CC BY
20
Таким образом, рассмотренный в настоящей статье инструментарий позволяет осуществлять визуализацию ТесРЫ файлов, являющихся результатами моделирования процессов внутри реактора, при этом данный инструментарий может быть лег-
ко интегрирован в общий web-интерфейс системы удаленного доступа к кластерному вычислителю.
Работа выполнена в рамках ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в РФ на 2008-2011 гг.», госконтракт № 16.647.12.2020.
список литературы
1. Иванов, Д.И. Сетевая реализация стохастических моделей радиотехнических устройств [Текст] / Д.И. Иванов, И.А. Цикин // Изв. вузов России. Сер. Радиоэлектроника. -2006. -№ 3. -С. 34-41.
2. Иванов, Д.И. Удаленный сетевой доступ к специализированной среде моделирования [Текст] / Д.И. Иванов, И.А. Цикин // Научно-технические ведомости СПбГПУ -2007. -№ 4. -Т. 2. -С. 7-12.
783. Иванов, Д.И. Реализация режима удаленного программирования в специализированной среде моделирования МАТЪАБ [Текст] / Д.И. Иванов, И.А. Цикин // Информационные технологии. -2008. -№ 11. -С. 23-27.
4. Болдырев, Ю.Я. Высокопроизводительные вычисления в задачах газофазного синтеза получения наноматериалов [Текст] / Ю.Я. Болдырев, К.Ю. Замо-
тин, Е.П. Петухов // Научно-технические ведомости СПбГПУ -2011. -№ 6.2.
5. Away3D [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://away3d.com/ (дата обращения 05.09.2011)
6. Gnuplot [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.gnuplot.info/ (дата обращения 05.09.2011)
7. Tecplot [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.tecplot.com/ (дата обращения 05.09.2011)
8. DEFLATE Compressed Data Format Specification version 1.3 [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://tools.ietf.org/html/rfc1951/ (дата обращения 05.09.2011)
9. Action script GZIP compression library [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://probertson.com/ projects/gzipencoder/ (дата обращения 05.09.2011)
УДК 681.3.016
С.В. Мещеряков, В.М. Иванов, Д.Е. Бортяков
анализ эксплуатационных дефектов грузоподъемного оборудования в системе автоматизированного проектирования
Технический контроль состояния грузоподъемного оборудования (ГПО) осуществляется как внутренними органами технадзора на предприятии, так и внешними экспертными организациями в соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов [5], установленными Ростехнадзором, и рядом других руководящих документов [1-4]. Объектами комплексного обследования являются не только грузоподъемные краны, но и опорные и стыковые конструкции, крановые пути, электроподвод и прочее оборудование.
Периодичность технического освидетельствования (ТО) зависит от грузоподъемности, режима работы крана (легкий, средний, тяжелый), срока его службы и интенсивности нагружения (табл. 1). Первичное ТО проводится через три года, повторные зависят от фактического срока и
интенсивности эксплуатации. В дальнейшем решение о списании крана или продлении срока его эксплуатации принимается на основании расчета остаточного ресурса несущих металлоконструкций.
Любое ТО как внутреннее, так и внешнее, связано с затратами на его проведение, которые оплачиваются предприятием-владельцем, поэтому оно напрямую заинтересовано в устранении всех выявленных дефектов в указанные сроки, максимальном увеличении периодичности ТО и продлении срока службы ГПО.
В случае внешнего ТО экспертная организация получает от заказчика техническое задание, проектно-конструкторскую и эксплуатационную документацию на ГПО, а группа экспертов на основании внешнего осмотра и сделанных поэлементных замеров оценивает текущее состояние
Таблица 1
Периодичность ТО ГПО грузоподъемностью до 10 т при работе 1,5 смены и цикличности ремонтов ТТКТТ (два текущих, капитальный, два текущих)
Максимальный срок эксплуатации ГПО
Режим работы крана после очередного ТО, лет [4] Нормативный срок
согласно Правилам [5] Первичного Повторных службы ГПО, лет [4]
1-го 2-го 3-го 4-го
Легкий, средний 3 2 2,5 2 1,5 10-16
Тяжелый 2 2,5 2 1,5 - 8-10
промышленного объекта и подтверждает свои выводы актом комплексного обследования с дефектной ведомостью. Основная трудность заключается не в том, что предприятие-владелец противится изменениям, а в том, что экспертам не удается прогнозировать последствия предлагаемых мероприятий ввиду отсутствия базы знаний и точной методики расчета.
