автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Автоматизация системы контроля процесса стендовых испытаний газотурбинных двигателей серийного производства

На правах рукописи

РГБ ОД

Севрюгин Николай Николаевич 1 7 ДЕК 13^3

АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЙ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ СЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

специальность 05.13.07 Автоматизация технологических процессов и производств

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Рыбинск - 1999

Работа выполнена в Рыбинской технологической академии

государственной авиационной

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие:

кандидат технических наук, профессор Тонкий Л. В.

доктор технических наук, профессор Юдин В. В.

кандидат технических наук Сарычев С. В.

ОАО «Рыбинские моторы»

Защита диссертации состоится » 1999 года в

« /,6 » часов на заседании диссертационного совета К 064.42.02 Рыбинской государственной авиационной технологической академии по адресу: 152934, г. Рыбинск Ярославской области, ул. Пушкина, 53.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГАТА. Автореферат разослан « 1999 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Ю.Н.Иванов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Производство авиационных газотурбинных Двигателей (ГТД) - это сложный, науко- и трудоемкий процесс, требующий строжайшего соблюдения технологической дисциплины. Завершающим звеном этого процесса являются приемо-сдаточные испытания изделия. На стадии испытания определяются основные параметры ГТД, осуществляется подрегулировка и настройка агрегатов, выполняются прочие операции, обеспечивающие надежную и длительную эксплуатацию двигателя. Достоверность информации, получаемой в ходе испытания, объективность контролируемых параметров и управляющих воздействий имеют большое значение для достижения требуемой надежности и долговечности ГТД.

Объективность и достоверность информации во многом определяется субъективным фактором, минимизация которого может быть достигнута за счет автоматизации процессов контроля и управления испытаниями, а в конечном итоге - созданием системы автоматического управления испытания в целом.

Существующие технологий проведения испытаний либо вовсе не предусматривают автоматизацию процесса испытаний, либо автоматизируются лишь некоторые операции. В частности, автоматизированные системы, используемые в настоящее время для контроля испытаний ГТД, предназначены для проведения испытаний определенных типов двигателей, в разной степени охватывают объем контролируемых параметров или предназначены для определенных видов испытаний, то есть не обладают универсальностью, гибкостью при переориентации производства на новый тип изделий. ,

Внедрение автоматизированной системы контроля испытаний позволяет улучшить экономические показатели производства, уменьшить влияние вредных факторов производства на здоровье работников. Надежность и продолжительность срока эксплуатации двигателя имеют прямое влияние на гуманитарно-социальные и экономические стороны не только производства, но и развития общества в целом.

Помимо социальных и экономических аспектов, автоматизация испытаний ГТД позволяет улучшать экологическую обстановку, и, кроме того, - обеспечить требования сертификации производства. Таким образом, проблема.разработки и внедрения АСКИ ГТД серийного производства является актуальной.

Цель и задачи исследований. Целью данной работы является разработка структуры АСКИ, ее подсистем, методов и методик регистрации

параметров. Для достижения цели решены следующие основные задачи:

- исследована технология проведения испытаний для выявления врзможности не только автоматизированного, но и автоматиче-

. ского выполнения ряда технологических операций;

- : проанализирован процесс испытания ГТД, выявлены параметры,

технологические операции, определяющие эффективность проведения испытания;

- показаны особенности испытания ГТД серийного производства;

- разработан критерий, определяющий выбор конфигурации и состава АСКИ;

- определен обязательный состав АСКИ;

- разработаны методики выполнения измерений параметров изделий;

- внедрена цифровая обработка вибрационных характеристик ГТД;

- графическая и табличная информация, содержащаяся в конструкторской документации переведена в аналитический вид;

- разработано программное обеспечение АСКИ.

Научная ценность н новизна полученных результатов состоит в том, что:

- разработан метод определения значения контролируемого параметра в момент резкого изменения значения определяющего параметра;

- разработаны принципы создания новых модулей регистрации дискретных сигналов;

- предложен новый метод расчета расхода топлива при одном испытании изделия;

- на основе автоматизации разработаны новые технологии для проведения ряда технологических операций процесса испытания.

Практическая ценность работы заключается в том, что на основе результатов исследований разработана, изготовлена, скомплектована, смонтирована, аттестована и внедрена в промышленную эксплуатацию автоматизированная система контроля ГТД серийного производства. Внедрение АСКИ позволило повысить экономические показатели испытательного процесса, улучшить экологические показатели.

Важно, что АСКИ предоставляет возможность использования необходимой информации большому кругу заинтересованных служб, а также позволяет поддерживать высокий уровень квалификации исполнителей, так как содержит в своем составе подсистему тренажер.

Апробация. Диссертация и ее отдельные разделы докладывались: на научных семинарах кафедры ВС РГАТА в 1995-1999 гг., на совещаниях,

проводимых главным инженером ОАО «Рыбинские моторы» в 1985-1999 гг., и директором НЛП «Мера» в 1993-1999 гг., на международной научно-практической конференции ЦИАМ в 1995 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 9 статей, 1 стандарт предприятия, тезисы доклада.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 189 листах, состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, включающего 97 наименований, 3 приложений, содержит 62 рисунка и 16 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы обосновывается экономическими, социально-гуманитарными, экологическими факторами, а также требованиями сертификации производства.

1. ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ • ИСПЫТАНИЙ (АСКИ) АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

1.1. Базовая схема технологического процесса испытаний

Анализ базовой технологии испытаний ГТД серийного производства позволил выделить технологические операции, для выполнения которых требуется..высококвалифицированная и напряженная работа исполнителей. Полностью формализовать последовательность выполнения процесса испытания ГТД невозможно, так как на принятие решения о том, какую операцию следует выполнять после выполнения текущей, значительное влияние оказывает субъективный фактор. Однако можно автоматизировать большую часть технологических операций, выполняемых в процессе испытания, й практически полностью - при работающем двигателе.

