CC BY
25
управлять уровнем напряжённо-деформированного состояния рабочего цилиндра и сопряжённых с ним элементами ЦПГ и обеспечивать поддержание эксплуатационных показателей двигателя в установленных пределах.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Дорохов А.Ф. Температурное состояние деталей ЦПГ малоразмерного дизеля при различных способах смесеобразования // Двигателестроение. 1980. № 4. С. 15-18.
2. Дорохов А.Ф., Бочкарёв В.Н. Температурное состояние ЦПГ судовых малоразмерных дизелей // Дви-гателестроение. 1986. № 11. С. 51-52.
3. Дорохов А.Ф. Анализ теплопередачи через стенку цилиндра судового вспомогательного дизеля. // Двигателестроение. 1987. № 6. С. 6-8.
4. Петриченко P.M., Квасов Е.Е. Формирование эпюры тепловой нагрузки зеркала цилиндра // Двигателестроение. 1981. № 4. с. 16-18.
5. Ваншейдт В.А. Конструирование и расчёты прочности судовых дизелей Л. : Судостроение, 1969. 639 с.
6. Беляев В.Н., Борович Л.С., Досчатов В.В. Краткий справочник машиностроителя. М. : Машиностроение, 1966. 797 с.
7. Политехнический словарь / под ред. И.И. Артоболевского. М. : Советская энциклопедия, 1977. 607 с.
8. Пахомова Н. В., Дорохов А. Ф. Одноконтурная система охлаждения судовых дизелей // Вестн. Астра-хан. гос. техн. ун-та. Сер.: Морская техника и технология. 2013. № 2. С. 143-148.
9. Дорохов А. Ф. Исследование основных эксплуатационных показателей судового дизеля при его форсировании наддувом // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Морская техника и технология, 2014, № 4. С. 65-72.
УДК 004.832.34+ 622.23.05
Аршинский Леонид Вадимович,
д. т. н., заведующий кафедрой «Информационные системы и защита информации», Иркутский государственный университет путей сообщения, тел. (8-395)-63-83-59, e-mail: larsh@mail.ru Шевченко Дмитрий Анатольевич, начальник отдела информационных технологий, ООО «Компания «Востсибуголь», Россия
АГРЕГИРОВАННАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЭКСКАВАТОРА ЭШ-20/90
L. V. Arshinkiy, D. A. Shevchenko
AGGREGATE ESTIMATES OF QUALITY STATUS OF ES-20/90 EXCAVATOR
Аннотация. В работе на примере шагающего экскаватора-драглайна ЭШ-20/90 рассматриваются особенности применения логико-аксиологического подхода к построению агрегированных оценок качественного состояния сложных технических систем. Особенностью подхода служит учет ключевых компонентов системы, утрата или выход из строя которых влечет утрату (выход из строя, обесценивание) всей системы в целом. Методика опирается на понятиях эффективности и ценности компонентов системы. Под эффективностью понимается выраженная на шкале [0, 1] степень соответствия компонента своему целевому назначению, под ценностью - выраженная на той же шкале степень падения эффективности системы в случае утраты компонента. Для получения агрегированной оценки используется присоединенный логический вывод по правилу modus ponens с использованием системы продукций вида —i с ^ —s, где s - утверждение «система (подсистема) s эффективна», а с - утверждение «компонент с эффективен», с последующей процедурой объединения свидетельств посредством функции специального вида. Истинность первого суждения характеризует степень эффективности системы (подсистемы), истинность второго - степень эффективности компонента. Ценность рассматривается как истинность импликации —с ^ —s.
Методика эффективна при оценке иерархических систем. Для иллюстрации методики выбран карьерный экскаватор-драглайн ЭШ-20/90, представляющий собой сложную техническую систему, состоящую из подсистем: подъемной лебедки, механизма поворота, роликового круга, головных блоков, ковша, вантов стрелы, подвески стрелы, системы вентиляции, пнев-мосистемы, системы смазки, механизма шагания, системы электропривода. Каждая подсистема состоит из собственных компонентов. В данной статье рассматривается только подсистема ковша.
Ключевые слова: агрегированная оценка, качественное состояние, техническая система, экскаватор-драглайн, логико-аксиологический подход, ключевые компоненты.
