Методика прогнозирования остаточного ресурса технических объектов на основе метода формализации экспертной информации

Значительная доля информации (до 60%) о фактическом техническом состоянии (ТС) различных технических объектов поступает от экспертов, принимающих непосредственное участие в процессе их эксплуатации. В [1,2] рассмотрены теоретические положения и алгоритм реализации метода построения моделей на основе формализации экспертной информации. Указанный метод позволяет производить выбор и количественную оценку основного параметра на основе формализации исходной диагностической информации, он универсален, при этом основными его достоинствами являются:

- возможность производить комплексную (интегральную) оценку ТС объекта исследования;

- возможность производить количественную оценку состояния в многомерном пространстве нечетких переменных и проводить на ее основе мониторинг изделий, это дает основание для выработки гибкой стратегии эксплуатации объектов исследования;

- количественная оценка фактического ТС позволяет выработать обоснованное решение лицом проводящим обследование;

- полученная с помощью данного метода полиномиальная модель для конкретного объекта может быть адаптирована для проведения обследования объектов аналогичного типа.

Данный метод нашел свое применение при решении ряда практических задач, связанных с построением диагностических моделей, позволяющих производить количественную оценку фактического состояния ряда технических объектов. Так, в [3] опубликована статья, в которой рассматриваются основные этапы построения методики оценивания фактического состояния химических источников тока на основе выбранного факторного пространства, компонентами которого явились:

x₁ - продолжительность эксплуатации;

x₂ - фактическая величина электрической емкости ХИТ;

x₃ - величина сопротивления изоляции электрических цепей;

x₄ - величина разбаланса энергетических характеристик аккумуляторов в батарее (по значению НРЦ);

x₅ - состояние контактных соединений;

x₆ - режим эксплуатации;

x₇ - наличие признаков разгерметизации.

Визуальное отображение выбранного обобщенного параметра технического состояния (ОПТС) изделий в соответствии с его формализованным описанием имеет вид:

В таблице 1 показано нормирование ОПТС с учетом неопределенности и нечеткости границ. Поскольку нечеткость исходной информации обуславливает нечеткость предполагаемых выводов, то ее терм – множества возможных значений пересекаются по всей области определения.

Таблица 1

Нормирование обобщенного параметра технического состояния

№ состояния	Границы участка	Мода интервала	Наименование терм - множества	Характеристика состояния
I	1,0 ÷ 0,67	0,835	Выше нормы	Фактические значения всех параметров, характеризующих ТС изделий, несколько превышают значения, установленные в документации.
II	0,84 ÷ 0,5	0,67	Норма	Фактические значения основных параметров, характеризующих ТС изделий, в основном соответствуют значениям, установленным в документации. Незначительные замечания по результатам обследования устраняются на месте в незначительном объеме ремонтно-восстановительных работ (РВР).
III	0,67 ÷ 0,33	0,5	Ниже нормы, в пределах допуска	Фактические значения основных параметров, характеризующих ТС изделий, незначительно ниже значений, установленных в документации, но позволяют дальнейшую эксплуатацию в составе специальной аппаратуры при условии проведения восстановительных мероприятий на месте, отправка на предприятие - изготовитель для проведения РВР не требуется.
IV	0,5 ÷ 0,16	0,33	Предельное состояние	Фактические значения основных параметров, характеризующих ТС изделий, не соответствуют установленным в документации, проведение восстановительных работ на месте не позволит восстановить работоспособность изделия в полном объеме, но возможно ее восстановить при условии проведения РВР на предприятии – изготовителе.
V	0,33 ÷ 0	0,165	Дальнейшая эксплуатация недопустима	Фактические значения основных параметров, характеризующих ТС изделий, не соответствуют установленным в документации на изделие, проведение РВР нецелесообразно по причине невозможности восстановления работоспособного состояния изделия.

В результате выполнения дальнейших действий, связанных с составлением и обработкой данных матрицы экспертного опроса, рассчитаны коэффициенты, и полученное выражение для количественной оценки ОПТС изделий имеет вид:

Y = 0,416 + 0,0787x1 + 0,1313x2 + 0,0313x4 + 0,0102x6 + 0,0948x7 + 0,0154x1x4 - 0,0106x1x5 - 0,0257x1x6 + 0,0105x2x5 - 0,0106x3x5 + 0,0107x4x6+ 0,0105x4x7 - 0,0107x1x2x7 + 0,0104x1x2x6 - 0,011x1x2x7 - 0,0106x1x3x4 + 0,0154x2x4x7 + 0,0209x3x4x5 + 0,0101x3x5x6 - 0,0107x3x5x7

в котором переменные факторного пространства x₁-x₇ представлены в кодированном виде. Подробнее порядок кодирования переменных факторного пространства на основе измеренных в процессе обследования фактических физических величин и параметров рассмотрены в [3].

Помимо оценки фактического ТС исследуемого объекта, вышеупомянутый метод также позволяет прогнозировать его изменение путем оценки текущего значения ОПТС и с учетом этого производить оценку остаточного срока эксплуатации следующим образом:

- производится дифференцирование выражения для расчета ОПТС по всем входящим в него переменным ;

- рассчитывается градиент ;

- рассчитывается значение коэффициента относительного времени оставшегося ресурса для i-го случая , где - значение ОПТС, которое согласно формализованному описанию, соответствует переходу изделия в предельное состояние;

- рассчитывается прогнозируемый срок эксплуатации изделия , где - гарантийный срок эксплуатации изделия, - фактическое значение коэффициента относительного времени оставшегося ресурса на момент проведения обследования, - значение коэффициента относительного времени оставшегося ресурса соответствующее начальному этапу эксплуатации изделия, т.е. когда значения всех параметров, используемых при расчете переменных факторного пространства, соответствуют гарантийным значениям.

