автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Разработка нечеткой экспертной системы диагностики и мониторинга состояния оборудования

На правах рукописи

Харисов Аза мат Робертович

Разработка нечеткой экспертной системы диагностики и мониторинга состояния оборудования

(на примере глиноземного производства БАЗ ~ СУ АЛ)

Специальность: 05.13.06 Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)

АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

ии^ 1е 1 927-

Екатеринбург, 2007

003161927

Работа выполнена на кафедре «Автоматика и управление в технических системах» ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет - УПИ

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Владимир Ильич Кузякин

Официальные оппоненты*

доктор физико-математических наук, профессор

Андрей Федорович Шориков

кандидат технических наук, доцент Константин Александрович Аксенов

Ведущая организация -

ПКБ «Энергоцветмет» г Екатеринбург

Защита состоится " 9 " ноября 2007 года, в 15.00 часов, в аудитории Р-217 на заседании диссертационного совета К.212.285.02 при ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет - УПИ, по адресу: 620002, г. Екатеринбург, ул Мира 32

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ»

Отзыв на автореферат, заверенный печатью организации, просим направлять по адресу. 620002, Екатеринбург, ул. Мира 19, ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, ученому секретарю

Автореферат разослан" 8" октября 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета К.212 285.02,

кандидат технических наук, доцент

В А Морозова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 1. Актуальность темы исследования. Исторически сложилось так, что обеспечение эксплуатационной надежности или технического состояния технологического оборудования мануфактур, фабрик и заводов длительное время осуществлялись «до отказа»

Во второй половине прошлого столетия возникло, и успешно применяется до настоящего времени, другое направление обеспечения эксплуатационной надежности оборудования «по системе планово-предупредительных ремонтов» (ППР) Достоинства такой стратегии обеспечения эксплуатационной надежности технологического оборудования общеизвестны Однако стратегия ППР имеет крупный недостаток, заключающийся в том, что она весьма высокозатратна

Сегодня, особенно в условиях рыночной экономики, становится очевидным, что нужно переходить к более прогрессивной стратегии обеспечения эксплуатационной надежности технологического оборудования «по его фактическому состоянию» Переход к этой стратегии вызывает необходимость обязательного создания систем технической диагностики и мониторинга (СТДМ) и даже информационных диагностических сетей (ИДС), если технологическое оборудование размещено на большой территории Многообразие вариантов реализации различных СТДМ и ИДС технологического оборудования по состоянию порождает целый класс нетривиальных научных задач, решение которых в каждом конкретном случае является необходимым Среди российских ученых, внесших значительный научно-технический вклад в эту область знаний, следует отметить. ПП Пархоменко, В В, Клюева, С А Тимашева, В И Кузякина, ТТ Аралбаева, ЕЮ Барзиловича, Г В Дружинина, НА Северцева, АС Гольдина, Ю Н Руденко, И А Ушакова, Б.В Гнеденко, и др, а также зарубежных ученых Дж Богданоффа, Ф Байхельта, П. Франкена, Р Барлоу, Ф Прошана, Д Коллинза, Ф Козина, Т Юкобори, Р Ховарда и др

Вместе с тем, необходимо отметить, что область проблем создания СТДМ в научном плане изучена все еще достаточно слабо Хотя средства автоматизации контроля технического состояния оборудования появились достаточно давно (более 20-и лет назад), теоретическая база объективного анализа и эффективного синтеза СТДМ все еще недостаточна Особенно это касается металлургического оборудования Отсутствие научных методов, позволяющих решать задачи создания СТДМ и информационных технологий, объясняют причину того, что в металлургии процент успешных внедрений таких систем очень низкий

В этой связи, предлагаемое автором диссертации решение задачи обеспечения эксплуатационной надежности металлургического оборудования Богословского алюминиевого завода - филиала ОАО «СУАЛ» (БАЗ-СУАЛ) по его фактическому состоянию с помощью создания и внедрения экспертной системы с использованием нечеткой логики (нечеткой экспертной системы - НЭС) является весьма актуальным Для этого автор разработал метод создания экспертных систем с нечеткой логикой для контроля технического состояния оборудования, главным компонентом которых является программно-технический комплекс (ПТК), предназначенный для определения статуса, диагноза, генезиса и прогноза состояния наблюдаемого оборудования Такая система позволяет управлять процессами восстановления утраченного ресурса технологического оборудования в реальном масштабе времени

Диссертационная работа выполнялась в рамках Концепции промышленной политики Свердловской области и ряда целевых научно-исследовательских программ министерства металлургии при правительстве Свердловской области, в том числе-

1.1. Программы реализация государственной промышленной политики в металлургической отрасли Свердловской области, включая горнорудные предприятия, предприятия черной и цветной металлургии, огнеупорного производства, предприятия по добыче и переработке драгоценных и редкоземельных металлов, а так же определение стратегических приоритетов ее развития как основы реформирования и развития промышленного комплекса,

1.2. Программы содействия в техническом перевооружении и реконструкции металлургических предприятий, освоению и выпуску конкурентоспособной продукции,

2. Объектом исследования являются теоретические основы, методы и алгоритмы построения экспертных и диалоговых подсистем, включенных в АСУТП, АСУП, АСОДУ, АСКУЭ и др

3. Предметом исследования является технологическое оборудование глиноземного производства (ГП) БАЗ-СУАЛ, нечеткая экспертная система технической диагностики и мониторинга технологического оборудования и информационные технологии управления техническим состоянием оборудования ГП БАЗ-СУАЛ

4. Цель и задачи исследования. Цель исследования заключается в создании нечеткой экспертной системы диагностики и мониторинга состояния технологического оборудования ГП БАЗ-СУАЛ

Цель достигается решением следующих научно-исследовательских задач

4.1. Системного ан ализа страт егий и систем управления техническим состоянием и методов и средств неразрушающего контроля оборудования, а также анализа экспертных систем диагностики и мониторинга состояния технологического оборудования в сфере промышленных предприятий,

4.2. Рационального выбора низконадежного оборудования ГП БАЗ-СУ АЛ и метода неразрушающего контроля;

4.3. Разработкой метода синтеза НЭС технической диагностики и мониторинга (ТДМ) и информационных технологий управления техническим состоянием оборудования по его фактическому состоянию,

4.4 Разработкой вербальной, концептуальных и математических моделей оценки статуса технического состояния, диагностирования, прогнозирования останова эксплуатации и восстановление ресурса наблюдаемого оборудования,

4.5 Разработкой и созданием программного комплекса «КлаХаг», реализующего информационные технологии НЭС ТДМ,

4.6. Разработкой ПТК НЭС ТДМ для БАЗ-СУАЛ

5. Методы исследования базируются на использовании методов теории систем, системного анализа информационных систем и технологий, теории принятия технических решений, теории нечетких множеств, а также на использовании методов теории шкал

6. Научная новизна заключается в том, что разработан новый метод, синтеза нечетких экспертных систем оценки технического состояния контролируемого оборудования, отличающийся от известных методов тем, что в нем изначально используется стохастическая, а затем нечеткая логика оценки, диагностики и прогнозирования событий/состояний. При этом1

6.1. Систематизированы аналоги и выбраны прототипы стратегии управления техническим состоянием, метода неразрушающего контроля, диаграмм событий/состояний технологического оборудования и экспертной системы контроля технического состояния наблюдаемого оборудования;

6.2. Построены информационно-диагностические концептуальные и математические модели состояний объекта исследования - ансамбля низконадежного оборудования глиноземного и теплоэнергетического производства БАЗ-СУАЛ;

6.3. Построены вербальная, концептуальные и математические модели задач, решаемых НЭС ТДМ при оценке, диагностике и прогнозировании событий/состояний;

