автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Разработка алгоритма управления работоспособностью элементов судовой энергетической установки на интервале прогнозирования

На правах рукописи

Погуляева Марина Александровна

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТЬЮ ЭЛЕМЕНТОВ СУДОВОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ НА ИНТЕРВАЛЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

Специальность 05.08.05 - Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2011

4844359

Работа выполнена в ГОУ ВПО

«Санкт-Петербургский государственный морской технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Хруцкий Олег Валентинович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Гаврилов Владимир Васильевич

кандидат технических наук, доцент Горшков Владимир Федорович

Ведущая организация: ФГУП ГНЦ РФ «ЦНИИ имени академика А.Н.Крылова», г. Санкт-Петербург

Защита состоится » п/-'/>('/>-Г 2011 г. в '' час. на заседании диссертационного совета Д 212.228.03 при Санкт-Петербургском государственном морском техническом университете по адресу: 190008, г. Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, д.З

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО СПбГМТУ

Автореферат разослан« » 2011г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор

А.П.Сеньков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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

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 COJIAC (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, A.B. Мозгалевского, Ю.Н. Мясникова, E.H. 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 является актуальной научно-технической задачей.

(ТО).

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. A.C. 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.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель работы и определены основные задачи, которые необходимо решить для ее достижения.

В первой главе выполнен анализ современного состояния проблемы управления работоспособностью СЭУ и ее элементов в процессе эксплуатации судна.

Проанализированы работы отечественных ученых и научных коллективов, связанные с решением вопросов повышения эксплуатационной надежности СЭУ и других объектов морской техники, а именно: работы, посвященные повышению надежности роторных машин, выполненные А.Ю. Азовцевым, A.B. Барковым, H.A. Барковой (СПбГМТУ); работы, посвященные системам технического обслуживания и ремонта морских судов М.М. Гальперина, Э.В. Блинова, Г.Ш. Ро-зенберга (АО «ЦНИИМФ»), A.M. Никитина (ГМА им. адм. С.О. Макарова), Д.С. Семионичева (Российский Морской Регистр Судоходства); Ю.Н. Мясникова (ГНЦ ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова), О.В. Хрупкого (СПбГМТУ) и зарубежных ученых Д. Андерсона, X. Паул Баррингера, Дж.М. Маубрей, А. Дж. Мокаши и других исследователей.

По результатам анализа работ, к числу наиболее используемых в практичен ской эксплуатации относятся следующие методы технического обслуживания: регламентный; по отказам с контролем уровня надежности; по состоянию (с периодическим контролем технического состояния или с непрерывным контролем параметров).

Выяснено, что в настоящее время для технического обслуживания элементов СЭУ преимущественно используется регламентный метод ТО, который предусматривает жесткое соблюдение заранее спланированных сроков обслуживания и ремонта. Вместе с тем основой для организации оптимального функционирования СЭУ могут служить данные системного наблюдения и прогнозирования технического состояния ее элементов, которые осуществляются на базе автоматизированных бортовых систем контроля и измерений.

Процедура перехода на ТО по состоянию приведена в руководящем документе РДЗ 1.20.50-87. Однако в нем говориться, что по-прежнему будут действовать регламентные ТО, между которыми выполняется приборный контроль, и только часть ТО будет выполняться по состоянию, но какая именно не уточняется. Но самое главное, ничего не говориться о периодичности приборного контроля.

Следует заметить, что на практике метод технического обслуживания по фактическому состоянию представляет собой комплексную технологию, включающую в себя как элементы контроля, диагностики и наладки по контролируемым, в том числе и по диагностическим параметрам, так и процедуры ревизий и обслуживания по регламенту. Важно, чтобы это сочетание позволяло сделать максимум возможного без ревизий и неоправданных разборок контролируемого механизма, т.к. это приводит к увеличению затрат и может привести к возникновению новых неполадок, при условии нарушения технологии выполнения соответствующих работ.

В связи с этим, в диссертационной работе предложен усовершенствованный метод ТО по состоянию с учетом деградации работоспособности элементов СЭУ на интервале прогнозирования.

Во второй главе работы говориться, что обеспечение эксплуатационной надежности элементов СЭУ должна основываться на контроле прямых и косвенных параметров. Оценка перспективы изменения работоспособности компонентов СЭУ возможна с использованием прогнозирования. Существенное преимущество контроля с прогнозированием заключается в том, что если контролируется один параметр, имеющий наиболее сильную причинно-следственную связь с измене-

нием работоспособности элемента СЭУ, то по временному ряду этого параметра можно предсказать возможное его изменение, а, следовательно, и работоспособности.

Основная идея реализации абстрактной модели прогнозирования работоспособности основывается на математическом аппарате определения аппроксимирующей временной ряд y(t) функции прогнозирования ></) с учетом того, что временной ряд - случайный неравномерный процесс, требующий сглаживания. Проанализированы различные способы сглаживания, на основе которых разрабатываются соответствующие методы прогнозирования. В результате анализа выбран метод сглаживания временных рядов с использованием операторов сглаживания: 1-интеграла и L-интеграла (I), предложенного в свое время д.т.н. Л.Г. Соболевым.

I = y,(t) = \y(T)dT-L = yL<t) = \y{T)dr+t.y{t). (I)

о о

Операторы сглаживания (1), примененные к временному ряду контролируемого параметра yf/J, с объемом выборки i = \,n дают на двух фазовых плоскостях (y,yi) и (у.у0 множество точек, координаты которых соответствуют парам значений [y(tj, yi(ti)J и fyftj, yi(t)]■ Поскольку процесс деградации работоспособности элемента СЭУ обязательно имеет тренд, то точки в фазовых плоскостях образуют вытянутое поле, которое можно « в среднем» представить линейной зависимостью

y{t) = % + a{y{t), (2)

где а0 и а, - параметры определяющие положение прямой в фазовых плоскостях; y{t) соответствует сглаженному значению yi(t) или yi(t).

Выражение (2) представляет интегральные уравнения, решения которых являются аппроксимирующими функциями >(') временного ряда y(t):

y(t) = аа ■ ехр(а,/), при k= 1; (3)

y(t) = а0 ch(yfct), при а,>0 и к=2; у(0 = «о-cos(Ja^t), при а, <0 и к=2, (4) где к=1; 2 - кратность I - интегрирования,

и = % jji, при к=1; (5)

ло = «й.(1 + ^^^прик=2) (6)

где к=1; 2 - кратность L - интегрирования.

Любая из аппроксимирующих функций (3) - (6) позволяет осуществить прогноз наступления события, при котором контролируемый параметр y(t) достигнет допустимое значение при условии, что y(t) = удоп.

Из этих конкурирующих аппроксимирующих функции, потенциально применимых для цели прогнозирования, предпочтение отдается той, у которой сред-неквадратическое отклонение (СКО) на фазовой плоскости наименьшее.

