CC BY
19
УДК 658.562.012.7
А. В. АЛЕКСЕЕВА
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ СТАТИСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ВИБРОСОСТОЯНИЯ ГИДРОАГРЕГАТА
Рассматривается возможность применения методов статистического контроля и управления процессами к анализу стабильности вибраций гидроагрегата. Используются стандартные контрольные карты Шухарта, а также многомерные карты Хотеллинга и обобщённой дисперсии. Описаны возмущающие силы, действующие на гидроагрегат в установившемся режиме, и возможные причины их возникновения.
Ключевые слова: статистическое управление процессом, вибрации, гидоагрегат, контрольная карта Хотеллинга, карта обобщённой дисперсии.
Исследование выполнено при поддержке РФФИ и Правительства Ульяновской области, проект 18-48-730001.
Для диагностики состояния технического процесса применяются статистические методы контроля и управления. Это обусловлено тем, что данные, получаемые в ходе контроля, имеют статистическую природу. Причины вариаций контролируемых показателей можно условно разделить на две группы: общие и специальные.
Общие причины обусловлены внутренним состоянием процесса, они являются совокупностью случайных факторов, которые оказывают незначительное влияние на конечную вариацию. Эти причины не требуют вмешательства в процесс для его корректировки.
Специальные же причины вариаций вызваны внешними силами, действующими на процесс. Они могут быть связаны с нарушением технологии, сбоем управляющих систем и другими факторами. В данном случае каждый воздействующий фактор приводит к конкретному нарушению процесса, и, следовательно, требуется принятие определённых мер по стабилизации процесса.
Основное назначение статистического контроля и управления процессом состоит в выявлении специальных причин вариаций и их устранение. При этом, как правило, вариации выявляются до того, как контролируемые показатели превысили допустимые значения. Это позволяет своевременно применить управляющее воздействие на работу объекта с целью исключить опасную ситуацию.
Состояние гидроагрегата характеризуется многими показателями, одним из наиболее важ-
© Алексеева А. В., 2019
ных являются вибрации. Оценка вибросостояния гидроагрегата осуществляется системой вибромониторинга, в состав которой входит распределённая сеть датчиков. Эти датчики устанавливаются в места контроля и собирают данные о вибросостоянии гидроагрегата. Данные по измерительным линиям передаются на сервер (для архивации) и на автоматизированное рабочее место (для дальнейшей их обработки). Поскольку данные, получаемые от вибродатчиков с определённой периодичностью, представляют собой временные ряды, то они могут эффективно контролироваться методами статистического анализа.
Значительные изменения значений характеристик вибраций при установившемся режиме работы гидроагрегата, т. е. при постоянных скорости вращения, напоре, положении лопастей рабочего колеса, вызваны специальными причинами. Силы, воздействующие на гидроагрегат в этом случае, остаются постоянными либо периодически изменяются.
Силы, вызывающие вибрацию при работе гидроагрегата, делятся на гидравлические, электрические и механические [1]. В таблице 1 приведены основные причины возникновения каждой группы возмущающих сил. Как видно из таблицы, на гидроагрегат совместно действуют разнообразные возмущающие силы, что приводит к сложной форме вибрации, сложности определения причин и выбора соответствующего метода их устранения.
В зависимости от величины значений показателей вибрации различают три состояния гидроагрегата: работоспособное, неработоспособное и
предельное [2-3]. В соответствии с этими состояниями принимается решение: при работоспособном состоянии эксплуатация гидроагрегата продолжается без ограничений; при неработоспособном состоянии необходимо в ближайшее время запланировать ремонт гидроагрегата для устранения нарушений; при предельном состоянии необходимо отключить гидроагрегат и произвести его останов; для дальнейшей работы гидроагрегата необходимо определить и устранить причины повышения уровня вибрации.
Вибросостояние гидроагрегата оценивалось совокупностью данных, полученных от сети из десяти датчиков (Х1-Х2 - вибрации нижнего генераторного подшипника верхнего бьефа, Х3-Х4 - соответствующие вибрации верхнего генераторного подшипника, Х5-Х6 - бой вала гидротурбины, Х7-Х8 - бой вала гидрогенератора, Х9-Х10 - вибрации крышки гидротурбины). Эти данные коррелированны между собой, что объясняется расположением датчиков.
