CC BY
6КОМПЬЮТЕРНЫЕ НАУКИ И ИНФОРМАТИКА
УДК 621.86
СИСТЕМЫ ЦИФРОВОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ ДИАГНОСТИКИ КАНАТНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН
И.А. Лагерев, С.П. Солдатченков
ФГБОУ ВО «Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского»
В статье рассматриваются вопросы создания и исследования систем компьютерной диагностики канатных транспортных систем, в том числе мобильных транспортно-перегрузочных канатных комплексов и машин для лесозаготовки на склонах. Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых-докторов наук № МД-1543.2022.4.
Ключевые слова: цифровые технологии, цифровой двойник, кабельная грузоподъемная машина, мобильная канатная дорога, лесозаготовительная машина, техническая диагностика.
Канатные транспортные машины (КТМ) могут использоваться для проведения погрузочно-разгрузочных работ на склонах. Это могут быть как мобильные транспортно-перегрузочные канатные комплексы, так и машины для лесозаготовки [1, 2]. Любая грузоподъемная машина является опасным техническим средством, на которое распространяются требования нормативно-правовые документы в области промышленной безопасности. Поэтому при разработке конструкций перспективных КТМ необходимо предусматривать наличие специальных систем технической диагностики, позволяющих предсказывать и предотвращать аварийные ситуации. Наиболее перспективными являются системы компьютерной диагностики, в том числе использующие цифровые двойники КТМ.
Сквозной технологией, обеспечивающей функционирование различных систем диагностики, является технология размещения радиочастотных меток в теле тяговых и несущих канатов, входящих в состав КТМ. Конструкция такого каната приведена на рис. 1. Пряди каната 1, состоящие из отдельных проволок 2, свиты вокруг сердечника 3, изготовленного из органических материалов. Внутри сердечника установлены ЯРГО-транспондеры (радиочастотные метки) 4, антенны которых 5 выпущены в зазоры между прядями. Зазоры между прядями могут быть дополнительно заполнены полимерным материалом [3].
а) б)
Рис. 1. Конструкция каната с радиочастотными метками: а - конструкция; б - варианты исполнения радиочастотной метки; 1 - прядь каната; 2 - проволока пряди каната; 3 - сердечник из органического материала ; 4 - ЯБШ-транспондер (радиочастотная метка); 5 - антенна ЯРГО-транспондера [3]
Рассмотренная конструкция каната не предусматривает непосредственную обработку цифровых данных. Эту функцию выполняет система управления КТМ, построенная с использованием микроконтроллеров и бортовых компьютеров. Однако совокупность радиочастотных меток образует систему координат, с помощью которой можно легко локализовать область распределенной транспортной системы, в которой произошло событие, важное с точки зрения безопасной эксплуатации - повреждение, отказ, нарушение технологического процесса (транспортировки).
Аналогичные радиочастотные метки необходимо разместить на других подвижных элементах КТМ, в частности, на грузозахватных каретках, на грузовых гандолах или на пассажирских кабинах. Таким образом, система управления канатной дорогой может получать точную информацию о нахождении ее ключевых элементов.
В процессе диагностики система управления должна располагать цифровым двойником КТМ. Основы создания подобных цифровых двойников рассмотрены в работе [4]. Радиочастотные метки в данном случае выступают в качестве датчиков, позволяющие сопоставить конфигурацию КТМ и ее цифрового двойника.
Схема системы цифровой компьютерной диагностики приведена на рис. 2. Физическая КГМ является объектом диагностирования. В интересах научных исследований или учебного процесса физическая КГМ может быть заменена программным эмулятором. Информация с датчиков, размещенных на КГМ, или из программы-эмулятора передается через среду передачи данных в систему диагностики. Среда передает диагностические данные для обработки, по итогам которой делается оценка технического состояния объекта диагностирования. Классический пример среды передачи данных - совокупность проводов, соединяющих датчики и бортовые компьютеры, размещенные на станциях КГМ.
Объект Среда передачи Система
диагностирования данных диагностики
Датчик 1 ЕРГО \ >-V Нейросеть
Датчик г ► Шлюз У ► Сервер Облако у * Модели -* Цифровой двойник
Датчик N / ^--^-/ Рабочие процессы
Рис. 2. Структура разработанной системы [4]
Современные системы могут использовать беспроводные каналы связи. Также объект диагностирования и система диагностики могут быть значительно удалены друг от друга, в этом случае используется сеть Интернет или системы спутниковой связи (рис. 3).