Поскольку значения коэффициентов а0 и а, выражений (3) - (6) определяются методом наименьших квадратов, то вводится поправка на значение параметра тренда а,, нелинейно входящего в аппроксимирующие функции. Параметр а0

не корректируется, т.к. он характеризует начальное значение процесса деградации работоспособности элемента СЭУ. Нелинейность вхождения в аппроксимирующие функции параметра тренда в, может привести к прогнозу в сторону либо запаздывания, либо опережения. Для этих целей предложено использовать энтропийную относительную приведенную погрешность:

у = 0,5^7, (7)

где р - коэффициент множественной корреляции между у(0 и _р(/).

Корректировка значения параметра тренда, осуществляется по следующему выражению:

а,' = а,±Г-а, (8)

где знак действия зависит от динамики процесса деградации работоспособности элемента (возрастает или убывает текущее значение контролируемого параметра).

Полученные математические выражения позволяют разработать алгоритм управления работоспособностью элементов СЭУ на интервале прогнозирования.

Третья глава работы посвящена разработке абстрактной модели и соответствующего программного комплекса, позволяющих управлять работоспособностью элементов СЭУ на интервале прогнозирования.

На рисунке 1 приведена обобщенная блок-схема разработанного алгоритма управления работоспособностью элементов СЭУ.

В блоке «Анализ фазовых плоскостей» происходит вычисление СКО и коэффициентов корреляции для фазовых плоскостей, а в блоке «Вычисление параметра начального условия и параметра тренда» производится вычисление значений а0 и О) прямых фазовых плоскостей. Далее в блоке «Выбор ФП по СКО, назначение функции аппроксимации» происходит сравнение среднеквадратических отклонений. Приоритет отдается той фазовой плоскости, у которой наименьшее значение СКО. Выбор фазовой плоскости позволяет определиться с функцией аппроксимации у(!) временного ряда у (О- После того, как определилась аппроксимирующая функция, в блоке «Прогнозирование технического состояния компонента СЭУ» делается предварительный прогноз момента времени достижения контролируемым параметром заданного значения у(Ч) или определения значения у(1) в конкретный момент времени. После того, как определилась аппроксимирующая функция, в блоке «Прогнозирование работоспособности элемента СЭУ» делается предварительный прогноз момента времени достижения контролируемым параметром допустимого значения или определения момента времени выхода контролируемого параметра на допустимое значение. Следующим этапом проверяется, достигло ли текущее значение контролируемого параметра одного из условий: у1 >0.85 -удоп - для процесса деградации работоспособности с параметром тренда а,>0 или у, <1.15' удоп - для параметра тренда я,<0 . При выполнении одного из условий, оператору выводится сообщение о возможном выполнении ТО. Если контролируемый параметр еще не достиг уровни 0.85>А,„ или 1.15у^„, то принимается решение о продолжении наблюдений за контролируемым параметром. При этом либо вся процедура повторяется снова, но уже с последними двенадцатью значениями, либо принимается решение о выполнении ТО по результату прогноза, окончательное решение остается за оператором.

На рисунках 2-5 приведена развернутая блок-схема алгоритма процедуры управления работоспособностью компонентов СЭУ.

Ниже отмечены некоторые особенности разработанного алгоритма управления работоспособностью элементов СЭУ на интервале прогноза:

■ учитывается тенденция изменения контролируемого параметра, а именно: возрастает или убывает текущее значение параметра;

■ контролируется выход параметра за уровни допустимых значений, о чем сразу выдается сообщение;

■ в блоке сравнения «^<0,3» происходит определение достоверности сигнала контролируемого параметра;

■ блок сравнения «tK~Tnp» показывает, что время последнего измерения

(tK) практически совпадает со временем прогноза (Т„р), поэтому проведение дальнейшего измерения нецелесообразно, необходимо провести ТО;

■ предусмотрена процедура дальнейшего измерения параметра и обработки данных;

■ присутствует процедура двукратного сглаживания временного ряда, которая используется, если однократное сглаживание не выявило наилучшую аппроксимирующую функцию.

Программный комплекс реализации разработанного алгоритма осуществлен на языке программирования Object Pascal в среде Delphi 7.0. Передача результатов расчетов осуществляется по требованию в виде отчета Rave Report и в виде текстового файла формата txt. Схематическая модель и программное обеспечение позволяют проводить определение и анализ запаса работоспособности элементов СЭУ как в процессе эксплуатации судна, так и при выполнении отладочных работ после выполнения ТО и ремонта.

В четвертой главе рассмотрены и проанализированы результаты проверки работоспособности алгоритма и программы «Прогнозирование ТО» при обработке данных, полученных методом компьютерного моделирования процессов деградации контролируемого параметра, проходящих в элементах СЭУ, при выполнении стендового эксперимента и обработке независимых данных, взятых из тематической и технической литературы разных лет.

В качестве объектов исследования при компьютерном моделировании рассматриваются судовой утилизационный теплообменный аппарат и подшипниковый узел электрической машины. В силу требований к объему автореферата, результаты моделирования здесь не рассматриваются, но следует отметить, что они подтвердили работоспособность алгоритма и программы.

Экспериментальные данные, получены на стенде АР7000 (ООО «Глобал-Тест», Россия).

Первый эксперимент заключался в прогнозировании остаточной работоспособности подшипника качения (ПК). Каждые три часа снимались значения виброскорости в осевом направлении. Чтобы подшипник работал под нагрузкой с помощью гайки изгиба вала, вал был изогнут, а в оба маховика были ввернуты балансировочные грузы для придания дисбаланса. Через 66 часов в ПК появились недопустимые для нормальной работы люфты, вызванные повреждением сепаратора. Такой развитый дефект считается как функциональный отказ подшипника.

Рис. 1. Обобщенная блок-схема алгоритма управления работоспособностью элементов СЭУ

Рис. 2. Развернутая блок-схема алгоритма управления работоспособностью элементов СЭУ

Рис. 3. Развернутая блок-схема алгоритма управления работоспособностью элементов СЭУ (продолжение)

Назначение следующего момента измерения (/¿+|)

/Выбор последних N J / данных (N=10...15^'

Рис. 4. Развернутая блок-схема алгоритма управления работоспособностью элементов СЭУ (продолжение)

Рис. 5. Развернутая блок-схема алгоритма управления работоспособностью элементов СЭУ (продолжение)

Таким образом, к концу эксперимента было получено 22 значения измеряемого параметра вибрации ПК (рисунок 6).

Следующим этапом эксперимента был прогноз работоспособности ПК. Как уже говорилось к 22-ому измерению уровень вибрации ПК вышел за допустимый.

