CC BY
39
Андрюхин А.В., Тимофеев Н.В. ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОРАБЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Одна из наиболее сложных и важных проблем, возникающих при эксплуатации технических объектов, состоит в необходимости обеспечения надежного и безопасного их функционирования во всем временном интервале. В процессе развития технологий в новых условиях хозяйствования актуальность эффективного использования и обслуживания новой техники возрастает. Особое внимание следовало бы обратить на судоремонт, поскольку во многих случаях корабельное оборудование (КО) функционирует за пределами первоначально назначенного срока его эксплуатации.
Уменьшение инвестиций в производство приводит к уменьшению объемов выпускаемой продукции, ухудшению экономического состояния предприятий машиностроительной отрасли, вследствии чего созданный ранее потенциал предприятий специализирующихся на судоремонте загружены не более чем на 20-30% от своих производственных возможностей.
Ограниченность ресурсов для проведения работ по профилактическому ремонту КО поставлена задача внедрения эффективных способов определения параметров старения технических объектов с целью прогнозирования необходимого среднего или капитального ремонта. При этом задача обеспечения нормального функционирования КО превратилась из инженерно-технической в научно-техническую, поскольку существует больший элемент неопределенности.
Решение данной проблемы включает решение трех основных задач:
- формирование информационной базы;
- определение остаточной эксплуатационной надежности КО по критерию вероятности безотказной работы;
- определение остаточного эксплуатационного ресурса (время безотказной работы на интервале после последнего обследования КО).
Для решения задач прогноза состояния и связанных с ними задач, в том числе определения эксплуатационной надежности и ресурса необходимо отслеживать изменения состояния систем для определения момента выхода отдельных элементов за пределы области их работоспособности.
Проблема дальнейшего использования корабельного оборудования без проведения мероприятий по его разборке и обследования каждого отдельного узла или части системы всегда была связана с задачей прогноза их состояния, решение которой позволяет оценить последствия и альтернативы дальнейшей эксплуатации.
Поиск решения указанной задачи всегда был сопряжен с недостаточностью и неопределенностью исходных данных при применении методов классической статистики. Были попытки нахождения искомого решения на основе использования алгоритмов искусственных нейронных сетей и других, ориентированных на восполнение неопределенной информационной базы за счет проведения дорогостоящих экспериментов по определению математических моделей эволюции технического состояния КО. Такие попытки в ряде случаев оказывались успешными, однако, многопараметрический характер найденных моделей затруднял и затрудняет их использование для определения остаточного ресурса КО по малым выборкам (менее 5-6 наблюдений).
Более рациональным следует считать здесь подход, основанный на применении к разработке неопределенной и ограниченной информации принципов минимаксного оценивания. Указанный подход был разработан и развит в России. К сожалению, применительно к задачам прогноза состояния и остаточного ресурса КО результаты проведенных исследований не получили достаточного воплощения на практике.
Развитие идей минимаксного оценивания применительно к проблеме поиска гарантированно достоверных оценок технического состояния и ресурса КО более приемлемо для практики и составляет основу настоящего доклада.
Реалии эксплуатации КО не позволяют в настоящее время расширить информационную базу для решения задач определения остаточного ресурса КО, с применением известных подходов, методов и алгоритмов для обработки малых объемов исходной совокупности сведений при гарантированной достоверности результатов и без использования труднопроверяемых гипотез о статистических характеристиках ошибок, присутствующих в наблюдениях за поведением эксплуатируемых КО, и о структуре моделей, адекватно отражающих ход эволюции состояния КО. При этом минимаксный подход здесь может быть наиболее приемлемым как наименее требовательный к качеству и количеству исходных данных. Вместе с тем, минимаксные методы и алгоритмы оценки и прогноза состояния успешно работают в условиях неопределенности и ограниченности исходной совокупности сведений при априорной дополнительной к апостериорной информации и, в частности, в предположении заданной структуры модели деградации состояния КО. Такая модель может быть построена на основе рассмотрения эволюции КО как процесса прямолинейного равноускоренного движения параметров состояния КО в направлении к границам области работоспособности. При этом оказывается возможным
определять остаточный ресурс и надежность КО определяют на основе механических моделей прямолинейно-
го равноускоренного движения по одной координате, ортогональной к координате времени.
