CC BY
27
Министерство образования и науки РФ
Правительство Пензенской области Академия информатизации образования Академия проблем качества РФ Российская академия космонавтики им. К.Э.Циолковского Российская инженерная академия Вычислительный центр РАН им. А.А.Дородницына Институт испытаний и сертификации ВВТ ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л.Минца» ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «РУБИН» ОАО «НИИФИ», ОАО «ПНИЭИ», ФГУП ФНПЦ «ПО СТАРТ», НИКИРЭТ, ЗАО «НИИФИиВТ» ОАО «ППО ЭЛЕКТРОПРИБОР», ОАО «РАДИОЗАВОД» Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС» ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА» Пензенский государственный университет
АадижУ{%шсж
ТРУДЫ
МЕЖДУНАРОДНОГО СИМПОЗИУМА
НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО
II то^
ПЕНЗА 2015
УДК 621.396.6:621.315.616.97:658:562 Т78
Труды Международного симпозиума «НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО»:
T78 в 2 т. - Пенза : ПГУ, 2015. - 2 том - 384 с.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
В сборник трудов включены доклады юбилейного ХХ-го Международного симпозиума «Надежность и качество», проходившего с 25 по 31 мая 2015 г. в городе Пензе.
Рассмотрены актуальные проблемы теории и практики повышения надежности и качества; эффективности внедрения инновационных и информационных технологий в фундаментальных научных и прикладных исследованиях, образовательных и коммуникативных системах и средах, экономике и юриспруденции; методов и средств анализа и прогнозирования показателей надежности и качества приборов, устройств и систем, а также анализа непараметрических моделей и оценки остаточного ресурса изделий двойного назначения; ресурсосбережения; проектирования интеллектуальных экспертных и диагностических систем; систем управления и связи; интерактивных, телекоммуникационных сетей и сервисных систем; экологического мониторинга и контроля состояния окружающей среды и биологических объектов; исследования физико-технологических процессов в науке, технике и технологиях для повышения качества выпускаемых изделий радиопромышленности, приборостроения, аэрокосмического и топливно-энергетического комплексов, электроники и вычислительной техники и др.
Оргкомитет благодарит за поддержку в организации и проведении Международного симпозиума и издании настоящих трудов Министерство образования и науки РФ, Правительство Пензенской области, Академию проблем качества РФ, Российскую академию космонавтики им. К. Э. Циолковского, Российскую инженерную академию, Академию информатизации образования, Вычислительный центр РАН им. А. А. Дородницына, Институт испытаний и сертификации ВВТ, ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л. Минца», ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «НИИФИ», ФГУП «ПНИЭИ», ОАО «РУБИН», ОАО «РАДИОЗАВОД», ОАО «ППО ЭЛЕКТРИПРИБОР», ФГУП «ПО «СТАРТ», НИКИРЭТ - филиал ФГУП «ПО «СТАРТ», Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС», ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА»,Пензенский государственный университет.
Сборник статей зарегистрирован в Российском индексе научного цитирования (РИНЦ) с 2005 г.
Р е д а к ц и о н н а я к о л л е г и я :
Юрков Н. К. - главный редактор Трусов В. А. - ответственный секретарь Баннов В. Я. - ученый секретарь Волчихин В. И., Абрамов О. В., Авакян А. А., Дивеев А.И., Иофин А. А., Каштанов В. А., Майстер В. А., Острейковский В.А., Петров Б. М., Писарев В. Н., Роберт И. В., Романенко Ю. А., Северцев Н. А., Садыков С. С., Садыхов Г. С., Увайсов С. У.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
© Оргкомитет симпозиума, 2015 © ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», 2015
УДК 62-536.66 Чипулис В.П.
Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, Россия, Владивосток
ДИАГНОСТИРОВАНИЕ КРАТНЫХ ДЕФЕКТОВ ОБЪЕКТОВ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ. Часть 2
В [1-3] исследовалась проблема тестового диагностирования одного из наиболее распространенных объектов теплоэнергетики - закрытых систем теплопотребления, то есть таких систем, из которых не осуществляется (в исправном техническом состоянии) водозабор для нужд горячего водоснабжения. В [1,2] в качестве дефектов были рассмотрены наиболее часто встречающиеся на практике - утечки и инструментальные погрешности измерений, превышающие допустимые значения. Там же был предложен метод решения задачи (основанный на перестановке измерительных приборов), результатом которого являются не конкретные значения диагностируемых величин утечки и погрешностей, а области так называемых рабочих решений. В первой части настоящей работы формулируется другой метод решения этой же задачи, позволяющий получать конкретные значения, но не собственно диагностируемых дефектов, а производных от них величин, использование которых достаточно и даже более предпочтительно для практического решения задачи.
