CC BY
17
УДК 656.612
ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СУДОВ, ПЕРЕВОЗЯЩИХ СЖИЖЕННЫЕ ГАЗЫ
Епихин А.И., к.т.н., доцент кафедры «Судовые тепловые двигатели», ФБГОУВО «ГМУимени адмирала Ф.Ф.Ушакова»
В статье рассмотрены основы построения систем поддержки принятия решения оператором судна в условиях больших потоков информации применительно к судам - газовозам. Основная сложность построения таких систем заключается в высоком уровне сложности систем поддержания параметров для безопасной перевозки груза, поскольку параметры грузовой системы в таком контексте должны рассматриваться совместно с основными режимами работы силовых установок и с особенностями режима движения судна на стоянках и во время перехода. Определен перечень судовых технических средств, необходимых для постоянного мониторинга, а также приведены основные диагностические средства, использование которых позволит осуществить контроль всех значимых параметров в режиме реального времени. Разработан алгоритм функционирования таких систем и приведены основные особенности их построения с технической и технологической точек зрения.
Ключевые слова: безаварийная эксплуатация, бортовая система диагностики, критический отказ, зарождение неисправности, ранняя диагностика, диагностический алгоритм, параметры систем.
THE DESIGN FEATURES OF INTEGRATED SYSTEMS FOR SAFE OPERATION OF
GAS CARRYING VESSELS
Epikhin A., Ph.D., assistant professor, Ship heat engines chair, FSEIHPE «Admiral Ushakov Maritime State University
The article discusses the basics of building systems, decision support vessel operator in a large flow of information in relation to the courts - gas carriers. The main difficulty of such systems is the high level of complexity of the systems to maintain the parameters for safe shipping, because the parameters of the cargo system in this context should be read in conjunction with the basic modes of operation of power plants and the peculiarities of the regime of the vessel at stops and during the transition. The list of ship technical facilities required for constant monitoring and are the main diagnostic tools, the use of which will allow for the monitoring of all relevant parameters in real time. The algorithm of the functioning of such systems, and are the main features of their construction from a technical and technological point of view.
Keywords: accident-free operation, OBD critical failure, the emergence of a fault, early diagnosis, diagnostic algorithm, system parameters.
Введение
Учитывая сравнительно небольшой отечественный опыт эксплуатации судов для транспортирования сжиженных газов, на сегодняшний день на практике отсутствуют общепринятые комплексные методики, применение которых позволяет в полной мере обеспечивать необходимую диагностику судовых технических средств газовозов. При этом высочайший уровень технической сложности современных судовых технических средств, глубокое внедрение средств автоматизации и информационных технологий позволяют на сегодняшний день реализовать практически любые диагностические методы в автономных условиях судна. Высокая стоимость оборудования и перевозимых грузов при этом оправдывают значительные инвестиции, позволяющие обеспечить безаварийную и непрерывную планомерную эксплуатацию флота в межремонтные периоды.
Бортовые диагностические системы
Большинство современных СТС оборудованы встроенными диагностическими системами и алгоритмами, однако, во- первых, диагностика в таких системах осуществляется, как правило, по сокращенному перечню функциональных параметров, а во-вторых, чаще всего диагностические сообщения генерируются при наступлении предкритических или критических состояний, что позволяет только определить сам факт или причину отказа узла или агрегата. Для судовых систем, особенно для судов, задействованных в перевозках сжиженных газов, ввиду их повышенной опасности, особую целесообразность приобретает возможность проведения диагностики СТС на ранних стадиях, что позволяет не только предотвратить отказы и аварийные ситуации, но и должным образом произвести планирование сроков и объемов технического обслуживания и ремонта.
На сегодняшний день, помимо контроля функциональных параметров, существует достаточно большое количество методов ранней диагностики технических систем. Необходимость в использовании конкретных диагностических методик определяется типом СТС, а также характером наиболее вероятных или наиболее критических отказов, а применимость таких методик на конкретных СТС определяется техническими и технологическими условиями
его эксплуатации.
