Розглянуто алгоритм рішення задачі оптимізації набору методів неруйнівного контролю, що дозволяє забезпечити необхідний рівень достовірності оцінювання технічного стану об'єктів наземної космічної інфраструктури за межами призначених показників ресурсів при мінімізації витрат на дооснащення системи експлуатації необхідним діагностичним обладнанням.

Анотація наукової статті за медичними технологіями, автор наукової роботи - Букрин Валерій Васильович, Петроковської Сергій Олександрович, Чобанян Володимир Аршалуйсовіч, Пустовалов Євген Володимирович, Торгашин Сергій Іванович


Область наук:
  • Медичні технології
  • Рік видавництва діє до: 2012
    Журнал: Известия вищих навчальних закладів. Поволзький регіон. Технічні науки

    Наукова стаття на тему 'Алгоритм оптимізації комплексу засобів інструментального контролю для діагностики об'єктів наземної космічної інфраструктури'

    Текст наукової роботи на тему «Алгоритм оптимізації комплексу засобів інструментального контролю для діагностики об'єктів наземної космічної інфраструктури»

    ?УДК 621-192 (035)

    В. В. Букрин, С. А. Петроковської,

    В. А. Чобанян, Е. В. Пустовалов, С. І. Торгашин

    АЛГОРИТМ ОПТИМІЗАЦІЇ КОМПЛЕКСУ ЗАСОБІВ ІНСТРУМЕНТАЛЬНОГО КОНТРОЛЮ ДЛЯ ДІАГНОСТИКИ ОБ'ЄКТІВ наземної космічної інфраструктури

    Анотація. Розглянуто алгоритм рішення задачі оптимізації набору методів неруйнівного контролю, що дозволяє забезпечити необхідний рівень достовірності оцінювання технічного стану об'єктів наземної космічної інфраструктури за межами призначених показників ресурсів при мінімізації витрат на дооснащення системи експлуатації необхідним діагностичним обладнанням.

    Ключові слова: наземна космічна інфраструктура, параметри технічного стану, система експлуатації, засоби інструментального контролю.

    Abstract. The article considers an algorithm to solve the problem of optimization of non-destroying control methods, allowing to provide a demanded level of reliability in evaluation of technical condition of ground space infrastructure facilities beyond the appointed parameters of resources, when minimization of equipping expenses for the operation system is conducted with the necessary diagnostic equipment.

    Key words: ground space infrastructure, parameters of technical conditions, operation system, means of tool control.

    Вступ

    На даний період через обмежене фінансування значно сповільнився процес модернізації об'єктів наземної космічної інфраструктури (МКІ) космічних ракетних комплексів. В результаті ряд об'єктів МКІ доводиться тривалий час експлуатувати не тільки при подовжених гарантійні терміни, але і за межами призначених показників ресурсу.

    1. Труднощі, що виникають при оцінці залишкового ресурсу

    Основним підходом до організації експлуатації об'єктів МКІ, що знаходяться за межами призначених показників ресурсу, є регулярний контроль за їх фактичним технічним станом з подальшим прогнозуванням моменту переходу об'єкта в граничний стан, при якому його подальша експлуатація неприпустима чи недоцільна або відновлення працездатного стану неможливе чи недоцільне.

    При оцінці запасів залишкового технічного ресурсу основні труднощі пов'язані з відсутністю інформації про реальний технічний стан, знос і фактичні запаси ресурсу об'єктів МКІ, а також з невизначеністю показників граничних станів об'єктів наземної космічної інфраструктури. Одним із шляхів подолання цих труднощів явля-

    ється включення в структуру системи експлуатації додаткових технічних засобів інструментального контролю (СВК) на базі методів неруйнівного контролю (методів дефектоскопії), що забезпечують отримання об'єктивної інформації для оцінки технічного стану та попередження про наближення граничного стану агрегатів і систем об'єктів МКІ.

    Для того щоб уникнути недоліків одного методу і доповнити можливості одного методу можливостями іншого, на практиці в основному застосовуються комплексні системи засобів інструментального контролю, що використовують різні по фізичній природі методи неруйнівного контролю. Звідси випливає завдання вибору таких методів неруйнівного контролю, сукупність яких дозволить забезпечити необхідний рівень достовірності оцінювання технічного стану об'єктів наземної космічної інфраструктури, які перебувають за межами призначених показників ресурсів, при мінімізації витрат на дооснащення системи експлуатації необхідним діагностичним обладнанням.