Предложенный в [1] метод базировался на предположении о постоянстве расхода теплоносителя при выполнении процесса диагностирования. Однако данное ограничение является практически невыполнимым, если использовать для решения задачи произвольные (не специально подобранные) результаты измерений. Во второй части работы предложен метод анализа последовательностей (во времени) измерений, позволяющий выбирать такие моменты времени до и после перестановки измерительных приборов, для которых выполняется равенство расходов теплоносителя, либо значения расходов максимально близки.
Рассмотрим закрытую систему теплопотребле-ния, схематично отображенную на рис.1.
Расходомер
чае важно знать долю каждого из этих факторов в величине рассогласования расходов.
Примем вначале, как и в [1], ограничение, заключающееся в том, что расход теплоносителя поддерживается постоянным в периоды измерений, результаты которых используются при диагностировании системы. Будем так же полагать, что погрешности измерений расхода и величина утечки при одинаковых расходах не изменяются, то есть место утечки не деформируется в процессе выполнения диагностического эксперимента.
Погрешность измерений обусловливается многими факторами [1]. Наиболее существенным из них, во многом определяющим точность результата измерений, является инструментальная погрешность - погрешность средств измерений. В паспорте на средства измерений, а также в нормативных документах указывается относительная погрешность измерительного прибора. Под относительной погрешностью понимается величина: А=(хи-хд)/хд , где хи - показание прибора, хд - действительное значение измеряемой величины. Относительная погрешность выражается либо в долях (Л), либо в процентах (5 =100Л%). В дальнейшем будем пользоваться термином погрешность, имея в виду при этом относительную инструментальную погрешность расходомера.
Из (2) имеем:
хи=хд(1+Д) или хи=хд (1+0,015).
Вернемся к рассмотрению схемы рис.2. Положим, что величина рассогласования результатов измерений расхода в прямом и обратном трубопроводах превышает допустимое значение. В [1] для определения причин этого рассогласования была предложена следующая идея. Поменяем расходомеры 1 и 2 местами (рис.2), обеспечив при этом неизменность всех прочих условий измерений, отмеченных выше.
Расходомер №2
Прибор, отображающий измеренные расходы
Подающим трубопровод
СЗ
/
№2
Рисунок 1 - Схема измерений при первоначальном расположении расходомеров
Стрелками указано направление движения теплоносителя. Заметим, что нам не известны истинные значения расходов в подающем и обратном трубопроводах Мпод и Мобр, а известны лишь их измеренные значения расходомерами 1 и 2 (М1под и Мгобр). Очевидно, что в системе должен соблюдаться баланс потоков теплоносителя. Условие соблюдения баланса (одно из основных требований нормативной базы как при коммерческих, так и технологических измерениях) выглядит следующим образом:
| М^од - М^ф! < 0,01 Г (М1под + «"обр), где г - допустимая относительная погрешность измерения расхода. Для коммерческого учета тепловой энергии г=±2%.
Нарушение баланса (превышение разности расходов допустимой величины) может объясняться различными причинами. Наиболее вероятные из них две. Первая - утечка в системе. Вторая - погрешность измерений расхода. Очевидно, что обе эти причины - утечка и погрешность измерений, могут присутствовать одновременно. В этом слу-
Обратный трубопровод
Об]>
Л/,
ойр
сз
Система отопления
^ Лтщ '*'
Об[>
Утечка
Расходомер №1
Рисунок 2 - Схема измерений после перестановки расходомеров
Если после такой замены картина не изменится, т.е. М1под - М^бр = М^од - М1обр, то очевидно, что причина не в погрешностях расходомеров, а в утечке. Если же в результате измерений согласно схеме рис.1б получим обратный (по знаку величины рассогласования) результат, то
М1
п
(М2п
М обр), то рассо-
гласование объясняется погрешностями приборов. Однако наиболее вероятны не эти крайние случаи, а другие, определяемые соотношениями:
М под М обр^под М обр, М под ^обр* (М под М обр)
Соответствующие (4) рассогласования результатов измерений вызываются совместным влиянием (наличием) утечки и погрешностей расходомеров. На практике, как было отмечено ранее, важно знать количественные характеристики этих величин.