В данной статье описана структура базы данных (БД) обследований ГПО, успешно реализованная на практике и эксплуатируемая в течение многих лет. Накопленные данные ТО могут использоваться экспертами для более точного прогнозирования остаточного срока службы, а также в системах автоматизированного проектирования при разработке новых моделей ГПО и режимов их работы.
Структура базы данных дефектов ГПО
При проектировании БД использованы методы структурного анализа, предложенные в работе [6], основой которых является декомпозиция системы на составляющие и их иерархическая организация. На рис. 1 показана иерархия мероприятий ТО ГПО, проводимых на предприятиях, а на рис. 2 - диаграмма состояний и потоков данных в этой системе.
Представление данных ТО ГПО в информационной системе реляционного типа показано на рис. 3 а. При первом анализе становится очевидным, что данная реляционная модель является избыточной и может быть оптимизирована. Так, сущности «Акты расследования неполадок», «Акты обследования», «Акты технического состояния после ремонта», «Дефектная ведомость
Техническое обслуживание объектов
Обследование объекта перед ремонтом
Текущие мероприятия
Внеплановые мероприятия
Перспективные мероприятия
Техническое состояние после ремонта
-> Проведенные мероприятия
Расследование аварийных неполадок
Рис. 1. Иерархия мероприятий по техническому обслуживанию ГПО
Рис. 2. Структура потоков данных в системе ТО ГПО
на ремонт» имеют ряд общих атрибутов (номер, дата, объект ремонта, исполнитель, мероприятия и др.). Поэтому их можно объединить в одно реляционное отношение «Ремонтные мероприятия -объект ремонта».
Если ввести новый признак «Вид ремонта» (текущий, капитальный, проведенный, перспективный, внеплановый), то соответствующие понятия становятся равнозначными в рамках формализованной сущности «Ремонтные мероприятия». Кроме того, новый атрибут служит одновременно видом ремонта и статусом его выполнения (проведен, выполняется или предстоит). Изменение перечисленных статусов (переход из одного состояния в другое) может быть вызвано одним из следующих событий в системе:
обследование объекта - событие, происходящее перед очередным плановым ремонтом, в процессе которого ремонтные мероприятия разделяются на текущие и перспективные;
текущий ремонт - событие, происходящее в плановый период, в результате которого статус ремонтных мероприятий меняется на «проведенные»;
плановый срок истек - это событие возникает только для перспективных мероприятий, когда они не выполняются в намеченный срок и их статус меняется на «просроченные», что увеличивает вероятность внеплановых (аварийных) выходов из строя.
Другие события, такие, как изменение структуры текущих/капремонтов ТТКТТ на другую цикличность, увеличение/уменьшение периодичности ТО, не влияют на изменение состояний в моделируемой системе. Перечисленные события могут происходить во времени двумя путями:
плановый срок - события наступают регулярно в соответствии с заданной периодичностью;
внеплановый срок - события происходят эпизодически с определенной вероятностью.
После декомпозиции и оптимизации реляционная модель дефектов ГПО имеет вид как на рис. 3 б.
Дефектная ведомость на ремонт может быть получена путем реляционной операции выборки кортежей для заданного «Объекта ремонта» при одинаковом значении «Даты» с последующей реляционной операцией проецирования результата выборки на необходимые атрибуты «Ремонтных мероприятий», как показано ниже:
Я1 = «Акты расследования неполадок» («Номер», «Дата», «Причина», «Признак остановки»);
Я2 = «Акты обследования» («Номер», «Дата», «Вид ремонта», «Текущие мероприятия»);
Я3 = «Акты технического состояния после ремонта» («Номер», «Дата», «Исполнитель», «Проведенные мероприятия», «Перспективные мероприятия»);
Б = «Дефектная ведомость на ремонт» («Номер», «Дата», «Название», «Объект ремонта»).