Статистический контроль начинается с предварительного анализа данных: проверялась нормальность распределения, оценивались числовые характеристики контролируемых параметров, определялась взаимосвязь между контролируемыми показателями [4-5].
Согласно построенной корреляционной матрице, анализируемые показатели разделились на две группы. Показатели первой группы (Х1-Х4 и Х9, Х10) имеют слабую связь, которой можно пренебречь и контролировать как независимые с помощью стандартных карт Шухарта для среднего уровня и рассеяния [6]. Показатели второй группы (Х5-Х7, Х6-Х8) имеют значимую корреляцию и должны контролироваться многомерными картами Хотеллинга (аналог карты Шу-
Возмущающие силы, вызывающие вибрацию
харта для средних значений) [7-10] и обобщённой дисперсии (для контроля рассеяния) [11-12].
На рис. 1 представлены парные карты Шу-харта для независимого параметра Х1, построенные в программном комплексе 81ай8йса [13]. Как видно из этого рисунка, вибросостояние гидроагрегата по параметру Х1 стабильно (на обеих картах нет точек, выходящих за контрольные границы). Аналогичные карты были построены и для остальных независимых параметров, и все они также показали стабильность процесса.
Для коррелированной пары показателей Х5-Х7 в той же системе 8ш18йса [13] были построены карты Хотеллинга и обобщённой дисперсии, учитывающие наличие взаимосвязи между показателями (рис. 2). Как видно из рис. 2, процесс стабилен для коррелированной пары показателей Х5-Х7, а построение соответствующих карт для второй пары коррелированных показателей Х6-Х8 также свидетельствует о стабильности процесса.
Статистический контроль является весьма эффективным средством для диагностики состояния процесса, поскольку выход точек на картах за контрольные границы говорит лишь о нарушении статистической стабильности соответствующих параметров, а не о выходе параметров за пределы допустимых значений. Если своевременно предпринять предупреждающие меры, можно стабилизировать процесс ещё до его нарушения. Это является очень важным для диагностики вибросостояния гидроагрегата, поскольку превышение допустимых значений параметров вибрации ведёт к очень серьёзным последствиям, вплоть до создания аварийной ситуации.
Таблица 1
гидроагрегата, в установившемся режиме
Механические силы Гидравлические силы Электрические силы
Центробежные силы от неуравновешенных масс гидроагрегата (небаланс ротора, рабочего колеса и др.) Вихреобразование Силы магнитного притяжения
Силы упругости вала при нарушении центровки гидроагрегата или искривлении общей линии вала Неравномерность скоростей потока в отдельных частях турбины Неравномерность воздушного зазора между ротором и статором
Сила трения Флаттер рабочих лопастей Короткое замыкание
Колебание давления в напорном трубопроводе Несимметричный режим работы генератора
Гидравлический небаланс рабочего колеса
Кавитационные явления в турбине
Масляная плёнка в подшипниках
Рис. 1. Карты Шухарта среднего уровня и стандартных отклонений для показателя Х1
Хотеллинг Т2 карты для контроля средних
16
14
(\ 12
10
I
с; 8
с; 6
о X 4
2
0
-2
+
+ + + + "■■■+,..+.....+ 1 ""■ + + ь +.....+ "•+•" + + + +
14,561
1,3789
10 15 20
Карта обобщенной дисперсии
25
30
0,07
§ и 0,06
03 [= 0,05
0,04
к го 0,03
X X 0,02
ЕГ ю 0,01
ю 0,00
О
-0,01
[
+ + ч +
+ + + . + + - - + + ■ + + + 'У-А—ЪЛ . + +..+. + 4- + + + .. +
,05789
,00751 0,0000
10
15
20
25
30
Рис. 2. Многомерные карты для коррелированной пары Х5-Х7
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
го состояния основного оборудования. Нормы и
1. Владиславлев Л. А. Вибрация гидроагре- требования СТО РусГидро 02.01.059-2011.
гатов гидроэлектрических станций. - Москва : Изд-во «Энергия», 1972. - 176 с.
3. Стандарт организации НП «Инновации в электроэнергетике». Гидроэлектростанции. Мето-
2. Стандарт организации ОАО «РусГидро». дика оценки технического состояния основного Гидроэлектростанции. Мониторинг техническо- оборудования. СТО 70238424.27.140.001-2011.