6.4. Приближен язык оценки событий /состояний контролируемого оборудования к понятиям естественного русского языка, чем достигнут отказ от сложных экспертных оценок при разработке и от услуг ЛПР при эксплуатации СТДМ,

6.5. На основе нового метода разработан комплекс программ «КпХаг», реализующий нечеткую экспертную систему оценки событий/состояний оборудования глиноземного производства БАЗ-СУАЛ

7. На защиту выносятся:

7.1. Новый метод синтеза НЭС ТДМ и информационной технологии управления техническим состоянием оборудования по его фактическому состоянию,

7.2. Информационно-диагностические концептуальные модели объектов исследования — ансамбля низконадежного оборудования глиноземного и вспомогательного производства БАЗ-СУАЛ,

7.3. Вербальная, концептуальные и математические модели задач, решаемые НЭС ТДМ при оценке, диагностике и прогнозировании событий/состояний,

7.4. Программный комплекс «КлаХаг», реализующий нечеткую экспертную систему оценки событий/состояний оборудования глиноземного производства БАЗ-СУАЛ

8. Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что предложенный автором диссертации метод создания систем оценки оборудования по его фактическому состоянию позволяет повысить эффективность глиноземного производства за счет снижения времени простоев оборудования в ремонте, снизить себестоимость продукции за счет снижения затрат на ремонты и послеаварийное восстановление оборудования. Кроме того НЭС ТДМ позволяет осуществлять постепенный переход от стратегии ППР к стратегии управления техническим состоянием контролируемого оборудования по фактическому состоянию Нечеткая экспертная система ТДМ легко и просто встраивается в существующую автоматизированную систему оперативно-диспетчерского управления (АСОДУ) ГП БАЗ-СУАЛ и может быть использована на других предприятиях цветной и черной металлургии

9. Использование результатов исследований. Результаты исследований, выполненные автором диссертационной работы, и разработанный им метод создания НЭС ТДМ были использованы НПФ «ЭДМОН» и ЗАО «РТСофт» при разработке техно-рабочего проекта 1-й очереди переносной автоматизированной системы технической диагностики и мониторинга (ПАСТДМ) ГП БАЗ-СУАЛ, а так же были использованы в

учебном процессе при проведении лабораторного практикума в РИ УГТУ-УПИ

10. Апробация результатов. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Ш-й международной научно-практической конференции «Болонский процесс развитие менеджмента и маркетинга» (Екатеринбург, 2006 г.), международной научной конференции «Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании» (Екатеринбург, 2006); международной научно-практической конференции «Связь-Пром 2007» в рамках 1У-го Евро-Азиатского форума «СВЯЗЬ-ПРОМЭКСПРО 2007» (Екатеринбург, 2007 г), IV,V, VI и XI отчетных конференциях молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ и семинарах кафедр АИТ и АУТС УГТУ-УПИ, РИ-РТФ (Екатеринбург, 2003-2005 гг )

11. Личный вклад автора заключается в определении целей и задач исследования, в проведении анализа стратегий и систем управления техническим состоянием оборудования БАЗ-СУ АЛ, в разработке метода создания НЭС ТДМ, построении концептуальных и математических моделей задач оценки технического состояния низконадежного оборудования Кроме того, автор лично принимал участие в разработке программного комплекса «ЮлХаг», реализующего информационную технологию управления техническим состоянием оборудования по его фактическому состоянию

12. Структура диссертации Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 132 наименования и 5 приложений Диссертация содержит 144 страницы машинописного текста, включая 59 рисунков и 12 таблиц

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении рассматриваются актуальность темы, ее значимость, научная новизна и практическое применение поставленных задач

В первой главе проведен аналитический обзор литературных источников о диагностике и мониторинга состояния оборудования проанализированы стратегии обеспечения эксплуатационной надежности, рассмотрены системы и технологии диагностики и мониторинга состояния оборудования, исследованы основные положения современной теории надежности оборудования, методы неразрушающего контроля, а так же приведен обзор и анализ отечественных приборов виброконтроля

В результате обзора стратегий обеспечения эксплуатационной надежности технологического оборудования, определено, что наиболее распространены в настоящее время 3 стратегии

• стратегия технической эксплуатации оборудования «до отказа» (СТЭОО),

• стратегия ремонтов оборудования «по регламенту» или «стратегия планово-предупредительных ремонтов (СППР)»,

• стратегия управления эксплуатационной надежностью оборудования «по фактическому состоянию» (СУЭНОФС)

Первые две стратегии СТЭОО и СППР в большинстве случаев связаны с разборкой оборудования и большими финансовыми затратами, а третья -СУЭНОФС обеспечивает наиболее рациональное использование ресурса оборудования, но требует для реализации применения средств неразрушающего контроля и программно-технических комплексов (ПТК)

При рассмотрении технологий диагностики и мониторинга оборудования произведен обзор методов неразрушающего контроля, таких как радиационные, магнитные, вихретоковые, электрические, оптические, вибрационные, акустические Анализ статистических данных показал, что в большинстве случаев поломки и аварии машин происходят по причине вибрации, возникающей при отклонении показателей режима работы машин от допустимых значений, изменения формы и взаимного положения деталей, ослабления креплений и посадок деталей, появления значительной неуравновешенности движущихся частей Поэтому для реализации системы диагностики и мониторинга металлургического оборудования был выбран вибрационный метод неразрушающего контроля и выбрана технология диагностики оборудования с использованием вибропараметров.

В первой главе также приводится обзор отечественных приборов виброконтроля Данный обзор включает анализ приборов 8 основных отечественных производителей оборудования, таких как. ДИАМЕХ, г. Москва, ВиКонт, г Москва, Оргтехдиагностика, г Москва, МЕРА, г Москва; ВАСТ, г С Петербург, ТСТ, г С Петербург, Вибро-Центр, г Пермь и ИНКОТЕС, г. Н Новгород.

Выявлено, что все приборы отечественных производителей разделены на два класса, виброметры - приборы, предназначенные для измерения интегральных параметров вибрации, и анализаторы вибросигналов приборы, способные проводить спектральный анализ вибросигналов В диссертации приводится сравнение параметров анализаторов вибросигналов по таким характеристикам как частотные свойства приборов (количество линий в спектре), возможность балансировки роторов в собственных опорах, габаритные размеры, тип элементов питания, количество часов непрерывной работы, функциональность программного обеспечения для ЭВМ

Обзор отечественных систем вибродиагностики заканчивается анализом отечественных программных продуктов, в состав которых включены экспертные системы В таблице 1 представлен обзор трех

программных продуктов наиболее известных фирм. «ВАСТ», «ДИАМЕХ» и

«ИНКОТЕС».

Таблица 1

Обзор экспертных систем диагностики

Фирма производитель ВАСТ ДИАМЕХ ИНКОТЕС

Программное обеспечение для диагностики Vibro - 12 ДИАМАНТ-2000 АРМИД

Экспертная система диагностики в составе ПО DREAM ДИАМАНТ-ЭКСПЕРТ АРМИД-ЭКСПЕРТ

Вид используемой информации Детерминирован наяЭС Детерминирован наяЭС Детерминирован наяЭС

С какими приборами работает СД-12, СД-21 Кварц, Топаз, Агат ДСА-2001, СМ-3001

Возможность приборов работать с другими ПО Да Нет Нет

Количество линий спектра 400, 800,1600 Кварц до 1600, Топаз до 1600, Агат до 800 ДСА-2001 до 2500, СМ-3001 до 1600

На кого ориентировано ПО на специалистов диагностики на специалистов диагностики на специалистов диагностики

В качестве прототипа выбрана экспертная система «DREAM» фирмы «ВАСТ», поскольку приборы этой фирмы позволяют работать с другими ПО.

