CC BY
20
ТЕХНОЛОГИИ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
УДК 621.569.92.041
СПОСОБ ПОДДЕРЖКИ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА БЫТОВЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ ПРИБОРОВ МЕТОДОМ ПОДОБИЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ
© 2009 г. А.В. Кожемяченко
Южно-Российский государственный университет South-Russian State University
экономики и сервиса, г. Шахты of the Economy and Service, Shahty
Рассмотрен способ, основанный на методе моделирования подобия функционирования систем, обеспечивающий возможности диагностики технического состояния подсистем бытовых холодильных приборов в процессе их жизненного цикла.
Ключевые слова: функционирование систем; бытовые холодильники; жизненный цикл.
The method based on the simulation approach of functioning system's similarity provioling the possibility of technical condition's diagnostics of domestic refrigerating appliances sybsystems during the process of their life cycle is eхamined in the article.
Keywords: functioning system's; domestic refrigerating appliances; life cycle.
Одним из современных научных направлений являются вопросы поддержки жизненного цикла (ЖЦ) объектов техники и технологии, в том числе, в аспекте СЛ^-технологий [1, 2]. При этом рекомендуется использование обобщенных моделей поддержки ЖЦ этих объектов.
Разработка и исследование обобщенных моделей поддержки жизненного цикла технических систем связаны с поиском и использованием новых методологических подходов. В полной мере это относится к производству, эксплуатации и ремонту бытовых холодильных приборов (БХП). Согласно ГОСТ 27002-83, под техническим состоянием машин и их составных частей понимают совокупность подверженных изменению в процессе эксплуатации свойств объекта, которая в любой момент времени (наработки) может отражаться качественными или количественными характеристиками этих свойств.
Для обеспечения работ по реализации идей СALS-технологий по поддержке ЖЦ БХП необходимы соответствующие научно-методические принципы, подходы, инструментальные средства, которые позволяли бы системно выполнять поддержку качества функционирования на всех этапах их ЖЦ. К таким средствам относятся и математические модели функционирования БХП, основанные на использовании единых для определенного класса и всех этапов ЖЦ критериев функционирования.
На наш взгляд, такими критериями являются критерии подобия функционирования систем (ПФС), теоретические принципы получения которых разработаны и представлены в работе [3]. Критерии подобия (^¿-критерии) функционирования систем представляют собой безразмерные комплексы, основным принци-
пом формирования которых является необходимость учета в критериальных выражениях для соответственных выходных характеристик (у) всех существенных параметров входных задающих (хк), возмущающих и управляющих воздействий, внутренних, структурных и технологических (7,-) параметров системы и времени ((). Критерии подобия функционирования (безразмерные комплексы) формируются методом анализа размерностей (методом нулевых размерностей) [4] и представляют собой отношения исследуемой физической величины к комплексу независимых (по размерности) параметров, влияющих на качество этой исследуемой физической величины [4], например:
Л VI- =-Г1-- , (1)
У уа1? Р'7 У' ТФ1-Лу VI VI VI
где а,-, Р', у, ,ф, - показатели независимых параметров, позволяющие привести комплекс (1) к безразмерному виду.
На основе этих критериев формируются обобщенные критериальные уравнения для у, - х характеристик типа
{у } = {/(ПУ1,Пшк,^,^, х^,7Р,^,т^ )) и индикаторы подобия функционирования типа
Су, ={с«СР- !■},
которые формируются с учетом характера влияния (прямой или обратной мультипликативности) на изменение выходной характеристики соответствующих ей параметров системы. При этом индикаторы подобия функционирования представляют собой отноше-
ния текущих значений исследуемых величин и параметров состояния БХП (значений, определяющих текущее действительное в данный момент времени состояние) к исходным значениям, (например, к значениям, заданным техническим заданием на проектирование БХП), т.е.
С — У"
Су' — У- '
угз
где ут, у-з - соответственно текущее и заданное значения величины у.
При создании БХП, как сложных систем необходимо учитывать все этапы их жизненного цикла, начиная от облика систем, проектирования подсистем, элементов и заканчивая непосредственным применением их в заданных или меняющихся условиях. При этом условия функционирования системы на этапе непосредственного применения являются исходными для всех предыдущих этапов. Поэтому при создании моделей поддержки жизненного цикла технических систем, в частности БХП должны использоваться базы данных по исправному техническому состоянию этих приборов.
Процесс создания и отработки моделей управления техническим состоянием БХП с целью поддержки их жизненного цикла включает ряд последовательных этапов:
- формирование состава и определение значений параметров подсистем в соответствии с техническим заданием на проектирование, например испытание, диагностику и др.;
- формирование технического состояния БХП на этапах проектно-конструкторских разработок их моделей;
- обеспечение технического состояния БХП на этапе их производства;
- определение и оценка технического состояния БХП на этапах их испытаний (исследования);
- управление техническим состоянием БХП на этапах их эксплуатации и сервиса (рисунок).