Апробация методики прогнозирования остаточного ресурса произведена для выборки изделий в количестве 30 штук рассмотренной в [3], результаты расчета приведены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты апробации методики прогнозирования остаточного ресурса

№ п/п	Год выпуска изделия (x1)	Сопро- тивление изоляции, мОм (x3)	Величина НРЦ, В		Кол-во дефектных аккум.		Емкость изделия А/ч (x2)	Режим эксплуатац. (x6)	ОПТС Y	Прогнозируемый срок службы, лет
			Изделия	Аккум.- свидетелей (x4)	по НРЦ	по течи (x7)
1	1988	0	34,1	1,250÷1,265	3	4	10	Резервный	0,039	0
2	1988	10	33,1	1,250÷1,261	8	2	15	Резервный	0,093	0
3	1988	500	34,0	1,265÷1,269	-	1	35	Резервный	0,182	0
4	1988	500	34,0	1,258÷1,269	1	3	30	Резервный	0,120	0
5	2002	500	34,2	1,264÷1,272	-	-	82	Резервный	0,558	4,5
6	1995	500	34,2	1,265÷1,267	-	-	110	Резервный	0,629	5,5
7	1997	100	34,2	1,267÷1,269	-	-	90	Резервный	0,570	5
8	1997	500	34,2	1,266÷1,269	-	-	108	Резервный	0,632	5,6
9	1995	500	34,1	1,262÷1,267	-	-	110	Резервный	0,614	5,4
10	1995	500	34,1	1,263÷1,268	-	-	102	Хранение	0,607	5,3
11	1979	500	33,7	1,237÷1,263	23	-	8	Резервный	0,075	0
12	2002	500	34,1	1,262÷1,268	-	-	80	Резервный	0,562	4,8
13	2002	500	34,2	1,262÷1,270	-	-	82	Резервный	0,558	4,7
14	2002	500	34,2	1,264÷1,272	-	-	82	Резервный	0,558	4,7
15	2002	500	34,0	1,261÷1,267	-	-	75	Резервный	0,545	4,6
16	1997	500	34,2	1,262÷1,275	-	-	105	Резервный	0,571	5,1
17	1987	0	34,3	1,263÷1,273	-	2	87	Резервный	0,302	0
18	1987	0	34,1	1,254÷1,268	2	1	90	Резервный	0,337	0,2
19	1987	500	33,7	1,238÷1,255	27	-	8	Резервный	0,146	0
20	1987	500	33,7	1,235÷1,262	9	-	25	Резервный	0,204	0
21	1997	500	34,2	1,264÷1,270	-	-	110	Хранение	0,640	5,8
22	1987	18	34,1	1,262÷1,266	-	1	95	Резервный	0,352	0,4
23	1987	500	34,1	1,262÷1,268	-	-	90	Резервный	0,474	3,1
24	1987	500	34,0	1,259÷1,270			92	Резервный	0,467	3
25	1987	50	34,1	1,265÷1,268	-	-	82	Резервный	0,442	2,8
26	1987	100	34,0	1,266÷1,271	-	-	80	Резервный	0,431	2,5
27	1987	100	33,9	1,261÷1,266	-	-	50	Резервный	0,309	0
28	1987	50	34,2	1,264÷1,271	-	-	85	Резервный	0,448	2,9
29	2002	500	34,2	1,262÷1,268	-	-	80	Хранение	0,565	4,7
30	2002	500	34,1	1,261÷1,267	-	-	78	Резервный	0,555	4,6

Анализ полученных данных позволяет сделать вывод о том, что прогнозируемый срок службы соответствует текущему значению ОПТС, т.е. методика прогнозирования остаточного ресурса изделий разработанная на основе модели ОПТС адекватна изучаемому явлению.

Поскольку рассмотренная методика обладает свойством универсальности и относительной простотой реализации, она может быть легко адаптирована применительно к конкретному объекту эксплуатации, при этом необходимо учитывать ряд факторов:

- особенности конструктивного исполнения изделий;

- специфику монтажа изделий на объекте эксплуатации;

- особенности эксплуатации изделий в составе комплекса;

- характер влияния эксплуатационных факторов в процессе эксплуатации изделий, и т.д.

Так как применение методики предусматривает оценивание и измерение ряда фиксированных физических величин и показателей, характеризующих текущее ТС изделий, необходимо также учитывать достаточность предложенного в рамках методики факторного пространства для оценки состояния конкретного изделия.

Литература:

1. Спесивцев А.В. Управление рисками чрезвычайных ситуаций на основе формализации экспертной информации. – СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2004. – 238 с.

2. Артамонов В.С., Кардашев И.П., Спесивцев А.В. и др. Элементы превентивного управления рисками при эксплуатации системных объектов. – СПб: Изд-во СПбГУ, 2003. – 132 с.

3. Кунько А.Е., Спесивцев А.В. Оценивание технического состояния химических источников тока на основе неявных экспертных знаний // Информация и космос. – 2010. - №4. – С. 42-50.