Введение к работе
Актуальность. Одним из основных путей повышения эффективности использования судов является повышение надежности элементов судовых энергетических установок (СЭУ). Их надежность влияет на безопасность эксплуатации судна, на стоимость и трудоемкость его ремонтов и технического обслуживания (ТО).
В связи с этим разработку мероприятий по повышению безотказности элементов СЭУ, оценку уровня работоспособности элементов и подготовку рекомендаций относительно возможности дальнейшей эксплуатации элемента следует производить на основе детального анализа данных о их техническом состоянии.
Такие мероприятия сведут к минимуму вероятность возникновения отказов элементов СЭУ в процессе эксплуатации, что в свою очередь, повысит эффективность эксплуатации судна в целом. Также такие мероприятия исключат преждевременное списание элементов СЭУ, не выработавших свой фактический ресурс, что повысит рентабельность судоходной компании.
Вопросам технической эксплуатации СЭУ и судна в целом посвящено много работ, например: Блинова Э.В., Гальперина М.М., Никитина A.M., Розенберга Г.Ш., анализ которых показывает, что в организации процедуры технической эксплуатации СЭУ существенное место занимает информационное обеспечение технических процессов ТО. В частности, согласно СОЛАС (Международная конвенция по охране человеческой жизни на море) и ПДМНВ (Международная Конвенция о подготовке дипломированных моряков и несении вахты) как международных соглашений, так и Правил технической эксплуатации судов, особо выделяется наличие соответствующего потока информации обо всем, что происходит на судне. Относительно ТО, наличие соответствующей информации о техническом состоянии элемента СЭУ подразумевает внесение обоснованных изменений в объем и периодичность выполнения соответствующих работ по поддержанию работоспособности элемента СЭУ. При подготовке работ, связанных с выполнением ТО, первоочередную роль играет соответствующее алгоритмическое обеспечение обработки данных информации о техническом состоянии элементов СЭУ.
Отдельным вопросам алгоритмического обеспечения обработки информации о техническом состоянии элементов СЭУ посвящены работы отечественных авторов, например: Г.В. Гаскарова, А.В. Мозгалевского, Ю.Н. Мясникова, Е.Н. Климова, A.M. Никитина, В.В. Медведева, Л.Г. Соболева, Д.С.Семионичева и зарубежных авторов, таких как: Д. Андерсона, Дж.М. Маубрея, А. Дж. Мокаши, X. Паул Баррингера.
Вместе с тем, следует отметить, что в данных работах недостаточно законченных алгоритмов для практического решения задач своевременного выполнения технического обслуживания судового энергетического оборудования. Особенно это касается в части прогнозирования изменения работоспособности элементов СЭУ на основе обработки временных рядов контролируемых параметров. Последняя задача связана с обоснованным прогнозом выхода элемента СЭУ на допустимые эксплуатационные значения по контролируемым параметрам.
Учитывая вышесказанное, разработка алгоритмического обеспечения по
управлению работоспособностью элементов СЭУ на интервале прогнозирования і \
является актуальной научно-технической задачей. (\ «
Цель работы и задачи исследования.
Целью работы является усовершенствование метода ТО элементов СЭУ по состоянию с учетом индивидуальных особенностей деградации работоспособности на интервале прогнозирования.
Для реализации поставленной цели необходимо разработать абстрактную модель, позволяющую оценить допустимость дальнейшей эксплуатации элементов, лимитирующих работоспособность СЭУ в целом.
В процессе достижения цели работы должны быть решены следующие задачи, требующие научно-обоснованного и экспериментального подтверждения:
на основе анализа существующих методов технического обслуживания и ремонта выявить их влияние на возможность поддержания требуемого уровня работоспособности элемента СЭУ;
разработать алгоритм прогноза и выполнения процедуры организации технического обслуживания по фактическому состоянию, в зависимости от количества исходных данных временного ряда процесса деградации работоспособности элемента СЭУ;
реализовать разработанную абстрактную модель в едином программном комплексе;
подтвердить работоспособность разработанного алгоритма ТО по фактическому состоянию элемента СЭУ методом математического моделирования, эксперимента и обработки независимых опытных данных.
Объект исследований.
Объектом исследования являются элементы СЭУ такие как: теплообменные аппараты, электродвигатели, редукторы, насосы и др. *и их типовые узлы: трубные системы, подшипники, зубчатые колеса и т.п., лимитирующие работоспособность элемента и установки в целом.
Методы исследований и достоверности результатов.
В работе применены общие методы научного познания - методы теоретического и эмпирического исследования, абстрагирование, моделирование, а также математический аппарат обобщенного операционного исчисления, аппроксимации и корреляционного анализа.
Достоверность теоретических выводов подтверждена методом математического моделирования, эксперимента и обработки независимых опытных данных, выполненных другими авторами.
Научная новизна результатов работы состоит в том, что:
разработана методология процедуры управления работоспособностью элементов СЭУ на основе усовершенствованного метода ТО по состоянию;
доказано, что для алгоритмизации процедуры прогнозирования работоспособности элементов СЭУ достаточно использования двух операторов сглаживания, временных рядов контролируемых параметров;
предложен способ введения поправки значения линейного параметра тренда, в связи с его нелинейным вхождением в математическую модель изменения работоспособности элемента СЭУ;
разработан принцип назначения начала процедуры прогнозирования работоспособности и выполнения ТО элементов СЭУ по достижении контролируемым параметром заданного уровня;
обоснован объем выборки временного ряда контролируемого параметра,
достаточный для определения момента выполнения ТО элемента СЭУ с
точностью в пределах относительной энтропийной погрешности прогноза.
Практическая значимость и реализация.
Выполненные научно-технические разработки позволяют решить практическую задачу определения запаса работоспособности элементов СЭУ и по результатам назначить обоснованное проведение ТО с учетом фактического технического состояния.
Реализация заключается в использовании результатов работы в курсах лекций «Управления работоспособностью судового энергетического оборудования» и «Вычислительная техника и программирование», читаемых на кафедре «Судовой автоматики и измерений» СПбГМТУ. Результаты использованы в двух дипломных работах выпускников кафедры, выполненных под руководством автора. Алгоритм в части прогнозирования используется ЗАО «Технические Системы и Технологии» (Санкт-Петербург) при разработке систем технического диагностирования.
На защиту выносится научно-обоснованный алгоритм управления работоспособностью компонентов судовой энергетической установки на интервале прогнозирования, открытый для пользователя и универсальный в применении независимо от используемых технических средств измерений.
Апробация работы.
Диссертационная работа заслушана и одобрена 28 февраля 2011 г. на расширенном заседании кафедры Судовой автоматики и измерений СПбГМТУ, основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях в ТГУ (г.Тольятти) 2009, ВМИРЭ им. А.С. Попова (г.Петродворец) 2009, ИПМашРАН (г.Санкт-Петербург) 2009, МГТУ им. Н.Э.Баумана (г.Москва) 2010, ПГУПС (г.Санкт-Петербург) 2010.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 8 работ. Семь работ выполнено без соавторства, две работы выполнены в соавторстве, доля автора 50%-75%. В изданиях, определяемых Перечнем ВАК РФ, опубликовано 2 статьи, выполненные без соавторства.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Общий объем работы составляет 129 страниц основного текста, содержащего 63 рисунка и 10 таблиц, и 101 страницу приложения программы «Прогнозирование ТО». Библиография включает 63 наименования отечественной и зарубежной литературы.