Abstract. This paper, on the example of excavator ES-20/90, discusses the features of the logic-axiological approach to the construction of aggregate estimates of the quality status of complex technical systems. The main feature of the approach is the consideration of the key components of the system, loss or damage, which leads to the loss (damage, devaluation) of the entire system. The technique relies on the concepts of efficiency, and value components of the system. The efficiency is the degree of conformity of a component to its purpose which expressed on a scale of [0, 1]. The value is understood to be expressed on the same scale degree of a drop in the efficiency of the system in case of loss of the component. To obtain an aggregate estimate, we use attached logical inference by means of "modus ponens" rule using of the —с ^ —s type of production system, where s means "the system (subsystem) s is effective" and с means "component с is effective", with the subsequent procedure of combining evidence using a function of special form. The truth of the first statement characterizes the degree of effectiveness of the system (subsystem). The truth of the second statement characterizes the degree of efficiency of the component. The value is treated as truth of the —a ^ —s implications.
The method is effective in the evaluation of hierarchical systems.
Машиностроение и машиноведение
To illustrate the method, we chose an ES-20/90 excavator dragline, which is a complex technical system, consisting of the fol-lowingsubsystems: lifting hoist, rotation mechanism, the roller circle, head blocks, bucket, hoist rope, hoist coupler, ventilation systems, pneumatic system, lubrication system, stepping mechanism, electric drive system. Each subsystem consists of its own components. This article discusses only the dragline bucket subsystem.
Keywords: aggregated assessment, quality, technical system, dragline excavator, logic-axiological approach, key components.
Введение
Оперативная оценка качественного состояния сложных технических объектов и систем -залог их безопасной и успешной эксплуатации. В настоящее время одним из распространенных подходов к такой оценке является мониторинг состояния подобных систем с привлечением технологии экспертных систем. Однако подобные системы обычно диагностируют неисправность плюс, возможно, выдают рекомендации по ее устранению (см., напр., [1]). В стороне при этом остается вопрос значимости самой неисправности с точки зрения функциональности объекта. Очевидно, что различные неполадки могут по-разному влиять на функционирование системы. Одни лишь снижают ее функциональность, причем в разной степени, другие делают дальнейшую эксплуатацию невозможной или даже опасной. Безусловно, можно заранее наметить «критические узлы» системы с тем, чтобы выводить объект из эксплуатации, как только подобный узел придет в негодность. Но проблему может создать не один критический узел, а несколько второстепенных, если они сформируют своеобразный «кумулятивный эффект». Подобную проблему хорошо решать, если имеется алгоритм построения агрегированной оценки качественного состояния системы. В этом случае систему можно выводить из эксплуатации по факту превышения агрегированным показателем установленного порога. Ясно, что такой показатель должен учитывать значимость каждого компонента технической системы. Однако среди компонентов, как уже говорилось, встречаются более и менее значимые. В том числе и такие (будем называть их ключевыми), неисправность которых делает дальнейшую эксплуатацию объекта невозможной. Традиционные подходы к построению к построению агрегированных оценок в виде различного рода взвешенных средних не обеспечивают необходимой гибкости оценивания, так как с их помощью невозможно эффективно учитывать ключевые компоненты. В связи с этим в докладе на примере достаточно сложного технического объекта рассматривается подход, основанный на технике нечеткого логического вывода, свободный от такого недостатка. При этом учиты-
вается иерархическая структура объекта, состоящего из подсистем и функциональных элементов.
Метод оценивания
В качестве метода оценивания предлагается использовать логико-аксиологический подход, использующий описание внутрисистемной иерархии продукциями:
-ci ^ -s ,
где импликация - утверждение о том, что утрата компонента Ci влечет утрату системы s [2]. Истинность этого утверждения || -ct ^—s || рассматривается как ценность компонента Ci для s. Истинности ||ci|| и ||s|| - числа из отрезка [0, 1] характеризуют функциональность соответствующего компонента и системы в целом (например, ее качество, способность выполнять определенный объем работы и т. д.). Если s входит в качестве подсистемы в более общую систему s\ их взаимосвязь выражается импликацией
—s ^ —s",
истинность которой характеризует ценность s для s\ Фактически, ценность - это показатель того, как снизится функциональность sх с утратой s (или s с утратой сг).
Неполная функциональность компонента Ci ведет к неполной функциональности соответствующей системы (подсистемы), которая рассчитывается по правилу
—ci, —ci h -s :|| —s ||=|| -c || • || -c ^-s||. (1)
Это шаг присоединенного вывода, выполненного по правилу modus ponens. Каждый шаг такого вывода сопровождается расчетом истинности заключения на основе истинностей посылок [3].