В заключение первой главы обосновано, что для металлургического оборудования глиноземного производства БАЗ-СУAJI, не имеющего стандартных уставок вибросостояния, наиболее подходящим вариантом является система технической диагностики и мониторинга с использованием переносного виброанализатора СД-12 (21) фирмы «ВАСТ» и комплекса программ, реализующих нечеткую экспертную систему технической диагностики и мониторинга (НЭС ТДМ), который следует разработать.

Вторая глава посвящена методологии нечетких экспертных систем и методу их создания В ней приведены необходимые для понимания объекта исследования теоретические основы нечетких множеств и нечеткой логики В частности показано, что любая нечеткая экспертная система содержит стандартные модули, которые для различных реализаций нечетких экспертных систем имеют различное наполнение Стандартные модели нечеткой экспертной системы показаны на рисунке 1

Рисунок 1 Стандартные модули нечеткой экспертной системы

Большая часть второй главы посвящена разработке нового метода создания нечеткой экспертной системы технической диагностики и мониторинга для металлургического оборудования глиноземного производства Богословского алюминиевого завода — филиала ОАО «СУАЛ» Метод представлен в форме алгоритмической модели и показан на рисунке 2 Далее, в соответствии с этапами предложенного метода, во второй главе рассмотрены вопросы рационального выбора АНК оборудования и выбора метода неразрушающего контроля При этом отмечается, что диагностирование всех компонентов оборудования всего производства является труднореализуемой, а часто и вообще не решаемой задачей Поэтому при создании НЭС ТДМ вначале решается задача рационального выделения АНК предприятия, выход из строя которых происходит наиболее часто и приводит к существенным финансовым потерям Для БАЗ-СУ АЛ в качестве критерия рациональности была выбрана ремонтопригодность Этот критерий позволяет соотнести затраты на диагностику и ремонт с затратами на полное обновление (капитальный ремонт или замена) оборудования.

Начало

Определение рационального ансамбля низконадежных компонентов (АНК) _предприятия_

Проверено все оборудование по _к™терию ремонтопригодности '

Выбор метода неразрушающего контроля (спектральная вибродиагностика)

Выбор лингвистических переменных (ЛП) и определения их термов

Достаточно ли выбранных термов?

да

Рисунок 2 Алгоритмическая модель метода создания НЭС

В диссертации АНК определен с помощью декомпозиции технологических комплексов оборудования ГП БАЗ-СУАЛ - «деревом» АНК Диссертантом была принята четырехуровневая модель «дерева» АНК • 1-й уровень - уровень технологических комплексов (ТК), - переделов производств, цехов (гидрохимический передел, спекательный передел, электролизное производство, цех кальцинации и т д.),

• 2-й уровень - уровень технологических объектов (ТО), - обжиговые печи, компрессорные и насосные станции, участки подготовки шихты и т д.,

• 3-й уровень - уровень агрегатов, механизмов и систем (AMC), -дымососы, дутьевые вентиляторы, холодильники, приводные системы печей, системы водоснабжения, системы газоснабжения, опорные системы печей и т д ,

• 4-й уровень - уровень видов оборудования (ВО) или места точек замера диагностических параметров на компонентах агрегатов, механизмов и систем (фундаменты, основания, рамы, опорные узлы, гидроупоры, опоры и корпуса двигателей, опоры и корпуса редукторов и прочие крупные детали)

В качестве основной лингвистической переменной для контроля и диагностики состояния оборудования ГП БАЗ-СУAJI выбран УРОВЕНЬ ВИБРАЦИИ (УВ) опор и корпусов агрегатов, машин и механизмов, а в качестве термов приняты следующие состояния контролируемого оборудования «неопределено», «исправно», «неисправно», «неисправно, но работоспособно» и «неработоспособно».

Диаграмма функций принадлежности термов лингвистической переменной приведена на рисунке 3

1005

Неопреде Д И н0 Диеис Н0Деисправно нД Неработоспо лено / \ г / \ / Работоспособно \ собно

-fcö-ЬЗ-Ы-;

Уровень вибрации

Нфон 1НПУ 2НПУ ЗНПУ

Рисунок 3 Диаграмма функций принадлежности термов лингвистической переменной

Величины нечетких предельных значений диагностических параметров (термов) для металлургического оборудования БАЗ-СУАЛ определяется следующим образом

1) Граничные значения лингвистической переменной У В находятся между О и 100 мм/сек СКЗ Виброскорости, в диапазоне частот от 0 до 1000 Гц, поскольку только эти параметры устанавливаются российскими ГОСТами

2) Значение 1НПУ берётся нечетко, в начальный момент устанавливается как среднестатистическое значение замеров диагностических параметров

на 3-5 однотипных исправных объектах или как среднестатистический результат 3-5 замеров на одном и том же исправном объекте 3) Другие НПУ задаются в процентном отношении от нечеткой зоны значений исправного состояния по аналогии с четким заданием зон международных стандартов и определяются так НФон = 0,05 1НПУ, 2НПУ = 1,58 1НПУ, ЗНПУ = 2,50 1НПУ Далее проведен выбор диаграммы нечетких событий/состояний, представленный на рисунке 4. С помощью нечеткой диаграммы событий/состояний контролируемого оборудования осуществляется решение нечетких задач НЭС ТДМ

Рисунок 4 Диаграмма нечетких событий/состояний оборудования

Вербальная модель НЭС ТДМ представляет собой описание продукций нечеткого определения статуса состояния (Бе), диагноза состояния (Ре), прогноза состояния (Рб) и политик восстановления ресурса (ПВР) Вербальная модель НЭС ТДМ представлена в таблице 2

Таблица 2

Вербальная модель задач нечеткой экспертной системы

№ уровня Назначение нечетких продукций Способ визуализации

1 Выбор диагностических параметров, вычисление СКЗ и НПУ Создание актуальной базы данных отфильтрованных и вычисленных диагностических параметров Функция выполняется автоматически при вводе исходных данных

2 Определение общего статуса (8б) и диагноза (Ов) состояния объекта Выбор одного из возможных состояний объекта «Исправен», «Неисправен», «Неисправен, но работоспособен», «Выведен в ремонт» и диагноз состояния объекта Окно монитора для всего дерева АНК и протоколы состояний объектов с выдачей статуса состояния ТК, ТО, AMC на даты наблюдения

3 Определение дат наступления событий изменения состояния объекта по тренду или по приращениям диагностических параметров (Ре) Определение дат техобслуживания, средних ремонтов, капитальных ремонтов Окно монитора для всего дерева АНК и протоколы определения ближайших дат проведения техобслуживания, средних и капитальных ремонтов

4 Выбор политики восстановления ресурса контролируемого оборудования (ПВР) Восстановление ресурса при проведении техобслуживания (ТО), средних ремонтов (СР), капитальных ремонтов (КР) Окно монитора для всего дерева АНК и краткий перечень работ требуемого восстановления ресурса

Стандартные модули нечеткой экспертной системы технической диагностики и мониторинга оборудования в диссертации представлены следующим образом, фаззификация — определение нечетких уровней 1НПУ, 2НПУ, 3 НПУ, НФон, функции принадлежности - стандартная П образная функция, механизм нечеткого логического вывода - продукции определения статуса диагноза, прогноза и политик восстановления ресурса, база нечетких знаний — нечеткая диаграмма событий/состояний и продукции определения статуса, диагноза, прогноза, дефаззификация - определение четких значений параметров для статуса, диагноза, прогноза и политик восстановления ресурса Концептуальная модель нечеткой экспертной