4. Иванова А. В., Карпунина И. Н., Клячкин
B. Н. Статистическая обработка результатов вибромониторинга гидроагрегата // Научный вестник УИГА. - 2017. - №9. - С. 144-150.
5. Иванова А. В., Клячкин В. Н. Оценка кор-релированности показаний датчиков при вибромониторинге гидроагрегата // Прикладная математика и информатика: современные исследования в области естественных и технических наук. - Тольятти, 2018. - С. 122-125.
6. Клячкин В. Н. Статистические методы в управлении качеством: компьютерные технологии. - Москва : Финансы и статистика, ИНФРА-М, 2009. - 304 с.
7. Montgomery D. C. Introduction to statistical quality control. - New York: John Wiley and Sons, 2009. - 754 р.
8. Клячкин В. Н. Модели и методы статистического контроля многопараметрического технологического процесса. - Москва : ФИЗМАТ-ЛИТ, 2011. - 196 с.
9. Иванова А. В., Клячкин В. Н. Использование алгоритмов многомерного контроля при вибромониторинге гидроагрегата // Перспективные информационные технологии. - Самара, 2018.- С. 1007-1010.
10. Клячкин В. Н., Кувайскова Ю. Е., Иванова А. В. Система статистического анализа и контроля стабильности вибраций гидроагрегата // Программные продукты и системы. - 2018. -№3. - С. 620-625.
11. Иванова А. В., Клячкин В. Н. Оценка эффективности алгоритма обобщённой дисперсии по результатам статистических испытаний // Современные проблемы проектирования, производства и эксплуатации радиотехнических систем. - Ульяновск, 2017. - №1-2 (10). -
C.186-188.
12. Клячкин В. Н., Алексеева А. В. Оценка стабильности вибраций на основе алгоритма обобщённой дисперсии // Известия Самарского научного центра РАН. - 2018. - №4(3). -С.491-493.
13. Боровиков В. STATISTICA: искусство анализа данных. Для профессионалов. - Санкт-Петербург : Питер, 2001. - 656 с.
REFERENCES
1. Vladislavlev L. A. Vibraciya gidroagre-gatov gidroe'lektricheskix stancij [Vibration of hydroelectric stations]. Moscow: publishing House «Energy», 1972, 176 p.
2. Standart organizacii OAO «RusGidro». Gidroe lektrostancii. Monitoring texnicheskogo sostoyaniya osnovnogo oborudovaniya. Normy' i trebovaniya STO RusGidro 02.01.059-2011 [Stand-
ard organization of JSC «RusHydro». Hydroelectric. Monitoring of the technical condition of the main equipment. Norms and requirements STO RusHydro 02.01.059-2011].
3. Standart organizacii NP «Innovacii v e'lektroe'nergetike». Gidroelektrostancii. Metodika ocenki texnicheskogo sostoyaniya osnovnogo oborudovaniya. STO 70238424.27.140.001-2011 [Standard the nonprofit organization «Innovations in power industry». Hydroelectric. The technique of assessing the technical condition of the main equipment. One HUNDRED 70238424.27.140.0012011].
4. Ivanova A. V., Karpunina I. N., Klyachkin
V. N. Statisticheskaya obrabotka rezuFtatov vibromonitoringa gidroagregata [Statistical processing of the results of vibromonitoring of the hydraulic unit]/ / Nauchny'j vestnik UIGA. [Scientific Bulletin of UIGA], 2017, №9, рр. 144-150.
5. Ivanova A. V., Klyachkin V. N. Ocenka korrelirovannosti pokazanij datchikov pri vibromonitoringe gidroagregata [Evaluation of the correlation values of the sensors in the vibration monitoring of hydro ] // Prikladnaya matematika i informatika: sovremenny'e issledovaniya v oblasti estestvenny'x i texnicheskix nauk [Journal of Applied mathematics and computer science: contemporary research in the field of natural and technical Sciences]. Togliatti, 2018, рр. 122-125.
6. Klyachkin V. N. Statisticheskie metody' v upravlenii kachestvom: komp'yuterny'e texnologii . [Statistical methods in quality management: computer technologies]. Moscow : Finansy' i statistika [Finance and statistics], INFRA-M, 2009, 304 p.
7. Montgomery D. C. Introduction to statistical quality control. New York: John Wiley and Sons, 2009, 754 р.
8. Klyachkin V. N. Modeli i metody' statisticheskogo kontrolya mnogoparametricheskogo texnologicheskogo processa [Models and methods of statistical control of multiparameter process]. Moscow : FIZMATLIT, 2011, 196 р.