1.2. Особенности испытаний авиационных двигателей серийного производства"

При проектировании АСКИ необходимо учитывать особенности процесса испытания ГТД серийного производства, отличия процесса контроля не только от систем мониторинга промышленных процессов, транспорта, связи и т. д., но и от испытаний ГТД опытного производства, а также от систем койтроля за работой двигателя в эксплуатации.

1.3. Краткий обзор АСКИ авиационных двигателей

В обзоре литературных источников рассмотрены существующие системы контроля и управления испытаниями авиационных двигателей, применяемые технические средства и программное обеспечение. Особое внимание уделено применяемым операционным системам к средствам разработки программного обеспечения. Как показал анализ научных и технических работ, не существует систем, обеспечивающих полномасштабный контроль за испытаниями ГТД и способных быть внедренными в промышленное производство без дополнительных исследований, доработок и доводок. . '

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ АСКИ ГТД СЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

2.1. Критерий выбора АСКИ

Перед этапом построения АСКИ необходимо выработать критерий, на основании которого будет выбираться та или иная конфигурация системы, состав ее аппаратных и программных средств. С точки зрения, производства наиболее эффективным является экономический критерий, включающий в себя и показатели надежности, и достоверности информации. В формальном виде этот критерий может быть представлен в виде:

э,

• шах, ] = 1.ЛЧ;

т,<0„ 1 = 1..М, ] =

О)

где ^ - экономическая эффективность от внедрения ]-того проекта АСКИ;

к - количество статей расходов;

с,, - стоимость отдельных ьтых статей расходов ]-того проекта; N - количество рассматриваемых проектов;

- реализуемый 1-тый показатель работы системы ]-того проекта;

- показатель по нормативным документам; М - количество показателей работы системы; С - выделяемые средства на внедрение.

Таким образом, система должна быть такой, чтобы она приносила максимальную'прибыль.

2.2. Реструкционный метод построения АСКИ

На точность регистрации параметров большое влияние оказывает схема, по'' которой построена автоматизированная система. Более того, схема построения АСКИ определяет быстродействие всей системы в целом и, как результат, возможность регистрации необходимых параметров с требуемой частотой опроса, как на статических, так и на динамических режимах-работы двигателя. Частота измерения параметров и частота вывода информации на устройства визуализации отличаются друг от друга на порядки. Поэтому, для обеспечения требований по быстродействию, с учетом критерия (1), АСКИ реструктурируется, программное обеспечение АСКИ разбивается на две крупных подсистемы - систему сбора данных и систему визуализации. Система сбора данных работает а реальном режиме времени технологического процесса, а система визуализации - в реальном времени реакции человека, которое на порядки больше дискретности, которую необходимо поддерживать, чтобы эффективно контролировать испытание. Обе подсистемы работают на собственных, достаточно недорогих процессорах, которые соединяются с помощью сетевого обеспечения либо через последовательный порт.

2.3. Метод определения значения контролируемого параметра в момент резкого изменения определяющего параметра

При проведении приемо-сдаточных испытаний газотурбинных двигателей приходится решать задачи определения значения какого-либо параметра двигателя в момент времени, при котором значения другого параметра резко изменяются. Для того чтобы решить рассматриваемую задачу, требуется формализовать ее постановку. В общем случае исследуемую задачу можно представить следующим образом.

Исходные данные. Имеется три массива: И, Т и I.

N={11,}, ¡=1 ..к, где п, - значения контролируемого параметра, . Т={Т;'}, 1=1 ..к, где Т., - значения определяющего параметра, . 1=1 ..к, где ^ - значения отметок времени, к - количество точек в массиве.

Требуется найти п* в начале резкого изменения Т;. При этом п*б[п!, П|+1], где-1 определяется условием: , ■•

«

Ты- ъ

л = 1..1, ¡ = 1 + 1..к (2)

В случае использования реструктурированной АСКИ временные интервалы постоянны, поэтому массив времени не требуется использовать в расчетах, достаточно знать период дискретизации (т). Следовательно, выражение (2) можно выразить в упрощенном виде.

Tjfi-Tj

«

Tn-i-Ti

j = l..l, i = l + l..k

(3)

Большое влияние помех на'значения определяющего параметра приводит к тому, что условия (2) или (3) для отдельных участков изменения значения,параметра не выполняются. Поэтому постановку задачи необходимо представить в другом виде. Исходные данные - те же массивы N. Т и т - период дискретизации. Построить аналитические зависимости по исходным данным

. п=ф(г) (4)

• ' ( Т=у(1) (5)

Определить п\,(р(Ь), где и определяется соотношением:

¥'.(11)«У:а2),11е[0,1.],12б[1.,1к]. ' (6)

Анализ поведения контролируемого параметра позволил сделать допущение, что в окрестности точки резкого изменения значения его поведение можно рассматривать как кусочно-линейную функцию. При таком допущении зависимость (5) можно выразить в виде:

ait + bi, t<t. a2t + b2. t>t*

(7)

Таким образом, задача определения и сводится к задаче построения прямых а^+Ь] и аг1+Ь2 и нахождения точки их пересечения. Критерий выбора решения выражается в виде:

Z(aimit+bim)+ I(a2mii + b2m)=>min, m = 2..k-l (8)

i=l • i=m+l m

Коэффициенты прямых аь bi, a2 и b2 находятся с помощью метода наименьших квадратов. Блок-схема алгоритма поиска решения поставленной задачи приведена на рис. 1. Результатом работы алгоритма, приведенного на рис. 1, является значение шр, указывающее номер точки в массиве данных, в которой происходит начало резкого изменения определяющего параметра.

Тб - температура газов за турбиной; йт - часовой расход топлива; с, - удельный расход топлива; Рх экв - эквивалентное давление воздуха; Рк пол - полное давление воздуха;

П2 - обороты вращения компрессора высокого давления.

Измерение значений параметров, по которым производится построение ДХ (в количестве 8), происходит за все время стабильной работы на каждом режиме. Точкой для построения ДХ служит математическое ожидание (М,у) наблюдаемой величины параметра. Для ускорения расчетов МП| и дисперсии (Б^) предложены рекурсивные выражения:

Меч» = М,у' Г77 + ТГ7' ¿ = 1-8 00)

П + I П + 1

2

^1-8 си)

П 1 П + I

где 'п - номер цикла наблюдения;

3 - номер параметра.