Например, для сложных судовых механических систем, в которых к наиболее критическим отказам относятся выход из строя пар трения- это вибрационная диагностика, контроль состава сма-зочно- охлаждающих жидкостей, дефектоскопия, эндоскопия и пр. По результатам экспресс- анализа состава смазочно- охлаждающих жидкостей, выполняемого либо через проточные измерительные системы, либо по анализу осадка на фильтрах, можно судить о концентрации продуктов износа, о характере износа, в некоторых случаях- производить локализацию очагов износа [1], а также, на основании данных о составе продуктов износа и их характере- точно определить неисправности на ранних стадиях их развития.
В различных отраслях техники достаточно широко используются методы виброакустической диагностики, которые с появлением современных средств цифровой обработки сигналов, распознавания образов и повышением производительности вычислительных систем значительно расширили свою функциональность и способность к детерминированию конкретных изменений механических систем. Применение современных методов контроля вибраций со съемом информации в различных точках механизма позволяет, в случае использования адекватных математических и аналитических моделей, с достаточной степенью точности локализовать механические повреждения в механизмах, а также зарождающиеся очаги ускоренного износа.
Также следует отметить значительный прогресс в области анализа газов, которому был дан значительный технологический толчок с открытием новых полупроводниковых материалов, а также графена и его производных. Данные анализа газов позволяют производить диагностику технического состояния топочных устройств, двигателей внутреннего сгорания и прочих устройств, связанных с протеканием газов, в том числе турбин. Результаты анализа состава газов позволяют судить о наличии примесей в среде, которые могут свидетельствовать о нарушении герметичности систем, нарушении технологических процессов или режимов работы, а также о механическом износе узлов и агрегатов, либо о развитии коррозии всех типов в контролируемых СТС. Применение методов анализа газов позволяет выявить разгерметизации узлов котельного оборудования, прогорания элементов котлов и ДВС, наличие посторонних примесей в отводимых газах и в некоторых случаях локализовать места протечек, а также контролировать полноту выгорания топлива, обра-
зование сажи и прочих процессов, протекающих в оборудовании.
Практически все вышеперечисленные методы позволяют проводить анализ исследуемых параметров в режимах, близких к реальному времени или непрерывно, что позволяет производить своевременный сбор и анализ информации с целью своевременного распознавания зарождающихся дефектов или неисправностей без остановки механизмов.
Особенности судовых технических средств газовозов
Для судов, задействованных в перевозке сжиженных газов, потенциально возможными являются различные взаимные сочетания параметров, свидетельствующие о возможности развития неблагоприятных ситуаций, которые для других типов судов неактуальны.
В ходе настоящего исследования в последующих разделах предполагается произвести определение полного перечня параметров, взаимное сочетание которых может оказать влияние или создать условия для возникновения опасных, предаварийных или аварийных ситуаций, связанных с эксплуатацией СТС, а также провести подробный анализ предельных диапазонов изменения данных сочетаний значений, соответствующих критериям безопасной эксплуатации судов, задействованных в перевозке сжиженных газов.
Для большинства эксплуатирующихся на сегодняшний день в РФ судов- газовозов следует выделить основные нерезервируемые СТС, отказы которых неизбежно приводят к возникновению аварийно- опасных ситуаций- это энергетические и пропульсивные установки.
Алгоритм функционирования комплексной диагностической системы
Принцип алгоритма функционирования разрабатываемой системы поддержки принятия решений (СППР) предполагает последовательную отработку 5 этапов [2]:
1. На первом этапе производится накопление актуальных данных о состоянии системы и параметрах внешней среды, а также обработка собранных данных и формулирование прогноза состояния исследуемой систем на некоторый период вперед. На данном этапе производится дискретная оценка текущего и перспективного состояния системы по критерию удовлетворительности или неудовлетворительности.
2. На втором этапе, при получении сведений о неудовлетворительности текущего или прогнозного состояния, формулируются сведения о необходимом состоянии системы.
3. На третьем этапе производится поиск способов перевода системы в требуемое состояние, при этом формируется по возмож-
ности избыточное множество вариантов решений и на основании анализа данного множества определяются допустимые варианты.