9. Ivanova A. V., Klyachkin V. N. IspoVzovanie algoritmov mnogomernogo kontrolya pri vibromonitoringe gidroagregata [Use of multidimensional control algorithms for vibration monitoring of hydraulic unit] // Perspektivny'e informacionny'e texnologii [Promising information technologies]. Samara, 2018, рр. 1007-1010.
10. Klyachkin V. N., Kuvajskova Yu. E., Ivanova A. V. Sistema statisticheskogo analiza i kontrolya stabil'nosti vibracij gidroagregata [Statistical analysis and stability control of the vibrations of the hydraulic unit] // Programmny'e
produktys i sistemys [Software products and systems]. 2018, №3, рp. 620-625.
11. Ivanova A. V., Klyachkin V. N. Ocenka effektivnosti algoritma obobshhyonnoj dispersii po rezuVtatam statisticheskix ispy^tanij [Of the efficiency of the generalized dispersion algorithm based on the results of statistical tests] // Modern problems of design, production and operation of radio systems. Ulyanovsk, 2017, №1-2(10), рр. 186-188.
12. Klyachkin V. N., Alekseeva A. V. Ocenka stabil'nosti vibracij na osnove algoritma obobshhyonnoj dispersii [Estimation of stability of the vibration based on the algorithm of the generalized dispersion] // Izvestiya Samarskogo nauchnogo centra RAN, 2018 [Proceedings of the Samara scientific center of RAS, 2018], №4 (3), рp. 491-493.
13. Borovikov V. STATISTICA: iskusstvo analiza dannyX Dlya professionalov [STATISTICA: the art of data analysis. For professionals]. St. Petersburg: Peter, 2001, 656 p.
Алексеева (Иванова) Анастасия Валерьевна,
окончила факультет информационных систем и технологий УлГТУ, аспирант кафедры «Прикладная математика и информатика» УлГТУ. Имеет статьи в области статистического контроля процессов.
Поступила 06.02.2019 г.
УДК 330.341.1
Е. В. МАРКОВА, А. М. Ф. АЛЬ-ДАРАБСЕ, Е. В.ЧЕРНЕНЬКАЯ
ФОРСАЙТ-АУДИТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ В АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Космическая инженерия - интенсивно развивающаяся сфера человеческой деятельности. В задачи управления этой сферой входят функции планирования и прогнозирования будущего, оценки прогнозируемых достижений и успехов, необходимых для реализации, а также возможных сбоев и проблем в аэрокосмической отрасли и ресурсах. Оценка этих ресурсов выступает в качестве форсайт-аудита.
Ключевые слова: космическая инженерия, аэрокосмическая отрасль, функции планирования, форсайт-аудит, развитие аэрокосмических предприятий, прогнозирование будущего, гармония человека.
Космическая инженерия - это интенсивно развивающаяся сфера человеческой деятельности [1]. К наиболее важным задачам управления в космической отрасли относятся функции проектирования и прогнозирования будущего. Другие задачи управления в этой сфере включают оценку прогнозируемых достижений и успехов, необходимых для реализации, а также оценку возможных сбоев и проблем в аэрокосмической отрасли и ресурсах [6].
Оценка этих ресурсов выступает в качестве форсайт-аудита [5]. Форсайт-аудит -комплексная внутренняя и внешняя оценка динамических и статических возможностей аэрокосмических компаний (рис. 1).
© Маркова Е. В., Аль-Дарабсе А. М. Ф., Черненькая Е. В., 2019
Форсайт-аудит включает оценку экономических, социальных, организационных, психологических, идеологических и других аспектов функционирования и развития аэрокосмических предприятий [4]. Ведущими аспектами предвидения являются аспекты, связанные с изучением «человеческого фактора» нынешнего и прогнозируемого успеха аэрокосмических предприятий. К таким аспектам можно отнести особенности и стратегию мотивации труда [2]. Это деятельность специалистов, работающих на предприятиях аэрокосмической отрасли, и стратегия профессионального и карьерного роста специалистов отрасли в целом. Сюда также могут входить особенности систем управления предприятиями в аэрокосмической отрасли, понятие предприятий как организаций с моносубъективным (моноактор)