Поскольку система и каждая из ее подсистем на каждом уровне иерархии содержат набор собственных подсистем и функциональных элементов, снижение их функциональности влияет на функциональность соответствующей подсистемы и системы в целом. Для суммирования этих влияний в методе используется традиционная для такого типа логического вывода процедура объединения свидетельств. Здесь ее предлагается выполнять по правилу
II —s II = 1 -П (!- II —S IIi)
'S Vj j=1
(2)
i=1
После чего итоговая оценка получается как
N = 1 - М, (3)
где =||—с- 5 ||, || —£ ||I - убыль эффективности системы вследствие убыли эффективности компонента с-, п - число компонентов (подсистем и функциональных элементов) системы 5.
Этапы (2)-(3) можно заменить этапами
■ = 1 - II-4
(4)
и
j=1
(5)
- вантов стрелы;
- подвески стрелы;
- системы вентиляции;
- пневмосистемы;
- системы смазки;
- механизма шагания;
- системы электропривода.
IN=№ i=1
Нетрудно видеть, что при нулевой ценности какого-либо компонента его вклад в оценку ||sII равен 1. Если же он ключевой, то есть v¿ = 1, нулевая эффективность компонента, когда II — s II=II — ci s II = vi, влечет нулевую агрегированную оценку ||sII.
Достоинство такого подхода - возможность выборочно назначать ключевые компоненты в соответствии с особенностями функционирования объекта. Эта возможность отсутствует в традиционных подходах (см., напр., [4, 5]). Кроме того, описание структуры системы в виде базы знаний позволяет автоматизировать процедуру построения агрегирующей функции. Очевидно, что при достаточно развитой системной иерархии «ручное» построение такой функции может быть чревато ошибками (при том, что она может быть индивидуальной для каждого компонента). В рассматриваемой методике достаточно описать иерархию компонентов и задать вид такой функции. Агрегирование и расчет выполнятся автоматически.
Объект оценивания
В качестве примера исследуемого объекта взят шагающий экскаватор-драглайн ЭШ-20/90 (рис. 1), эксплуатируемый при добыче полезных ископаемых открытым способом, в частности в компании «Востсибуголь».
Типичный шагающий экскаватор-драглайн, в т. ч. и ЭШ 20/90, как система состоит из следующих основных подсистем [5]:
- подъемной лебедки; механизма поворота; роликового круга;
- головных блоков;
- ковша;
Рис. 1. Экскаватор ЭШ-20/90
Каждая подсистема состоит из собственных компонентов. Например, ковш как система включает в себя сам ковш, корпус ковша, упряжь ковша, соединительные звенья, тяговую цепь, канат разгрузочный и т. д.
Компоненты имеют разную ценность. Так, ценность ковша следует считать равной 1 (при его утрате экскаватор будет неспособен выполнять свою работу). То же самое можно сказать и о подъемной лебедке, подвеске стрелы, системе электропривода, в то время как отказ системы вентиляции хоть и снижает эксплуатационные возможности экскаватора, но не препятствует выполнению им своих функций. Иными словами, ценность необходимых для функционирования подсистем и функциональных элементов следует принимать равной 1, а всех остальных - числом из интервала [0, 1). Сами ценности устанавливаются специалистами-экспертами, например разработчиками системы.
Степень «подробности» декомпозиции системы на компоненты (подсистемы и функциональные элементы) определяется из соображений достаточности для оценивания. Вряд ли следует выполнять ее до отдельных деталей: шестерен, болтов, роликов и т. п. Это также должны определять эксперты.
В ходе эксплуатации, компоненты системы - узлы и детали - изнашиваются. Степень износа определяется специалистами, эксплуатирующими систему, или специальными аудиторами на основе
n
v
n
периодического мониторинга состояния конструктивных элементов. Она может быть выражена в процентах (10 % - 20 % - 30 % и т. д.), лингвистически (слабая, средняя, сильная) или иначе. Если возможно выразить оценку в виде числа из интервала [0,1], это позволяет задать начальные значения истинностей ||сг||, что требуется для логического вывода.
После получения оценок для функциональных элементов, оценки состояния подсистем и системы в целом получаются на основе логического вывода по правилам (1)-(3). Эта процедура может быть реализована с помощью соответствующей экспертной системы, хранящей в продукционной базе знаний сведения о структуре и значимости (ценности) компонентов технического объекта.
Рассмотрим, к примеру, процедуру оценки подсистемы «ковш». Она включает в себя следующие компоненты [6]:
- корпус ковша;
- упряжь ковша;
- подвеска верхняя;
- цепь тяговая;
- канат разгрузочный.