Задача формирования моделей подобия функционирования БХП с целью, например, реализации способа определения его холодопроизводительности после ремонта на основе метода ПФС решается, на примере определения технического состояния БХП типа «Норд-214-1».
1. БХП представляется в виде сложной системы с подсистемами: «компрессор», «фильтр-осушитель», «конденсатор», «испаритель», «капиллярная трубка» и др. подсистемы.
2. По каждой из подсистем определяют множества выходных, входных, внутренних параметров: устанавливается функциональная зависимость выходной характеристики, например, холодопроизводительности от входных и внутренних параметров. Например, для подсистемы «испаритель» такими параметрами являются: ДТ = Тн - Тк - разность температур воздуха в низкотемпературном отделении (НТО) БХП; Тн, Тк -температура воздуха в НТО соответственно в начале и конце переходного процесса в начальный период работы БХП (от момента запуска до первого срабатывания терморегулятора); ДСи = Сн - Ск - разность теплоемкостей воздуха в НТО (Сн, Ск - теплоемкость воздуха в НТО в начале и конце переходного процесса); Vи - общий объем испарителя НТО; а - коэффициент температуропроводности стенки испарителя; Qо - холодопроизводительность компрессора БХП; т - время переходного процесса; - коэффициент теплопроводности стенки испарителя.
Моделирование подобия функционирования бытовых холодильных приборов в аспекте СЖЛ-технологий
Из множества параметров исследуемой подсистемы для ее у,-й выходной характеристики формируют, например, методом экспертных оценок или с помощью уравнения регрессии функциональную зависимость у, от значимых для нее параметров-аргументов типа
Q0 = f (AtH, ДС„УЖ, а И!
х, X и)
3. Выбирают критерии подобия функционирования по исследуемому параметру - холодопроизводи-тельности. В данном случае этот критерий имеет вид
^Qn =
Ди ДСи2К,а и
и_и и и
Qo
Нормативное значение критерия подобия функционирования пдн рассчитывают при нормативных значениях, входящих в выражение (1) параметров. Для БХП компрессионного типа значение этого критерия определено авторами посредством обработки статистических данных. Это значение Пд = 0,7 -10-3.
4. Бытовой холодильный прибор оснащают (согласно ГОСТ 16317-87Е) датчиками, в данном случае датчиками температуры в испарителе.
5. Включают БХП в работу и в процессе ее работы производят регистрацию значений параметров и производят их обработку.
В данном случае получены такие значения параметров: Тн = 299 К, Тк = 255 К, ДТи = 44 К, т = 4424 с.
6. Принимают известными значения: общего объема испарителя; коэффициентов температуропроводности и теплопроводности стенки испарителя.
Значения теплоемкостей воздуха определяют по «термодинамическим таблицам для сухого воздуха». В данном случае эти параметры следующие: Сн = = 393 Дж/(м3-К); Ск = 187 дЖ/(м3-К); ДС = 26 Дж/(м3-К); Ун = 0,20 м3; ан = 0,25 м2/с; ^ = 169 Вт/(м-К)
7. Подставляем в полученное из выражения (1) уравнение для д:
Q =
At, ДС2vа
и и и
Параметры, указанные в п. 6, 7 и пдн, характеризуют действительное значение холодопроизводитель-ности. В данном случае дд = 178,38 Вт.
8. Сравнивают полученное действительное значение холодопроизводительности дд с ее нормативным значением (для данной БХП: дн = 185 Вт) и делают вывод о их соответствии. Здесь степень несоответствия 5 равна
д - д
5 = н • 100 % = 3,6 %,
бн
что допустимо согласно ГОСТ 17008-85.
Следовательно, БХП удовлетворяет заданному качеству функционирования.
Приведенный пример достаточно наглядно иллюстрирует сущность предлагаемого методологического подхода, основанного на методе моделирования подобия функционирования систем, и возможность использования последнего при диагностике технического состояния элементов БХП. При этом в критериальные выражения вводятся соответствующие поставленной цели параметры (температура кипения хладо-на, степень засорения системы, зазоры в трибосопря-жениях и т.п.).
хк
Qh и
Литература
Левин А.И., Судов Е.В. CALS-предпосылки и преимущества // Открытые системы. Директор ИС. 2002. Ноябрь. Концепция развития CALS-технологий / Е.В. Судов [и др.]. // Прикладная логистика. 2002. Першин В.А. Методология подобия функционирования технических систем : монография / под ред. проф. А.Н. Дровникова // Южно-Росс. гос. техн. ун-т (НПИ). Новочеркасск, 2004. 225 с.
Венников В.А., Венников Г.В. Теория подобия и моделирования / В.А. Венников. М., 1984. 439 с.
Поступила в редакцию
1 июня 2009 г.
1
2
3
4
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, Shahty.
