CC BY
7
УДК 629.7.08
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-4-405-411
ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ НАЗЕМНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ
А.М. Астанков, О.В. Мироненков, Н.В. Головчинская
В статье обоснованы задачи и цели формирования системы технического диагностирования текущего технического состояния технологического оборудования объектов наземной космической инфраструктуры. Указаны факторы, параметрические значения которых должны минимизироваться при разработке предложений по составу и структуре системы диагностирования технологического оборудования объектов наземной космической инфраструктуры. Разработаны основные подходы к формированию системы диагностирования фактического технического состояния технологического оборудования объектов наземной космической инфраструктуры как сложной технической системы для обеспечения информационной полноты описания технического состояния объектов контроля. Разработана структурная схема системы диагностирования технического состояния технологического оборудования объектов наземной космической инфраструктуры.
Ключевые слова: система технического диагностирования, методы неразру-шающего контроля, комплексирование, объекты наземной космической инфраструктуры, безопасная эксплуатация технологического оборудования.
Опыт эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры (ОНКИ) показал, что для обеспечения их эффективного функционирования необходима модернизация системы управления техническим состоянием (ТС) технологического оборудования (ТО) этих объектов. Об этом говорит ряд объективных факторов, к которым, в первую очередь, относятся эксплуатация около 70% объектов за пределами назначенных показателей ресурса и срока службы, уникальность большинства ОНКИ, эксплуатация в условиях ограниченного финансирования и многое другое [1]. Система управления ТС относится к системам технологического типа и должна реализовывать как процедуры идентификации вида ТС, так и управления качеством функционирования оборудования за счет регулирования параметров, замены элементов, модификации структуры и изменения режимов содержания в условиях неопределенности [2].
Таким образом, эксплуатация технологического оборудования (ТО) ОНКИ требует проведения диагностических мероприятий для оценки параметров ТС критически значимых объектов ТО на качественно новом уровне. Поэтому задача по формированию эффективной системы диагностирования текущего ТС ТО ОНКИ (системы технического диагностирования (СТД)) является в настоящее время очень важной. Решение данной задачи подразумевает разработку ряда предложений по составу и структуре системы диагностирования ТО ОНКИ с учетом перспективных направлений в области эксплуатации и обслуживания данных объектов с целью снижения рисков их эксплуатационных отказов.
Одним из таких направлений является комплексное внедрение в систему диагностирования средств и методов неразрушающего контроля в оптимальном сочетании. Следует отметить, что использование современных высокоточных приборов на основе методов неразрушающего контроля (МНК) позволяет проводить контрольные измерения параметров объектов контроля без приостановки эксплуатации и демонтажа оборудования, что обеспечивает повышение не только оперативности проведения диагностических мероприятий, но и достоверности самих измерений, а также значительное сокращение материальных затрат при контроле ТС таких объектов.
Согласно ГОСТ 20911-89, система технического диагностирования - это совокупность средств, объекта и исполнителей, необходимая для проведения диагностирования (контроля) по правилам, установленным в технической документации.
Основной задачей СТД является обеспечение безопасности, функциональной надежности и эффективности работы ТО ОНКИ, а также сокращение затрат на его обслуживание и уменьшение потерь от простоев в результате отказов и преждевременных выводов в ремонт.
Целями при формировании СТД ТО ОНКИ являются:
- предупреждение аварийного выхода из строя ТО и сооружений;
- повышение надежности работы ТО и сооружений;
- продление сроков эксплуатации ТО и сооружений, безопасно работающих за пределами назначенного срока;
- снижение эксплуатационных затрат;
- унификация и внедрение в практику эксплуатации информационного, методического и метрологического обеспечения.
Решение о фактическом ТС оборудования принимается на основе информации о величинах наиболее значимых диагностических параметров объектов контроля [3]. При применении математических моделей устанавливается связь между диагностическими параметрами и параметрами фактического ТС.
ОНКИ представляют собой целостные структурно сложные иерархические восстанавливаемые технические системы, функционирующие в условиях взаимодействия окружающей среды с большим числом ее разнотипных элементов, подверженных в процессе эксплуатации отказам с различной степенью вероятности и последствий. Поэтому обеспечение системы информационной полнотой описания объектов контроля, которая определяет степень определенности (неопределенности) фактического ТС ТО ОНКИ, является сложной и важной задачей.