    2. Основні методи неруйнівного контролю

    Аналіз різних методів контролю досліджуваних параметрів [1-8] виявив тенденцію застосування на практиці комплексних систем засобів інструментального контролю, що використовують різні по фізичній природі методи контролю. Комплексирование дозволяє уникнути недоліків одного методу, взаємно доповнити можливості одного методу можливостями іншого і реалізувати тим самим принцип «надмірності» при контролі параметрів технічного стану (ПТС) об'єктів наземної космічної інфраструктури, які перебувають за межами призначених показників ресурсів.

    Застосування того чи іншого методу оцінюється ймовірністю достовірного вимірювання ПТС. При її недостатній рівень необхідне залучення додаткових СІК і комбінування методів контролю, що має на увазі не тільки використовувати лише один метод, але і чергування їх у певній послідовності.

    Разом з тим включення в структуру системи експлуатації комплексів засобів інструментального контролю неминуче призводить до істотного подорожчання як самих об'єктів МКІ, так і системи їх експлуатації. Тому при прийнятті рішення про притягнення конкретних СІК слід вирішити задачу по визначенню їх оптимального складу при мінімізації вартості додаткових витрат.

    Можливість застосування того чи іншого методу неруйнівного контролю для оцінки параметрів технічного стану об'єктів наземної космічної інфраструктури [1, 8] визначається трьома основними показниками:

    - применимостью - принциповою можливістю використання для вимірювання розглянутого параметра;

    - чутливістю - найменшим розміром виявляється дефекту;

    - виявленням - ймовірністю виявлення дефекту мінімального розміру.

    На етапі експлуатації об'єктів наземної космічної інфраструктури, які перебувають за межами призначених показників ресурсів, застосуй-

    ми не всі методи неруйнівного контролю. Використання окремих видів методів неруйнівного контролю (МНК) може бути обмежена їх універсальністю, масово-габаритними характеристиками вимірювальних засобів і складністю застосування.

    З урахуванням масово-габаритних характеристик і складності застосування відповідних засобів контролю, а також універсальності на сьогодні найбільш широке поширення для контролю параметрів технічного стану на етапі експлуатації об'єктів МКІ, що знаходяться за межами призначених показників ресурсу, отримали оптико-візуальний, ул'тразву-кової, рентгенографічний, гамаграфічним, магнітопорошковий і капілярний методи неруйнівного контролю. Крім того, для контролю технічного стану елементів перетворення енергії і рухомих елементів досить широко застосовуються тепловізійний і вібраційний методи.

    Завдання оптимального комплектування комплексу засобів інструментального контролю для діагностичного контролю об'єктів наземної космічної інфраструктури, які перебувають за межами призначених показників ресурсу, може бути сформульована таким чином.

    Нехай існує N об'єктів контролю і безліч {П1, ..., П7, ..., П ^} методів неруйнівного контролю, при цьому вартість контролю об'єкта у-го типу 7-м МНК становить Су. Імовірність достовірної контролю у-го об'єкта 7-м МНК - Ру7, а необхідна ймовірність достовірного контролю всіх контрольованих параметрів - РТР.

    Потрібно визначити оптимальний набір МНК для отримання необхідної інформації про безліч об'єктів контролю, при якому сумарна вартість контролю прагнула б до мінімуму при заданих обмеженнях за достовірності контролю:

    Сумарні витрати на діагностику об'єктів МКІ визначаються ви-

    де 17 - кількість методів неруйнівного контролю, призначених для контролю об'єктів у-го типу і забезпечують достовірність контролю не нижче необхідної величини.