Рис. 3. Представление данных а - первоначальная реляционная модель ТО ГПО; б -
После реляционной операции соединения
А = Я1 и Я2 и Л3 = {а: а^Я1 V аеЛ2 V аеЛ3} (1)
имеем новые отношения
О = «Объект ремонта» («Номер», «Название», «Месторасположение»);
А = «Ремонтные мероприятия» («Номер», «Дата», «Вид ремонта», «Причина, мероприятия», «Исполнитель»)
с набором атрибутов а1 = «Номер»; а2 = «Дата»; а3 = «Вид ремонта»; ...
Реляционная операция выборки подмножества кортежей, удовлетворяющих условиям а2 = = «Дата»; О = «Объект ремонта» будет иметь вид:
5 = Б [А 0 О, А 0 а2] = (2)
= {¿: с1<еБ л (¿[А] 0 О) л (¿[А] 0 а2)}.
ТО ГПО в реляционной системе:
реляционная модель дефектов ГПО после декомпозиции
В итоге реляционной операции проецирования результата выборки 5 на атрибуты а1, а а ... получим:
Р = 5 [а1, а2, а3, ...] = {фр а2, а3, ...]: 5е5}. (3)
Основываясь на выражениях (1)-(3), запрос на языке реляционного исчисления будет сформулирован следующим образом:
Выбрать «Объект, вид ремонта, причину, мероприятия, исполнителя» из «Ремонтных мероприятий» такие, что существует «Объект ремонта» для заданной «Даты».
Заметим, что реляционная операция взятия проекции Р не приведет к возникновению кортежей-дубликатов в вертикальном срезе данных, поскольку тип и кардинальность связи «Ремонтные мероприятия - объект ремонта» (многие к одному, обязательная на стороне сущности
«Объект ремонта») не допускает создания одинаковых кортежей с набором атрибутов «Объект ремонта, вид ремонта, причина, мероприятия, исполнитель».
Разработанная структура данных (рис. 3 б) проверена на практике [7] и может быть реализована в любой СУБД объектно-реляционного типа.
Анализ накопленной статистики дефектов ГПО
Разработанная БД дефектов ГПО является ядром информационной системы, внедренной в экспертной организации ЗАО «Ратте» (Санкт-Петербург) для комплексного обследования ГПО и крановых путей. За период 2000-2011 гг. экс-
пертами было проведено 1883 обследования 180 промышленных объектов на 95 предприятиях Северо-Западного региона России и ближнего зарубежья (рис. 4 а), в результате которых было выявлено 11366 дефектов, из них 1707 (15 %) неисправностей требовали немедленного устранения. Многолетний опыт обследований ГПО позволяет разделить обнаруженные дефекты по способам устранения на несколько групп (рис. 4 б):
1) неисправности, требующие немедленного устранения;
2) дефекты, которые можно устранить в срок до очередного ТО;
3) некритичные замечания, при которых эксплуатация разрешается.
Рис. 4. Статистика проведенных ТО и выявленных дефектов:
а - количество проведенных ТО и выявленных дефектов по годам; б - распределение количества дефектов
по способам их устранения
Разность отметок высотного положения направляющих под нагрузкой
1-3 24 3 4 6 _ 5 6 7 _8- 10_ Ум 10-12 И 1:
* 1 и
и
Номера точек замеров
СРосьА 1осьБ --предельное отклонение 20 мм
Рис. 5. Средний возраст ГПО и количество выявленных дефектов
На каждом промышленном объекте в среднем выявляется 7 дефектов, при которых дальнейшая эксплуатация ГПО не разрешается, а их максимальное количество доходит до 34. Несмотря на то что средний возраст обследованных кранов в настоящее время составляет 27 лет, количество дефектов старого ГПО почти не отличается от нового (рис. 5).
