Введение к работе
Актуальность. Б системе мероприятий, направленных на повышение уровня эксплуатации судовых энергетических установок (СЭУ), важная роль отводится диагностированию технического состояния функционально-самостоятельных элементов (ФСЭ), являющихся составными частями установки и способными самостоятельно функционировать также и вне состава СЭУ. К числу ФСЭ относятся, например, дизель, турбина, насос и т.п. По оценкам отечественных и зарубежных специалистов, введение в практику эксплуатации ФСЭ СЭУ технических средств диагностирования (ТСД) позволит снизить экономические затраты на техническое обслуживание в среднем на 20...25$. Ожидаемое снижение расхода тошгива при этом составит 1...2^, вследствие обеспечения работы СЭУ в целом в режиме более точного .контроля отклонения параметров установки от расчетной рабочей точки при использовании дополнительной диагностической информации, что обеспечит минимально возможный удельный расход топлива при учете реального технического состояния ФСЭ. Также следует отметить, что регламентные/разборки ФСЭ не дают желаемого результата, так как, например, в период работы между сопрягаемыми деталями и узлами устанавливается другое сочетание размеров и зазоров, определяемое эксплуатационными факторами. Кроме этого, последушая сборка приводит к более интенсивному износу повторно в период приработки, что в соответствии с теорией надежности увеличивает интенсивность отказов деталей и узлов ФСЗ.
К настоящему времени в области практики эксплуатации ФСЭ сложилась ситуация, характеризующаяся тем, что разработки, связанные с повышением надежности не полностью оправдывает себя, не достигнут требуемый уровень безотказности, а применяемые мероприятия не дают ожидаемого эффекта. Одна часть деталей и узлов ФСЭ
отказывает до наступления плановых сроков ремонта, другая часть, оказавшаяся в благоприятных эксплуатационных условиях и полностью работоспособная, направляется на ремонт преждевременно, в соответствии с планом. Бее это отражается не только на ритмичности загрузки специализированных цехов предприятий судостроительной промышленности, но и приводит к дополнительным затратам.
Альтернативой сложившейся ситуации и является использование ТСД. Шесте с тем, следует особо отметить, что техническое диагностирование станет более эффективным, если оно будет способно заранее предсказать возникновение предотказного состояния ФСЗ. Только тогда станет возможным так организовать процесс эксплуатации и спланировать ремонтно-профилактические работы, что функционированию судна будет в худшем случае нанесен возможно меньший ушерб, а на ремонтных предприятиях не возникнет неплановых работ или их будет минимум. Отсгда следует, что проблема прогнозирования технического состояния ФСЗ СУ выходит на первое место.
В реферируемой диссертационной работе предложено решение данной проблемы на основе разработанной автором методологии прогнозирования технического состояния, базирующейся на едином математическом аппарате обработки временных рядов параметров вторичных физических полей, сопровождающих деградационные процессы в ФСЭ при их эксплуатации..
Цель и задачи исследования. Цель диссертационной работы состоит в разработке научных основ и практических рекомендаций по повышению уровня эксплуатации ФСЭ СсУ на базе использования информации о прогнозируемом изменении технического состояния. Для достижения поставленной цели потребовалась разработка:
логико-формального анализа СЭУ как сложного системотехнического объекта прогнозирования со стабильной иерархической структурой, но деградирующим в процессе эксплуатации техническим состоя-
ниєм;
метода аналитического прогнозирования технического состояния типовых узлов, лимитирующих работоспособность ФСЕ и установки в целом;
критериев выбора функции прогнозирования технического состояния из числа конкуриругаих функций;
принципа определения необходимого числа измерений и моментов времени проведения измерений контролируемого параметра, характеризующего техническое состояние;
методологии организации процедуры прогнозирования технического состояния КЗ в условиях разного количества априорной информации;
алгоритма процедуры прогнозирования на основе результатов теоретических и экспериментальных иссследований.
Методы исследования.использованные в работе базируются на фундаментальных понятиях теории системотехники и теории иерархических многоуровневых систем, элементах теории информации и элементах обобщенного математического аппарата операционного исчисления, а также на экспериментальных исследованиях. Кроме того, в работе использованы обшие методы теории управления адаптивных систем.