системы технической диагностики и мониторинга оборудования представлена на рисунке 5

Р(1) = { (2(ы), Тр) К,пД } Стандаотные модули 1 Фаззификатор 2 Функции принадлежности 3 Механизм нечеткого логического вывода 4 База нечетких знаний 5 Дефаззификатор

Множество замеров Множество результатов

Рисунок 5 Концептуальная модель НЭС ТДМ

Задачи определения статуса состояния оборудования на

множестве замеров {г(со)К, п, представляют собой поиск в массиве продукционных оценок М(Р^ наихудшей оценки статуса п-го параметра 2(Р|) на определенную дату I Концептуальная модель оценки статуса состояния оборудования показана на рисунке 6

Рисунок 6 Концептуальная модель оценки статуса состояния оборудования

Диагноз состояния наблюдаемого оборудования производится путем сравнения всех параметров массива диагностических параметров - Мр, хранимого для каждого замера в базе диагностических данных, с массивом нечетких нормативных оценок - N11, для каждого диагностируемого параметра выраженного нечеткими, кроме Тр, значениями НФон, 1НПУ,

2НПУ, ЗНПУ Результаты сравнения помещаются в массив результирующих оценок - Result, записи значений которого, при визуализации, расцвечивается в соответствующие цвета (серый - «неопределенно», зелёный - «исправно», желтый — «неисправно», оранжевый - «неисправно, но работоспособно», красный - «неработоспособно») Концептуальная модель диагноза оборудования приведена на рисунке 7

Мр = (СК31кГц, СКЗтс, СКЗсб, Gl, G2, G7, Тр), Nn = (НФон, 1НПУ, 2НПУ, ЗНПУ, Тр); Rezalt = (Мр >, < Nn)

Мр - Массив диагностических параметров на дату t

1 Tm A | * Г T ■

1 m.

T? . , V Л T

СКЗЩГЙ ZiTikemwu Z(Tj)Rlcwutfii JriKKS

и , Л"' w , • T Z(T,)wlare

СКЗш ZiTj^cKiwu ZiTlJ« QOIKDI Z(TI}t.cK3WU Z(TJ)J OUCE

СКЗм 2(Т1)д,см7в ZfTiJ^cmTe zdibei

2(TIIA.CKJCB Z(T,) '.CKJCE ZfTikcM« Z(T,)T „ r Д

G1 2|Tik»i ZtT.).,« 2lT,)r a -!-

<52 ЧТ,)«; 2(T,|,.S! Z{T,j, ol

<57 Z<T,)„,o7 ЧТЖ «J

TP, Z|TJ)TB /

Nn - Массив нечетких нормативных оценок

ТЮ ' A., ' R

НФон НФОМатш НФон, i„ Нфонгтм

T1 A а

НФон Н»ОНА.П НФоня.,1 НФоНтп

1НПУ 1НПУАП 1НПУо1 1НПУТ.Т1

2НПУ 2НПУд_т| 2НПУ,.„ 2НПУт.п

2НЛУ ЗНПУ„1 ЗНПУ,т1 ЗНПУт п

'тр Три

foHiTi гнпУц,

■1ПУ,Т; ЭНПУт.и

■ ШУт.т;

Rezult - Массив результирующих оценок На

Ds = (Мр >, < Nn)

Рисунок 7. Концептуальная модель диагноза состояния оборудования

Математические модели задач определения статуса, диагностики и прогнозирования состояния оборудования могут быть представлены продукциями или выражениями (1), (2) и (3), которые приведены ниже

Математическая модель определения статуса состояния выглядит так

Mmod status(Ss)t —► Z(Pj), (при j = max ) {(Z((B),Tp)K,n,t},

(1)

Математическая модель диагноза состояния объекта запишется так Мтос1 Л.аё(Тз)1 = (Р(й) > (НФон, 1НПУ, 2НПУ, ЗНПУ), (2)

где (Те)! - техническое состояние наблюдаемого оборудование на время последнего замера - ^ Р((!) - вектор диагностируемых параметров

Решение задачи прогнозирования как определение дат отказа (В0) или назначения сроков (ТО, СР, КР) и политик восстановления ресурса (ПВР) оборудования осуществляется путем экстраполяции 8р выбранного для прогноза параметра до пересечения ее (функции) с нормативными нечеткими значениями этих параметров (1НПУ, 2НПУ, ЗНПУ) Например, дата отказа оборудования по уровню ЗНПУ или назначение даты капитального ремонта для параметра СКЗ)Кгц в точке ЗТ будет определяться так.

Создание программного комплекса с названием «КвиХар», реализующего НЭС ТДМ подробно рассмотрено в главе 3, а его настройка и использование - в главе 4

В заключение второй главы отмечается, что разработанный метод создания НЭС ТДМ позволяет.

• обходиться без ГОСТов на уровни вибрации металлургического оборудования;

• сохранять соотношения предельных, запредельных и недопустимых уровней вибрации для детерминированных систем диагностики, рекомендованных международными стандартами,

• покрывать все традиционные функции систем диагностики и мониторинга технического состояния наблюдаемого оборудования,

• при создании НЭС ТДМ использовать прямой переход от вербальных моделей оценки состояния к математическим моделям, которые могут быть представлены продукциями определения статуса, диагноза и прогноза состояния наблюдаемого оборудования

Третья глава посвящена разработке и описанию комплекса программ под названием «КвиХар», реализующего нечеткую экспертную систему диагностики и мониторинга технологического металлургического оборудования ГП БАЗ-СУАЛ

Программный комплекс (ПК) «КвиХар» выполнен на базе клиент-серверной трехуровневой архитектуры Структурная схема ПК «КвиХар» приведена на рисунке 8.

Мто,ргоё (Т, (ЗНПУ, СКЗ№, ЗТ)) =

у = ЗНПУ у = 8Р(СК31кГц,ЗТ)

(3)

Рисунок 8 Структурная схема ПК «КвиХар»

Нижний уровень (уровень 1) составляют станции Сбора и Обработки Информации (СОИ) на местах На этих станциях осуществляется считывание информации из переносных приборов вибродиагностики и составление базы приборных файлов с помощью прикладных специализированных программ («Vibro-12», Transfer и др )

Средний уровень (уровень 2) представляет собой Сервер Баз Данных и Знаний (СБДЗ), обеспечивающий получение, хранение и выдачу данных заинтересованным пользователям. Сервер баз данных и знаний реализован на базе SQL Server 2005 Программное обеспечение этого уровня осуществляет фильтрацию и формирование актуальной базы диагностических данных Помимо базы исходных и диагностических данных в СДБЗ находится и база знаний, хранящая тезаурус продукций для фильтрации, определения общего статуса, диагноза и прогноза оборудования Для работы с базой знаний в состав уровня СБДЗ входят программы: редактирования, настройки и тестирования базы знаний

Верхний уровень (уровень 3) образуют компоненты системы отображения данных (СОД), обеспечивающие человеко-машинный интерфейс с заинтересованными службами. Главное окно пользовательского интерфейса программы КвиХар-Output представлено на рисунке 9

В ффКАХУАП

x С^ф! ТКОямтммАпарым

s Фф tojtum

L Имвцми HIifijinri Джон

,-тх

fMrnwi*«

? «Kp

m

■ TO Дроблен* от» > Ярф ТО Обмгомя ШНк-1 I- USH," > ТО Обпгомя пг*-2 ' ТО Оботмм тч»-Э

ФГ.? ТО Оботеаая пг«-« «£» th ТО Ойигач* ~<в»>,}> ТООбютмвл**-« И Gif' ■) 2 ТК Гпцюя » w itooii mpttA п

| Ж;?*".!!