У,ЯБ

у

/

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2 1 22

Рис.6. График изменения уровня вибрации ПК

Результаты обработки первых 13 данных временного ряда показали, что минимальное СКО на фазовой плоскости Ь-интегрирования ст = 1,264 и соответственно максимальный коэффициент корреляции р = 0,916. Аппроксимирующей функцией в этом случае является математическая модель вида:

при значении нелинейно входящих параметров а0=ЮЗ,0[дБ] и а,=0,0025[1/изм].

Нелинейное вхождение параметра ах при прогнозировании момента времени достижения допустимого значения уДОп=118 привело к прогнозу в сторону запаздывания. После оптимизации функции аппроксимации (9) по параметру а\, было получено, что значение удоп=118 будет достигнуто на Тпр=21,85, т.е. на 22-ом измерении, что в полной мере подтвердило результаты эксперимента. При этом упреждение прогноза составило ((22-14)-3) = 24 часа с погрешностью не более 2-х часов.

Второй эксперимент состоял в оценке запаса работоспособности подшипника скольжения (ПС). Был искусственно внесен дефект: сняли фаски на обоих кольцах. Так как внутренняя втулка подшипника выполнена из латуни, то процесс развития дефекта быстро прогрессировал при трении по ней стальной наружной втулки. Показания вибрации ПС снимались через каждые 2 часа. Спустя 30 часов подшипник достиг такого состояния, что начал работать в разнос, опора стала нагреваться, и дальнейшее проведение эксперимента нарушало условия нормальной эксплуатации стенда.

В итоге было получено 15 значений виброскорости ПС. Анализ первых 11 данных измерения показал, что допустимое значение виброскорости ПС будет достигнуто на 14-ом измерении, что опять же подтверждает экспериментальные данные.

Заключительным этапом проверки работоспособности алгоритма был анализ временных рядов, заимствованных из независимых источников. Анализировались следующие временные ряды: изменение пик-фактора подшипника качения вследствие загрязнения смазки; изменение отношения давления сжатия к темпе-

ратуре выхлопных газов дизеля, характеризующее уплотнение между поршнем и цилиндром; изменение общего уровня вибрации по виброскорости ПК электродвигателя; изменение виброускорения нагнетательного клапана поршневого компрессора, характерное для процесса разрушения клапана и изменение вибрации электроприводного насоса вследствие расцентровки валов (рисунок 7).

На тренде виден типичный случай расцентровки: после запуска агрегата уровень вибрации уменьшился, а затем, после периода нормальной работы наблюдается постепенный рост параметра из-за развивающегося дефекта. При достижении допустимого уровня система выдала сообщение, и агрегат был остановлен для ремонта.

Как видно из рисунка 7, первое измерение виброскорости было выполнено 21.01.99, а последнее 05.02.99. Максимальное значение виброскорости равно 6 мм/с, его и приняли за допустимое значение. При обработке последних 12 значений параметра после выполнения условия у, >0,85 результаты, представленные на рисунке 8, показали минимальное значение СКО на фазовой плоскости Ь - интегрирования (ег = 0,294) и максимальное значение коэффициента корреляции (р = 0,971).

7

0 —---1-,--,--------,-,-,-,-М-,

21.01.99 26.01.99 31.01.99 0S.02.99

Т, суш

Рис.7. Тренд параметра, связанного с расцентровкой

оэаеэ 0 9Д6Л

12^83 01Ж№ ! Г' 0ЭЦ6211

ЛИ »11 : .и ■ 13«в7 о.чгэе 03:735

<02 «ш :

ГСетрп» I Г^грть Л Пег«*« 12

:;■■!" :0СМ«6 03 0? 1999 1

о

Рис. 8. Фрагмент программы «Прогнозирование ТО» расчета тренда параметра, связанного с расцентровкой

Программа выдала результат, что ТО необходимо было провести в период с 3 по 5 февраля 1999 года. А при использовании всех значений параметра, не отбрасывая ретроспективные, были выданы рекомендации о проведении ТО в период с 3 по 8 февраля. Это показывает, что использование только последних 10-15 данных при граничном значении параметра равного у1 = 0,85- удсп, отбрасывание ретроспективных данных, дает более точный результат прогноза.

Результаты рассмотренных примеров подтверждают работоспособность алгоритма управления работоспособностью элементов СЭУ на интервале прогноза.

В результате выше изложенного следует отметить, что практическая реализация рассмотренного алгоритма обработки информации о текущем техническом состоянии СЭУ позволит осуществить переход от жестко регламентированного технического обслуживания к менее затратному обслуживанию по фактическому состоянию на основе компьютерных информационных технологий, позволит сократить расходы на ТО и ремонт элементов СЭУ.

ВЫПОЛНЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЗВОЛЯЕТ СДЕЛАТЬ СЛЕДУЮЩИЕ ВЫВОДЫ:

1. В работе получены научно обоснованные технические разработки, предназначенные для повышения эксплуатационной надежности элементов судовой энергетической установки.

2. Доказано, что эффективным путем обеспечения надежности судовой эксплуатации СЭУ в целом является переход на технологию обслуживания ее элементов по фактическому состоянию с учетом данных системного наблюдения и прогнозирования работоспособности, которые осуществляются на базе автоматизированных контрольно-измерительных бортовых систем.

3. Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден принцип выбора аналитического выражения функции прогнозирования работоспособности контролируемого элемента СЭУ из числа конкурирующих функций на основе коэффициента корреляции параметров аппроксимирующей и исходного временного ряда контролируемого параметра функции с учетом ожидаемой точности прогноза.

4. Обоснована целесообразность использования уставки допустимого значения уос,, контролируемого параметра элемента СЭУ. При этом, допустимая уставка назначается на основе рекомендаций завода изготовителя элемента и в зависимости от класса надежности элемента. Если таких рекомендаций нет, уставка назначается с учетом опыта эксплуатации однотипных элементов СЭУ. Уставка позволит оценить запас работоспособности контролируемого элемента СЭУ параллельно с выполнением процедуры прогнозирования.

5. Экспериментально подтвержден теоретически разработанный принцип назначения начала процедуры прогнозирования работоспособности и срока выполнения ТО элемента СЭУ по достижении контролируемым параметром уставки, равной 0,85 или 1,15 от допустимого значения с учетом знака параметра тренда функции прогнозирования.

6. Подтверждено экспериментально, что для нахождения аналитического выражения функции прогнозирования достаточно иметь выборку временного ряда в 10...15 ретроспективных данных, поскольку более далекие данные о процессе деградации работоспособности элемента СЭУ малоэффективны для целей прогнозирования - они слабо связаны с будущим.

17

7. Разработан алгоритм управления работоспособностью элементов СЭУ по фактическому состоянию на интервале прогнозирования. При этом основным управляющим воздействием является своевременное техническое обслуживание элемента. Одним из факторов, влияющих на достоверность прогнозирования, является правильный выбор вида аппроксимирующей функции и определение численных значений её коэффициентов. Алгоритм автоматически определяет приоритетную аппроксимирующую функцию, по наименьшему значению средне-квадратической ошибки аппроксимации.