Важной закономерностью является то, что при нормативном сроке службы 10-16 лет первые дефекты обнаруживаются сразу после ввода в эксплуатацию, что свидетельствует о низком качестве проектирования ГПО, несоблюдении технологии изготовления или нарушении техники безопасности (превышение цикла безостано-
вочной работы, перегрузка, ужесточение режима работы). Это подтверждают замеры, выполненные под нагрузкой, например, портального крана КПП 5-30-6 на складе материалов завода ЖБИ № 5 ПО «Баррикада» от 23.08.2007 г., где было выявлено многократное превышение измеренных значений от предельных отклонений на половине участка кранового пути внутрь пролета (рис. 6).
Как показывает статистика, большая доля дефектов приходится не на сами грузоподъемные машины и механизмы, а на их опорные конструкции и отдельные элементы крановых путей. Именно поэтому мостовые краны имеют относительно больше дефектов и выходят из строя чаще, чем другие наземные и надземные типы ГПО.
о 2000 -
Ж
6 % -8-
3 ч ф а.
и
Возраст, лет
I Кол-во дефектов -А—Среднее кол-во дефектов на ТО
Рис. 6. Отклонение высотного положения направляющих под нагрузкой
Таблица 2
Статистика наиболее слабых элементов и типовых дефектов ГПО
Элемент ГПО Типовые дефекты Причины Кол-во
Путевое оборудование Тупиковые упоры не соответствуют нормам Нарушение правил устройства и безопасной эксплуатации 3589
Узлы крепления направляющих Деформация конструкции узлов крепления. Разрушение сварного шва Болты не зафиксированы от самоотвинчивания. Низкое качество сварки 2980
Направляющие Превышение предельно допустимых отклонений (высотного положения, между опорами, колеи, в поперечном сечении) Превышение предельно допустимых нагрузок. Повышенные сроки эксплуатации и интенсивность работы 2460
Опорные элементы направляющих Превышение предельно допустимых отклонений (высотного положения, между опорами, колеи, в поперечном сечении) Превышение предельно допустимых нагрузок. Повышенные сроки эксплуатации и интенсивность работы 1059
Прочие замечания Недопустимое расстояние от выступающих частей крана. Нет площадки обслуживания крана Атмосферная коррозия элементов. Нарушение правил устройства и безопасной эксплуатации 279
Электроподвод Не работает световая сигнализация. Нет видимого заземления. Отсутствует кабелеукладчик Нарушение правил устройства и безопасной эксплуатации 237
Тормозные конструкции Отсутствуют тормозные конструкции. Нарушены сварные или болтовые соединения Механические повреждения. Нарушение правил устройства и безопасной эксплуатации 208
Балластный слой Недостаточная толщина балластного слоя Отсутствует часть балластного слоя 57
Наиболее слабыми элементами, их характерными дефектами и причинами их возникновения являются следующие (табл. 2):
для опорных элементов - несовершенство проекта, низкое качество изготовления или монтажа, ослабление конструкции вследствие нарушения режимов работы, интенсивности нагрузки, динамических показателей (таких, как скорость и частота перемещения груза и самого крана), климатических и погодных факторов;
для направляющих, стыковых и промежуточных скреплений - дефекты болтовых и резьбовых соединений, связей и креплений в узлах и стыках, возникшие в процессе коррозии или механических повреждений;
для элементов крановых путей - отклонение от проектного положения (в плане, по высоте, между опорами, наклоны, смещения, прогибы, просадка) в результате интенсивной эксплуатации с предельными нагрузками или по объективным причинам.
Основная ценность БД дефектов ГПО состоит в ее универсальной структуре, позволившей интегрировать данные различных предприятий в единой системе сбора и обработки информации. В процессе промышленной эксплуатации информационная система непрерывно совершенствовалась и в настоящее время содержит результаты ТО, проведенных в течение 12 лет на 95 предприятиях Северо-Западного региона России и ближнего зарубежья.
Проведенный анализ дефектов, накопленных в БД, позволил сформулировать практические рекомендации по промышленной безопасности ГПО. Эксплуатирующим предприятиям следует проводить регулярный контроль технического состояния всех элементов ГПО, их фактических сроков службы и режимов работы; в целях своевременного обнаружения и устранения возможных дефектов привлекать специализированные организации для проведения ТО каждые три года. Экспертным органи-
зациям рекомендовано обращать особое внимание на техническое состояние перечисленных выше элементов крановых путей с учетом нагрузки, ужесточения режимов работы ГПО и других отклонений от норм и правил эксплуатации [5]. Проектным организациям и заводам-
изготовителям рекомендовано предусмотреть усиление опорных конструкций ГПО, а также проводить периодический анализ фактической статистики выявленных дефектов с целью повышения надежности и безопасности эксплуатации промышленных объектов.