Предложена новая технология измерения данных для построения ДХ, позволяющая сократить время измерения в 3 раза и повысить достоверность ДХ. Скорость перемещения рычага управления двигателем (РУД) должна быть настолько низкой, чтобы переходные процессы, возникающие в двигателе при изменении положения РУД, практически заканчивались синхронна с изменением положения РУД. Это может быть обеспечено только при;использовании автоматизированного устройства управления РУДом. : '

3.6; Подсистема контроля расхода топлива

Подсистема контроля расхода топлива использует процедуру расчета расхода топлива по косвенным показателям (с использованием ДХ среднестатистического двигателя). Расчет расхода топлива производится кванто-ванно. За квант времени выбран интервал в 1 секунду. При этом, если в течение одной секунды п2 не изменяются, то расчет расхода топлива не производится.

3.7. Подсистема осциллографирования параметров двигателя

Подсистема осциллографирования параметров двигателя производит запись и графическое построение изменения частоты тока генератора во времени при различных режимах работы ГТД, а также зависимость значения угла перекладки лопаток ВНА от п2. Определены аналитические выражения, описывающие границы допусков на изменение частоты тока генератора (Гген) при переключении загрузок генератора в течение Зс:

Гген(1)=34.59бе-1'4017б'-38.б57е-20б492,+409.484. (18)

Выражение (18) описывает верхнюю границу, для нижней границы также выведено подобное выражение.

3.8. Подсистема приведения данных и расчета параметров ограничения

Подсистема приведения данных и расчета параметров ограничения осуществляет расчеты приведенных к стандартным АУ значений параметров, а также значения ограничений параметров в зависимости от АУ. Для реализации этой подсистемы определено около 50 аналитических зависимостей. •

3.9. Подсистема подготовки и поддержания навыков обслуживающего персонала

Подсистема подготовки и поддержания навыков обслуживающего персонала призвана решить часть задач по сохранению и приобретению квалификации работников испытательной станции. Реализация подсистемы и ее применение позволяют, в конечном счете, оградить испытателей от совершения ошибок в ходе испытаний. И, что немаловажно, выработать (проверить) реакцию исполнителя на появление признаков той или иной аварийной ситуации, а также дать возможность проконтролировать адекватность его действий ситуации, сложившейся при испытании к данному моменту времени. Для реализации подсистемы составлен список наиболее часто встречающихся аварийных ситуаций. Подсистема использует значения параметров, поступающие не от подсистемы сбора данных, а о.т математической модели работы ГТД. В зависимости ог значения п2 по математической-модели рассчитываются другие параметры изделия. Математическая модель построена на основе статистических данных.

3.10. Подсистема сбора основных параметров испытаний

Подсистема сбора основных параметров испытаний фиксирует наиболее значимые параметры работы ГТД, зафиксированные на определенных стадиях испытания и характеризующие состояние двигателя или его агрегатов. Основные параметры вводятся в базу данных, доступную всем заинтересованным службам предприятия, подключенным к общезаводской корпоративной сети. Записи в БД ведутся в формате DBF. Запись в БД состоит из данных одного испытания и содержит 144 поля. Порядок работы с БД, а также состав основных параметров, их атрибуты утверждены стандартом предприятия.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ВНЕДРЕНИЯ АСКИ ГТД СЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

4.1.. Этайы внедрения АСКИ

Анализ функционирования АСКИ в промышленной эксплуатации, практическая проверка пригодности модулей, подсистем и других составляющих позволила создать систему, удовлетворяющую критерию эффективности (1) и включающую в себя вышеописанные подсистемы (рис. 2). На каждом испытательном стенде функционирует автономная АСКИ, которая передай необходимые данные в локальную вычислительную сеть испытательной станции.

В качестве сетевого программного обеспечения используется продукт фирмы Novell (версия 3.11), операционная система на рабочих станциях - MS DOS 6.22, язык программирования для разр^Сотки подсистем АСКИ - Turbo Pascal 7.0. Все программные продукты приобретены по лицензии.

4.2. Показатели функционирования основных подсистем

Показатели функционирования основных подсистем Работу каждой из подсистем демонстрируют реальные данные, полученные в процессе испытаний. Иллюстрирует работу одной из подсистем АСКИ - подсистемы контроля уровня вибраций - виброполе ГТД, построенное этой подсистемой (рис. 4).

виброполе КАНАЛА ВНД, ПРЯМОЙ выход

Рис. 4. Пример виброполя ГТД.

4.3 _ Использование АСКИ при ресурсных и опытных испытаниях

АСКИ успешно применяется не только при приемо-сдаточных испытаниях, но и при ресурсных. Для этого в сосав АСКИ входят специализированные модули, например, расчета эквидистантной ДХ.

Опьчг применения АСКИ для контроля изделий опытного произвол, ства по|£азал, что при несущественных доработках ее можно применять и для этих целей,

4.4. Экономические показатели внедрения АСКИ

Использование АСКИ позволило значительно сократить расход топ. лива при испытаниях изделий. Экономия топлива составляет в среднем 2333.4 кг на каждое испытание или 9.33% от количества топлива, расхо. дуемого без использования АСКИ. При этом газовая наработка изделия уменьшается на 49 минут.

. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработан критерий оценки эффективности АСКИ, выделены основ, ные параметры изделия наиболее характеризующие состояние двигате. ля и его систем, контроль над которыми должен осуществляться с по. мощьк) автоматизированной системы.

2. Поставлена и решена задача поиска значения контролируемого параметра в момент резкого стабильного роста значения определяющего параметра, разработан алгоритм решения подобных задач.

3. Созданы методики выполнения измерений, обеспечивающие получение достоверных данных о параметрах двигателя.