Неопределенность как самого фактического ТС ТО ОНКИ, так и его оценивания связана с недостатком информации о фактическом ТС составляющих ее частей (объектов) в любой момент времени, что обусловлено следующими факторами:
- несвоевременностью проведения диагностических мероприятий по оцениванию фактического ТС объектов контроля;
- несовершенством средств и методов контроля параметров составных частей оборудования и, как следствие, недостаточной достоверностью результатов измерений;
- неполнотой контроля параметров объектов ТО в процессе их эксплуатации;
- отсутствием адекватного математического аппарата по обработке статистических данных результатов контрольных измерений для прогнозирования (классификации) ТС объектов контроля, а также отсутствием математических моделей для решения оптимизационных задач при планировании диагностических мероприятий;
- ограниченностью сведений о надежности элементов контроля.
С учетом особенностей функционирования ОНКИ можно выделить основные подходы к формированию системы диагностирования при внедрении в практику эксплуатации ТО ряда решений по минимизации влияния приведенных выше факторов. На рис. 1 в общем виде представлена схема по внедрению таких решений.
Рассмотрим далее более подробно предлагаемые решения.
Первая группа решений направлена на совершенствование системы планирования проведения технического обслуживания: по срокам, методам и необходимым объемам.
Опыт эксплуатации ТО ОНКИ показал, что в настоящее время от стратегии «обслуживания по регламенту» целесообразно переходить к более прогрессивной стратегии обеспечения эксплуатационной надежности - «обслуживанию по фактическому состоянию», учитывающей оценки факторов риска.
Анализ рисков, связанных с отказами тех или иных элементов оборудования, имеет первостепенное значение, поскольку позволяет с технико-экономической точки зрения обосновать данную стратегию.
Применение систем оценки ТО ОНКИ по его фактическому техническому состоянию позволяет повысить эффективность эксплуатационных процессов за счет снижения времени простоев оборудования в ремонте, снизить себестоимость его эксплуатации за счет снижения затрат на ремонты и послеаварийное восстановление оборудования.
В данном случае в составе системы диагностирования ТО ОНКИ необходимо сформировать группу (отделение), которая будет заниматься вопросами планирования проведения диагностических мероприятий - «группу планирования».
Вторая группа решений направлена на совершенствование средств и методов контроля параметров составных частей оборудования для повышения достоверности результатов измерений данных параметров.
Причины неопределенности ТС ТО ОНКИ
Несвоевременность проведения диагностических мероприятий
Предлагаемые решения
■ Внедрение стратегии обеспечения эксплуатационной надежности технологического оборудования ОНКИ «по его фактическому состоянию» (концепция КТС УФР);
■ Оптимальное планирование диагностических, профилактических и ремонтных мероприятий (группа планирования).
I группа
Несовершенство средств и методов контроля параметров
Неполнота контроля параметров объектов
Отсутствие адекватного математического аппарата
Ограниченность сведений о надежности элементов кон-
Внедрение современных высокоточных средств и методов неразрушающего контроля параметров элементов технологического оборудования ОНКИ (аналитическая группа).
II группа
■ Квалифицированное определении критически значимых диагностируемых параметров объектов контроля (аналитическая группа);
■ Адекватная оценка функциональных возможностей доступных средств и МНК для измерения критически значимых диагностируемых параметров объектов контроля (аналитическая группа);
■ Разработка и внедрение математических моделей по оптимальному ком-плексированию МНК для проведения диагностических мероприятий (информационно-вычислительная группа);
■ Создание и внедрение мобильных лабораторий неразрушающего контроля (мобильная диагностическая лаборатория НК) и СЛНК;
III группа
К
■ Разработка программно-математического обеспечения по обработке статистических данных результатов контрольных измерений для прогнозирования ТС элементов технологического оборудования ОНКИ (информационно-вычислительная группа);
■ Разработка программно-математического обеспечения для оценивания состояния технологического оборудования ОНКИ по данным контрольных измерений (информационно-вычислительная группа).
