Состояние исследований и перспективы применения CALS-технологий в холодильной технике Текст научной статьи по специальности «Математика»

_ТЕХНОЛОГИИ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ_

УДК 621.57 (088)

СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ CALS-ТЕХНОЛОГИЙ В ХОЛОДИЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ

© 2009 г. А.В. Кожемяченко

Южно-Российский государственный университет South-Russian State University

экономики и сервиса, г. Шахты of the Economy and Service, Shakhty

Рассмотрена общая методика анализа и синтеза подобия функционирования подсистемы «испаритель» бытового холодильного прибора в процессе его эксплуатации.

Ключевые слова: анализ; подсистема «испаритель»; бытовой холодильный прибор.

The summary policy of analysis and synthesis of similarity functioning sybsystem - «vaporizer» of domestic refrigerating appliance during the process of its exploitation is examined in the article.

Keywords: analysis; sybsystem «vaporizer»; domestic refrigerating.

Применение современных информационных технологий является одним из главных инструментов повышения эффективности системной поддержки жизненного цикла холодильной техники, и в том числе бытовых холодильных приборов (БХП).

В настоящее время бытовая холодильная техника на различных этапах ее жизненного цикла связана с использованием большого объема нормативно-технической документации на бумажных носителях. При этом прослеживается следующая тенденция:

- рост количества и сложности применяемых комплектующих изделий БХП приводит к появлению все большего количества нормативно-технических материалов: проектно-конструкторской, технологической, ремонтной документации, инструкций по ее эксплуатации и обслуживанию. Усилия разработчиков, направленные на автоматизацию эксплуатации бытовой холодильной техники, вызывают увеличение информации об ее использовании (в основном, на бумажных носителях);

- увеличение номенклатуры и уменьшение сроков освоения производства и сервисного обслуживания новых изделий требует повышения квалификации специалистов, задействованных при производстве, обслуживании и ремонте бытовой холодильной техники.

В отличие от бумажного и простейших форм электронных документооборотов, основанных на использовании электронных образов бумажных документов, в рамках CALS-технологий речь идет о применении интегрированных моделей (баз данных) продукции и процессов - сущностей, не имеющих прямых аналогов в традиционном бумажном документообороте.

В дословном переводе аббревиатура CALS означает «непрерывность поставок продукции и поддержки ее жизненного цикла». Первая часть определения CALS - «непрерывность поставок» требует и подразу-

мевает оптимизацию процессов взаимодействия «заказчика и поставщика» в ходе разработки, проектирования и производства сложной продукции, срок жизни которой, с учетом различных модернизаций, составляет десятки лет [1].

Вторая часть определения CALS - «поддержка жизненного цикла» - заключается в оптимизации процессов обслуживания, ремонта, снабжения запасными частями и модернизации [1].

В рамках концепции CALS может быть реализована информационная поддержка процессов жизненного цикла бытовой холодильной техники, которая обеспечивается путем использования интерактивных электронных технических руководств (ИЭТР), представляющих собой структурированный комплекс взаимосвязанных технических данных, предназначенных для предоставления справочной и описательной информации о производственных, эксплуатационных и ремонтных процедурах. ИЭТР - это комплекс интегрированных программных средств, который включает в себя базу данных (БД) об изделии и правилах его эксплуатации и электронную систему отображения (ЭСО), служащую для визуализации данных и обеспечения интерактивного взаимодействия с пользователем. Для описания требований к структуре БД ИЭТР используется терминология языка SGML (ISO 8879). В соответствии с требованиями стандарта ISO 8879 структура БД описывается путем объявления набора информационных объектов, их атрибутов, связей и иерархии. Совокупность указанных деклараций в терминах SGML называется описанием логической структуры документа - DTD. Таким образом, БД любого ИЭТР представляет собой совокупность данных, логическая структура которых соответствует некоторому заданному DTD [2].