4. На четвертом этапе производится анализ допустимых вариантов с последующим выбором наилучшего.
5. На пятом этапе производится реализация принятого решения.
Разрабатываемая СППР должна иметь возможность непрерывной реализации ряда основных функций, таких как:
- измерение, при этом предполагается возможность реализации как прямого измерения контролируемых параметров, так и получения сведений о значениях параметров по косвенным показателям [3];
- контроль, т.е. анализ соответствия значения контролируемого или измеряемого параметра соответствующей области допустимых или недопустимых значений;
- мониторинг, т.е. реализация расширенных контрольных функций, в т.ч. сравнительный анализ с характерными ретроспективными значениями показателей либо с аналогичной динамикой изменения соответствующих значений показателей по архивным данным [4];
- диагностика, т.е. обнаружение, идентификация и распознавание неблагоприятных сочетаний параметров, отказов или пре-даварийных ситуаций.
Блок-схема архитектуры предлагаемой системы поддержки принятия решений представлена на рисунке 1.
Алгоритм функционирования такой системы предполагает непрерывный мониторинг контролируемых технологических и функциональных параметров всех основных СТС, при этом ввод данных в систему осуществляется посредством специального интерфейсного модуля, обеспечивающего согласование параметров сигналов измерительных преобразователей и датчиков в формат, соответствующий входным характеристикам аппаратной части СППР. На следующем этапе используется модуль, определяющий наличие отклонений от штатных режимов работы или заданных диапазонов параметров, соответствующих безопасной эксплуатации СТС, после чего полученная информация проверяется на соответствие стандартным алгоритмам действий, при соответствии которым рекомендуемое решение выбирается из базы данных. При несоответствии выявленной ситуации стандартному перечню событий, информация передается в интеллектуальный модуль, где выполняется обработка данных с целью поиска оптимальных решений. После определения вариантов предлагаемых решений логический модуль анализирует различные варианты и формулирует для оператора соответствующие рекомендации.
Представляется очевидным, что наибольшей технической и технологической сложностью в реализации характеризуется интеллектуальный модуль, построение которого связано с использованием специальных алгоритмов и средств искусственного интеллекта.
Заключение
Представляется очевидным, что при построении таких систем необходимо обеспечить реализацию трех функциональных подсистем- это подсистема сбора и преобразования данных, подсистема централизованной передачи данных и подсистема обработки и представления информации.
Таким образом, основной технической и технологической научной задачей реализации требуемой СППР является создание подсистемы обработки данных, поскольку остальные подсистемы не представляют собой технической сложности или научной задачи.
Создаваемая система должна обеспечивать следующие функции:
- непрерывный сбор информации от всех систем основных и вспомогательных судна с последующим распознаванием и контролем;
- оповещении оператора об отклонении параметров или их сочетаний от заданных областей допустимых значений;
- автоматизированную выработку вариантов реализации мер по нормализации контролируемых параметров и технологических процессов.
При этом система должна соответствовать ряду дополнительных условий, таких как:
- минимизация предупредительных оповещений;
- простота их распознавания оператором;
- перечень необходимых воздействий должен формироваться в интуитивно понятном интерфейсе с достаточными, но не избыточными комментариями;
- в случае аварийных режимов должны срабатывать алгоритмы автоматической защиты.
В состав системы, в зависимости от конструктивных особенностей судна и технологических параметров перевозки газа необходимо включать следующие компоненты:
- все составляющие системы, связанной с обеспечением технологических параметров перевозки груза - это охлаждение груза, перемешивание, повторное сжижение, вентиляция, контроль атмос-
феры танков, подготовка инертных газов и пр.;
- главная силовая установка;
- вспомогательная силовая установка;
- система судовождения;
- системы пожарной безопасности, извещателей и пожаротушения.