Введем для упрощения формульного представления результатов измерений следующие обозначения:
М1
11 п
а,
м2
Ь, мгп
с,
м
обр
d; й (й2)
погрешности расходомеров 1 (2) в долях; 81 (д2) - погрешности расходомеров 1 (2) в процентах; ^!=1+й!, к2=1+й2. . Величины к и к2 назовем коэффициентами погрешностей расходомеров 1 и 2. Далее, абстрагируясь от содержательной стороны дела, сформулируем формальную постановку задачи диагностирования.
Дана система четырех уравнений с четырьмя неизвестными.
к1М „од = а к2М обр = Ь
к1М обр = л
Необходимо определить количественные характеристики неизвестных системы.
Данная система уравнений имеет бесконечное множество решений, если в качестве искомых величин рассматривать переменные Мпод, Мобр, к! и к2. С учетом этого в [1] был предложен метод определения не конкретных значений переменных, а интервалов, в которых они находятся, в предположении, что погрешность каждого из измерительных приборов не превышает определенной величины, выбираемой из практических соображений. Однако получаемые при этом «интервальные» решения нельзя признать удобными для дальнейшего использования. Более того, на практике, согласно требованиям нормативной базы, востребованы не значения погрешностей измерительных приборов, а то, насколько рассогласованы каналы измерения расходов, то есть насколько расходятся показания расходомеров при измерении одинаковых величин. Заметим, что в упомянутом выше требовании речь идет об относительной величине рассогласования. Это объясняется тем обстоятельством, что по результатам измерений расхода (как без перестановки расходомеров, так и с ее использованием) нет принципиальной возможности определить погрешности расходомеров. Их значения могут быть получены лишь при поверке расходомеров с использованием проливочного стенда. То же можно сказать и о расходах Мпод, Мобр. Интерес представляют в первую очередь не конкретные значения расходов в подающем и обратном трубопроводах системы и даже не конкретное значение их разности (утечки), а относительная разность фактических расходов, то есть относительная утечка, показывающая, насколько велики относительные потери теплоносителя в системе. С учетом этого модифицируем постановку задачи и в качестве искомых величин при решении системы уравнений (5) примем относительную утечку 8 и относительную разность коэффициентов погрешностей 8с расходомеров 1 и 2:
8м (%) = 100( МПОд - Мобр) / 0,5(Мпод + Мобр),
8 (%) = 100(к1 - к2) / 0,5 (к! + к2)
Получим в общем виде выражение для определения значения относительной утечки 8м, исходя из результатов измерения расходов до и после перестановки расходомеров. Для этого разделим числитель и знаменатель правой части выражения (6) на Мпод :
8м (%) = 100(1 - Мобр / Мпод) / 0,5(1 + Мобр /
Далее, обратившись к паре уравнений 4 и 1 системы уравнений (5) (и разделив левую часть уравнения 4 на левую часть уравнения 1 и правую часть уравнения 4 на правую часть уравнения 1), а так же выполнив то же самое для уравнений 2 и 3, получим:
Мобр/ Мпод
Подставив
d / а = Ь / с в (8) вместо Мобр / Мпо
/ а или Ь / с из (9), имеем:
8м(%)=100(1 -d/ а) / 0,5(1+d/a)=100(a-d) /0,5(a+d) или
8м(%)=100(1-с/Ь) / 0,5(1 + с/Ь)=100(с-Ь) /0,5(с+Ь).
значения d
Выражения (10) и (11) позволяют определить, в отличие от метода, предложенного в [1], не интервальное, а конкретное решение, а именно, конкретное значение относительной утечки. Аналогичным образом могут быть получены выражения для вычисления относительной разности коэффициентов погрешностей расходомеров:
8к (%) = 100(а - с) / 0,5(а + с)
8к (%) = 100^ - Ь) / 0,5( d + Ь)
Вычислим значение 8 и 8 для примера, взятого из [1]. Положим, что а = 120, Ь = 85, с = 102, d = 100. (Единицы измерений расхода для простоты опускаются, хотя, естественно, предполагается, что они одинаковы для всех результатов измерений). С учетом этого система (5) примет вид:
кМ „од = 1 20
кгМ обр = 85 КМ „од = 1 02 {кМ обр = 100
Из выражения (10) определим значение относительной утечки:
4 (%) =100 (120 - 100) / 0, 5(120 + 100) ~ 18,2%
Нетрудно убедиться, что с использованием выражения (11) будет получено то же решение.