Интерактивные электронные технические руководства могут использоваться при:

- обучении персонала правилам производства, эксплуатации и ремонта БХП;

- обеспечении справочным материалом об устройстве и принципах работы БХП;

- обеспечении персонала справочным материалом при ремонте БХП;

- диагностике и поиске неисправностей при ремонте БХП;

- обмене данными между потребителем и поставщиком.

Для внедрения ИЭТР в рамках концепции CALS-технологий необходимо создание базы данных БХП, содержащей ее конструктивные особенности, критерии работоспособности, сведения о составе и взаимозаменяемости запасных частей.

В качестве критериев работоспособности БХП нами предлагается использовать математические модели подобия функционирования (критерии подобия), которые могут использоваться применительно к различным моделям БХП на всех этапах их «жизненного цикла» [2].

Указанные модели состоят как из общих математических выражений для критериев подобия функционирования подсистем БХП, так и из условий однозначности функционирования конкретной модели.

Рассмотрим общую методику анализа и синтеза подобия функционирования систем в процессе их эксплуатации [3].

Допустим, требуется установить, в детерминированном смысле, условия сохранения подобия функционирования подсистемы холодильной техники в процессе ее эксплуатации по отношению к его исходному состоянию.

Предположим, что в процессе эксплуатации подсистемы значение ее выходной характеристики у, изменяется на величину, превышающую по модулю допустимую, т. е. подсистему можно будет считать неисправной. Это может иметь место при изменении значений параметров х',, или (и) z'ji, или (и) 'р, относительно их исходных значений.

Таким образом, будем рассматривать два состояния подсистемы - исправное и неисправное. Для исправного состояния подсистемы критерий подобия функционирования имеет вид:

=

Уг

у х ai-ßisyitm ji ji ji1

а для неисправного состояния

П Уг =

(1)

х ai_ г ßi„ i yif г m ji Zji Aji 1

(2)

где а,, Р„ у, - показатели степеней при независимых параметрах соответственно хр, Zj, в, определяемые методом нулевых размерностей для у,-й характеристики.

Критерии (1) и (2) одинаковы по форме записи, однородны и описывают в сущности два явления,

которые в соответствии с первой теоремой подобия могут быть подобными.

Очевидно, что между параметрами выражений (1) и (2) существует следующая связь:

Х р = СхХ,;

У'г = СуУг;

^^ Р = С Р;

'Р = СвВ'р ;

и = ,

где с - коэффициенты пропорциональности, масштабы изменения параметров.

При этом выражение (2) запишется в виде:

ЛУ = УгСуг /(хлсх)а (zficz )ß (sßCS )У =

^JI^x)

cyi

aß у aß у cx czcs XjiZjiSji

(3)

Согласно теории подобия, для подобных явлений индикаторы подобия всех функциональных характеристик у, должны быть равными единице. При этом индикатор подобия - это отношение масштаба изменения исследуемого параметра к степенному комплексу масштабов изменения независимых параметров [3]. _

В данном случае для характеристик у,, (, = 1, г ), это условие имеет вид

С,,

= 1

ai ßi yi

cr cv, c

Выражение (4) является обобщенным условием, индикатором подобия функционирования подсистемы на различных стадиях ее «жизненного цикла».

В общем случае выражение (4) может выполняться при заданных условиях однозначности подсистем как при Су=1, так и при Суф1.

Очевидно, что значение Ср, = 1 должно использоваться при анализе подобия функционирования одной и той же подсистемы или для аналогичного анализа подсистем с равными значениями соответственных выходных характеристик, т.е. при у, = у',. При этом справедливым можно считать такой вывод: для того, чтобы в изменившихся условиях функционирования подсистемы (при изменившихся значениях некоторых или всех параметров Хр, Zp, в) значение ее выходной характеристики у'1 равнялось бы значению этой характеристики для начального состояния подсистемы у,, необходимо равенство единице комплекса масштабных коэффициентов независимых параметров в зависимости (3), т. е.: .