4. Разработаны принципы, на основе которых создан модуль ввода дискретных сигналов, обеспечивающий достоверность и точность фиксации возникновения событий, а также сокращающий номенклатуру модулей, выполняющих регистрацию дискретных сигналов.

5. Составлена- структурно-функциональная схема АСКИ ГТД серийного производства, разработаны подсистемы АСКИ, являющиеся^ необходимыми структурными элементами системы. ■•••:'.•. ■ ■.

6. Разработай новый метод расчета расхода топлива при испытании изделия; '

7. На основе применения АСКИ разработаны новые технологии для проведения ряда технологических операций процесса испытания.

8. Создано программное обеспечение АСКИ, обеспечивающее функционирование всей системы контроля и ее интеграцию в общезаводскую корпоративную вычислительную сеть,

9. Разработана, изготовлена, скомплектована, смонтирована, аттестована и внедрена в промышленную эксплуатацию автоматизированная система контроля ГТД серийного производства на ОАО «Рыбинские моторы».

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Л. В.. Тонкий, Н. Н. Севрюгин, И. Р. Щёголев. Автоматизированная система контроля испытаний серийных ГТД на базе локальной вычислительной сети. Вестник Верхне-Волжского отделения АТН РФ. Серия Высокие технологии в машиностроении и приборостроении. Вып. 2, Г995, стр. 141..145.

2. А. Божок, Н. Севрюгин. Развитие и модернизация системы контроля испытаний ГТД на базе локальной вычислительной сети в АО «Рыбинские моторы». Сборник информационных материалов 2-ого отдела в/ч 25966, № 128, 1997, стр. 95.. 100.

3. Севрюгин Н. Н., Тонкий Л. В. Подсистема осциллографирования параметров газотурбинного двигателя (ГТД) / РГАТА, Рыбинск, 1998, деп. в ВИНИТИ 20.04.98 № 1193-В98.

4. Севрюгин Н. Н., Тонкий Л. В. Новый взгляд на проектирование и внедрение АСУТП в производство / РГАТА, Рыбинск, 1998, деп. в ВИНИТИ 20.04.98 № 1210-В98.

5. Севрюгин Н. Н., Тонкий Л. В. Особенности испытаний авиационных двигателей серийного производства / РГАТА, Рыбинск, 1998, деп. в ВИНИТИ 20.04.98 № 1211-В98.

6. Севрюгин H.H., Тонкий Л.В. Деструкционный подход в организации автоматизированных систем контроля управления испытаниями / РГАТА, Рыбинск, 1998, деп. в ВИНИТИ 20.04.98 № 1212-В98.

7. Севрюгин Н. Н., Тонкий Л. В. Подсистема построения дроссельной характеристики / РГАТА, Рыбинск, 1998, деп. в ВИНИТИ 26.05.98 № 1627-В98.

8. Севрюгин Н. Н., Тонкий Л. В. Подсистема контроля уровня вибраций при испытаниях ГТД / РГАТА, Рыбинск, 1998, деп. в ВИНИТИ 26.05.98 № 1628-В98.

9. Севрюгин Н. Н., Тонкий Л. В. Подсистема приведения данных и расчета параметров ограничений работы ГТД / РГАТА, Рыбинск, 1998, деп. в ВИНИТИ 10.02.99 № 445-В99.

10. СТП 503.170-96. Статистический контроль качества изделий. Порядок проведения работ.

11. Севрюгин Н. Н., Потапов И. А., Майзенберг Л. М., Тонкий Л. В. Опыт использования пакета обработки сигналов при испытаниях серийных ГТД // Тезисы докладов. Международная научно-практическая конференция «Совершенствование методов и средств стендовых испытаний воздушно-реактивных двигателей и их узлов», ЦИАМ, Москва, 1995.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ ИСПЫТАНИЙ (АСКИ) АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ.

1.1. Базовая схема технологического процесса испытаний.

1.2. Особенности испытаний авиационных двигателей серийного производства.

1.3. Краткий обзор АСКИ авиационных двигателей.

ВЫВОДЫ.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ АСКИ ГТД СЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА.

2.1. Критерий выбора АСКИ.

2.2. Реструкционный метод построения АСКИ.

2.3. Метод определения значения контролируемого параметра в момент резкого изменения определяющего параметра.

2.4. Достоверность результатов автоматизированного контроля.

ВЫВОДЫ.

3. АРХИТЕКТУРА И СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ АСКИ ГТД СЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА.

3.1. Архитектура АСКИ.

3.2. Подсистема сбора данных.

3.2.1. Общее описание подсистемы сбора данных.

3.2.2. Методика выполнения измерений.

3.2.3. Ввод дискретных сигналов.

3.2.4. Подсистема ввода атмосферных условий.

3.2.5. Определение режима работы ГТД.

3.3. Подсистема визуализации.

3.3.1. Подсистема оперативного представления данных.

3.3.2. Подсистема документирования.

3.4. Подсистема контроля уровня вибраций.

3.5. Подсистема построения дроссельной характеристики.

3.6. Подсистема контроля расхода топлива.

3.7. Подсистема осциллографирования параметров двигателя.

3.8. Подсистема приведения данных и расчета параметров ограничения

3.9. Подсистема подготовки и поддержания навыков обслуживающего персонала.

3.10. Подсистема сбора основных параметров испытаний.

ВЫВОДЫ.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ВНЕДРЕНИЯ АСКИ ГТД

СЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА.

4.1. Этапы внедрения АСКИ.

4.2. Показатели функционирования основных подсистем.

4.3. Использование АСКИ при ресурсных и опытных испытаниях.

4.4. Экономические показатели внедрения АСКИ.

ВЫВОДЫ.

Производство авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) - это сложный, науко- и трудоемкий процесс, требующий строжайшего соблюдения технологической дисциплины, то есть очень внимательного отношения персонала к работе на всех этапах производства. Завершающим звеном этого процесса являются приемо-сдаточные испытания изделия. На стадии испытания определяются основные параметры ГТД, осуществляется подрегулировка и настройка агрегатов и выполняются прочие операции, обеспечивающие надежную и продолжительную эксплуатацию двигателя. Поэтому достоверность информации, получаемой в ходе испытания, объективность контролируемых параметров и управляющих воздействий имеют большое, можно сказать ключевое значение для достижения требуемой надежности и долговечности ГТД.