Не переходя к подробному разложению каждого из перечисленных компонентов на составляющие, продемонстрируем методику на укрупненном примере.
Предположим, что первые четыре из перечисленных компонентов является ключевым для подсистемы, а утрата каната разгрузочного сохраняет работоспособность ковша в объеме 20 % (неполная разгрузка ковша). Этому соответствует набор продукций:
\\—корпус ковша ^ —1КОвш\\ = 1;
\\—упряжь ковша ^ —ковш\\ = 1;
\\—подвеска верхняя ^ —ковш\\ = 1;
\\—цепь тяговая ^ —ковш\\ = 1;
\\—канат разгрузочный ^ —ковш\\ = 0,8.
Если принять изношенность корпуса ковша, к примеру, за 10 %, упряжи ковша за 10 %, подвески верхней за 20 %, цепи тяговой за 30 %, а каната разгрузочного за 20 %, получаем истинно-стям малых посылок:
\\—корпус ковша\\ = 0,1; \\—упряжь ковша\\ = 0,1; \\—подвеска верхняя\\ = 0,2; \\—цепь тяговая\\ = 0,2. \\—канат разгрузочный\\ = 0,3;
Вывод по схеме (1)-(3) строится следующим образом.
I. По правилу (1) вычисляются истинности заключения —ковш на основе истинностей продукций и малых посылок:
1) —корпус ковша, —корпус ковша ^ —ковш | —ковш: \\—ковш\\ = 0,1-1 = 0,1;
2) —упряжь ковша, — упряжь ковша ^ —ковш | —ковш: \\—ковш\\ = 0,1-1 = 0,1;
3) —подвеска верхняя, — подвеска верхняя ^ —ковш |—ковш: \\—ковш\\ = 0,2-1 = 0,2;
4) —цепь тяговая, — цепь тяговая ^ —ковш | —ковш: \\—ковш\\ = 0,2-1 = 0,2;
5) —канат разгрузочный, —канат разгрузочный ^ —ковш |—ковш: \\—ковш\\ = 0,3-0,8 = 0,24.
II. Выполняется объединение свидетельств по правилу (2):
6) \\—ковш\\ = 1-(1-0,1)1/48-(1-0,1)14'8х
х(1-0,2)1/4,8- (1-0,2)1/4,8-(1-0,24)0 8/48 = 0,17.
III. Вычисляется истинность искомого заключения:
7) \\ковш\\ = 1- \\—ковш\\ = 1- 0,17 = 0,83. Таким образом, агрегированная оценка состояния ковша в сборке равна 0,83. Это и является итоговой оценкой подсистемы «ковш».
Вывод по схеме (1)-(3) можно заменить равнозначным выводом по схеме (1), (4), (5). Эта схема реализуется в программном комплексе логико-аксиологической оценки систем «лАос» [7]. Расчет по этой программе также дает результат \\ковш\\ = 0,83.
Аналогичным образом можно рассматривать и остальные подсистемы экскаватора с последующим агрегированием их частных оценок в общую оценку системы ЭШ-20/90.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Дунаев М.П. Консультирующая экспертная система для наладки электропривода // Изв. вузов. Электромеханика. 2002. №5. С. 77-79.
2. Аршинский Л.В. Применение нечетких логик для оценки качественного состояния сложных объектов // Информационные и математические технологии в науке и управлении : тр. XVIII Байкал. Всерос. конф. Иркутск, 1-10 июл. 2013 г. Иркутск, 2013. Ч. III. С. 7-13.
3. Искусственный интеллект. В 3 кн. Кн. 2. Модели и методы : справочник / под ред. Д.А. Поспелова М. : Радио и связь, 1990. 304 с.
4. Азгальдов Г.Г. Теория и практика оценки качества товаров (основы квалиметрии). М. : Экономика, 1982. 256 с.
5. ГОСТ 15467-79 «Управление качеством продукции. 7. Свидетельство № 2014660940 Рос. Федерация. «лА-
Основные понятия, термины и определения». М. : Изд-во стандартов, 1979. 26 с. 6. Запчасти ЭШ 20-90 [электронный ресурс] // АО «ЭКГСервисХолдинг» - Продажа запчастей для ЭКГ : сайт. URL: http://ekgservice.ru /eshe/zapchasti-eshe-20-90 (Дата обращения 22.01.2015).
ос» : свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ / Л.В. Аршинский ; правообладатель Л.В. Аршинский ; № 2014618740 ; заявл. 27.08.2014 ; зарегистр. 20.10.2014.