IV группа
Сбор, обработка эксплуатационной информации и определение (расчет) показателей надежности элементов контроля технологического оборудования ОНКИ (группа управления надежностью).
V группа
Рис. 1. Схема по внедрению решений по минимизации неопределенности
фактического ТС ТО ОНКИ
Одним из источников неопределенности при эксплуатации ТО ОНКИ являются случайные отказы оборудования вследствие постепенных и постоянных изменений ТС оборудования (износы, физическое старение.
Одним из наиболее эффективных способов определения эксплуатационно-технических характеристик ОНКИ является применение современной приборной базы на основе МНК при диагностировании ТС объектов. Применение комплекса МНК при обследовании объекта не требует вынужденных простоев оборудования и позволяет обнаружить и устранить различные дефекты на ранней стадии их развития.
Разнообразие однотипных приборов НК, представленных в настоящее время на рынке, а также большое количество критериев, по которым можно провести их сравнительную оценку, предполагает наличие в системе диагностирования экспертной группы (аналитической группы), которая должна заниматься вопросами оптимизации управленческих решений, в том числе и по формированию приборной базы неразрушающего контроля.
Третья группа решений направлена на максимизацию количества и качества получаемой в системе диагностирования информации о фактическом ТС ТО ОНКИ.
Одним из важных этапов формирования СТД являются работы по определению ключевых (критически значимых) диагностических признаков (параметров). Большинство диагностических признаков по своему назначению могут являться одновременно диагностическими и признаками функционального использования. Именно эти признаки чаще всего поддаются непосредственному измерению, и для них проще всего установить нормы и допуски, выход за пределы которых характеризует отказ или дефект в процессе функционирования системы [4].
Анализ и выбор критически значимых диагностируемых параметров оборудования подразумевает отнесение объекта контроля к определенной категории риска или классу опасности, на основании которых планируются интенсивность и формы проведения мероприятий мониторинга технического состояния.
Кроме того, для обеспечения полноты и качества информации о текущем ТС объектов контроля необходимо выполнение ряда мероприятий по оценке функциональных возможностей средств и методов НК для измерения диагностируемых параметров исследуемых объектов в соответствии с их целевым назначением и потребительскими характеристиками. Принимая во внимание многообразие элементов ТО, число параметров, характеризующих каждый элемент оборудования, число возможных структурных соединений (взаимосвязей) в технологических схемах, задача по оценке функциональных возможностей средств и МНК для включения их в СТД является очень актуальной [5].
Главными критериями при выборе средств и МНК должны быть применимость, выявляемость дефектов данным методом, стоимость и производительность контроля, простота и доступность технологического процесса контроля, надежность аппаратуры. Решением данной задачи должны заниматься специалисты из «аналитической группы» в координации с «группой планирования».
Комплексирование МНК, то есть одновременное использование нескольких аппаратных средств неразрушающего контроля, использующих разные по своей физической природе методы измерения диагностируемых параметров объекта контроля, позволяет значительно повысить достоверность знаний о его фактическом ТС. Поэтому задачу комплексирования МНК следует рассматривать в оптимизационном аспекте, а именно как выбор наиболее оптимального набора средств и МНК для определения текущего ТС объекта контроля при выполнении заданных требований по достоверности контроля его диагностируемых параметров либо стоимости проведения диагностических мероприятий. Таким образом, одной из задач «информационно-вычислительной группы», которую предлагается включить в состав СТД в виде отдельной структурной единицы, является разработка на основе оптимизационных алгоритмов математических моделей для решения задач по формированию оптимальных наборов средств и МНК, применяемых для оценивания текущего ТС ТО ОНКИ.
Одним из перспективных направлений развития и совершенствования СТД ТС ТО ОНКИ является создание и внедрение в эксплуатационную практику стационарных и передвижных (мобильных) лабораторий неразрушающего контроля (ЛНК). Неоспоримым преимуществом мобильных ЛНК является проведение испытаний и обслуживание объектов непосредственно в зонах их нахождения и без вывода их из эксплуатации. С помощью передвижных ЛНК можно с высокой точностью выполнять контрольно-измерительные работы, проводить профилактическое обслуживание удаленных объектов, своевременно предупреждать возникновение аварийных ситуаций. Предполагается, что обслуживание мобильных ЛНК будет возложено на отдельную структуру в составе «подразделения технического диагностирования и мониторинга» - «мобильную диагностическую ЛНК».