8. Разработано программное обеспечение, позволяющее, исходя из фактического технического состояния элемента СЭУ, по контролируемому параметру дать прогноз относительно запаса работоспособности элемента СЭУ и определить срок выполнения ТО с целью исключения возможности наступления аварийной ситуации.

9. Разработанное программное обеспечение обладает универсальностью и применимо практически для любых контролепригодных элементов СЭУ, при условии, что контролируемый параметр в функции времени имеет наиболее сильную причинно-следственную связь с процессом деградации работоспособности элемента.

10. На основании сопоставления результатов расчетов с экспериментальными данными сделан вывод о том, что использование на практике разработанного алгоритма и соответствующего программного обеспечения позволяет прогнозировать изменение работоспособности элементов СЭУ с погрешностью, не превышающей относительную энтропийную погрешность.

11. Реализация полученных в диссертационной работе решений предлагает научно-обоснованную возможность перехода от системы управления ТО элементов СЭУ по регламенту к системе управления по фактическому состоянию. Такой переход представляется экономически целесообразным вследствие повышения надежности элементов СЭУ.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

I. Публикации в изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК РФ:

1.Погуляева (Максимова) М.А. Прогнозирование работоспособности подшипниковых узлов на основе обработки данных временного ряда контролируемого параметра.- Морские интеллектуальные технологии №3. СПб: Моринтех, 2010, с.44-47, (автор 100%).

2. Погуляева (Максимова) М.А. Алгоритм прогнозирования работоспособности подшипниковых узлов на основе обработки виброакустических данных. -Труды Центрального научно-исследовательского института имени академика А.Н.Крылова, выпуск 57(341), инв. №Л-700, СПб, 2010, с. 221-230 , (автор 100%).

II. Прочие публикации:

3. Максимова М.А. Техническое обслуживание элекгроприводного судового энергетического оборудования по фактическому состоянию. - Сборник трудов международной научно-технической конференции, Тольятти: ТГУ, 2009, с. 93-97 , (автор 100%).

4. Максимова М.А., Хруцкий О.В. Алгоритм технического обслуживания объектов ВВТ по фактическому состоянию. - Военная радиоэлектроника: опыт

18

использования и проблемы подготовки специалистов. XX научно-техническая межвузовская конференция. Часть III. Петродворец: ВМИРЭ им А.С.Попова, 2009, с. 240-245 , (автор 75%).

5. Максимова М.А. Алгоритм прогнозирования деградационных процессов. - CD-R Фундаментальные и прикладные проблемы надежности и диагностики машин и механизмов: ВПБ-09: девятая сессия международной научной школы, 26.10.2009-30.10.2009: материалы школы, документы, программа, сборник докладов, презентация СПб и др. СПб: ФГУП НТЦ «Информрегистр», регистрационное свидетельство №18020 от21.12.09, 2009, с. 237-240 (автор 100%).

6. Погуляева (Максимова) М.А., Хруцкий О.В. Техническое обслуживание судового энергооборудования по фактическому состоянию. - Турбины и Дизели №5. Рыбинск: 000«Периодика», 2010, с. 52-56, (автор 50%).

7. Погуляева {Максимова) М.А. Один из методов технического обслуживания судового энергетического оборудования по фактическому состоянию. - Сборник научных трудов Международной конференции Двигатель - 2010. М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2010, с. 87-92, (автор 100%).

8. Погуляева (Максимова) М.А. Прогнозирование момента замены смазки подшипников качения, с использованием метода пик - фактора. - Сборник научных трудов X Международной конференции. Трибология и надежность. СПб: ПГУПС, 2010, с. 49-56, (автор 100%).

Изд-во СПбГМТУ, Лоцманская, 10 Подписано в печать 17.03.2011. Зак. 4128. Тир.80. 1,0 печ. л.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ЭЛЕМЕНТОВ СУДОВОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ.

1.1 Исторические этапы развития систем управления техническим обслуживанием и ремонтом элементов судовой энергетической установки.

1.2 СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СУДОВОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ.

1.3 Выводы по главе и постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2 СИСТЕМА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ЭЛЕМЕНТОВ СУДОВОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ПО ФАКТИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ.

2.1 Система технического обслуживания и ремонта по фактическому состоянию, как базис управления работоспособностью элементов судовой энергетической установки.

2.2 Прогнозирование срока выполнения технического обслуживания элемента судовой энергетической установки.

2. 3 Определение моментов времени измерения контролируемых параметров на интервале прогноза.

2.4 Оптимизация функции прогнозирования работоспособности элементов судовой энергетической установки.

2. 5 Выводы по главе.

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТЬЮ ЭЛЕМЕНТОВ СУДОВОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ.

3.1 Методические указания по организации процедуры прогнозирования работоспособности элемента.

3.2 Абстрактная модель управления работоспособностью элемента судовой энергетической установки.

3.3 Программное обеспечение алгоритма управления работоспособностью элемента судовой энергетической установки.

Интерфейс оператора.

3.4 Выводы по главе.

ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ АЛГОРИТМА.

4.1 Оценка работоспособности алгоритма методом компьютерного моделирования.

4.2 Оценка работоспособности алгоритма на основе анализа экспериментальных данных.

4.3 Проверка работоспособности алгоритма на основе обработки независимых данных.

4.4 Вывод по главе.

Проблема повышения надежности судовых энергетических установок (СЭУ) была и остается одной из основных и многоплановых проблем, включающих в себя научно-технические и организационные аспекты. Основным и наиболее важным из них является эксплуатационный аспект, связанный с техническим обслуживанием и ремонтом элементов СЭУ. Под элементом СЭУ понимаются насосы, компрессоры, фильтры, редукторы, электрические машины, автоматические клапаны и т.п., имеющие в своем составе типовые узлы: подшипники качения, рабочие колеса, цилиндро-поршневые группы, форсунки и т.п., которые в зависимости от своего технического состояния лимитируют и работоспособность элементов СЭУ и СЭУ в целом.

Под работоспособностью понимается состояние элемента СЭУ, при котором значение параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции элементом, соответствуют требованиям нормативно-технической документации и (или) конструкторской (проектной документации) [42]. Определение работоспособности элемента СЭУ, как правило, решают при его диагностировании. Если элемент СЭУ утратил работоспособность или его работоспособность снизилась до допустимого значения, то возникает задача - определение причины и устранение причины. Решение этой задачи обычно связано с выполнением работ по частичной или полной разборке элемента с последующей сборкой. При этом основная цель таких мероприятий заключается в восстановлении работоспособности элемента СЭУ.