список литературы
1. Банных, Г.М. Комплексное обследование крановых путей грузоподъемных машин: Метод. указания [Текст] / Г.М. Банных, В.В. Зарудный, В.Н. Алек-сютин [и др.] // Руководящий нормативный документ РД-10-138-97. -М.: Изд-во «Истек», 2004. -20 с. (http://www.snip-info.ru/Rd__10-138-97.htm)
2. Банных, Г.М. Рекомендации по устройству и безопасной эксплуатации надземных крановых путей [Текст] / Г.М. Банных, Л.Р. Кудряшов, И.А. Козловский [и др.] // Руководящий нормативный документ РД 50:48:0075.03.05. -М.: НПЦ «Путь К», 2005. -213 с.
3. Банных, Г.М. Рекомендации по устройству и безопасной эксплуатации наземных крановых путей [Текст] / Г.М. Банных, В.Г. Жуков, Л.Р. Кудряшов [и др.] // Руководящий нормативный документ РД 50:48:0075.01.05. -М.: НПЦ «Путь К», 2005. -176 с.
4. Галетин, В.М. Методические указания по обследованию грузоподъемных машин с истекшим сроком службы [Текст] / В.М. Галетин, С.П. Голев, В.Г.
Жуков [и др.] // Руководящий нормативный документ рД-10-112-3-97. -М.: Изд-во «Истек», 1997. -38 с. (http://snip-mfo.ru/Rd__10-112-3-97.htm)
5. Котельников, В.С. Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов ПБ 10-382-00 [Текст] / В.С. Котельников, Н.А. Шишков, А.С. Липатов [и др.]. -СПб.: ЦОТПБСП, 2000. -129 с. (http://snip-mfo.ru/Pb_10-382-00.htm)
6. Мещеряков, С.В. Эффективные методы проектирования баз данных для задач управления сервисными производственными системами: Дис. ... д-ра техн. наук [Текст] / С.В. Мещеряков. -СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2007. -295 с.
7. Mescheryakov, S. A Successful Implementation of a Data Structure for Storing Multilevel Objects with Varying Attributes [Электронный ресурс] / S. Mescheryakov // IBM. Developer Works. Information Management. Technical Library. -2002. -Режим доступа: http://www. ibm.com/developerworks/data/zones/informix/library/ techarticle/0212mescheryakov/0212mescheryakov.html
УДК 536.422.4, 519.677
Ю.Я. Болдырев, К.Ю. Замотин, Е.П. Петухов
моделирование процесса роста нанопленок методом химического осаждения из газовой фазы
Химическое осаждение из газовой фазы - получение твердых веществ с помощью химических реакций реагентов, подаваемых в реакционную зону в газообразном или плазменном состоянии [1]. Используют для получения текстурирован-ных покрытий, монокристаллов, эпитаксиаль-ных и монокристаллических пленок, нитевидных монокристаллов, порошков, барьерных слоев и др. Выражение «химическое осаждение из газовой фазы» является наиболее точным переводом с английского языка термина chemical vapor deposition (общепринятая аббревиатура - CVD), который был впервые введен Blocher в 1966 г. и с тех пор принят во всем мире.
Появление и бурное развитие микроэлектроники придало мощный импульс для разработки разнообразных CVD технологий. Этим методом получают тонкие пленки металлов, диэлектриков и полупроводников, выращивают монокристаллы и эпитаксиальные пленки. Особо следует подчеркнуть, что необходимость получения пленок заданного состава и с требуемым комплексом физических и химических слоев для применения в электронике обусловила проведение тщательных исследований физико-химических закономерностей процессов, что с неизбежностью привело к более глубокому пониманию сущности и механизмов СУВ процессов.