    При цьому достовірність контролю одного об'єкта при спільному застосуванні декількох методів неруйнівного контролю визначається виразом

    3. Формулювання завдання визначення оптимального набору методів неруйнівного контролю

    Ш1П

    (1)

    при обмеженні

    (2)

    раженіем

    J іі

    (3)

    Р = 1-П (1 - р) |

    (4)

    Імовірність достовірної контролю всіх контрольованих об'єктів за умови незалежності їх контролю визначатиметься як добуток ймовірностей достовірного контролю кожного з контрольованих об'єктів:

    В остаточному вигляді завдання оптимізації може бути записана в сле-

    Рішення даної задачі передбачає перебір різних варіантів наборів методів неруйнівного контролю, при цьому в якості показника, який дозволяє порівнювати варіанти контролю параметрів технічного стану різними МНК Q7j, вибрано відношення рівня достовірності того чи іншого МНК р7у до вартості діагностичного обстеження об'єкта контролю з використанням цього МНК Су

    У загальному вигляді алгоритм вирішення задачі визначення оптимального набору методів неруйнівного контролю представлений на рис. 1.

    Якщо в результаті рішення задачі розрахункова ймовірність виявиться більше необхідної, то останній в ранжируваному списку варіант контролю виключається і повторюються кроки алгоритму, починаючи з другого кроку.

    Якщо розрахункова ймовірність виявиться менше або дорівнює необхідної, то поточні набори методів неруйнівного контролю для контролю параметрів приймаються рішенням даної задачі і представляються у вигляді матриці використання МНК:

    де = 1, якщо у-й МНК застосовується для контролю 7-го ПТС; = 0, якщо у-й

    МНК не застосовується для контролю 7-го ПТС.

    Припустимо, що з метою отримання об'єктивної інформації для оцінки технічного стану критичних елементів об'єктів МКІ, перед-

    I I іі

    Р = П Р = П1-П (• - Рч) |

    (5)

    ч = 1 ч = 11_ і = 1

    дме вигляді:

    (6)

    при обмеженні

    I I-

    р = П 1 П (• - рч) *

    (7)

    ч = 1 _ і = 1

    4. Рішення задачі визначення оптимального набору

    методів неруйнівного контролю

    Він = Рч / Су.

    (8)

    (9)

    поставлених в лівій частині табл. 1, в структуру системи експлуатації планується включення представленого в правій частині цієї таблиці діагностичного обладнання МНК з відповідними характеристиками вартості та достовірності методів. Необхідна ймовірність достовірного контролю всіх об'єктів приймається рівною 0,95.

    Мал. 1. Алгоритм розв'язання задачі визначення оптимального набору методів неруйнівного контролю

    Таблиця 1

    Вихідні дані по критичним елементам об'єктів МКІ і методам неруйнівного контролю

    Дані по об'єктах контролю дані з методів неруйнівного контролю, вартість у.о. / достовірність

    Типові несправності Кількість візуально інструментальний Ультразвуковий контроль Акустична емісія Вібраційний контроль й и н е е в.о. §? вн оо лок п е Т електровипробування

    1 2 3 4 5 6 7 8

    Розтріскування і корозія металу балонів 400 200 0,8 2000 0,9 2200 0,92 - - -

    Закінчення табл. 1

    1 2 3 4 5 6 7 8

    Негерметичність фланцевих з'єднань 10 100 0,8 3450 0,9 - - - -

    Знос елементів агрегатів 20 100 0,8 - - 400 0,9 100 0,85 -

    Руйнування підшипника електродвигуна 20 100 0,80 - - 400 0,90 100 0,85 -

    Биття вала електродвигуна 20 100 0,8 - - 400 0,9 100 0,85 -

    Коротке замикання в елементах електричного обладнання 10 200 0,8 - - - 100 0,85 1000 0,90

    Відповідно до розробленого алгоритму (див. Рис. 1) проводиться обчислення показників ранжирування по (1) і достовірності контролю за (5), а також сумарної вартості контролю за (3). Результати проведених обчислень представлені в табл. 2.

    Таблиця 2

    Результати обчислень показників ранжирування і достовірності контролю, а також сумарної вартості контролю

    Дані по об'єктах контролю (типові несправності об'єктів контролю) Дані з методів неруйнівного контролю

    Значення показника ранжирування, 0ЛІ | 10-6 Показники контролю

    Візуально-інструментальний контроль Ультразвуковий контроль Акустична емісія Вібраційний контроль Тепловізійний контроль електровипробування Показник достовірності контролю Сумарна вартість контролю, млн у.е.

