Введение к работе
Актуальность темы. Испытания ЖРД - это экспериментальное определение количественных и качественных свойств ЖРД как результата воздействия на него различных факторов при его функционировании. Если рассматривать создание ракетно-космического комплекса (РКК), то испытания РКК - это всесторонняя проверка, которой подвергаются аппаратура, узлы, системы РКК и комплекс в целом для установления соответствия их характеристик предъявляемым тактико-техническим требованиям. Испытания РКК представляют собой сложную и многообразную систему мероприятий и являются основным источником достоверной информации для обоснования принимаемых решений при проектировании и создании новых образцов.
Ряд основных научных результатов по этой проблеме применительно как к ракетным, так и авиационным двигателям отражены в работах Валеева С.С, Васильева В.И., Кретинина А.В., Петунина В.И. и др.
Особое значение имеют комплексные огневые наземные (стендовые) испытания в натурных условиях. Основное требование, которое к ним предъявляется, - надежность. Поскольку все режимы испытаний и аварийная защита обеспечиваются информационной управляющей системой (ИУС) испытательного стенда, надежность управления испытаниями приобретает существенную значимость.
Многие общие принципы архитектурной организации и перспективы совершенствования ИУС с использованием новых информационных технологий рассмотрены в работах Бизяева Р.В., Альбрехта А.В., Лисейкина В. А.
Современное состояние научных исследований и практика огневых испытаний связаны с определением критических в смысле надежности компонентов ИУС и выбором способов их резервирования. Физическое резервирование приводит к увеличению стоимости. Практически не рассматривается оптимизационный поиск компромисса надежности и стоимости управления, не исследуется возможность имитации функционирования резервных компонентов на основе интеллектуальных методов обработки информации, измеренной в процессе испытаний. Это снижает количество решений, принимаемых при модернизации ИУС после проведения очередного цикла испытаний.
Таким образом, актуальность диссертации определяется необходимостью рассмотрения возможностей повышения надежности управления стендовыми испытаниями ЖРД за счет малозатратных механизмов, использующих интеллектуальные методы обработки измеряемой информации, и поиска оптимальных вариантов резервирования.
Тематика диссертационной работы соответствует научному направлению ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «Вычислительные комплексы и проблемно-ориентированные системы управления».
Цель работы состоит в разработке комплекса моделей и алгоритмов обработки информации, измеренной в процессе испытаний, для имитации функционирования резервных компонентов ИУС и оптимального выбора способа резервирования, обеспечивающих компромисс показателей надежности и стоимости управления стендовыми испытаниями ЖРД.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
- анализ путей повышения эффективности и надежности стендовых
испытаний ЖРД как объекта управления и обоснование возможности
использования интеллектуальных методов обработки измеряемой
информации и оптимизации при многовариантном выборе структуры
резервирования компонентов ИУС;
- формирование процедур повышения надежности управления
стендовыми испытаниями ЖРД за счет виртуального нейросетевого
резервирования компонентов измерительных и управляющих трактов
ЖРД:
- разработка моделей и алгоритмов принятия оптимальных решений
при многовариантном резервировании компонентов системы управления
стендовыми испытаниями ЖРД по показателям надежности и стоимости;
- оценка эффективности использования разработанных моделей,
алгоритмов и программных средств при модернизации структуры
резервирования ИУС стендовыми испытаниями ЖРД.
Методы исследования. В работе использовались основные положения и методы системного анализа, интеллектуальной обработки информации, теории управления, эффективности и надежности сложных систем, методы нейросетевого моделирования, оптимизации, теории вероятностей и математической статистики.
Тематика работы соответствует следующим пунктам паспорта специальности 05.13.01: п.2 «Формализация и постановка задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации», п.4 «Разработка методов и алгоритмов решения задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации», п. 11 «Методы и алгоритмы прогнозирования и оценки эффективности, качества и надежности сложных систем».
Научная новизна работы. В диссертации получены следующие основные результаты, выносимые на защиту и характеризующиеся научной новизной:
- процедура оптимизации управления стендовыми испытаниями
ЖРД, отличающаяся введением дополнительных виртуальных каналов
измерительного тракта ИУС в виде модели нейросетевого резервирования;
структура нейросетевого резервирования одновременно в измерительном и управляющем трактах ИУС, отличающаяся введением резервных компонентов в виде имитаторов управления основными параметрами ЖРД в процессе испытаний;
- оптимизационная модель управления стендовыми испытаниями
ЖРД, отличающаяся учетом при математическом описании критериев и
ограничений влияния характера варьирования способов резервирования
компонентов ИУС на надежностные и стоимостные показатели;
алгоритм оптимального выбора способа резервирования компонентов ИУС, ориентированный на особенности оптимизационной модели и отличающийся по сравнению с известными генетическими алгоритмами многокритериальной оптимизации большей степенью равномерности распределения генерируемых решений и большим количеством парето-оптимальных решений в итоговой популяции.
Практическая значимость. Разработанные модели и оптимизационные процедуры позволяют повысить эффективность использования измеренной в процессе огневых стендовых испытаний информацию, а также улучшить экспериментальные оценки надежности испытательного стенда при модернизации ИУС с использованием малозатратных механизмов:
- интеллектуальной обработки измеренной информации для
нейросетевого резервирования компонентов измерительных и
управляющих трактов;
- многовариантного выбора оптимального способа резервирования.
Реализация и внедрение результатов работы. Исследования,
проведенные автором, являются частью НИР, выполненных в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», «Разработка поисковой среды интеллектуальной поддержки проектно-производственного процесса освоения инвестиций в создании жидкостных ракетных двигателей» (2010-2012гг.), «Оптимизация управления испытаниями жидкостных ракетных двигателей на основе нейросетевых технологий и адаптивных методов принятия решений» (2012г.).
Основные теоретические и практические результаты, внедрены в практическую деятельность Испытательного комплекса ОАО «Конструкторское бюро химавтоматики» (ОАО КБХА).
Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах и научных школах: X Международная конференция «Системы
проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (CAD/CAM/PDM-2010)» (Москва, 2010); Всероссийская научная школа «Управление, информация и оптимизация» (Воронеж, 2011); Всероссийская, молодежная конференция «Молодежь и современные информационные технологии» (Воронеж, 2011); Международная школа-семинар молодых ученых, специалистов и студентов «Интеллектуальные компьютерные обучающие системы» (Воронеж, 2011); Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Математическое моделирование в технике и технологии» (Воронеж, 2011); Всероссийская молодежная конференция «Интеллектуальные технологии будущего. Естественный и искусственный интеллект» (Воронеж, 2011); Всероссийская научная школа «Информационно-телекоммуникационные системы и управление» (Воронеж, 2011); Всероссийская молодежная научная школа «Инженерия знаний. Представление знаний: состояние и перспективы» (Воронеж, 2012); Международная молодежная научная школа «Теория сложности вычислений» (Воронеж, 2012),
а также на ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ВГТУ и научно-техническом совете ОАО КБХА.
Публикации. По результатам диссертационного исследования опубликовано 13 научных работ, в том числе 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата лично соискателю принадлежат: обоснование и исследование метода нейросетевого резервирования [1, 3, 5, 8, 10, 11], оптимизационное моделирование и алгоритмизация повышения надежности управления испытаниями ЖРД [2, 4, 6, 7, 9, 12, 13].
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 107 наименований. Основная часть работы изложена на 130 страницах, содержит 7 таблиц и 56 рисунков.