На зашиту выносится научно-обоснованная методология прогнозирования технического состояния ФСс СсУ на основе анализа временных рядов параметров вторичных физических полей деградационных процессов.
Научная новизна результатов работы состоит в том, что:
развита обшая теория прогнозирования технического состояния элементов судовой энергетики в части аналитических методов, основанных на анализе временных последовательностей ретроспективных и перспективных значений переменной объекта прогнозирования;
разработан принцип предварительного определения необходимого числа измерений контролируемого параметра и моментов времени выпол-
нения данных измерений на основе интервала прогнозирования и коэффициента отказа диагностируемого элемента;
предложен формализованный метод целевого выбора аналитического выражения функции прогнозирования из числа конкурируюших на основе ряда критериев;
разработан способ прогнозирования технического состояния с использованием диагностических уровней, характеризующих процентный запас работоспособности контролируемого объекта, зашишенный авторским свидетельством;
предложен комбинированный принцип прогнозирующего управления техническим состоянием объектов на основе использования классических принципов управления с использованием перспективных значений контролируемой переменной.
Практическая ценность и реализация результатов. Практическая ценность работы состоит в создании научно-обоснованного метола прогнозирования технического состояния элементов судовой энергетики с сервисным математическим обеспечением, что позволит повысить уровень эксплуатации энергетических установок в целом и предотвратить наступление аварийных ситуаций вследствие "внезапных откезов".
Реализация заключается в использовании результатов работы в следующих направлениях:
в ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова при выполнении НИР A-XU-160 и А-Х11-Г76 в части разработки аналитических методов прогнозирования технического состояния оборудования судовых, энергетических установок;
в Военно-Морской Академии им. Н.Г. Кузнецова при выполнении ВИР 3550 "Обработка, в условиях эксплуатации локальной системы технического диагностирования";
в ЛенЕИИхиммаш при выполнении НИР "Разработка стендовой аку-СТИК0-8МИССИОННОЙ системы диагностирования установок по произвол-
ству гелия".
В учебном процессе:
в СПбГМТУ при написании учебного пособия "Введение в надежность и техническую диагностику судовых систем", учебных программ по дисциплинам "Проектирование систем технического диагностирования" и "Диагностирование технических средств автоматизированных систем управления";
в ЕЛА км. Н.Г.Кузнецова в курсе лекций "Основные положения технического диагностирования" и "Методы распозновання используе-' мне при техническом диагностировании" по дисциплине "Прочность и надежность корабельних дизельных энергетических установок";
в девяти дипломных работах выпускников кафедры Судовой, автоматики и измерений СПбШГУ.
Апробация работы. Основные научные положения и результаты работы доложены и обсуждены на:
научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГМТУ (1986 - 88 г.г);
семинаре "Проблемы технического диагностирования судових энергетических установок" в НТО им. акад. А.Н.Крылова (l988r); .
межотраслевом научно-техническом совещании по диагностированию оборудования газоперерабатывающей промышленности г.Оренбург, (1989 г.) ;
всесоюзных научно-технических конференциях "Проблемы технической диагностики в задачах обеспечения и повышения эксплуатационной надежности судовых технических средств" г. Николаев ,(І989г), г.Севастополь,(199Іг.) ;
тематическом семинаре "Проблемы технического диагностирования энергетических и рл ветроэнергетических систем" в Доме ученых ИМ. М.Горького (1990г.) ;
военно-технической конференции "Проблемы боевого использова-
ния вооружения и военной техники кораблей в современных условиях" в ВШУ г.Пушшн, (1996г.);
заседании постоянной секции "Судовые энергетические установки" Дома ученых им. М.Горького (1996г.) ;
заседании кафедры Судовой автоматики и измерений СПбГМТУ (1996г.) .
Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 17 печатных работах обтим объемом около авторских печ.л. , а также изложены в технических отчетах по НИР на 285 авторских машинописных листах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Обший объем диссертации 263 страницы, в том числе основная часть 196 страниц, приложений 67 страниц. Работа содержит 41 рисунок, 15 таблице Библиография включает 91 источник.