Основными факторами влияния на работоспособность элементов СЭУ, согласно [24], являются: длительные статические нагрузки; динамические нагрузки; коррозия под напряжением и радиационное облучение. В результате совместного воздействия этих факторов интенсифицируются процессы усталостных и износовых явлений в типовых узлах элементов СЭУ, что приводит к повышенному износу сопрягаемых деталей узла, изменению геометрии 4 проточных частей, возникновению и раскрытию трещин в конструкторском материале. Неконтролируемый при эксплуатации элементов СЭУ характер развития этих процессов создает впечатление внезапной потери работоспособности или недопустимого ее изменения. Количественно функциональные свойства элемента проявляются через традиционно контролируемые параметры рабочего процесса (давление, температуру, расход рабочего тела, частоту вращения, мощность и т.п.), а также через параметры вторичных физических полей (виброакустического, акустико-эммисионного, теплового, электромагнитного), сопровождающих работу элементов СЭУ. Следовательно, работоспособность элементов можно также представить количественно через их функциональные свойства. При этом количественная оценка контролируемого параметра возможна только при выполнении измерений, т.к. измерение - это получение информации.

Современные судовые энергетические установки относятся к классу автоматизированных управляемых комплексов, техническое состояние которых оценивается по множеству контролируемых параметров, например, только по двигателю MAN B&W для этих целей ведется контроль по сорока восьми параметрам [26]. Эту сложную измерительную задачу решает система Co-Cos-EDS (Engine Diagnostics Systems) - система диагностики главного дизеля. В задачи системы входит сбор информации, определение работоспособности элементов с функцией поиска неисправностей и определения метода устранения, построение трендов контролируемых параметров. Следует заметить, что при этом не решается задача прогнозирования выхода контролируемых параметров на допустимые значения, но прогнозируется расход запасных частей и трудоемкость технического обслуживания (ТО).

В общем случае контроль параметров элементов СЭУ, как объектов управления работоспособностью ведется штатными средствами измерений, автоматическими управляющими устройствами и средствами технического диагностирования. В результате элементы СЭУ, как объекты управления работоспособностью, могут быть представлены информационными потоками

Г), формируемыми соответствующими измерительными средствами. На рисунке В.1 показаны основные направления информационных потоков J при контроле и управлении работоспособностью элементов СЭУ.

Как видно из рисунка В.1, объединение всех средств измерений посредством перераспределения информационных потоков, позволяет создать единую информационно-измерительную систему параметров компонентов СЭУ.

Система ТО и Р

АРМ оператора И

Служба ТО и Р судна

Рисунок В.1 -Взаимодействие информационных потоков при управлении объектом управления

На рисунке В.1 обозначено.

Э СЭУ - элементы судовой энергетической установки; ШСИ - штатные средства измерения; СТД - средства технического диагностирования; ЛАУУ - локальные автоматические управляющие устройства; ИИС - информационно измерительная система; ТО и Р - техническое обслуживание и ремонт; АРМ - автоматизированное рабочее место.

В результате, согласно [42], в целом повышается эффективность управления на основе информационного потока Зупр\ объединяющего сведения о протекании технологических процессов в элементах СЭУ: ./,(/), Л(0 и J3(t) и о их техническом состоянии

Как видно, эффективность управления отдельными элементами определяется в данном случае за счет информационных потоков Jl(t), J3(t) и J6(t). Элемент СЭУ достигает допустимого предела работоспособности, когда вследствие неизбежных деградационных процессов в элементах СЭУ, его дальнейшая эксплуатация становится нецелесообразной как с технико-экономической точки зрения, так и безопасности. В этом случае требуется выполнение соответствующих работ по ТО, а возможно, и ремонту, с целью восстановления работоспособности элемента СЭУ.

Как отмечалось, работоспособным состоянием элемента СЭУ считается состояние, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствует требованиям нормативно-технической документации. Элемент СЭУ по эффективности эксплуатации может быть оценен коэффициентом использования работоспособности Кир [26], который характеризует относительный остаточный ресурс элемента в рассматриваемый момент времени: где Ау(/) - фактическое отклонение контролируемого параметра, характеризующего техническое состояние элемента от его номинального значения на (0 =./, (0^3 {Л (0 " Л [Л (0 ^ Л (0]},

СВ-1)

В.2) момент оценки технического состояния; удоп — предельно-допустимое отклонение параметра, характеризующего техническое состояние элемента СЭУ.

Придерживаясь терминологии [26], понятие «параметр» подразумевает различное физическое толкование, например износ, зазор, деформацию, сопротивление изоляции и т.д., но представленный как отображение в виде электрического параметра (примечание автора). Эквивалент параметра в виде электрического сигнала с выхода датчика физической величины обрабатывается соответствующим измерительным средством. Отсюда следует, что К,ф причинно-следственно связан с информационными потоками, отражающими работоспособность элемента СЭУ (рисунок В.1).

Вопросам технической эксплуатации СЭУ и судна в целом посвящено много работ, например [5, 8, 9, 22, 24, 26, 33] и др., анализ которых показывает, что в организации процедуры технической эксплуатации СЭУ существенное место занимает информационное обеспечение самих технических процессов ТО и Р. В частности в работе [26] отмечается, что 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 необходимость наличия соответствующего потока информации о всем, что происходит на судне.

Относительно ТО и Р 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 выполнении работ, связанных с проведением ТО, первоочередную роль играет соответствующее алгоритмическое обеспечение обработки данных информации о изменении работоспособности элемента СЭУ.

Вопросам общего алгоритмического обеспечения выполнения процедур технического обслуживания оборудования СЭУ посвящены работы отечественных авторов: Э.К.Блинова, Г.Ш.Розенберга, В.С.Гаврилова,

М.М.Гальперина, Е.Н.Климова, А.В.Мозгалевского, Ю.Н.Мясникова, Л.Г.Соболева, В.П.Калявина, Г.В.Гаскарова, А.М.Никитина, В.В.Медведева, Д.С.Семионичева [5, 8,14, 15, 21, 23 - 26, 33, 36]. Среди работ зарубежных авторов следует указать работы Д. Андерсона, X. Паул Баррингера, Дж.М. Ма-убрея [44-53, 58].

Вместе с тем следует отметить, что в данных работах не рассматриваются законченные алгоритмы прогнозирования технического состояния оборудования СЭУ, применимые к выполнению процедуры технического обслуживания и ремонта данного оборудования по его фактическому состоянию на основе обработки временных рядов. Особенно это касается алгоритмов прогнозирования на основе обработки временных рядов контролируемых параметров элементов СЭУ. Такие алгоритмы связаны с обоснованным предсказанием возможного выхода элемента СЭУ на допустимые эксплуатационные значения по контролируемым параметрам.

Данная диссертационная работа является развитием и, по мнению автора, одним из логических завершений разработки алгоритмического обеспечения по управлению работоспособностью элементов энергетического оборудования на интервале прогнозирования.