Объективность и достоверность информации может быть обеспечена только в том случае, когда роль субъективного фактора - влияния человека на процесс обмена данными - сводится к минимуму или полностью исключается. Это может быть достигнуто только за счет автоматизации процессов контроля и управления испытаниями, а в конечном итоге, за счет создания системы автоматического управления испытания в целом.

Существующие технологии проведения испытаний либо вовсе не предусматривают автоматизацию процесса испытаний, либо автоматизируются лишь некоторые операции. В частности, автоматизированные системы, используемые в настоящее время для контроля испытаний ГТД предназначены для проведения испытаний определенных типов двигателей, в разной степени охватывают объем контролируемых параметров или предназначены для определенных видов испытаний, то есть не обладают универсальностью, гибкостью при переориентации производства на новый тип изделий.

Комплексная автоматизация испытаний серийных ГТД требует знаний и описания закономерностей процессов, протекающих во время испытаний, то есть наличия адекватной математической модели. Кроме того, необходимы специальные математические методы для расчета на компьютере значений параметров быстропеременных процессов в определенные 5 моменты времени или при достижении каких-либо параметров уставных значений. Математические модели и методы, разработанные к настоящему времени, отражают не в полной мере зависимости параметров и являются излишне громоздкими, поэтому их использование для автоматизированного - тем более автоматического - управления изделием мало эффективно или же вообще не приемлемо. Кроме того эти методы не учитывают специфику компьютерных расчетов.

Немаловажным фактором для повышения надежности и продолжительной эксплуатации ГТД является наличие базы данных парка двигателей, находящихся в эксплуатации. Исходными значениями эксплуатационных показателей являются значения параметров двигателя, полученных в ходе испытаний. Построение статистических зависимостей показателей работы ГТД от наработки изделия и влияния показателей на отказы, сбои в работе и аварии двигателей позволяет прогнозировать поведение изделий в эксплуатации, заранее предотвращать возможные сбои, а также планировать профилактические ремонты, то есть заранее подготавливать производственную базу для быстрого и качественного ремонта двигателей. Таким образом, высокая объективность и достоверность результатов испытаний позволяет существенно улучшить эксплуатационные характеристики двигателей.

Следует отметить, что надежность и продолжительность срока эксплуатации двигателя имеют прямое влияние на гуманитарно-социальные и экономические стороны не только производства, но и развития социума в целом. Увеличение срока службы изделия приводит к снижению эксплуатационно - производственных затрат на единицу времени эксплуатации, что позитивно сказывается как на экономических показателях эксплуатационных авиаслужб, так и на аналогичных показателях производителей авиатехники. Надежность двигателей сказывается не только на экономических показателях, но, в первую очередь, обеспечивает безопасность полетов и может предотвратить невозвратимые потери - человеческие жизни.

Помимо социальных и экономических аспектов, автоматизация испытаний ГТД позволяет улучшать экологическую обстановку. Снижение времени испытаний, уменьшение расхода топлива - это прямые факторы, снижающие загрязнение окружающей среды за счет внедрения автомати6 зированной системы контроля испытаний (АСКИ). Кроме этого, есть еще и опосредованные факторы, такие как снижение количества аварий ГТД в эксплуатации, приводящих к экологическим катастрофам, улучшение показателей работы двигателей - увеличение полноты сгорания топлива, снижение уровня шума изделия - за счет комплексного, объективного контроля. Таким образом, разработка и внедрение АСКИ ГТД серийного производства весьма актуальны и должны находить свое решение в полном объеме и в кратчайшие сроки.

Целью настоящей работы является разработка и внедрение АСКИ в промышленную эксплуатацию, включая проектирование структуры АСКИ на уровне подсистем, разработку методов и методик регистрации параметров,. Для достижения цели решены следующие основные задачи:

- исследована технология проведения испытаний для выявления возможности не только автоматизированного, но и автоматического выполнения ряда технологических операций;

- проанализирован процесс испытания ГТД, выявлен состав параметров, технологических операций, являющихся наиболее значимыми, влияющими на качество и время проведения испытания;

- показаны особенности испытания ГТД серийного производства, их отличия от управления объектами иного рода, а также от испытаний ГТД опытного производства и в эксплуатации;

- обоснован критерий, определяющий выбор конфигурации и состава АСКИ;

- определен обязательный состав АСКИ;

- разработаны методики выполнения измерений параметров изделий;

- внедрена цифровая обработка вибрационных характеристик ГТД;

- зависимости, представленные в конструкторской документации в графическом или табличном виде, переведены в аналитические;

- усовершенствована технология испытаний, что уменьшило время испытаний, вызвало экономию горюче-смазочных материалов, расходуемых во время испытания;

- разработано программное обеспечение АСКИ.

Методы исследования основаны на теории авиационных двигателей, методах математической статистики, математического моделирования и 7 теории эксперимента.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Поставлена задача и разработан метод определения с помощью ПЭВМ значения контролируемого параметра в момент резкого изменения значения определяющего параметра.

2. Разработаны принципы, на основе которых создан новый модуль регистрации дискретных сигналов.

3. Предложен новый метод расчета расхода топлива при одном испытании изделия.

4. Разработаны новые технологии проведения ряда технологических операций, в частности - регистрация «дроссельной характеристики», «приработка» изделия, позволяющие существенно сократить расход топлива, сократить время проведения испытаний. Практическая ценность работы заключается в том, что на основе результатов исследований разработана, изготовлена, скомплектована, смонтирована, аттестована и внедрена в промышленную эксплуатацию АСКИ ГТД серийного производства. Внедрение АСКИ позволило повысить экономические показатели испытательного процесса, улучшить экологические показатели, сократить количество обслуживающего персонала, занятого при проведении испытаний.