С использованием выражения (12) получим значение относительной разности коэффициентов погрешностей расходомеров:
8(%)= 100(120 - 102) / 0, 5(120 + 102) ~ 16,2%
Ограничение, связанное с постоянством расхода теплоносителя в процессе диагностического эксперимента, является очень жестким и практически не выполнимым при использовании для решения задачи произвольных результатов измерений до и после перестановки расходомеров. Поддержанию постоянной величины расхода препятствуют в основном так называемые «шумы», источниками которых является в, первую очередь, изменение перепада давления на входе теплового узла, вызываемого переменными нагрузками остальных элементов системы, частью которой является объект - потребитель тепловой энергии. Причем влияние этих шумов в количественном выражении может свести на нет возможности предлагаемого метода диагностирования. В связи с этим преодоление трудностей, связанных с соблюдением данного ограничения, представляется весьма важным, даже необходимым условием использования метода на практике.
С целью определения результатов измерений, для которых выполняется условие равенства расходов (до и после перестановки расходомеров), в дальнейшем будем рассматривать не четыре конкретных результата измерения а, Ьг сг d в системе уравнений (5) (применительно к рассмотренной выше задаче диагностирования), а четыре последовательности результатов измерений: А = а1 , а2, ..., ап , В = Ь1 , Ь2 ,..., Ьп, полученные в моменты времени С2, ..., соответствующие измерениям при первоначальном расположении расходомеров (рис.1а), и С =с1, с2,..., ст , D=d!, d2,..., dm, в моменты времени Ь1,Ь2,..., Ьт, соответствующие измерениям после перестановки расходомеров (рис.1б). При этом предполагается, что отсчет времени после перестановки расходомеров ведется заново, начиная с tl.
Вернемся к рассмотрению системы уравнений (5) и запишем ее в несколько модифицированном виде:
к1М „од i = а\ к2Мобр i = Ь i
к2М „од 1 = С к1М обр 1 = л1
1, 2.
1, 2
к2М „од = с
т
Предположим, что для некоторой пары и tj выполняется:
а± Ь = Cj dj.
Перемножив левые части уравнений 1 и 2, а так же 3 и 4 системы (15), получим, с учетом выражения (16):
к к2Мпод 1 Мобр ±= к. к2Мпод ] Мобр :
или:
Мпод 1 Мобр 1 Мпод ] Мобр j .
Уравнение (18) с математической точки зрения имеет бесконечное множество решений. Однако лишь те из них, которые удовлетворяют условиям постоянства расходов до и после перестановки расходомеров, а именно
Мпод 1 Мпод j , Мобр 1 Мобр j
не противоречат физическому смыслу гидравлических процессов закрытой системы теплопотреб-ления.
Поясним это более подробно. Для этого для пары t1 и tj, удовлетворяющей условию (18), выразим расходы в момент времени tj через расходы в момент времени Мпод j =рМод 1, Мобр j=P2 Мобр
1. Тогда выражение (18) примет вид:
Мпод 1 Мобр 1= Р1Р2 Мпод 1 Мобр 1
или (21) р1р2=1.
Очевидно, что соотношение (21) выполняется в случае равенства расходов до и после перестановки расходомеров, то есть при р1=р2=1. Все остальные решения уравнения (21) возможны лишь при выполнении условия р1>1, р2<1 (то есть в тех случаях, когда при увеличении расхода в подающем трубопроводе уменьшается расход в обратном трубопроводе) или условия р1<1, р2>1 (то есть в тех случаях, когда при уменьшении расхода в подающем трубопроводе увеличивается расход в обратном трубопроводе). Однако эти решения противоречит основам теории гидравлических цепей, согласно которой при увеличении (уменьшении) расхода в подающем трубопроводе происходит пропорциональное увеличение (уменьшение) расхода в обратном трубопроводе.
Таким образом, постоянство (равенство) значений расходов, вовлекаемых в процесс решения системы уравнений (5), обеспечивается выбором моментов времени t1 и tj, для которых выполняется условие (16).