Характеристики эксплуатационной надежности КО и, в частности, вероятность безотказной работы на заданном интервале времени по малым выборкам определять затруднительно. Более рациональным в условиях дефицита исходных данных может быть переход от статистических показателей надежности к минимаксным. Одним из таких показателей является нормированный «запас работоспособности», описывающий по сути положение вектора параметров состояния КО относительно границ области работоспособности [1] . Как мера качества функционирования КО рассматриваемый показатель менее требователен к исходной совокупности сведений для его вычисления и более соответствует реалиям эксплуатации КО. Установление в определенном смысле подобия между «запасом работоспособности» и вероятностью безотказной работы на заданном интервале времени позволит использовать первый в качестве характеристики эксплуатационной надежности КО.
Соответственно, с учетом минимаксного подхода можно без ущерба для достоверности получаемых результатов пренебречь точным описанием математических моделей дрейфа параметров КО.
Естественно, что применение предлагаемого подхода не может быть ограничено имеющейся в настоящее
время информационной базой. Для повышения точности результатов необходимо расширять рассматриваемую совокупность исходных данных, в частности, за счет проведения мероприятий по наблюдениям за параметрами КО во время эксплуатации. План проведения таких мероприятий может быть составлен на основе оценок гарантированного прогноза остаточного ресурса КО по накопленным данным. При этом вопросы расширения исходной информационной базы предполагается решить за счет назначения директивных сроков проведения измерений параметров КО на этапе эксплуатации. Основой здесь будет служить электронная база данных, содержащая сведения о поведении КО и составляющих его элементов на всем периоде «жизни», начиная с момента времени изготовления.
С точки зрения повышения точности принятой модели изменения остаточного ресурса КО увеличение количества наблюдений позволяет рассматривать ускорение как переменную величину, что позволяет более
полно описать процесс эволюции состояния КО по направлению к границам области работоспособности (добавление в модель движения параметра, учитывающего изменение ускорения дрейфа параметров КО).
Накопление данных о поведении КО во время эксплуатации даст возможность построить стратегию управления эксплуатацией, включающей как элементы управления не только наблюдения за состоянием, но и мероприятия по настройке КО или замене. В предлагаемой методике предусматривается формирование такой стратегии. При этом, последовательность действий должна включать следующее:
Установление соответствия «запаса работоспособности» и статистических характеристик - вероятность безотказной работы на заданном интервале времени КО.
Построение алгоритмов оценки остаточных эксплуатационной надежности и ресурса КО.
Формирование базы данных и комплекса программ для расчета с учетом минимаксного принципа остаточных эксплуатационной надежности и ресурса КО.
Разработка принципов пополнения базы данных и формирования, с учетом расширения исходной совокупности сведений, стратегий управления эксплуатации КО по индивидуальному техническому состоянию.
В современных условиях, характеризующихся ограниченными финансовыми и материальными ресурсами, в том числе выделяемыми на техническое обслуживание и ремонт (ТО и Р), слабым развитием инфраструктуры пунктов базирования, а также падением укомплектованности кораблей и частей их обслуживания личным составом, сложно обеспечивать исправность и постоянную техническую готовность корабельных технических средств к использованию.
Внедрение ремонта по фактическому состоянию на основе определения остаточного ресурса КО будет способствовать развитию научно-технического и производственного потенциалов предприятий морского машиностроения (научной, технологической, производственной, экспериментально-стендовой и кадровой баз) .
Поддержано грантом ДВО РАН 07-111-Д-03-023
ЛИТЕРАТУРА
1. Абрамов О.В., Розенбаум А.Н. Минимаксный подход в задачах параметрического синтеза аналоговых технических систем. Информатика и системы управления. № 2 (6), 2003. С. 67-78.