Результаты исследований использованы при построении АСКИ, разработке программного обеспечения, что позволило максимально охватить автоматизированным контролем необходимое количество параметров двигателя и его систем.

Кроме того, АСКИ предоставляет возможность использования необходимой информации большому кругу заинтересованных служб, а также позволяет поддерживать высокий уровень квалификации исполнителей, так как содержит в своем составе подсистему тренажер.

Настоящая работа позволила сделать шаг вперед в направлении достижения объективности испытаний серийных ГТД, создать АСКИ, охватывающую максимальное количество проблем, сопутствующих испытаниям ГТД и создать реальные предпосылки для разработки систем автоматического управления, то есть перехода к полному автоматическому управлению испытаниями двигателей, к безлюдной технологии испытаний.

Основные результаты работы

1. Обоснована актуальность проблемы и разработан критерий оценки эффективности АСКИ. Исследована технология проведения испытаний, выделены основные параметры изделия наиболее характеризующие состояние двигателя и его систем. Составлен список параметров, контроль над которыми должен осуществляться с помощью автоматизированной системы.

2. Выделен ряд параметров, регистрация которых требует разработки специальных методов. Исследованы зависимости изменения температуры газов за турбиной и оборотов второго каскада компрессора от времени во время запуска. Поставлена задача поиска значения контролируемого параметра в момент резкого стабильного роста значения определяющего параметра, и предложен алгоритм ее решения.

3. Созданы методики выполнения измерений параметров, обеспечивающие получение достоверных данных системой контроля.

4. Выдвинуты принципы, на основе которых создан модуль ввода дискретных сигналов, обеспечивающий достоверность и точность фиксации возникновения событий, а также сокращающий номенклатуру модулей, выполняющих регистрацию дискретных сигналов.

5. Разработана архитектура и составлена структурно-функциональная схема АСКИ ГТД серийного производства. Описаны подсистемы АСКИ, являющиеся необходимыми структурными элементами системы.

6. Предложены новые технологии проведения испытаний, в частности - регистрация ДХ, осциллографирование ППО и ВНА, обеспечивающие более достоверный и качественный контроль состояния двигателей и

152 их систем, снижающие время проведения испытаний и расход топлива, и находящие свое применение только благодаря применению автоматизированных систем.

7. На основе проведенных исследований и разработанных алгоритмов создано программное обеспечение АСКИ, обеспечивающее функционирование всей системы в целом и ее подсистем, а также обеспечивающее интеграцию систем контроля в общезаводскую корпоративную вычислительную сеть.

8. Создан программный комплекс - тренажер исполнителя, позволяющий без фактического запуска двигателя и затрат топлива имитировать реальную работу ГТД и вырабатывать у работников моторные реакции при возникновении аварийных ситуаций.

9. На основе теоретических разработок и исследований разработана, изготовлена, скомплектована, смонтирована, аттестована и внедрена в промышленную эксплуатацию автоматизированная система контроля ГТД серийного производства.

Для полного выполнения требований ГОСТ 26382-84 в настоящее время ведутся совместные работы специалистами НЛП «Мера» и автором работы по разработке программного обеспечения и внедрению подсистемы контроля уровня вибрации, использующей в качестве устройства, передающего вибросигнал в ПЭВМ, LTC крейт, имеющий в своем составе помимо быстрого АЦП (модуль LC-301C) аналоговый фильтр (LC-201).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведение исследования технологии испытания ГТД серийного производства, изучение состава параметров, характеризующих работу двигателя, позволили создать основу для разработки АСКИ. Созданные на основе исследований теоретические разработки позволили практически полностью автоматизировать контроль процесса испытания.

1. В. Н. Леонтьев, С. А. Сиротин, А. М. Теверовский. Испытания авиационных двигателей и их агрегатов, М., Машиностроение, 1976.

2. Ю. И. Заянчковский, Р. Д. Лапчик. Повышение точности автоматизированного измерения расхода топлива при стендовых испытаниях // Авиационная промышленность, 1988, № 2, С. 66-68.

3. Современный словарь иностранных слов, СПб, Дуэт, 1994.

4. ГОСТ 16504-81. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения.

5. Магрупов У. М., Болдырев А. А., Шахмаев Р. А., Синенко О. В., Брет-ман В. В., Любашин А. Н. Программно технический комплекс для тепловых электростанций // Энергетик, 1997, № 5, С. 37-38.

6. Г. П. Шибанов, Р. И. Адгамов, С. В. Дмитриев, Ю. В. Кожевников. Автоматизация испытаний и контроля авиационных ГТД, М., Машиностроение, 1977.

7. В. Я. Николаев, Б. А. Ладыгин, М. М. Питкин. Автоматизированная информационно-измерительная система АИИС М-6000 // Приложение к журналу «Авиационная промышленность», 1983, № 6, С. 23-24.

8. Т. М. Огарков, С. А. Ильинский. Автоматизация контроля параметров при стендовых испытаниях ГТД // Приложение к журналу «Авиационная промышленность», 1986, № 1, С. 8-11.

9. Ю. Т. Руднев, Е. Н. Лукошкин, А. М. Торубаров. Организация ввода-вывода на территориально распределенной АСУТП на основе УВК М-6000 // Приложение к журналу «Авиационная промышленность», 1983, №6, С. 27-28.

10. Н. П. Усов, К. И. Егоров, Г. К. Тян, В. М. Кочиевский, И. В. Чезганов. Опыт эксплуатации автоматизированной системы испытаний двигателей (АСИД) на базе комплекса М-6000 // Приложение к журналу «Авиационная промышленность», 1983, № 6, С. 28-29.

11. Л. В. Халатова, А. В. Алексеев. Один из вариантов построения ИВК для испытаний ГТД и их узлов на базе ЭВМ типа СМ-3 // Приложение к журналу «Авиационная промышленность», 1983, № 6, С. 8-10.