машина 2
Датчик 1 Датчик 2
Бортовой компьютер
Штабная машина Рис. 3. Структура системы удаленной диагностики
Для разработки и тестирования разработанной системы удаленного диагностирования создана математическая модель объекта диагностирования, предназначенная для выполнения имитационного моделирования его рабочих процессов. Для включения в состав системы диагностики алгоритмов искусственного интеллекта с использованием разработанных математических моделей необходимо с помощью имитационного моделирования создать обучающие выборки. Алгоритм имитационного моделирования на базе цифрового двойника КГМ включает два взаимосвязанных этапа. Сначала моделируются факторы нагруженности КГМ, затем вычисляются реализации характеристик нагруженности.
В качестве типовых отказов, на предотвращение которых должна быть ориентирована система диагностики КГМ, можно выделить следующие.
- проскальзывание тягового или несуще-тягового каната (отклонение реального движения точек каната, определенных по радиочастотным меткам, от планового, вычисленного с помощью цифрового двойника);
- обрыв несущего, тягового, несуще-тягового каната (по нарушению силового условия прочности);
- превышение допустимых параметров движения (линейных и угловых скоростей и ускорений) грузозахватных кареток, грузовых гандол или пассажирских кабин.
Общие подходы, изложенные в данной статье, будут использованы при разработке и создании мобильных транспортно-перегрузочных канатных комплексов.
Список литературы
1. Лагерев А.В., Лагерев И.А. Оптимальное проектирование линий канатного метро в условиях сильно урбанизированной городской среды // Известия Московского государственного технического университета МАМИ. - 2015. - Т.1. - № 1. - С. 57-65.
2. Лагерев А.В., Лагерев И.А, Мильто А.А. Универсальная методика определения напряжений в стержневых элементах конструкций гидравлических кранов-манипуляторов в задачах динамики // Вестник Брянского государственного университета. - 2013. - №4. - С. 21-27.
3. Пат. 2489542 Рос. Федерация: МПК7 B61B 7/00. Канат и способ его дефектоскопии / Короткий А.А., Маслов В.Б., Короткий Д.А., Тыцкий В.А., Панфилов А.В.; заявитель и патентообладатель Короткий А.А. - № 2012109430; заявл. 12.03.12; опубл. 10.08.2013, Бюл. № 22. - 2 c.
4. Таричко, В.И. Создание цифрового двойника мобильной канатной дороги // Ученые записки Брянского государственного университета. - 2020. - №2. - С. 28-32.
Сведения об авторах
Лагерев Игорь Александрович - доктор технических наук, доцент, проректор по инновационной работе ФГБОУ ВПО «Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского», e-mail: lagerev-bgu@yandex.ru.
Солдатченков Сергей Петрович - студент ФГБОУ ВО «Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского», e-mail: sergej.soldat.2012@mail.ru
COMPUTER DIGITAL DIAGNOSTIC OF THE ROPE TRANSPORT VEHICLES SYSTEMS
I.A. Lagerev, S.P. Soldatchenkov
Bryansk State University named after Academician I. G. Petrovsky
The article deals with the creation and research of computer diagnostics systems of rope transport systems, including mobile transport and reloading rope complexes and machines for logging on slopes. The study was supported by Presidential Grant for Governmental Support to Young Russian Scientists No. МD-1543.2022.4 Keywords: digital technologies, digital twin, cable lifting machine, mobile cable car, logging machine, technical diagnostics.
References
1. Lagerev A.V., Lagerev I.A. Optimal design of cable subway lines in a highly urbanized city environment. IzvestiyaMGTU "MAMI". - 2015. - Vol.1. - No.1. - pp. 57-65.
2. Lagerev A.V., Lagerev I.A., Milto A.A. Universal technique for stress analysis of beam elements of articulating cranes in case of dy-namic load. Vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo universiteta. - 2013. - No.4. - pp. 21-27.
3. Pat. 2489542 Russian Federation: MPK7 B61B 7/00. Канат и способ его дефектоскопии / Korotkiy A.A., Maslov V.B., Korotkiy D.A., Tytskiy V.A., Panfilov A.V. - № 2012109430; prior. 12.03.12; publ. 10.08.2013, Vol. № 22. - 2 p.
4. Tarichko V.I. Digital model creation of a mobile ropeway // Uchenye zapiski Bryanskogo gosudarstvennogo universiteta. - 2020. - №2. - pp. 28-32.
About authors
Lagerev I.A. - Sc. D. in Technical Sciences, Assistant Professor, Vice rector for Innovations, Bryansk State University named after Academician I.G. Petrovsky, e-mail: lagerev-bgu@yandex.ru.
Soldatchenkov S.P. - Post-graduate Student, Bryansk State University named after Academician I.G. Petrovsky, e-mail: sergej.soldat.2012@mail.ru.