3. 4 Выводы по главе

В результате выполненных исследований, разработана процедура прогнозирования работоспособности элементов СЭУ. На основе процедуры разработаны методические указания по организации процедуры прогнозирования и абстрактная модель в виде алгоритма управления работоспособностью элементов СЭУ с необходимым программным обеспечением. Программное обеспечение позволяет минимизировать работу оператора (ЛПР), как элемента комплексной автоматизированной системы управления СЭУ.

Примеры практического применения разработанного алгоритма прогнозирования работоспособности элементов СЭУ рассмотрим в следующей главе.

Глава 4 Экспериментальное подтверждение работоспособности алгоритма

В данной главе рассматриваются примеры, подтверждающие возможность практического применения разработанного алгоритма прогнозирования работоспособности элементов СЭУ. В примерах использованы данные, полученные методом компьютерного моделирования временных рядов контролируемого параметра, имеющих место в типовых узлах элементов СЭУ; экспериментальные данные, полученные на опытном стенде для имитации расцентровки, дисбаланса и состояния подшипников АР7000 и независимые данные, взятые из источников, датированных разными годами. Все использованные данные отражают изменение работоспособности ТУ элементов СЭУ. Результаты экспериментальных исследований подтверждают универсальность разработанного алгоритма и возможность на его основе решать задачи прогнозирования изменения работоспособности типовых узлов элементов СЭУ.

4. 1 Оценка работоспособности алгоритма методом компьютерного моделирования

Наличие ограничений типа: выявление опасных ситуаций, которые материализованы в прошлом; невозможность учесть роль человеческого фактора в возникновении аварийного случая; принятие решений в условиях, когда исходные данные заданы в неявном виде; сложность получения вариантов управления риском отказа главного дизеля; неполнота исходных данных, заметно снижают эффективность прогнозирования, в частности, остаточного ресурса [21]. Эти ограничения можно исследовать методом компьютерного моделирования.

Суть моделирования заключается в том, что по математической модели, описывающей рассматриваемый процесс, производится расчет параметров. При этом учитываются те случайные параметры, значения которых соответствуют некоторым законам распределения.

Основными этапами реализации компьютерного моделирования являются: определение законов распределения параметров входных данных, которые имеют характеристики рассеивания; генерация случайных чисел с заданными законами; построение и реализация расчетной модели; статистическая обработка результатов моделирования.

Исходным материалом для получения случайных чисел с заданным законом распределения служат равномерно распределенные случайные числа в интервале [0, 1] или [-1, +1].

Для реализации некоторого распределения достаточно применить нелинейное преобразование N = (/?), где Л - исходное случайное равномерно распределенное число, N - случайное число с функцией распределения /7, К1 - функция обратная по отношению к Р.

Например, для получения случайного числа У распределенного по нормальному закону с математическим ожиданием цу и дисперсией сгу, нормальный закон имеет форму плотности вероятности, представленную на рисунке 4.1.1.

Математически плотности распределения можно представить: у

4.1.1)

При переходе к нормированной случайной величине

Плотность распределения этой нормированной величины N имеет вид:

1 1-2

Рисунок 4.1.1 - Плотность вероятности нормального закона распределения с различными ¡лх, и

Соответственно нормированная функция распределения вероятности будет иметь вид: 0.5 +<р(М), (4.1.4)

1 2 Нг) где ) = ,— |е' 2 'сШ - функция Лапласа. (4.1.5)

12л о рСЛО, ц= о. с; =0.2 м = а я; = 1.о — ц = о. сг; = 5 0 (i = -2, О* = 0.5 i»í— 3 N

Рисунок 4.1.2 - Функция нормального закона распределения с различными juv и сг

Цвета линий на графиках 4.1.2 соответствуют линиям графиков рисун-4.1.1. i

14 X 7 6 3

4 .1 ттт

0.7 «6

I I О

Р01 f(N) .

1)9 ОХ

0.7 06 О J 0.4 0J OJ О I а

Y Г>< > «, сг" - !0 • J 4 < N ц» ll.tr « 10 I Í Э 4

На рисунке 4.1.3 стрелками показана процедура получения случайного числа N распределенного по нормальному закону из исходного случайного числа Я с равномерным законом распределения вероятности [0,1]. Проецирование точки Я на ось абсцисс N соответствующей нелинейному преобразованию числа Я = 0.5 + , согласно соотношению

Л^-'С^КЯ-0.5), (4.1.6) где - функция обратная функции Лапласа.

Из нормированного случайного числа N можно получить произвольное случайное число У с заданными ¡иу и <7у: = ау.Ы + му- (4.1.7)

В результате функция плотности распределения случайной величины У имеет форму:

Р(У)

В таблице 4.1.1 представлены рекомендации по выбору других законов распределения для некоторых элементов СЭУ, полученных на основании исследования данных о фактических отказах [33].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненного комплекса теоретических и экспериментальных исследований разработан алгоритм управления работоспособностью элементов СЭУ по фактическому состоянию. Процедура прогнозирования работоспособности элементов СЭУ базируется на едином математическом аппарате обработки временных рядов контролируемых параметров наблюдаемого элемента. В работе получены следующие результаты:

1. Научно обоснованны технические разработки, предназначенные для повышения эксплуатационной надежности элементов судовой энергетической установки.

2. Доказано, что эффективным путем обеспечения надежности судовой эксплуатации СЭУ в целом, является переход на технологию обслуживания ее элементов по фактическому состоянию с учетом данных системного наблюдения и прогнозирования работоспособности, которые осуществляются на базе автоматизированных контрольно-измерительных бортовых систем.

3. Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден принцип выбора аналитического выражения функции прогнозирования работоспособности контролируемого элемента СЭУ из числа конкурирующих функций на основе коэффициента корреляции параметров аппроксимирующей и исходного временного ряда контролируемого параметра функции с учетом ожидаемой точности прогноза.

4. Обоснована целесообразность использования уставки допустимого значения удоп контролируемого параметра элемента СЭУ. При этом, допустимая уставка назначается на основе рекомендаций завода изготовителя элемента и в зависимости от класса надежности элемента. Если таких рекомендаций нет, уставка назначается с учетом опыта эксплуатации однотипных элементов СЭУ. Уставка позволит оценить запас работоспособности контролируемого элемента СЭУ параллельно с выполнением процедуры прогнозирования.

5. Экспериментально подтвержден теоретически разработанный принцип назначения начала процедуры прогнозирования работоспособности и срока выполнения ТО элемента СЭУ по достижении контролируемым параметром уставки, равной 0,85 или 1,15 от допустимого значения с учетом знака параметра тренда функции прогнозирования.

6. Подтверждено экспериментально, что для нахождения аналитического выражения функции прогнозирования достаточно иметь выборку временного ряда в 10. 15 ретроспективных данных, поскольку более далекие данные о процессе деградации работоспособности элемента СЭУ малоэффективны для целей прогнозирования - они слабо связаны с будущим.