Четвертая группа решений направлена на обеспечение статистического анализа результатов контрольных измерений для прогнозирования ТС (остаточного ресурса) элементов ТО ОНКИ.
Прогнозы различают по периоду упреждения: краткосрочные или оперативные (до следующего текущего ремонта), среднесрочные (до следующего капитального ремонта) и долгосрочные (до исчерпания ресурса) [6].
По подходу к прогнозированию можно выделить:
- метод экспертных оценок, основанный на знаниях, опыте и субъективной оценке экспертов существующего положения и перспектив развития;
- метод анализа и прогнозирования рядов данных, связанный с исследованием рядов значений показателей, выявлением временных зависимостей показателей, тенденций;
- метод причинно-следственных связей, основанный на поиске факторов, определяющих поведение объекта прогнозирования.
Анализ выбранной совокупности диагностических параметров технологического оборудования предполагает не только выдачу заключения о текущем ТС объекта, но и прогнозную оценку нахождения оборудования в заданном состоянии в течение определенного временного интервала.
Таким образом, в рамках разрабатываемой системы диагностирования ТС ТО ОНКИ целесообразно сформировать «информационно-вычислительную группу» и организовать ее эффективную работу по разработке математических моделей для прогнозирования ТС элементов ТО ОНКИ, а также для оценивания текущего ТС объекта контроля по результатам измерения его параметров.
Пятая группа решений направлена на организацию в системе диагностирования ТС ТО ОНКИ в рамках «группы управления надежностью» сбора и обработки эксплуатационной информации для определения (расчета) показателей надежности объектов контроля.
Фактические показатели надежности должны учитываться при определении периодичности контроля, технического обслуживания и ремонтов, а также при планировании работ по модернизации оборудования или его замене.
Таким образом, разработаны основные подходы к формированию СТД при внедрении ряда решений по минимизации влияния неопределенностей фактического ТС ТО ОНКИ как сложной технической системы для обеспечения информационной полноты описания ТС объектов контроля. Для этого в СТД предложено:
- внедрить стратегию обеспечения эксплуатационной надежности ТО ОНКИ «по его фактическому состоянию» для оптимального планирования диагностических, профилактических и ремонтных мероприятий;
- внедрить современные высокоточные средства и МНК параметров элементов ТО ОНКИ;
- обеспечить квалифицированное определение критически значимых диагностируемых параметров объектов контроля;
409
- проводить адекватную оценку функциональных возможностей доступных средств и МНК для измерения критически значимых диагностируемых параметров объектов контроля;
- разработать и внедрить математические модели по оптимальному комплек-сированию МНК при проведении диагностических мероприятий;
- создать и внедрить мобильные лаборатории неразрушающего контроля;
- разработать (использовать) программно-математическое обеспечение по обработке статистических данных результатов контрольных измерений для прогнозирования ТС элементов ТО ОНКИ, а также для оценивания состояния ТО ОНКИ по данным контрольных измерений;
- проводить на регулярной основе сбор, обработку эксплуатационной информации и расчет показателей надежности элементов контроля ТО ОНКИ.
Эффективность диагностирования объекта контроля достигается в том случае, когда задачи диагностирования учитываются на всех этапах его жизненного цикла, то есть при проектировании решаются общие вопросы организации диагностирования объекта, на основе анализа ТС объекта контроля в процессе эксплуатации составляется его диагностическая модель, проектируются технические средства диагностирования, а также оценивается эффективность диагностирования и возможности прогнозирования ТС объекта.
Список литературы
1. Астанков А.М., Мироненков О.В., Головчинская Н.В. Способы определения оптимального состава средств и методов неразрушающего контроля для диагностирования объектов наземной космической инфраструктуры // Труды ВКА имени
A.Ф.Можайского. СПб.: ВКА имени А.Ф.Можайского, 2021. № 679. С. 173-184.