' ! ИИЩЛМИ

ф тиарами, мрябетослвсвбм

,| Счп< •■•Г«ими{ If**™» ..Ifewaw.l

х Молотковая дробили» Дикси-2 Дтацмммсм

Дн*г«Ш

tJJUL.

j) д»та»ид!лват

Стггус СОСТОЯ IHt 1Щ1ИИ

. Vtxwa мим т»«даА«гр|ряв>и IA

ДигчослруЕччрвиии

Частот»

отд,1; '1

ЩЛ

sfcU-

0(01071 * if**!

каь..-,

GiKljftTs.,^ >

is^cE

да , iiJ Д.]

^VHHM 1ЧКТОМ

'¡"C'l jw -¡¿»»."''T'jiwijr

Oil«? 'O^pew V,|M4?

2f'l ,l,v ш s.

~Гскнкгл

Рисунок 9 Главное окно пользовательского интерфейса ПК «КвиХар»

В третьей главе так же описываются структуры баз данных (приборных файлов, исходных данных, диагностических данных) и базы знаний, основные окна КП НЭС «КвиХар» и приведена схема взаимодействия всех компонентов нечеткой экспертной системы

В четвертой главе приведены основные характеристики ПТК НЭС ТДМ БАЗ-СУAJI, разработанного в виде переносной автоматизированной системы технической диагностики и мониторинга (ПАСТДМ) основного технологического оборудования (ОТО) Богословского алюминиевого завода - филиала ОАО «СУАЛ» Как отмечалось выше, в состав ПАСТДМ входят виброанализатор СД - 12 (21) фирмы «В ACT» и КП НЭС «КвиХар» Такой способ реализации ПАСТДМ ОТО БАЗ-СУ АЛ дает ряд преимуществ, главным из которых является доступность экспертных знаний для менеджеров и топ-менеджеров предприятия в терминах русского языка Структура разработанной системы для БАЗ-СУ АЛ показана на рисунке 10.

АРМы административно управленческого персонала

Статус Диагноз Генезис Прогноз

КвиХар-СМри{

АРМы отдела главного механика

Статус Диагноз Генезис Прогноз

КвиХар-Ои1ри1

t ф со

а w

АРМы отдела главного энергетика

Статус Диагноз Генезис Прогноз

КвиХар-ОШр^

База диагностических данных (БД)

База нечетких знаний (БЗ)

База исходных данных (БИД)

КвиХар Input

Диагностическая станция глиноземного производства

\Zibro-12

КвиХар Input

Диагностическая станция теплознергоснабжения

Vibro-12

СД-12М

СД-12М

ИДС БАЗ-СУАЛ

го

а.

£

JS

•t; о.

JS h

« S

а. 1 I 5 г

£ 2 о. <

Оборудование технологического комплекса глиноземного производства

Оборудование технологического комплекса теплознергоснабжения

Рисунок 10 Структура ПАСТДМ БАЗ-СУАЛ

Основное назначение НЭС ТДМ «КвиХар» состоит в том, что она является поставщиком информации о статусе, диагнозе и прогнозе состояния технологического оборудования для менеджеров и топ-менеджеров БАЗ-СУАЛ Эта информация также может использоваться для контроля проведения ремонтов, в частности, отслеживания гибких графиков планово-

предупредительного ремонта (ППР) оборудования Нечеткая экспертная система может быть интегрирована в АСОДУ ГП БАЗ-СУАЛ и может являться логическим завершением диспетчерских функций принятия управленческих решений по включению в работу только исправного оборудования

В диссертации рассматриваются вопросы эффективности внедрения ПТК НЭС ТДМ БАЗ-СУАЛ, приводится расчет стоимости реализации, затрат на эксплуатацию и ресурсной эффективности проекта По рассчитанным данным срок окупаемости проекта составит меньше двух лет

Кроме того, упрощенный вариант НЭС был внедрен в учебный процесс для студентов 4-го курса РИ УГТУ-УПИ при проведении лабораторного практикума по курсу «Информационно измерительные системы»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Совокупность выдвинутых и обоснованных в диссертационной работе теоретических положений и их практическое использование представляют собой законченное решение важной научно-технической задачи повышения эффективности металлургического производства, в частности, повышения производства глинозема на Богословском алюминиевом заводе -филиале ОАО «СУАЛ» с помощью внедрения современных систем технической диагностики и мониторинга состояния технологического оборудования.

При этом получены следующие научные и практические результаты

1. Систематизированы аналоги и выбраны прототипы стратегии управления состоянием, метода неразрушающего контроля, диаграммы событий/состояний технологического оборудования и экспертная система контроля технического состояния наблюдаемого оборудования

2. Разработан новый метод построения НЭС ТДМ и информационная технология управления техническим состоянием оборудования по его фактическому состоянию

3. Построена информационно-диагностическая, концептуальная модель ансамбля низконадежного оборудования глиноземного производства БАЗ-СУАЛ - «дерево АНК».

4. Построены вербальная, концептуальные и математические модели задач, решаемые НЭС ТДМ при оценке событий/состояний.

5. Приближен язык оценки состояний контролируемого оборудования к понятиям естественного русского языка, чем достигнут отказ от сложных экспертных оценок при разработке и услуг ЛПР при эксплуатации СТДМ.

6. Разработан комплекс программ «KviXar», реализующий НЭС оценки событий/состояний технологического оборудования Получено

свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ «Комплекс программ нечеткой экспертной системы диагностики и мониторинга «КвиХар» (ЮТ НЭС КвиХар)»

7. Спроектирована и подготовлена к внедрению переносная автоматизированная система технической диагностики и мониторинга (ПАСТДМ) основного технологического оборудования Богословского алюминиевого завода - филиала ОАО «СУА Л»

8. Создана и внедрена учебная система технической диагностики и мониторинга состоянии макета двигателя (УСТДМ МД) в лабораторный практикум курса «Информационно-измерительные системы» РИ УГТУ-УПИ.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1 Харисов А Р, Цветков А В Переход от систем АСУТП к системам АСУП перспективы внедрения систем АСУП с интеллектуальной логикой на предприятиях алюминиевой отрасли // Научные труды IV отчетной конференции молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ - УПИ, Сб стат, 4 1-Екатеринбург: Изд-во ГОУ ВПО УГТУ - У ПИ, 2003 С 180

2 Харисов А Р, Цветков А В, Кузякин В И Анализ объектов автоматизации Богословского алюминиевого завода для внедрения систем АСУТП с интеллектуальной логикой // Научные труды VI отчетной конференции молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ - УПИ, Спец Выпуск, 4 1-Екатеринбург. РИО ГОУ ВПО УГТУ -УПИ, 2004 С 323

3 Харисов А Р, Кузякин В И, Гребнев С А Современные информационно-математические технологии управления основньми фондами промышленных предприятий // Тез док Международ науч конф «Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании» - Екатеринбург РИО ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006 С 236.