Вполне вероятно, что точное равенство (16) не соблюдается ни на одной паре значений t1 и tj. В этом случае можно воспользоваться приближенным решением, заключающимся в выборе такой пары t1 и tj, для которой минимально отклонение от нуля значения относительной разности произведений измеренных величин до и после перестановки расходомеров:
(22) г^%=100((а1Ь1-^) / 0,5 а Ь + Cj dj)).
Очевидно, что качество приближенного решения, а так же его практическая приемлемость зависит от величины е^. Для случая р1=р2=р, выразим связь между £■1,j и коэффициентом р, определяющим величину изменения расхода до и после перестановки расходомеров, от е^.
е^ %=100((а1 Ь1- р2 а1 Ь1) / 0,5 (а1 Ь1 + р2 а1 Ь1 )) =
=100((1- р2) / 0,5 (1 + р2)).
Из выражения (23) можно вычислить значение р для любого конкретного значения е^. На рис.2 приведен график зависимости от р. Основное
требование, предъявляемое к поверочным установкам, предназначенным для определения погрешностей расходомеров, сводится к тому, что погрешность измерений эталонного прибора должна быть на порядок (десятичный) меньше допустимой погрешности поверяемого. По аналогии с этим естественно считать, что для практики приемлемыми будут такие значения е^, которым соответствуют значения р с относительным отклонением от 1 на порядок меньшим допустимой погрешности г измерения расхода. Для коммерческого учета г=±2%. Следовательно, допустимые значения р должны находиться в интервале от 0,998 до 1,002, которому соответствует интервал значений от -0,4% до 0,4%.
В работе не рассматривается инженерная задача получения последовательностей измерений, позволяющих определить удовлетворительные для пользователя результаты. С практической точки зрения не представляется сложным обеспечить (с помощью запорно-регулирующей арматуры, которой оснащаются узлы учета тепловой энергии) приближенное равенство расходов до и после перестановки расходомеров. Здесь лишь отметим два момента. Первый - диапазоны значений расходов в подающем (обратном) трубопроводе до и после перестановки расходомеров должны пересекаться. Второй - степень близости расходов в моменты t1 и tj возрастает с увеличением длины последовательностей измерений и уменьшением периода их считывания.
Развитие предлагаемого подхода к тестовому диагностированию видится в расширении класса объектов диагностирования, прежде всего за счет рассмотрения открытых систем теплопотребления. И если для закрытых систем в основу методов диагностирования положен принцип перестановки расходомеров с последующим анализом результатов измерений до и после перестановки, то для открытых систем должен быть найден другой прием. Возможные варианты - изменение потоков теплоносителя в системе с использованием запорно-регулирующей арматуры.
ЛИТЕРАТУРА
1. Чипулис В.П. Диагностирование технического состояния тепловых систем // АиТ. 2002. №6. С. 146-154.
2. Стюхин В.В. САПР в расчёте и оценке показателей надёжности радиотехнических систем / Стюхин В.В., Кочегаров И.И., Трусов В.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 287-289.
3. Чипулис В.П. Диагностирование кратных дефектов объектов теплоэнергетики // Надежность и качество 2007: труды международного симпозиума. - Пенза: ПГУ, 2006. С. 127-135.
4. Меркульев А.Ю. Программные комплексы и системы проектирования печатных плат / Меркульев А.Ю., Сивагина Ю.А., Кочегаров И.И., Баннов В.Я., Юрков Н.К. // Современные информационные технологии. 2014. № 19 (19). С. 119-128.
5. Чипулис В.П. Об аудите приборного учета тепловой энергии Надежность и качество 2007: труды международного симпозиума. - Пенза: ПГУ, 2007. С. 95-98.
УДК 621.38 Куйшибаев Т.З.
Военный институт Сил воздушной обороны Республики Казахстан им. Т.Я. Бегельдинова, Актобе, Казахстан
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ПЕРВИЧНОЙ ДИАГНОСТИКИ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ РОБОТИЗИРОВАННОЙ ПЛАТФОРМЫ
Рассматриваемая роботизированная платформа содержит три источника первичного электропитания. Все источники согласно классификации, являются химическими источниками тока [1]. Источник питания видеокамеры является неотъемлемой частью ее конструкции и является аккумулятором,
т.е. его заряд может быть восстановлен путем подключения к камере зарядного устройства. Отсюда следует сделать вывод, что источник питания видеокамеры является обособленным узлов в связи с чем далее не рассматривается.