12. Г. И. Коренков, В. Д. Шершуков, Р. Р. Еникеев. Локальная информационно-измерительная система на базе микроЭВМ «Электроника-60» и УСО в стандарте КАМАК // Приложение к журналу «Авиационная промышленность», 1986, № 1, С. 3-6.

13. Н. Л. Макаровский, Э. И. Бадалов, А. П. Садовский. Состояние и перспективы работ по автоматизации испытаний двигателей // Приложение к журналу «Авиационная промышленность», 1986, № 1, С. 1-3.

14. Брускин Н. 3., Хинич А. Г. Управление циклическими испытаниями ГТД // Авиационная промышленность, 1988, № 4, С. 81-82.

15. Александр Олейников. «Пришло время пасти слона вместе» // Открытые системы сегодня, 1995, № 10 (31), С. 1, 14.

16. А. Н. Рыбаков. 1ВМ РС//АТ совместимые компьютеры в стандарте УМЕЬш // Мир компьютерной автоматизации, 1995, № 3, С. 13-24.

17. Форум РЕР насыщенно, интересно, продуктивно // Мир компьютерной автоматизации, 1995, № 4, С. 75-76.155

18. С. Сорокин. IBM PC в промышленности // Современные технологии автоматизации, 1996, № 1, С. 6-13.

19. Дин Петроне, Майкл Д. Стекхауз. Управлять от ПК можно и в реальном времени // Мир компьютерной автоматизации, 1998, № 3, С. 2833.

20. Контакт? Есть контакт // Современные технологии автоматизации, 1996, №1, С. 115-118.

21. С. Сорокин. Как много ОС РВ хороших. // Современные технологии автоматизации, 1997, № 2, С. 7-11.

22. А. А. Блискавицкий, С. В. Кабаев. Операционные системы реального времени (обзор) // Мир компьютерной автоматизации, 1995, № 1, С. 31-38.

23. ОС РВ управляет протонным пучком в медицине // Мир компьютерной автоматизации, 1995, № 4, С. 71-72.

24. С. В. Золотарев. Система QNX лидер в области операционных систем реального времени // Приборы и системы управления, 1995, № 3, С. 10-15.

25. С. В. Золотарев. Операционная система QNX: первое знакомство // Мир ПК, 1995, № 3, С. 65-67.

26. И. Коваленко. QNX Золушка в семье UNIX // Открытые системы, 1995, №2, С. 58-65.

27. Kurt Crisman. Safety First Using QNX to Test Jet Engines // QNXnews, 1994, Vol. 8, №2, p. 11-13.

28. С. В. Золотарев. Интегрированные пакеты АСУТП в ОС QNX // Современные технологии автоматизации, 1996, № 1, С.36-40.

29. Золотарев С. В. Комплексные решения для АСУТП на базе операционной системы QNX и пакета Realflex // Приборы и системы управления, 1995, №8, С. 8-10.

30. С. В. Золотарев. Состояние и перспективы создания распределенных АСУТП на базе интегрированного пакета RealFlex // Приборы и системы управления, 1994, № 10, С. 26-30.

31. А. Н. Иванов. RealFlex средство для создания современных АСУТП // Мир ПК, 1993, № 9, С. 38-44.

32. А. Н. Иванов, С. В. Золотарев. RealFlex пакет для создания АСУТП156

33. Приборы и системы управления, 1993, № 11, С. 5-8.

34. С. В. Золотарев. Модернизация систем верхнего уровня АСУТП с помощью пакета RealFlex // Приборы и системы управления, 1995, № 1, С. 3-5.

35. Ю. А. Зацепин. Опыт эксплуатации АСУТП бойлерной и котлоагрега-та энергоблока Иркутской ТЭЦ // Приборы и системы управления, 1998, №2, С. 11-12.

36. М. Попов. QNX мал золотник, да дорог // Компьютерра, 16 марта 1998, С. 21.

37. Р. Я. Берман, P. JI. Вишнепольский, С. В. Кабаев, В. С. Тимофеев. Современные цеховые системы газокомпрессорных станций // Приборы и системы управления, 1998, № 2, С. 8-10.

38. OS-9 на переправе через реку Дартфорд // Мир компьютерной автоматизации, 1995, № 2, С. 73.

39. OS-9 управляет сетью телефонов автоматов Франции // Мир компьютерной автоматизации, 1995, № 3, С. 61.

40. Г. С. Шмелев. Подземное газовое хранилище в г. Дольни Дунаевец, Чехия // Мир компьютерной автоматизации, 1995, № 4, С. 61-73.

41. А. Н. Любашин. Что такое IsaGRAF? // Мир компьютерной автоматизации, 1995, № 2, С. 31-36.

42. Шакиров С. Р., Биюсов P. X., Якубович Б. С., Журавлев В. Е. Система подготовки программ для промышленных контроллеров // Современные технологии автоматизации, 1997, № 3, С. 40-44.

43. А. Кузнецов. SCADA системы: программистом можешь ты не быть // Современные технологии автоматизации, 1996, № 1, С. 32-35.

44. Кристина Комафорд. Проверьте философию утилит вашего поставщика // PC WEEK (Компьютерная неделя), 1995, № 9, 5 сентября, С. 12.

45. ОСТ 1 01021-93. Стенды испытательные авиационных газотурбинных двигателей. Общие требования.

46. ОСТ 1 42216-84. АСУТП стендовых испытаний газотурбинных двигателей. Технические требования.

47. Е.Рыжов. Точка зрения // Открытые системы сегодня, 1995, № 12 (33), С. 10.

48. JI. В. Анзимиров. Трейс моуд 4.20: объектный подход к разработке АСУТП верхнего уровня // Мир компьютерной автоматизации, 1995, № 2, С. 25-30.

49. Статья неизвестного автора // HARD OD SOFT, № 4, 1995, С. 56-63.

50. Севрюгин H.H., Тонкий JI.B. Деструкционный подход в организации автоматизированных систем контроля управления испытаниями // РГАТА, Рыбинск, 1998, деп. в ВИНИТИ 20.04.98 № 1212-В98.