4 Кузякин В И, Харисов А Р Экспертные системы менеджмента качества // Материалы III международной научно-практич конференции «Болонский процесс развитие менеджмента и маркетинга В 2-х частях». Ч 1 -Екатеринбург РИО ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006 С 279

5 Харисов А Р, Кузякин В И Экспертная система управления эксплуатационной надежностью металлургического оборудования Богословского алюминиевого завода // Научные труды XI отчетной конференции молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ - УПИ, 4 2- Екатеринбург РИО ГОУ ВПО УГТУ - УПИ, 2007 С 38 - 39

6. Гребнев С А, Кузякин В И, Харисов А Р Программное обеспечение систем диагностики и мониторинга состояния технологического

оборудования Богословского алюминиевого завода // Труды Международной НПК АИН им С М Прохорова «Топливно-металлургический комплекс». -Екатеринбург РИО ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2007 С 273-275

7. Кузякин В И, Харисов А Р. Создание экспертных систем обнаружения дефектов электроагрегатов // Труды Международной НПК АИН им СМ Прохорова «Топливно-металлургический комплекс» -Екатеринбург. РИО ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2007 С 281 - 284

в.Кузякин В.И, Харисов А,Р Разработка нечеткой экспертной системы распознавания состояния металлургического оборудования БАЗ-СУ АЛ // Научные материалы РУО АИН им. АМ Прохорова В 5-и т, Т 5 -Екатеринбург Изд-во ООО «Технезис», 2007 С 70-78

9. Гребнев С А, Кузякин В И, Харисов А Р. Детерминированная экспертная система управления эксплуатационной надежностью металлургического оборудования Богословского алюминиевого завода // Научные материалы РУО АИН им АМ Прохорова В 5-и т, Т 5. -Екатеринбург Изд-во ООО «Технезис», 2007 С 79-81

10 Кузякин ВИ, Харисов АР Разработка нечетких экспертно-советующих систем диагностики металлургического оборудования // Научные труды Международной НПК «Связь-Пром 2007» в рамках IV-ro Евро-Азиатского форума «СВЯЗЬ-ПРОМЭКСПРО 2007». - Екатеринбург ЗАО «Компания Реал-Медиа». 2007 С 336-339

11 Харисов АР О методе создания стохастико-нечетких экспертных систем диагностики состояния металлургического оборудования // Научные труды Международной научно-практической конференции «Связь-Пром 2007» в рамках IV-ro Евро-Азиатского форума «СВЯЗЬ-ПРОМЭКСПРО 2007» -Екатеринбург ЗАО «Компания Реал-Медиа» 2007 С 361-363

Примечание Работы [1], [2] опубликованы в литературных источниках, рекомендованных ВАК

Подписано в печать 28 09 2007 г Формат 60x84 1/16

Бумага типографская №1 Плоская печать Уел п. л, 1,20, Уч изд л 1,34 Тираж 100 Заказ 229 Бесплатно Размножено с готовых оригинал-макетов в типографии «Уральский центр академического обслуживания»' _ 620219, Екатеринбург, ул С Ковалевской, 18

Перечень сокращений.

Введение.

1 Аналитический обзор литературных источников о диагностике состояния оборудования.

1.1 Обзор стратегий обеспечения эксплуатационной надежности технологического оборудования.

1.2 Обзор методов, диаграмм и технологий диагностики и мониторинга состояния оборудования.

1.2.1 Обзор методов неразрушающего контроля.

1.2.2 Обзор технологий диагностики.

1.2.3 Обзор диаграмм событий/состояний.

1.2.4 Обзор технологий мониторинга.

1.3 Обзор отечественных приборов виброконтроля и сравнение приборов для вибродиагностики.

1.3.1 Сравнение параметров виброметров.

1.3.2 Сравнение параметров анализаторов вибросигналов.

1.4 Системы распознавания неисправностей. Экспертные системы диагностики.

1.4.1 Детерминированные, стохастические и нечёткие экспертные системы.

1.4.2 Экспертные системы закрытого и открытого типа. Их преимущества и недостатки.

1.5 Обзор отечественных программных продуктов, реализующих экспертные системы.

1.5.1 Экспертная система диагностики фирмы «ВАСТ».

1.5.2 Экспертная система диагностики фирмы «ДИАМЕХ».

1.5.3 Экспертная система диагностики фирмы «ИНКОТЕС».

1.6 Выводы по Главе 1.

2 Диагностика оборудования с использованием нечётких экспертных систем технической диагностики и мониторинга.

2.1 Методология нечетких экспертных систем.

2.2 Метод создания нечетких экспертных систем технической диагностики и мониторинга.

2.3 Рациональный выбор компонентов оборудования. Информационно-диагностические модели некоторых компонентов технологического оборудования БАЗ-СУАЛ.

2.4 Выбор методов неразрушающего контроля, выбор лингвистической переменной.

2.5 Нечеткая диаграмма событий /состояний технологического оборудования.

2.6 Вербальная, концептуальная и математические модели нечеткой экспертной системы.

2.7 Решатель, объяснитель и интеллектуальный интерфейс НЭС.

2.8 Состав информационно-диагностических моделей АНК.

2.9 Выводы по Главе 2.

3 Нечеткая экспертная система. Программный комплекс «КвиХар».

3.1 Общие положения.

3.2 Основные функции программного комплекса «КвиХар».

3.3 Структура программного комплекса «КвиХар».

3.4 Ввод информации «КвиХар Input».

3.5 Описание базы знаний ПК «КвиХар».

3.5.1 База знаний «THESAURUS».

3.5.2 Редактор базы знаний «Editor».

3.6 Вывод информации «КвиХар Output».

3.6.1 База диагностических данных WORKDATASET.

3.6.2 Вывод информации «КвиХар Output».

3.7 Функционирование НЭС «КвиХар».

3.8 Выводы по Главе 3.

4 Практика использования и эффективность НЭСТДМ.

4.1 Проект создание ПАСТДМ БАЗ-СУАЛ. Технологии мониторинга, диагностики, генезиса и прогноза состояния оборудования БАЗ-СУАЛ. Организационная структура ПАСТДМ.

4.1.1 Назначение, цель и задачи создания ПАСТДМ ОТО.

4.1.2 Выделение АНК для ПАСТДМ БАЗ-СУАЛ.

4.1.3 Структура ПАСТДМ ОТО БАЗ-СУАЛ.

4.1.4 Информационное обеспечение.

4.1.5 Описание работы ПАСТДМ БАЗ-СУАЛ.

4.2 Оценка эффективности ПАСТДМ БАЗ-СУАЛ.

4.3 Внедрение КП «КвиХар» в учебный курс «Информационно-измерительные системы».

4.3.1 Назначение, цель и задачи создания УСТДМ МД.

4.3.2 Структура УСТДМ МД.

4.3.3 Описание работы УСТДМ МД.

4.4 Выводы по Главе 4.

Актуальность темы исследования. Исторически сложилось так, что обеспечение эксплуатационной надежности или технического состояния технологического оборудования мануфактур, фабрик и заводов длительное время осуществлялись «до отказа».

Во второй половине прошлого столетия возникло, и успешно применяется до настоящего времени, другое направление обеспечения эксплуатационной надежности оборудования «по системе планово-предупредительных ремонтов» (ППР). Достоинства такой стратегии обеспечения эксплуатационной надежности технологического оборудования общеизвестны. Однако стратегия ППР имеет крупный недостаток, заключающийся в том, что она весьма высокозатратна.

Сегодня, особенно в условиях рыночной экономики, становится очевидным, что нужно переходить к более прогрессивной стратегии обеспечения эксплуатационной надежности технологического оборудования «по его фактическому состоянию». Переход к этой стратегии вызывает необходимость обязательного создания систем технической диагностики и мониторинга (СТДМ) и даже информационных диагностических сетей (ИДС), если технологическое оборудование размещено на большой территории. Многообразие вариантов реализации различных СТДМ и ИДС технологического оборудования по состоянию порождает целый класс нетривиальных научных задач, решение которых в каждом конкретном случае является необходимым. Среди российских ученых, внесших значительный научно-технический вклад в эту область знаний, следует отметить: П.П. Пархоменко, В.В. Клюева, С.А. Тимашева, В.И. Кузякина, Т.З. Аралбаева, Е.Ю. Барзиловича, Г.В. Дружинина, Н.А. Северцева, А.С. Гольдина, Ю.Н. Руденко, И.А. Ушакова, Б.В. Гнеденко, и др., а также зарубежных ученых Дж. Богданоффа, Ф. Байхельта, П. Франкена, Р. Барлоу, Ф. Прошана, Д. Коллинза, Ф. Козина, Т. Юкобори, Р. Ховарда и др.