Заметим, что значения критериев подобия пу, и к'у, будут равны, так как отношения правых частей выражений (1) и (2) будут равняться единице.

В этом случае будет иметь место полное подобие функционирования подсистемы, т. е. подобие ее состояний относительно заданного целевого назначения

при равенстве значений выходных параметров функционирования в условиях возможного изменения значений входных задающих и возмущающих воздействий, а также внутренних, структурных параметров подсистемы [3].

При этом следует иметь в виду, что в процессе эксплуатации отдельные параметры х, z, s возможно останутся неизменными, т. е. их масштабные коэффициенты Cj могут быть равными единице. Очевидно, что сформулированное выше суждение распространяется и на этот случай.

Выводы о подобии функционирования одной подсистемы для ее различных состояний можно распространить и на несколько однородных подсистем такого же целевого назначения (при {y} = idem; yi = yi). Это возможно, например, если на эти подсистемы действуют одинаковые по составу входные задающие и возмущающие воздействия.

Например, на основе предлагаемого способа задача определения холодопроизводительности БХП решается следующим способом. БХП представляется в виде сложной системы с подсистемами: «компрессор», «конденсатор», «испаритель», «капиллярная трубка», «фильтр-осушитель» и т.д.

По каждой из подсистем определяют множества выходных, входных, внутренних параметров; устанавливается функциональная зависимость выходной характеристики, например холодопроизводительности, от входных и внутренних параметров.

Из функциональных зависимостей формируют методом нулевых размерностей частные критериальные зависимости, отражающие подобие функционирования подсистем ХМ, например, подсистемы «испаритель» [3].

Формируют обобщенные критерии подобия функционирования этой подсистемы:

Пво =

П°вх ПРвх n®dx GBbix Q0 xnrk GBX Рвх Ю вх

(5)

Чтобы определить на этапе послеремонтной диагностики испарителя действительную холодопроизво-дительность Q0 испарителя, нужно при постоянных, заранее рассчитанных по аналогу, значениях критериев П0 , Па , ПР , Пю и заданном значении пара-

о вх вх вх

метра гк рассчитать по выражению (6), полученному из уравнения (5), значение 00:

во =

^вх Рвх Ювх rk

ПОвх ПРвх Пювх &вых Tn

(6)

Полученное значение холодопроизводительности сравнивают с холодопроизводительностью испарителя по паспорту и делают вывод об исправности. Затем проводят по этой же зависимости поиск возможных причин неисправности и намечают пути ее устранения.

Анализ приведенных критериальных зависимостей позволяет сделать вывод об универсальности критериальных зависимостей как математических моделей достижения и управления качеством холодильной техники.

Пг =

G„,

Q0^nrk

Пр =

Р„,

воГк

-1,5

П®.х

.„0,5

Литература

где 00 - действительная холодопроизводительность испарителя; Gвх, Gвых - массовый расход хладагента на входе и на выходе из испарителя; швх - скорость прохождения хладагента по каналам испарителя; Рвх -давление кипения хладагента, характеризующее данный термодинамический процесс в испарителе; тп -время прохождения хладагента; гк - теплота парообразования хладагента при температуре кипения.

1. Левин А.И., Судов Е.В. CALS-предпосылки и преимущества // Открытые системы. Директор ИС. 2002. С. 57-59.

2. Концепция развития CALS-технологий / Е.В.Судов [и др.]. М., 2002. 227 с.

3. Першин В.А. Основы подобия функционирования систем «Техника - технология - продукция». Новочеркасск, 1996. 120 с.

Поступила в редакцию

1 июня 2009 г.

Кожемяченко Александр Васильевич - канд. техн. наук, профессор, Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, г. Шахты.

Kozhemjachenko Aleksandr Vasilievich - Candidate of Technical Sciences, professor, South-Russian State University of the Economy and Service, Shakhty.

ю