51. Дж. Форсайт, М. Малькольм, К. Моулер. Машинные методы математических вычислений. М., Мир, 1980.

52. Г. М. Загрутдинов. Достоверность автоматизированного контроля. Казань, Издательство Казанского университета, 1980.

53. Коуден Д. Статистические методы контроля качества. М., Физматгиз, 1961.

54. Хейфец JI. Ф. К вопросу определения плотности вероятности параметров авиационного оборудования. В кн.: Вопросы надежности и автоматизации контроля состояния авиационного оборудования (Труды ВВИОЛКА им. проф. Н. Е. Жуковского, вып. 1108), 1965.

55. ГОСТ 8.207-76. Государственная система обеспечения единства измерений. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений.

56. Философский словарь // Под редакцией И. Т. Фролова 6-е издание, переработанное и дополненное - М., Политиздат, 1991.

57. Современный философский словарь // Под редакцией д. ф. н., проф. В. Е. Кемерова // Бишкек, Одиссей, 1996.158

58. ГОСТ Р 8.563-96. Государственная система обеспечения единства измерений. Методики выполнения измерений.

59. СТП 503.293-96. Методики выполнения измерений. Общие требования.

60. Руководство по технической эксплуатации двигателя Д-30КУ. М., Воздушный транспорт, 1987.

61. Севрюгин H.H., Тонкий JI.B. Подсистема контроля уровня вибраций при испытаниях ГТД // РГАТА, Рыбинск, 1998, деп. в ВИНИТИ 26.05.98 № 1628-В98.

62. ОСТ 1 02555-85. Система измерения расхода воздуха с коллектором на входе авиационных ГТД при стендовых испытаниях. Общие требования.

63. Севрюгин H.H., Тонкий JI.B. Новый взгляд на проектирование и внедрение АСУТП в производство // РГАТА, Рыбинск, 1998, деп. в ВИНИТИ 20.04.98 № 1210-В98.

64. Психрометрические таблицы. Ленинград, Гидрометеоиздат, 1981.

65. Л. Т. Матвеев. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. Ленинград, Гидрометеоиздат, 1976.

66. Камилл Ахметов. Умная мышь от Microsoft и другие // Компьютер пресс, 1997, № 6, С. 19-20.

67. Майкл Десмонд. В поисках идеального контакта // Мир ПК, 1994, № 1,С. 23-31.

68. Бренди Бартош. Читатели выбрали лучших // Мир ПК, 1994, № 7, С. 156-166.

69. Don Stovicek. Voice I/O in manufacturing // Automation, February, 1991, p. 26, 29 (T12-T13).

70. Рик Мулларки. Дизайн для общения // Adobe Magazine. Русское издание, 1998, № 1, С. 7-9. (В журнале «Компьютер пресс», 1998, № 2).

71. СТП 503.014-95. Технологическая подготовка производства. Документация сопроводительная. Порядок ведения, учета и обращения.

72. В. А. Карасев, В. П. Максимов, М. К. Сидоренко. Вибрационная диагностика газотурбинных двигателей. М., Машиностроение, 1978.

73. А. П. Кулаичев. Анализ сигналов в технических приложениях // Мир ПК, 1994, №2, С. 101-104.

74. В. Адаменко, П. Жеманюк, В. Карасев, И. Потапов. Вибрационная диагностика подшипников авиационного двигателя // Современные технологии автоматизации, 1998, № 1, С. 98-101.

75. А. Божок, Н. Севрюгин. Развитие и модернизация системы контроля испытаний ГТД на базе локальной вычислительной сети в АО «Рыбинские моторы». Сборник информационных материалов 2-ого отдела в//ч 25966, № 128, 1997, С. 95-100.

76. ОСТ 100487-83. Метрологическое обеспечение испытаний ГТД.

77. ГОСТ 11.002-73. Прикладная статистика. Правила оценки анормальности результатов наблюдений.

78. Кулешов Н. С., Сопулис Ю. Ю., Шульжик С. В. Статистическое обоснование ускоренных послеремонтных испытаний ГТД // Авиационная промышленность, 1993, №1, С. 45-49.

79. Логинов В.Н. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по теме «Разработка математической модели для оценки качества серийных газотурбинных двигателей». Казань, КГТУ, 1998.

80. В. Близнюк, В. Костылев, В. Сорокопут, А. Стеценко, А. Стеценко. Ультразвуковые расходомеры и система учета на их основе // Современные технологии автоматизации, 1998, № 2, С. 70-73.

81. В. Г. Гусев, А. В. Мулик. Принципы построения емкостных измерителей расхода диэлектрических жидкостей // Современные технологии автоматизации, 1998, № 2, С. 53-57.

82. Севрюгин H.H., Тонкий Л.В. Подсистема построения дроссельной характеристики // РГАТА, Рыбинск, 1998, деп. в ВИНИТИ 26.05.98 № 1627-В98.

83. СТП 503.170-96. Статистический контроль качества изделий. Порядок проведения работ.

84. A.C. Клюев. Автоматическое регулирование. М., Высшая школа, 1986.

85. Д. Б. Поляков, И. Ю. Круглов. Программирование в среде Турбо Пас160каль. МАИ, М., 1992.

86. Н. А. Абрамов. Хранение результатов испытаний ГТД в банке данных // Тезисы докладов отраслевого научно-технического семинара «Опыт автоматизации стендовых испытаний авиационных двигателей», НИИД, г. Уфа, 1988, С. 68-69.

87. М. Михайлов. Структура файла DBF // Компьютер пресс, 1991, № 1, С. 72-73.

88. П. Дерунов. Новый этап автоматизации производства // Верхневолжская правда, 3 апреля 1984 г., С. 2.

89. Майерс Г. Дж. Надежность программного обеспечения. М., Мир, 1980.

90. Ю. Блэк. Сети ЭВМ: протоколы, стандарты, интерфейсы. М., Мир, 1990.

91. Методика 77-87. Система измерения расхода воздуха с коллектором на входе авиационных газотурбинных двигателей при стендовых испытаниях. Порядок выполнения измерений.