52/ для целей настоящего исследования может быть принята следующая классификация причин изменения технического состояния СЭУ в процессе эксплуатации (рис.3.1). Здесь приведены наиболее характерные виды изменения технического состояния установки: изнашивание, усталостное разрушение, деформирование, отложение, разрегулирование. Каждая разновидность в общем случае формируется под влиянием трех основных групп разрушающих воздействий - механических, химических и термических и их сочетаний.

В настоящее время различают два основных вида изнашивания: механическое (включающее абразивное, эрозионное, усталостное изнашивание, а также изнашивание при фреттинге и при заедании) и коррозионно-механическое (включающее окислительное изнашивание и изнашивание при фреттинг-коррозии).

Усталостное разрушение в зависимости от вызывающей его причины подразделяют на механическое, термическое и коррозионное»

При исследованиях выделяют деформации от механического воздействия внешних сил, вследствие ползучести материала, релакса -ционное и от структурного изменения материала.

Различные отложения на рабочих поверхностях, в полостях и емкостях являются одним из видов изменения технического состояния установки, влияющих на ее работоспособность и вызывающих необхо -димость технического обслуживания. Основными являются отложения продуктов износа, нагара и накипи.

Характерным для судовых энергетических установок видом изменения технического состояния является разрегулирование (нарушение регулировок) вследствие действия вибраций, износов, изменения температурных условий, старения материала. Устранение нарушений регулировок является достаточно сложной процедурой технического обслуживания.

Рассмотренные виды изменения технического состояния, характерные для СЭУ, в настоящее время изучены в различной степени. Наиболее исследованы процессы изнашивания. В развитие науки о трении, смазке и износах машин - триботехники большой вклад внесли отечественные ученые Н.П.Петров, В.Ф.Лоренц, А.К.Зайцев, П.А.Ребиндер, Ю.П.Ишлинский, Б.В.Дерягин, М.М.Хрущов, И.В.Кра-гельский, Б.И.Костецкий и др., работы которых получили всемирное признание. Широкую известность в этой области имеют работы зарубежных исследователей Боудена, Тейбора, Кларка, Джорджи и др.

Задачи и структура процесса имитационного моделирования судовых объектов диагностирования

Построение алгоритмов и программ проверки технического состояния и поиска дефектов осуществляется на основе результатов анализа модели объекта, выполняемого с целью установления соответствия между дефектами и результатами измерения диагностических параметров. По существу в процессе анализа модели выполняется многократное моделирование поведения объекта при наличии различных дефектов.

При анализе взаимодействуют три группы основных моделей, образующие комплексную модель объекта диагностирования: модели формирования косвенных показателей технического состояния, модели конечного числа дефектов и модели режимов,

В соответствии с классификацией моделей следует различать предметное и мысленное, физическое и математическое моделирование поведения объектов диагностирования, В каждом случае особого внимания требуют вопросы имитации дефектов» При математическом моделировании анализ моделей упрощается, если заранее известны зависимости, реализуемые дефектными элементами. Для определения этих зависимостей необходимо в исправный элемент (элементы) "ввести" одиночные, а в случае необходимости и кратные дефекты Способы их "введения" могут быть различными.

Возможны два типа модельных имитационных экспериментов над судовыми объектами: простые и кратные. При проведении простого эксперимента (рис.4,1 а) экспериментатор Э последовательно оказывает воздействия с помощью имитатора режимов ИР на один объект, например, Oj, представленный моделью, и получает последовательность его реакций, В случае детерминированного объекта реакции зависят от воздействий и технического состояния объекта в данный момент времени, устанавливаемого с помощью имитатора дефектов ИД. Анализируя реакции, экспериментатор формирует очередные воздействия,и по окончании эксперимента получает объем информации об объекте, необходимый для определения его технического состояния.

Схема кратного эксперимента (рис.4,1) отличается тем, что имеется несколько копий одного и того же объекта (несколько идентичных моделей), которые в момент начала эксперимента находятся в одинаковых исходных состояниях. Экспериментатор направляет на каждую копию свою последовательность воздействий и получает от них соответствующие последовательности реакций. Анализируя реакции, экспериментатор определяет необходимость оказания дополнительных воздействий на отдельные копии объекта до тех пор, пока не будет получена интересующая его информация об объекте.

Для объекта с числом возможных одиночных дефектов, равным М , общее число различимых технических состояний, включая исправное, равно Следовательно, в эксперименте рассматривается поведение М + \ различающихся объектов одного вида.

Наиболее распространены три вида моделирования отклоняющегося поведения объектов диагностирования: инженерно-логическое (мысленное наглядно-образное), предметно-физическое и предметно-математическое.

Цели, задачи и методы прогнозирования технического состояния СЭУ

Прогнозирование как процесс разработки прогноза технического состояния имеет своей целью установить возможные состояния узла, агрегата и установки в целом в некоторый будущий момент времени или сроки достижения определенного состояния (например, критического или предельного), В обоих случаях объектом прогнозирования является процесс изменения технического состояния, однако в первом случае имеет место поисковый прогноз, во втором - нормативный прогноз /161/,

Полный цикл научно-технического прогнозирования принято разделять на три основные этапа: прогнозная ретроспекция ; прогнозный диагноз ; проспекция. На этапе прогнозной ретроспекции необходимо рассмотреть предысторию процесса изменения технического состояния и прогнозного фона по результатам диагностирования в различные моменты времени в прошлом. Здесь под прогнозным фоном понимается совокупность условий технического использования, обслуживания и ремонта установки. Результатом первого этапа прогнозирования должно быть описание процесса изменения технического состояния установки между моментами выполненных технических обслуживании и ремонтов»

Этап прогнозного диагноза позволяет оценить техническое состояние установки и прогнозный фон в текущий момент времени, а также составить систематизированное описание объекта прогнозирования и прогнозного фона с целью выявления тенденций их изменения, В итоге выбирается или разрабатывается прогнозная модель.

Проспекция как этап прогнозирования решает задачи оценки ожидаемого прогнозного фона, разработки прогноза, а также оценки его точности и достоверности.

В зависимости от степени изученности установки, полноты и вида информации о предыстории изменения ее технического состояния могут быть использованы различные прогнозные модели и методы прогнозирования. Из известных методов с учетом выполненных в настоящей работе исследований наиболее приемлемыми для целей прогнозирования технического состояния СЭУ являются методы прогнозной экстраполяции, основанные на математической экстраполяции, в которых развитие процесса оценивается на основе аналитической прогнозной модели с учетом ожидаемых условий работы узлов.

Модель может описывать математическое ожидание процесса в наблюдаемый период, реальный процесс с учетом переменных режимов, а также полосу возможных состояний узла в указанный период (в последнем случае модель представлена уравнениями кривых, огибающих характеристику реального процесса). При наличии модели, описывающей реальный процесс, и сведений о законе распределения режимов работы может быть выполнен модельный прогнозный эксперимент на ЭВМ, т.е. выполнено имитационное моделирование дальнейшего хода реального процесса в заданном периоде упреждения.

Естественно, что при использовании указанных моделей результаты прогнозирования будут представлены в разном виде. На основании первой модели получим точечный прогноз в виде значения математического ожидания переменной объекта прогнозирования без указания доверительного интервала. Вторая модель при многократном повторении машинного эксперимента даст сведения о законе распределения, на основании которого может быть определен доверительный интервал для заданной вероятности осуществления прогноза (интервальный прогноз).