7. Разработан алгоритм управления работоспособностью элементов СЭУ по фактическому состоянию на интервале прогнозирования. При этом основным управляющим воздействием является своевременное техническое обслуживание элемента. Одним из факторов, влияющих на достоверность прогнозирования, является правильный выбор вида аппроксимирующей функции и определение численных значений её коэффициентов. Алгоритм автоматически определяет приоритетную аппроксимирующую функцию, по наименьшему значению среднеквадратической ошибки аппроксимации.

8. Разработано программное обеспечение, позволяющее, исходя из фактического технического состояния элемента СЭУ, по контролируемому параметру дать прогноз относительно запаса работоспособности элемента СЭУ и определить срок выполнения ТО с целью исключения возможности наступления аварийной ситуации.

9. Разработанное программное обеспечение обладает универсальностью и применимо практически для любых контролепригодных элементов СЭУ, при условии, что контролируемый параметр в функции времени имеет наиболее сильную причинно-следственную связь с процессом деградации работоспособности элемента.

10. На основании сопоставления результатов расчетов с экспериментальными данными сделан вывод о том, что использование на практике разработанного алгоритма и соответствующего программного обеспечения позволяет прогнозировать изменение работоспособности элементов СЭУ с погрешностью, не превышающей относительную энтропийную погрешность.

11. Реализация полученных в диссертационной работе решений предлагает научно-обоснованную возможность перехода от системы управления ТО элементов СЭУ по регламенту к системе управления по фактическому состоянию. Такой переход представляется экономически целесообразным вследствие повышения надежности элементов СЭУ.

В целом выполненные исследования являются решением проблемы эффективного использования ФСМ, цель которых состоит в обеспечении надежной и безаварийной эксплуатации энергетических установок.

Результаты научно-исследовательской работы по теме диссертации отражены в 2 дипломных работах выпускников кафедры Судовой автоматики и измерений СПбГМТУ.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Максимова М.А. Техническое обслуживание электроприводного судового энергетического оборудования по фактическому состоянию. -Сборник трудов международной научно-технической конференции, Тольятти: ТГУ, 2009, с. 93-97 , (автор 100%).

2. Максимова М.А., Хруцкий О.В. Алгоритм технического обслуживания объектов ВВТ по фактическому состоянию. - Военная радиоэлектроника: опыт использования и проблемы подготовки специалистов. XX научно-техническая межвузовская конференция. Часть П1. Петродворец.: ВМИРЭ им. А.С.Попова, 2009, с. 240-245 , (автор 75%).

3. Максимова М.А. Алгоритм прогнозирования деградационных процессов. - CD-R Фундаментальные и прикладные проблемы надежности и диагностики машин и механизмов: ВПБ-09: девятая сессия международной научной школы, 26.10.2009-30.10.2009: материалы школы, документы, программа, сборник докладов, презентация СПб и др. СПб: ФГУП НТЦ «Ин-формрегистр», регистрационное свидетельство №18020 от 21.12.09, 2009, (автор 100%).

4. Погуляева (Максимова) М.А. Алгоритм прогнозирования работоспособности подшипниковых узлов на основе обработки виброакустических данных. - Труды Центрального научно-исследовательского института имени академика А.Н.Крылова, выпуск 57(341), инв. №Л-700, СПб, 2010, с. 221-230, (автор 100%).

5. Погуляева (Максимова) М.А. Прогнозирование работоспособности подшипниковых узлов на основе обработки данных временного ряда контролируемого параметра,- Морские интеллектуальные технологии №3. СПб, 2010, с.44-47, (автор 100%).

6. Погуляева (Максимова) М.А., Хруцкий О.В. Техническое обслуживание судового энергооборудования по фактическому состоянию. - Турбины и Дизели №5. Рыбинск: ООО «Периодика», 2010, с. 52-56, (автор 50%).

7. Погуляева (Максимова) М.А. Один из методов технического обслуживания судового энергетического оборудования по фактическому состоянию. - Сборник научных трудов Международной конференции Двигатель - 2010, М: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2010, с. 87-92, (автор 100%).

8. Погуляева (Максимова) М.А. Прогнозирование момента замены смазки подшипников качения, с использованием метода пик - фактора. -Сборник научных трудов X Международной конференции. Трибология и надежность. СПб: ПГУПС, 2010, с. 49-56, (автор 100%).

1. Барков Г.А. Надёжная работа подшипниковых узлов оборудования // Контроль. Диагностика, 2005, №3, с. 45-50.

2. Барков A.B., Баркова H.A., Азовцев А.Ю. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации / учебное пособие. СПб.: СПбГМТУ, 2000, 159 с.

3. Баркова H.A., Борисов A.A. Вибрационная диагностика машин и оборудования/учебное пособие. СПб.: СПбГМТУ, 2009, 111с.

4. Бендат Дж., Пирсол А. Применение корреляционного и спектрального анализа /М.: Мир, 1983, 312 с.

5. Блинов Э.К., Розенберг Г.Ш. Техническое обслуживание и ремонт судов по состоянию / справочник. СПб: Судостроение, 1992, 189 с.

6. Воднев В.Т., Наумович А.Ф., Наумович Н.Ф. Основные математические формулы / справочник. Минск: «Высшая школа», 1988, 267 с.

7. Волгин В.В., Каримов Р.Н. Оценка корреляционных функций в промышленных системах управления / М.: Энергия, 1979, 80 с.

8. Гаврилов B.C., Гальперин М.М Управление технической эксплуатацией морского флота / М: Транспорт, 1987, 300 с.

9. Гальперин М.М. Система технического обслуживания и ремонта морских судов /М: Транспорт, 1981, 300 с.

10. ГОСТ 20815-93. Механическая вибрация некоторых видов машин с высотой оси вращения 56 мм и более. Измерение, оценка и допустимые значения /М.: ИПК издательство стандартов, 2003, 5 с.

11. ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Термины и определения / М.: Стандартинформ, 2009, 11 с.

12. Диткин В.А., Прудников А.П. Операционное исчисление / М.: Высшая школа, 1975, 407 с.

13. Жовинский А.Н., Жовинский В.Н. Инженерный экспресс-анализ случайных процессов/М.: Энергия, 1979, 113 с.125

14. Калявин В.П. Основы теории надежности и диагностики / СПб.: Эл-мор, 1998, 215 с.

15. Климов E.H. Моделирование и прогнозирование технического состояния судовых дизельных энергетических установок : Автореферат на соискание ученой степени доктора технических наук. J1.: ЛИВТ, 1984, 44 с.

16. Костенко H.A. Прогнозирование надежности транспортных машин / М.: Машиностроение, 1989, 240 с.

17. Костюков В.Н. Мониторинг безопасности производства / М.: Машиностроение, 2002, 224 с.

18. Кузьмичев Д.А., Радкевич И.А., Смирнов А.Д. Автоматизация экспериментальных исследований / М.: Наука, 1983, 392 с.

19. Лукашин Ю.П. Адаптивные методы краткосрочного пронозирова-ния / М.: Статистика, 1979, 254 с.

20. Мартынов Н.П., Марчуков H.A., Смоляков A.A., Калмук A.C., Со-шин В.В. Основы теории надежности и диагностики / СПб: Типография ВМИИ (Главное Адмиралтейство), 2003, 242 с.

21. Медведев В.В. Применение методологии формализованной оценки безопасности при проектировании судовой энергетической установки и ее элементов / СПб.: Реноме, 2008, 328с.

22. Моек Е., Штрикерт X. Техническая диагностика судовых машин и механизмов / Л: Судостроение, 1986, 232с.

23. Мозгалевский A.B., Калявин В.П. Системы диагностирования судового оборудования / Л: Судостроение, 1987. 224с.

24. Мясников Ю.Н. Надежность и техническая диагностика судовых энергетических систем (НТДИКА) / СПб: ЦНИИ им. Акад. А.Н. Крылова, 2008, 183с.

25. Никитин А.М. Совершенствование технического обслуживания и ремонта судовых энергетических установок на основе анализа рисков текст.: Диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук / Никитин Александр Мстиславович,- СПб., 2007, 400 с.

26. Никитин A.M. Управление технической эксплуатацией судов / учебник. СПб.: изд-во Политехи, ун-та, 2006, 306 с.

27. Новицкий П.В., Зограф Е.В. Оценка погрешностей результатов измерений / Л.: Энергоатомиздат, 1991, 304 с.

28. Прогностика. Терминология/М.: Наука, 1990, 56 с.

29. РД 31.20.50-87 «Комплексная система технического обслуживаня и ремонта судов. Основное руководство» / М.: Мортехинформреклама, 1988, 218 с.

30. РД 31.20.01-97 «Правила технической эксплуатации морских удов» / М.: Мортехинформреклама, 1997, 64 с.

31. Рогов С.Н., Соболев Л.Г., Хруцкий О.В. О некоторых методах сглаживания и идентификации экспериментальных трендов // Автоматика и телемеханика, 2005, №5, с. 134-145.

32. Розанов Ю.А. Лекции по теории вероятностей / М.: Наука, 1968,120с.

33. Семионичев Д.С. Управление техническим состоянием судовой энергетической установки на основе метода формализованной оценки безопасности // автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. СПб: ФГОУ ВПО СПГУВК, 2010, 22 с.

34. Смоляков A.A., Коломиец A.B. Некоторые особенности создания качественной технической политики ВМФ // Вестник фонда «Кораблестроение», 2006, №2, с.14-25.

35. Соболев Л.Г. Обработка результатов измерений в судостроении / учебное пособие. Л.: изд. ЛКИ, 1983, 47 с.

36. Соболев Л.Г. Одномерные вероятности распределения в задачах судостроения / СПб: изд. центр СПбГМТУ, 2000, 109с.

37. Соболев Л.Г.Операционные методы в задачах идентификации экспериментальных даны функций тренда. // Автоматика и телемеханика. №2, 1997, с.100-107.

38. Соболев Л.Г., Хруцкий О.В. К вопросу идентификации экспериментальных трендов // Контроль. Диагностика, 2004, №6, с. 39-41.

39. Соболев Л.Г., Хруцкий О.В. К вопросу обработки акустико-эмиссионных данных // Дефектоскопия, 1991, №9, с. 79-82.

40. Хруцкий О.В. Введение в надежность и техническую диагностику судовых систем / учебник. СПб.: изд-во СПбГМТУ 1996 -84 с.

41. Хруцкий О.В. Прогнозирование технического состояния функционально-самостоятельных элементов судовой энергетической установки // Диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук / Хруцкий Олег Валентинович. СПб: СПбГМТУ, 1996, 263 с.

42. Хруцкий О.В. Техническая диагностика / учебник. СПб.: изд-во СПбГМТУ 2005 - 208 с.

43. Цапенко М.П. Измерительные информационные системы / М.: Энергия, 1974,319 с.

44. Anderson D. Reducing The Cost Of Preventive Maintenance. http://www. oniqua.com, 14p.

45. Berringer H. Analyzer Reliability. International Forum Process Analytical Chemistry, Arlington, Virginia, 2004, 9p.

46. Berringer H. A Life Cycle Cost Summary, http://www.icoms.org.au. 101. P

47. Berringer H. Life cycle cost and good practices. NPRA maintenance conference. San Antonio, Texas, 1998, 26 p.

48. Berringer H. Life cycle cost & Reliability for process Equipment. 8th energy week conference. US, Houston, 1997, 35 p.

49. Berringer H. Optimizing Equipment Reliability data for end-users and Equipment Suppliers. http://www.barringerl .com. 2p.

50. Berringer H. Process and Equipment Reliability.http://www.barringerl .com. 12 p.

51. Berringer H. Process Reliability: do you have it? what's it worth to your plant to get it. AIChE National Spring Meeting, New Orleans, 2002, 16 p.

52. Berringer H. Process Reliability Concepts. SAE 2000 Weibull User's

53. Conference, Detroit, Michigan, 2000, 14 p.

54. Berringer H. Small Sample Size Dataseis: help or hindrance. http://www. barringerl.com., 6p.

55. IEC 60300-1 International Standard / Dependability management Part 1: Dependability management systems. Geneva, 2003.

56. IEC 60300-3-11 International Standard / Dependability management -Part 3-11: Reliability Centred Maintenance (RCM). Geneva, 2003.

57. Guidance Notes on Reliability Centered Maintenance. ABS, Houston,2004.

58. Mokashi A.J., J.Wang, A.K.Varmar. A study of reliability centered maintenance in maritime operations. Indian Institute of Technology, Mumbai, India, 2002, 13 p.

59. Moubray J. Reliability Centered Maintenance RCM II. ButterworthHeinemann Ltd., Oxford, 1991, 16 p.

60. Norsok standard z-008. Criticality analysis for maintenance purposes. Rev.2, Oslo, 2001, 32 p.

61. Norsok standard. Common Requirements. Life Cycle Cost For Systems and Equipment. O CR - 001. Oslo, 1996, 58 p.

62. Norsok standard. Common Requirements. Life Cycle Cost For Production Facility. O CR - 002. Oslo, 1996, 64 p.

63. Steve Turner. Understanding Reliability Assurance Method in Mature Operations. www.ReliabilitvAssurance.com. 15p.

64. Vath Jora. Condition monitoring methods and models for optimization. NTNU, 21-11-2004, 20 p.

65. Министерство образования и науки РФ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет» (СПбГМТУ)0 сосо ^ю т— соо я1. СМ с?)- о