Вместе с тем, необходимо отметить, что область проблем создания СТДМ в научном плане изучена все еще достаточно слабо. Хотя средства автоматизации контроля технического состояния оборудования появились достаточно давно (более 20-и лет назад), теоретическая база объективного анализа и эффективного синтеза СТДМ все еще недостаточна. Особенно это касается металлургического оборудования. Отсутствие научных методов, позволяющих решать задачи создания СТДМ и информационных технологий, объясняют причину того, что в металлургии процент успешных внедрений таких систем очень низкий.

В этой связи, предлагаемое автором диссертации решение задачи обеспечения эксплуатационной надежности металлургического оборудования Богословского алюминиевого завода - филиала ОАО «СУАЛ» (БАЗ-СУАЛ) по его фактическому состоянию с помощью создания и внедрения экспертной системы с использованием нечеткой логики (нечеткой экспертной системы - НЭС) является весьма актуальным. Для этого автор разработал метод создания экспертных систем с нечеткой логикой для контроля технического состояния оборудования, главным компонентом которых является программно-технический комплекс (ПТК), предназначенный для определения статуса, диагноза, генезиса и прогноза состояния наблюдаемого оборудования. Такая система позволяет управлять процессами восстановления утраченного ресурса технологического оборудования в реальном масштабе времени.

Диссертационная работа выполнялась в рамках Концепции промышленной политики Свердловской области и ряда целевых научно-исследовательских программ министерства металлургии при правительстве Свердловской области, в том числе:

1. Программы реализация государственной промышленной политики в металлургической отрасли Свердловской области, включая горнорудные предприятия, предприятия черной и цветной металлургии, огнеупорного производства, предприятия по добыче и переработке драгоценных и редкоземельных металлов, а так же определение стратегических приоритетов её развития как основы реформирования и развития промышленного комплекса;

2. Программы содействия в техническом перевооружении и реконструкции металлургических предприятий, освоению и выпуску конкурентоспособной продукции.

Объектом исследования тля шея теоретические основы, методы и алгоритмы построения экспертных и диалоговых подсистем, включенных в АСУТП, АСУП, АСОДУ, АСКУЭ и др.

Предметом исследования является технологическое оборудование глиноземного производства (ГП) БАЗ-СУАЛ, нечеткая экспертная система технической диагностики и мониторинга технологического оборудования и информационные технологии управления техническим состоянием оборудования ГП БАЗ-СУАЛ.

Цель и задачи исследования. Цель исследования заключается в создании нечеткой экспертной системы диагностики и мониторинга состояния технологического оборудования ГП БАЗ-СУАЛ.

Цель достигается решением следующих научно-исследовательских задач:

1. Системного анализа стратегий и систем управления техническим состоянием и методов и средств неразрушающего контроля оборудования, а также анализа экспертных систем диагностики и мониторинга состояния технологического оборудования в сфере промышленных предприятий;

2. Рационального выбора низконадежного оборудования ГП БАЗ-СУАЛ и метода неразрушающего контроля;

3. Разработкой метода синтеза НЭС технической диагностики и мониторинга (ТДМ) и информационных технологий управления техническим состоянием оборудования по его фактическому состоянию;

4. Разработкой вербальной, концептуальных и математических моделей оценки статуса технического состояния, диагностирования, прогнозирования останова эксплуатации и восстановление ресурса наблюдаемого оборудования;

5. Разработкой и созданием программного комплекса «KviXar», реализующего информационные технологии НЭС ТДМ;

6. Разработкой ПТК НЭС ТДМ для БАЗ-СУАЛ.

Методы исследования базируются на использовании методов теории систем, системного анализа информационных систем и технологий, теории принятия технических решений, теории нечетких множеств, а также на использовании методов теории шкал.

Научная новизна заключается в том, что разработан новый метод, синтеза нечетких экспертных систем оценки технического состояния контролируемого оборудования, отличающийся от известных методов тем, что в нем изначально используется стохастическая, а затем нечеткая логика оценки, диагностики и прогнозирования событий/состояний. При этом:

7. Систематизированы аналоги и выбраны прототипы стратегии управления техническим состоянием, метода неразрушающего контроля, диаграмм событий/состояний технологического оборудования и экспертной системы контроля технического состояния наблюдаемого оборудования;

8. Построены информационно-диагностические концептуальные и математические модели состояний объекта исследования - ансамбля низконадежного оборудования глиноземного и теплоэнергетического производства БАЗ-СУАЛ;

9. Построены вербальная, концептуальные и математические модели задач, решаемых НЭС ТДМ при оценке, диагностике и прогнозировании событий/состояний;

10. Приближен язык оценки событий /состояний контролируемого оборудования к понятиям естественного русского языка, чем достигнут отказ от сложных экспертных оценок при разработке и от услуг ЛПР при эксплуатации СТДМ;

11. На основе нового метода разработан комплекс программ «KviXar», реализующий нечеткую экспертную систему оценки событий/состояний оборудования глиноземного производства БАЗ-СУАЛ.

На защиту выносятся:

12. Новый метод синтеза НЭС ТДМ и информационной технологии управления техническим состоянием оборудования по его фактическому состоянию;

13. Информационно-диагностические концептуальные модели объектов исследования -ансамбля низкопадежного оборудования глиноземного и вспомогательного производства БАЗ-СУАЛ;

14. Вербальная, концептуальные и математические модели задач, решаемые НЭС ТДМ при оценке, диагностике и прогнозировании событий/состояний;

15. Программный комплекс «KviXar», реализующий нечеткую экспертную систему оценки событий/состояний оборудования глиноземного производства БАЗ-СУАЛ.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что предложенный автором диссертации метод создания систем оценки оборудования по его фактическому состоянию позволяет повысить эффективность глиноземного производства за счет снижения времени простоев оборудования в ремонте, снизить себестоимость продукции за счет снижения затрат на ремонты и послеаварийное восстановление оборудования. Кроме того НЭС ТДМ позволяет осуществлять постепенный переход от стратегии ППР к стратегии управления техническим состоянием контролируемого оборудования по фактическому состоянию. Нечеткая экспертная система ТДМ легко и просто встраивается в существующую автоматизированную систему оперативно-диспетчерского управления (АСОДУ) ГП БАЗ-СУАЛ и может быть использована на других предприятиях цветной и черной металлургии.

Использование результатов исследований. Результаты исследований, выполненные автором диссертационной работы, и разработанный им метод создания НЭС ТДМ были использованы НПФ «ЭДМОН» и ЗАО «РТСофт» при разработке техно-рабочего проекта 1-й очереди переносной автоматизированной системы технической диагностики и мониторинга (ПАСТДМ) ГП БАЗ-СУАЛ, а так же были использованы в учебном процессе при проведении лабораторного практикума в РИ УГТУ-УПИ.

Апробация результатов. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Ш-й международной научно-практической конференции «Болонский процесс: развитие менеджмента и маркетинга» (Екатеринбург, 2006 г.); международной научной конференции «Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании» (Екатеринбург, 2006); международной научно-практической конференции «Связь-Пром 2007» в рамках IV-ro Евро-Азиатского форума «СВЯЗЬ-ПРОМЭКСПРО 2007» (Екатеринбург, 2007 г.); IV,V, VI и XI отчетных конференциях молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ и семинарах кафедр АИТ и АУТС УГТУ-УПИ, РИ-РТФ (Екатеринбург, 2003-2005 гг.).