Литература:
1. Горб С.И. Тенденции развития технического обслуживания судов // Автоматизация судовых технических средств. Сб. науч. тр. Одесса, 2007
2. Вагущенко Л.Л. Интегрированные системы ходового мостика. Одесса, 2003
3. Агунов М.В., Агунов А.В., Вербова Н.М. Системы и устройства судовой автоматики. Санкт-Петербург, СПбГМТУ, 2009
4. Петухов В.А. Безопасность и эксплуатация газовозов. Санкт-Петербург, Эл-мор, 1999
5. Борисенко А.Н., Обод П.С., Лавриненко О.В. Современные системы и средства контроля технического состояния дизельных двигателей // Автоматика и приборостроение, Сб. науч. тр., №56/2008
6. Зяблов О.К. Основы технической эксплуатации флота и судоремонт. Нижний Новгород, Изд-во ФБОУ ВПО «ВГАВТ», 2013
7. Данилян А.Г. и др. Совершенствование систем технического диагностирования малооборотных судовых дизелей // Молодой ученый, №2/2015
8. Гуверман А. Технология создания мостиковых систем с применением интеграторов информации от разнородных датчиков. Алгоритмы распределенной обработки и регистрации полученных данных. Управление и диагностика технических средств для судов различного класса автоматизации // Тезисы конференции ОАО «Транзас», 2014
9. Кулешов А.В. Методы и средства виброакустической диагностики судовой энергетической установки. Автореф. дисс. К.Т.Н., Санкт-Петербург, 2000
УДК 621.71:338.26
ОГРАНИЧЕНИЯ ИННОВАЦИОННО-ИНВЕСТИЦИОННОЙ АКТИВНОСТИ РОССИЙСКИХ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Одинцов Д.В., аспирант ЧОУВО «Московский университет им. С.Ю. Витте», e-mail: [email protected]
В настоящей статье на основе анализа статистических показателей определяются основные факторы, ограничивающие инновационно-инвестиционную активность российских машиностроительных предприятий, в первую очередь, недостаток собственных средств и трудности в привлечении внешнего финансирования для разработки и реализации инновационных проектов.
Ключевые слова: инновационно-инвестиционная деятельность, машиностроительный комплекс, инвестиционные риски, долгосрочное кредитование.
LIMITATIONS OF THE INNOVATION AND INVESTMENT ACTIVITY OF RUSSIAN
MACHINE-BUILDING ENTERPRISES
Odintsov D., the post-graduate student, Moscow Witte University, e-mail: [email protected]
In this article based on the analysis of statistical indicators identifies the main factors limiting the innovative-investment activity of Russian machine-building enterprises, in the first place, lack of own funds and difficulties in attracting external financing for the development and implementation of innovative projects.
Keywords: innovative-investment activity of machine-building complex investment risks, long-term lending.
Инвестирование инновационной деятельности машиностроительных предприятий в мировой практике является одним из ключевых факторов обеспечения экономического роста страны. Несмотря на переход от индустриальной экономики к постиндустриальной «экономике знаний» в развитых странах машиностроение остается ключевой отраслью народного хозяйства, обеспечивая около половины совокупного объема производства промышленной продукции (в США -46%, в Японии - 51,5%, в Германии 53,6%[1]).Машинострои-тельный комплекс формирует базис для применения инновационных технологий в других отраслях, предопределяя уровень затрат в промышленном производстве, техническую оснащенность сфер производства и оказания услуг, качество жизни населения и обороноспособность государства. Значение машиностроения заключается
и в катализации инновационного процесса: отрасль формулирует перед научным сообществом фундаментальные и прикладные исследовательские задачи, а, внедряя инновации, насыщает экономику инновационной продукцией[2].
Актуальность проблем инновационного развития отрасли подчеркивается и научным интересом к их изучению. Проблемы инновационно-инвестиционной деятельности российского машиностроения исследуются в работах Р.А. Гаттаулина[3], Д.С. Горина[4], О.В. Почукаевой[5], Б.Я. Татарских[6] и других ученых.
Регулярно проводимые Федеральной службой государственной статистики России выборочные статистические исследования показывают, что основными факторами, ограничивающими инвестиционную активность российских предприятий обрабатывающей