    Розтріскування і корозія металу балонів 10,0 1,12 1,04 - - - 0,998 1,76

    Негерметичність фланцевих з'єднань 800,0 260,8 - - - - 0,98 0,035

    Знос елементів агрегатів 400,0 - - 112,5 425,0 - 0,997 0,012

    Руйнування підшипника електродвигуна 400,0 - - 112,5 425,0 - 0,997 0,012

    Биття вала електродвигуна 400,0 - - 112,5 425,0 - 0,997 0,012

    Коротке замикання в елементах електрообладнання 400,0 - - - 425,0 900,0 0,997 0,013

    Імовірність достовірної контролю всіх об'єктів контролю 0,97

    Сумарна вартість контролю всіх об'єктів контролю 1,844

    Так як ймовірність достовірного контролю всіх об'єктів контролю Рк = 0,97 більше РТР = 0,95, то з подальшого розгляду виключається метод акустичної емісії, що має найменший показник ранжирування з усіх МНК і знову проводяться обчислення згідно з алгоритмом (див. Рис. 1). Результати обчислень представлені в табл. 3.

    Таблиця 3

    Результати обчислень показників ранжирування і достовірності контролю, а також сумарної вартості контролю

    Дані з методів неруйнівного контролю

    Значення показника ранжирування 0, -, - • 10-6 Показники контролю

    Дані по об'єктах контролю (типові несправності об'єктів контролю) Візуально-інструментальний контроль Ультразвуковий контроль Акустична емісія Вібраційний контроль Тепловізійний контроль електровипробування ол рт ь він ек ту ат Я ^ 1 § ор о т с о д Сумарна вартість контролю, млн у.е.

    Розтріскування і корозія металу балонів 10,0 1,12 - - - - 0,98 0,88

    Негерметично сть фланцевих з'єднань 800,0 260,8 - - - - 0,98 0,035

    Знос елементів агрегатів 400,0 - - 112,5 425,0 - 0,997 0,012

    Руйнування підшипника електродвигуна 400,0 - - 112,5 425,0 - 0,997 0,012

    Биття вала електродвигуна 400,0 - - 112,5 425,0 - 0,997 0,012

    Коротке замикання в елементах електрообладнання 400,0 - - - 425,0 900,0 0,997 0,013

    Імовірність достовірної контролю всіх об'єктів контролю 0,95

    Сумарна вартість контролю всіх об'єктів контролю 0,964

    Рішенням задачі є матриця використання методів неруйнівного контролю (табл. 4).

    Виняток з розгляду методу акустичної емісії дозволило досягти необхідного рівня достовірності контролю об'єктів наземної космічної інфраструктури Рк = РТР = 0,95 і завершити процес вирішення завдання оптимізації комплексу СІК на другому кроці з можливістю забезпечення зниження фінансових витрат на 47,7%.

    Таблиця 4

    Матриця використання МНК

    Типові несправності об'єктів контролю Використовувані методи неруйнівного контролю

    Візуально-інструментальний контроль Ультразвуковий контроль Вібраційний контроль й и н е е в.о. §? вн оо лок і е н електровипробування

    Розтріскування і корозія металу балонів й й 0 0 0

    Негерметичність фланцевих з'єднань й й 0 0 0

    Знос елементів агрегатів і 0 й й 0

    Руйнування підшипника електродвигуна і 0 й й 0

    Биття вала електродвигуна і 0 й й 0

    Коротке замикання в елементах електрообладнання і 0 0 й й

    висновок

    Рішення задачі оптимізації набору методів неруйнівного контролю з використанням запропонованого алгоритму дозволяє забезпечити необхідний рівень достовірності оцінювання технічного стану об'єктів наземної космічної інфраструктури за межами призначених показників ресурсів при мінімізації витрат на дооснащення системи експлуатації необхідним діагностичним обладнанням.

    Список літератури

    1. ГОСТ 18353-79. Контроль неруйнівний. Класифікація видів і методів. -М., 1979.

    2. ГОСТ РВ 15.702-94. СРПП ОТ. Порядок встановлення і продовження призначених ресурсу, терміну служби, терміну зберігання. - М., 1994.