2. Розенберг И.Н., Замышляев А.М., Прошин Г.Б. Совершенствование системы управления содержанием эксплуатационной инфраструктуры с применением современных информационных технологий // Надежность. 2009. № 4. С. 14-22.
3. Сапожников В.В., Лыков А.А., Ефанов Д.В. Понятие предотказного состояния // Автоматика, связь, информатика. 2011. № 12. С. 6-8.
4. Машиностроение: энциклопедия в 40 т. Т. III-7: Измерения, контроль, испытания и диагностика / Под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1996. 464 с.
5. Неразрушающий контроль и диагностика: справочник / Под ред.
B.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1995. 488 с.
6. Острейковский В.А. Старение и прогнозирование ресурса оборудования атомных станций. М.: Энергоатомиздат, 1994. 204 с.
Астанков Алексей Михайлович, начальник лаборатории (НИ), vka-onr@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф.Можайского,
Мироненков Олег Вячеславович, канд. хим. наук, старший научный сотрудник (НИ), vka-onr@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф.Можайского,
Головчинская Наталья Владимировна, научный сотрудник, vka-onr@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф.Можайского
FORMATION OF THE STRUCTURE OF THE SYSTEM OF DIAGNOSTICS OF TECHNOLOGICAL EQUIPMENT OF OBJECTS OF GROUND SPACE INFRASTRUCTURE
A.M. Astankov, O.V. Mironenkov, N.V. Golovchinskaja
410
The article substantiates the tasks and goals of forming a system of technical diagnostics of the current technical condition of technological equipment of ground-based space infrastructure facilities. The factors whose parametric values should be minimized when developing proposals on the composition and structure of the diagnostic system for technological equipment of ground-based space infrastructure facilities are indicated. The main approaches to the formation of a system for diagnosing the actual technical condition of technological equipment of ground-based space infrastructure facilities as a complex technical system to ensure the information completeness of the description of the technical condition of control objects have been developed. A block diagram of a system for diagnosing the technical condition of technological equipment of ground-based space infrastructure facilities has been developed.
Key words: technical diagnostics system, non-destructive testing methods, integration, ground space infrastructure facilities, safe operation of technological equipment.
Astankov Aleksey Michailovich, chief of scientific laboratory, vka-onr@mail.ru, Russia, Saint-Peterburg, Mozhaisky Military Aero Space Academy,
Mironenkov Oleg Vyacheslavovich, candidate of chemical sciences, senior researcher, vka-onr@mail. ru, Russia, Saint-Peterburg, Mozhaisky Military Aero Space Academy,
Golovchinskaja Nataliya Vladimirovna, researcher, vka-onr@mail.ru, Russia, Saint-Peterburg, Mozhaisky Military Aero Space Academy
УДК 378.1
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-4-411-417
ТРАНСФОРМАЦИЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОСТРАНСТВА ИНЖЕНЕРНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ ПОДГОТОВКИ ТУЛГУ
М.А. Анисимова, И.Э. Аверьянова, А.Б. Копылов, О.Е. Шумилова
Персонализация обучения в современным мире является крайне актуальным трендом. Формирования индивидуальной образовательной траектории происходит с активным участием студента, что позволяет получить не только основную специальность, но и освоить компетенции в других областях, причем самых разнообразных. Как возможно трансформировать образовательное пространство, какие задачи необходимо решить рассмотрено в данной статье.
Ключевые слова: стратегия цифровой трансформации, индивидуальные образовательные траектории, образовательное пространство, компетенции.
Стратегия цифровой трансформации науки и высшего образования предусматривает переход к индивидуальным образовательным траекториям (ИОТ) всех подведомственных Минобрнауки России вузов к 2030-му году, уже к 2024 году не менее 50 % обозначенных субъектов должны начать реализацию образовательных программ с учетом данных требований. Некоторые вузы постепенно начинают внедрять индивидуальный подход в обучении и дают возможность студентам определять режим освоения дисциплин с учетом их личных интересов, целей, потенциала: набор курсов, их содержание, формы, технологии и темп изучения подстраиваются под потребности и возможности каждого студента.