Личный вклад автора заключается в определении целей и задач исследования, в проведении анализа стратегий и систем управления техническим состоянием оборудования БАЗ-СУАЛ, в разработке метода создания НЭС ТДМ, построении концептуальных и математических моделей задач оценки технического состояния низконадежного оборудования. Кроме того, автор лично принимал участие в разработке программного комплекса «KviXar», реализующего информационную технологию управления техническим состоянием оборудования по его фактическому состоянию.

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 132 наименования и 5 приложений. Диссертация содержит 144 страницы машинописного текста, включая 59 рисунков и 12 таблиц.

4.4 Выводы по Главе 4.

После проведения обследования и проектирования переносной автоматизированной системы технической диагностики и мониторинга для Богословского алюминиевого завода - филиала ОАО «СУАЛ и создания учебной системы технической диагностики и мониторинга состоянии макета двигателя с использованием КП «КвиХар» можно сделать следующие выводы:

• Системы с использованием КП «КвиХар» могут обеспечить создание необходимых и достаточных условий постепенного перехода от системы ППР к стратегии технической эксплуатации ОТО по его фактическому состоянию.

• Системы с использованием КП «КвиХар» обеспечивают получение, хранение и выдачу всем заинтересованным службам информации о статусе и диагнозе технологического оборудования, а так же позволяют вычислять и прогнозировать ориентировочную дату техобслуживания, среднего и капитального ремонтов.

• Созданная система УСТДМ МД позволяет изучить новые методы технической диагностики оборудования с помощью нечетких экспертных систем.

• Спроектированная система ПАСТДМ позволит по информации о статусе, диагнозе и прогнозе состояния технологического оборудования БАЗ-СУАЛ планировать проведение ремонтов, в частности, формирования гибких графиков планово-предупредительного ремонта (ППР), составления дефектных ведомостей и отчетных документов.

• ПАСТДМ с КП «КвиХар» даст возможность значительно упростить процедуру диагностики и сделать её более прозрачной для пользователя. Использование нечеткой логики позволяет не озадачиваться спецификой оборудования и значениями измеренных параметров - нечеткая логика делает работу с системой диагностики удобной и простой.

• Оценка эффективности внедрения системы ПАСТДМ, проведённая в данной работе показывает достаточно хорошую ресурсную эффективность. По вычисленным показателям срок окупаемости системы ПАСТДМ с КП «КвиХар» составит менее 2 лет, что является хорошим показателем для систем диагностики и мониторинга.

• Системы, построенные с использованием КП «КвиХар» могут быть внедрены и на других металлургических и энергетических предприятиях Свердловской области и Российской Федерации.

Оценка результатов проектирования ПАСТДМ для БАЗ-СУАЛ и внедрения УСТДМ МД в учебный процесс курса «Информационно-измерительные системы» УГТУ-УПИ подтверждается Актами о внедрении научно-исследовательских работ Харисова А.Р., соискателя ученой степени кандидата технических наук.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Совокупность выдвинутых и обоснованных в диссертационной работе теоретических положений и их практическое использование представляют собой законченное решение важной научно-технической задачи повышения эффективности металлургического производства, в частности, повышения производства глинозема на Богословском алюминиевом заводе - филиале ОАО «СУАЛ» с помощью внедрения современных систем технической диагностики и мониторинга состояния технологического оборудования.

При этом получены следующие научные и практические результаты:

1. Систематизированы аналоги и выбраны прототипы стратегии управления состоянием, метода неразрушающего контроля, диаграммы событий/состояний технологического оборудования и экспертная система контроля технического состояния наблюдаемого оборудования.

2. Разработан новый метод построения НЭС ТДМ и информационная технология управления техническим состоянием оборудования по его фактическому состоянию.

3. Построена информационно-диагностическая, концептуальная модель ансамбля низконадежного оборудования глиноземного производства БАЗ-СУАЛ - «дерево АНК».

4. Построены вербальная, концептуальные и математические модели задач, решаемые НЭС ТДМ при оценке событий/состояний.

5. Приближен язык оценки состояний контролируемого оборудования к понятиям естественного русского языка, чем достигнут отказ от сложных экспертных оценок при разработке и услуг ЛПР при эксплуатации СТДМ.

6. Разработан комплекс программ «KviXar», реализующий НЭС оценки событий/состояний технологического оборудования. Получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ «Комплекс программ нечеткой экспертной системы диагностики и мониторинга «КвиХар» (КП НЭС КвиХар)».

7. Спроектирована и подготовлена к внедрению переносная автоматизированная система технической диагностики и мониторинга (ПАСТДМ) основного технологического оборудования Богословского алюминиевого завода - филиала ОАО «СУАЛ».

8. Создана и внедрена учебная система технической диагностики и мониторинга состоянии макета двигателя (УСТДМ МД) в лабораторный практикум курса «Информационно-измерительные системы» РИ УГТУ-УПИ.

1. Авакян, В.А. Разработка теоретических положений, внедрение в промышленность методов и средств вибродиагностики роторных машин и станков: Дис. доктора техн. наук/ В.А. Авакян.-Ереван, 1984.

2. Андреев, Е.Б. SCADA системы: взгляд изнутри/ Е.Б. Анреев; Н.А. Куцевич; О.В. Синенко.-М.: РТСофт, 2004.176 с.

3. Андрейчиков, А.В. Интеллектуальные информационные системы: Учебник/ А.В. Андрейчиков; О.Н. Андрейчикова. М.: Финансы и статистика, 2006. - 424 е.: ил.

4. Аралбаев, Т.З. Построение адаптивных систем мониторинга и диагностирования сложных промышленных объектов на основе принципов самоорганизации/ Т.З. Аралбаев. Уфа: Гилем, 2003.-- 238 с.

5. Байхельт, Ф. Надёжность и техническое обслуживание. Математический подход. Пер с нем./ Ф. Байхельт; П. Франкен. М.: Радио и связь, 1988. - 92 с.

6. Балицкий, Ф.Я. Алгоритм диагностирования дисбаланса роторных машин./ Ф.Я. Балицкий; М.А. Иванова; В.И. Ивин // Проблемы вибродиагностики машин и приборов. Тезисы докладов Всесоюзное совещание., Иваново, 1985. -М., 1985. -С. 38-39.

7. Баринов, Ю.Г. Методы, модели и алгоритмы вибродиагностики авиационных зубчатых приводов: Дис. доктора техн. наук/ Ю.Г. Баринов. -Рига, 1992.- 353 с.

8. Барков, А.В. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации: Учеб. пособие/ А.В. Барков; Н.А. Баркова; А.Ю. Азовцев. СПб., 2000. - 158 с.

9. Батищев, А.Н. Монтаж, эксплуатация и ремонт технологического оборудования перерабатывающих отраслей АПК/ А.Н. Батищев. М., 1997.

10. Богатенков, Ю.В. Исследование диагностических моделей и разработка автоматизированных систем вибродиагностики магистральных насосных агрегатов нефтеперекачивающих станций: Дис.канд. техн. наук: 05.11.13./ Ю.В. Богатенков.- М., 1999. 142 с.

11. Богатенков, Ю.В. Исследование динамических моделей и разработка автоматизированной системы вибродиагностики магистральных насосных агрегатов нефтеперекачивающих станций: Автореф. дис.канд. техн. наук: 05.11.13/ Ю.В. Богатенков. М., 1999. - 23 с.

12. Богданофф, Дж., Вероятностные модели накопления повреждений: Пер. с англ./ Дж. Богданофф; Ф. Козин М.: Мир, 1989. - 334 е.: ил.13