    3. ГОСТ Р 50599-93. Посудини й апарати сталеві зварені високого тиску. Контроль неруйнівний при виготовленні і експлуатації. - М., 1993.

    4. ГОСТ 14782-96. Контроль неруйнівний. З'єднання зварні. Методи ультразвукові. - М., 1996.

    5. ГОСТ 20415-82. Контроль неруйнівний. Методи акустичні. Загальні положення. - М., 1982.

    6. ГОСТ 28702-90. Контроль неруйнівний. Товщинометрія ультразвукова. Загальні технічні вимоги. - М., 1990..

    7. ОСТ 36-75-83. Контроль неруйнівний. Зварні з'єднання трубопроводів, ультразвуковий метод. - М., 1983.

    8. Методики оцінювання ефективності функціонування системи експлуатації об'єктів наземної космічної інфраструктури, які перебувають за межами призначених показників ресурсів: НТО. - Ювілейний: НДІ КС, 2011. - 60 с.

    Букрин Валерій Васильович

    доктор військових наук, професор, заступник директора з випробувань та експлуатації ракетно-космічної техніки, Науково-дослідний інститут космічних систем імені А. А. Максимова - філія Державного космічного науково-виробничого центру імені М. В. Хрунічева »(м Ювілейний Московської обл .)

    E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Петроковської Сергій Олександрович

    доктор технічних наук, заступник генерального конструктора Державного космічного науково-виробничого центру імені М. В. Хрунічева (м.Москва)

    E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Чобанян Володимир Аршалуйсовіч

    доктор технічних наук, професор, головний науковий співробітник, Науково-дослідний інститут космічних систем імені А. А. Максимова - філія Державного космічного науково-виробничого центру імені М. В. Хрунічева (м Ювілейний Московської обл.)

    E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Пустовалов Євген Володимирович,

    кандидат технічних наук, доцент, начальник відділу, науково-дослідного інституту космічних систем імені А. А. Максимова - філія Державного космічного науково-виробничого центру імені М. В. Хрунічева (м Ювілейний Московської обл.)

    E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Bukrin Valery Vasilyevich Doctor of military sciences, professor, deputy director on space-rocket hardware testing and operation, Research Institute of Space Systems named after A. A. Maksimov - branch of "State Space Research and Production Center named after M. V. Khrunichev"

    (Yubileyny, Moscow region)

    Petrokovsky Sergey Alexandrovich Doctor of engineering sciences, deputy chief designer, State Space Research and Production Center named after M. V. Khruichev (Moscow)

    Chobanyan Vladimir Arshaluysovich Doctor of engineering sciences, professor, Senior staff scientist, Research Institute of Space Systems named after A. A. Maksimov - branch of "State Space Research and Production Center named after M. V. Khrunichev" (Yubileyny, Moscow region)

    Pustovalov Evgeny Vladimirovich Candidate of engineering sciences, associate professor, department manager, Research Institute of Space Systems named after A. A. Maksimov - branch of "State Space Research and Production Center named after M.V. Khrunichev "

    (Yubileyny, Moscow region)

    Торгашин Сергій Іванович директор з виробництва, науково-дослідного інституту фізичних вимірювань (м Пенза)

    Torgashin Sergey Ivanovich Production manager, Research Institute of Physical Measurements (Penza)

    E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    УДК 621-192 (035)

    Алгоритм оптимізації комплексу засобів інструментального контролю для діагностики об'єктів наземної космічної інфраструктури / В. В. Букрин, С. А. Петроковської, В. А. Чобанян, Е. В. Пустовалов,

    С. І. Торгашин // Известия вищих навчальних закладів. Поволзький регіон. Технічні науки. - 2012. - № 1 (21). - С. 72-81.


    Ключові слова: Наземної космічної інфраструктури / ПАРАМЕТРИ технічного стану / СИСТЕМА ЕКСПЛУАТАЦІЇ / ЗАСОБИ ІНСТРУМЕНТАЛЬНОГО КОНТРОЛЮ / GROUND SPACE INFRASTRUCTURE / PARAMETERS OF TECHNICAL CONDITIONS / OPERATION SYSTEM / MEANS OF TOOL CONTROL

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити