Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Математическое моделирование деградационных процессов и разработка программного обеспечения для слежения за изменением состояния сложных механических объектов и установления допустимого предела их функционирования

Диссертация: Математическое моделирование деградационных процессов и разработка программного обеспечения для слежения за изменением состояния сложных механических объектов и установления допустимого предела их функционирования
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Практическая значимость заключается в разработанном программном комплексе для краткосрочного пошагового прогнозирования фактического состояния МАРТ. На основе установленных закономерностей предложена методика контроля состояния шарикоподшипникового узла МАРТ, которая обеспечивает повышение более чем в 2 раза уровня деградационной безотказности МАРТ и увеличение в 1,2-И, 4 раза срока их службы… Читать ещё >

Математическое моделирование деградационных процессов и разработка программного обеспечения для слежения за изменением состояния сложных механических объектов и установления допустимого предела их функционирования (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава I. Современное состояние методологии эксплуатации эрготехнических систем без деградационных отказов
    • 1. 1. Обеспечение эксплуатационной безотказности сложных технических систем
    • 1. 2. Обоснование принципиальной возможности перехода обслуживания и эксплуатации эрготехнических систем по состоянию
    • 1. 3. Системный анализ состояния сложных технических объектов
  • Выводы по главе 1
  • Глава II. Модельный анализ упреждения деградационных отказов и эксплуатации технических средств по фактическому состоянию
    • 2. 1. Моделирование деградационных процессов -в эрготехнических системах
    • 2. 2. Расчетное моделирование деградации характеристик изделия во времени
    • 2. 3. Методика перехода к эксплуатации машинных агрегатов и узлов роторного типа с упреждением деградационных отказов
  • Выводы по главе 2
  • Глава III. Реализация на ЭВМ и практическое использование методологии эксплуатации эрготехнических систем по состоянию
    • 3. 1. Алгоритм определения допустимого предела эксплуатации
    • 3. 2. Программный комплекс для краткосрочного пошагового прогнозирования фактического состояния МАРТ
    • 3. 3. Апробация разработанного программного комплекса на примере задачи определения механических потерь в механическом редукторе при его эксплуатации
  • Выводы по главе 3

Актуальность темы

В настоящее время проблема обеспечения безотказности технических систем приобретает особую остроту. Это связано с тем, что крайне сложно или практически невозможно проследить все закономерности влияния различных факторов на систему в целом и на каждую подсистему в частности, а также оценить влияние их взаимодействия друг с другом. Это, в свою очередь, часто порождает отказы, ведущие к тяжелым авариям и техногенным катастрофам [1−3].

Решение проблемы обеспечения безотказности сложных эрготехнических систем традиционно основывается на основе теории надежности [3−8]. Огромный вклад в. развитие этого научно-технического направления внесли отечественные ученые: Александровская JI.H., Гнеденко Б. В., Дунин-Барковский И.В., Проников A.C., Шор Я. Б. и др. Традиционные подходы теории надежности основаны на определении вероятности отказа систем в период их жизненного цикла, то есть в период от их проектирования до изготовления. При этом используется математический аппарат теории вероятностей и математической статистики [9−12]. В настоящей работе направлением исследований явилось изучение закономерностей возникновения деградационных отказов (ДО) в механических агрегатах роторного типа (МАРТ) с использованием методологии компьютерного моделирования для упреждения деградационных отказов на этапе функционирования изделия и, в результате, переход к его эксплуатации по фактическому состоянию.

Сложность рассматриваемых эрготехнических объектов, в частности МАРТ, определяется их многокомпонентностью и совокупностью взаимосвязанных свойств, которые отчетливо проявляется лишь при их функционировании [7, 13−16]. Составляющие каждого из объектов, вступая в определенные устойчивые связи друг с другом и окружающей средой, образуют относительно автономную систему. Такая система имеет определенную функцию поведения, причем свойства отдельных компонент обобщаются и теряют свою индивидуальность [16−20].

Как известно, при поступлении технического устройства в эксплуатацию, его свойства в начальный момент определяются, главным образом, конструкторско-технологическими и производственными факторами [21−25]. Далее, в ходе эксплуатации эрготехнической системы, в их характеристиках проявляютсядополнительные факторы, связанные с адаптацией к реальным условиям [26−29]. На следующем этапе, когда износ практически отсутствует, происходит накопление различных дефектов, причем сначала незначительное, а затем, при переходе к следующему этапу, наблюдается резкое повышение интенсивности деградационных процессов. Деградация свойств объектов ведет к дрейфу их показателей качества. Выход характеристик объекта за пределы установленного допуска характеризует деградационный отказ [30−32].

Объектом исследований в настоящей работе служит один из самых распространенных механических узлов роторного типа: шарикоподшипниковый узел. Для такого рода объектов более характерен деградационный отказ. [19]- нежели случайный, поэтому в работе закономерности появления случайных отказов рассматриваться не будут.

Целью настоящей работы является повышение эффективности обеспечения безотказности МАРТ на этапе их функционирования и их эксплуатации по фактическому состоянию на основе математического и компьютерного моделирования.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели в работе необходимо было решить следующие задачи:

— установить возможности упреждения отказов и управления безотказностью МАРТ на основе изученных закономерностей возникновения деградационных отказов;

— изучить механизм возможного управления процессом эксплуатации на основе краткосрочного прогнозирования состояния МАРТ с пошаговой коррекцией результатов и выработать методы оценки уровня деградации свойств МАРТ в общей системе упреждения ДО;

— разработать программный комплекс (ПК) для автоматизированной системы краткосрочного прогнозирования состояния подшипникового узла с пошаговой коррекцией результатов.

Научная новизна. К новым результатам, полученным в диссертационной работе, относятся:

— предложенная* математическая модель ДО МАРТ, основанная, на рекуррентном оценивании деградационного процесса на базе интерполяционной сплайн-функции Лагранжа, вычисляемой на интервале наблюдения от шага к шагу до момента достижения допустимого предела эксплуатации технической системы;

— разработанный алгоритм анализа деградационных процессов, основанный на системном подходе к изучению состояния МАРТ и включающий в себя краткосрочное прогнозирование фактического состояния таких систем с пошаговой коррекцией результатов;

— установленные границыприменимости анализа деградационных процессов, связанные с использованием предложенной математической модели описания ДО МАРТ и алгоритмом краткосрочного пошагового прогнозирования.

Практическая значимость заключается в разработанном программном комплексе для краткосрочного пошагового прогнозирования фактического состояния МАРТ. На основе установленных закономерностей предложена методика контроля состояния шарикоподшипникового узла МАРТ, которая обеспечивает повышение более чем в 2 раза уровня деградационной безотказности МАРТ и увеличение в 1,2-И, 4 раза срока их службы, а также снижает процент отказа от эксплуатации еще фактически годной технической системы.

Достоверность результатов обоснована использованием фундаментальных законов классической физики, сложившегося аппарата системного анализа и моделирования процессов функционирования МАРТ, современных средств и методов измерения и обработки экспериментальных данных.

Апробация работы. Основные результаты, полученные в ходе диссертационных исследований, докладывались на электронной конференции «Современные проблемы автоматизации» (15−20 декабря, 2007), XXXV-й и XXVII-й Международных научно-технических конференциях «Гагаринские чтения» (Москва, 6−10 апреля 2009 и 5−8 апреля 2011 гг. соответственно), Международной научно-технической конференции «Технические науки и современное производство» (Испания, Тенерифе, IIIS марта 2011 г.) научно-технических семинарах Института системного анализа РАН и «МАТИ» — Российского государственного технологического университета им. К. Э. Циолковского.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. Установлены возможности упреждения отказов и управлению безотказностью эрготехнической системы на основе изученных закономерностей возникновения деградационных отказов и краткосрочного пошагового прогнозирования состояния МАРТ с коррекцией результатов по каждому шагу.

2. Предложена математическая модель ДО МАРТ, основанная на рекуррентном оценивании деградационного процесса на базе интерполяционной сплайн-функции Лагранжа, вычисляемой на интервале наблюдения от шага к шагу до момента достижения допустимого предела эксплуатации технической системы.

3. Разработан алгоритм анализа деградационных процессов, основанный' на системном подходе к изучению состояния МАРТ, и включающий в себя краткосрочное пошаговое прогнозирование фактического состояния таких систем с коррекцией результатов’по каждому шагу.

4. Установлены границы применимости анализа деградационных процессов, связанного с использованием* предложенной математической модели описания' ДО МАРТ и алгоритма краткосрочного пошагового прогнозирования.

5. Разработан программный комплекс для краткосрочного пошагового прогнозирования фактического состояния МАРТ, встроенный в информационно-измерительную систему слежения за процессом выработки подшипников электродвигателя.

6. На основе установленных закономерностей предложена методика контроля по состоянию для шарикоподшипникового узла, которая обеспечивает повышение более чем в 2 раза уровня деградационной безотказности МАРТ и увеличение в 1,2-*-1,4 раза срока их службы, снижает процент отказа от эксплуатации еще фактически годной технической системы.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Н. П. Ямпурин, А. В. Баранова. Основы надежности электронных средств. Учебное пособие для студентов высших учебных заведений. Издательский центр «Академия», 2010 г., 240 с.
  2. В. П. Стрельников, Е. В. Барзик, Е. С. Пантелеева Анализ методик расчета безотказности избыточных систем. Киев: Математичш машини i системи, 2005, № 2
  3. М.Ф. Бабаков, А. В: Попов. Теоретические основы конструирования технологии и надежности электронных средств. Харьков, ХАИ, 2000, 167 с.
  4. В.В. Жаднов, А. В*. Сарафанов. Управление качеством при проектировании теплонагруженных радиоэлектронных средств. COJIOH-Пресс, 2004 г., 464 с.
  5. Шашкин • В. В. Надежность в машиностроении: Справочник. М.:Политехника, 1992, 722 с.
  6. Л.И. Кранихфельд, А. Н. Дудкевич, С. Н. Потапов. Надежность проводов и кабелей для РЭА. Минэлектропром СССР, 1990, 45 с.
  7. Е.С., Овчаров Л. А., Теория случайных процессов и ее инженерные приложения. Уч. пособие для ВУЗов. — М: Высшая школа, 2000.
  8. В. И. Вероятностный анализ ненадежных автоматов. Рига: Зинатне, 1969.9: Левин В. И. Элементы матричной теории надежности автоматов. Рига: Зинатне, 1973.
  9. В. И. Статистический надежностный синтез автоматов. Рига: Зинатне, 1974.
  10. ГОСТ 27.301−95 Надежность в технике. Расчет надежности. Основные положения
  11. В. И. Логическая теория надежности сложных систем. М.: Энергоатомиздат, 1985.
  12. А. Д. Теоретические основы конструирования и надежности радиоэлектронной аппаратуры. М.: Высш. Школа, 1970 г., 488 с.
  13. Под ред. Самотокина Б. Б. Детали и механизмы роботов. Основы расчета, конструирования и технологии. Выща школа, 1990, 343 с.
  14. О.В. и др. Основы конструирования и агрегатирования: Учеб. Пособие М.: Издательство стандартов, 1983, 224 с.
  15. Т.Ф. Терликова, А. С. Мельников, В. И. Баталов. Основы конструирования приспособлений. М.: Машиностроение, 1980, 119 с.
  16. В.Ф. Надежность технических систем и техногенный риск. Часть 1. Надежность технических систем. М.: Альянс, Путь, 2008- 200 с.
  17. Д. Надежность машин. Ростов-на-Дону: Надежность машин, 1972
  18. Б. Р. Левин. Справочник по надежности М.: Высш. Школа, 196 920: Сорин. Я. М. Надежность радиоэлектронной аппаратуры. М: Госэнергоиздат, 1961, 72 с.
  19. К. Капур, JI. Ламберсон. Надежность и проектирование систем. М.: Мир, 1980, 608 с.
  20. А. С. Рруничев: Испытания радиоэлектронной аппаратуры на надежность. М.: Советское радио, 1969
  21. Т. А. Эксплуатация и. надежность. гидро- и пневмоприводов. М.: Машиностроение, 1990, 248 с.
  22. Г. В. Надёжность автоматизированных производственных систем 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1986.
  23. В. Надежность сложных технических систем. Наукова думка, 1974
  24. Надежность машин. Сборник статей. РИСИ, 1976
  25. A.A. Надежность конструкции баллистических ракет. М: Машиностроение, 1978 г.
  26. Г. П. Иванов, A.A. Худошин. Надежность материала в прочностных расчетах. Техкранэнерго, 2002, 87 с.
  27. С. Надежность подъемно-транспортных машин. М.: Машиностроение, 1986
  28. .В. и др. Математические методы в теории надежности. Основные характеристики надежности и их статистический анализ. М.: Наука, 1965 г.
  29. И. Точность и надежность механических систем. Изд-во РИГА, 1974, 124 с.
  30. С.М. Надежность элементов радиоэлектронной аппаратуры. М. ¡-Энергия, выпуск: 987, 1979 г., 80 с.
  31. Ю. А. Ануфриев, В. Н. Гусев, В. Ф. Смирнов. Эксплуатационные характеристики и надежность электрических конденсаторов. Библиотека-по радиоэлектронике, выпуск 55. М.: Энергия, 1976 г.
  32. Г. А. Балл. Аппаратурный корреляционный анализ случайных процессов. Библиотека по радиоэлектронике, выпуск 11., 1968 г. М.: Энергия, 160 с.
  33. Надежность технических систем: Справочник / Ю. К. Беляев, В. А. Богатырев, В. В. Болотин и др.- Под ред. И. А. Ушакова. М.: Радио и связь, 1985.-608 с.
  34. Надежность в, машиностроении: Справочник. Под ред. В. В. Шашкина, Г. П. Карзова. СПб.: Политехника, 1992. — 719 с.
  35. В.П. Надежность и диагностика. СПб., «Элмор», 1998. — 230 с.
  36. Дружинин Г. В.3 Надежность автоматизированных производственных систем. М.: Энергоатомиздат, 1986. — 480 с.
  37. М.А., Иванова Г. М. Надежность автоматизированных систем управления технологическими процессами. Энергоатомиздат, 1989. -264 с.
  38. . В., Беляев Ю. К., Соловьев А. Д. Математические методы в теории надежности. М.: Наука, 1965. — 524 с.
  39. Ф., ФранкенП. Надежность и техническое обслуживание: Математический подход. -М.: Ридио и связь, 1988. 392 с.
  40. Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. — 506 с.
  41. Расчет показателей надежности по результатам экспериментов. Методические указания / Состав. Колобов А. Б. Иваново, ИГЭУ. — 36 е., № 602.
  42. Статистико-вероятностная оценка прочностной надежности элементов механических систем. Методические указания / Состав. Колобов А. Б. -Иваново, ИГЭУ. 40 е., № 742, 2008 г.
  43. Регрессионный анализ результатов испытаний. Методические указания / Состав. Колобов, А. Б. Иваново, ИГЭУ. — 36 е., № 715, 2008-г.
  44. Статистическое моделирование динамических систем средствами АВТ. Под ред. И.М."Витенберга. М.: Машиностроение, 1976 г., 200 с.
  45. В.В. Надежность технических систем и управление риском. М.:МИФИ, 2008, 280'с.
  46. Барзилозич Е- Ю, Некоторые случаи профилактического обслуживания систем с резервированием. В сб. Кибернетику на службу коммунизму. Т. 2, М.—Л" «Энергия», 1964, 148—153
  47. Определение оптимальных сроков профилактических работ на автоматических системах. Изв. АН СССР. Техн. кибернетика, 1964, № 3, 38—45
  48. Ю. К., Линейчатые марковские процессы и их приложение к задачам теории надежности- Тр. VI Всес: совещания по теории вероятностей и матем. статистике, 1960. Вильнюс. Гос. изд-во полит, и научн. лит. ЛитССР, 1962, 309—323
  49. И. А., Математические модели для задач обнаружения и локализации неисправностей. В сб. Кибернетику на службу коммунизму. Т. 2, М.—JI&bdquo- «Энергия», 1964, 159−178
  50. О. И., О влиянии надежности обслуживающего устройства на показатели функционирования систем с ограниченным- потоком требований. Автоматика и телемеханика, 1964,25, № 11, 1603—1607
  51. Н. Г. О надежности и точности автоматического производства. Изв. АН СССР- Отд. техн. н. Энерг. и автоматика, 1959, № 4, 59—78
  52. ., Об асимптотическом разложении остаточного члена в случае сходимости к закону Пуассона.Liet. matem. rinkinys, Лит. матем. сб., 1962, 2, № 1, 35—48.
  53. Э. И., О повышении надежности вычислительных машин методом дублирования оборудования с восстановлением резерва. Изв: АН СССР, Отд. техн. н. Энерг. и автоматика, I960- № 3, 73—77
  54. Колмогоров’А. Н., Несмещенные оценки. Изв. АН СССР. Сер. матем., 1950, 14, № 4, 303—326
  55. В. И., О методах расчета надежности систем, содержащих большое число элементов. Изв. АН СССР, Отд. техн. н., 1954, № 6, 3—12
  56. В., Введение в теорию вероятностей^ и ее приложения. 2-е изд. Перев. с англ. М., «Мир», 1964,498 стр.
  57. П. Уточнение предельной теоремы для суперпозиций независимых процессов восстановления. Теория вероятностей и ее применения. 1963, 8, № 3, 341—349
  58. W. К., Tick L. I., Woodbury М. A., Some mathematical and statistical techniques useful in reliability analysis. Proc. 4th Nat-Sympos. Reliabll. and Qual.
  59. Gontrol Electron. (Washington, D. C 1958). New York- N. Y., Inst. Radio Engrs, 1958,63—68.
  60. Bazovsky I., Reliability: theory and practice. S. 1., Prentice-Hall, Internat. Inc., 1962, 292 pp. Русский перевод см. Базовский, Теория и практика надежности, М., ИЛ, 1964
  61. Calabro S- R., Reliability principles and practices. New York, McGraw-Hill Book Go., 1962, 371 pp.
  62. Derman C, Sacks J-, Replacement of periodically inspected equipment: (an optimal optional stopping rule). Naval- Res. Logist. Quart, I960, 7, № 4, 597— 607
  63. В.И. Надежность технических систем: экономическая- оценка. М.: Экономика, 1988, 151 с.
  64. Н.А. Справочник.конструктора РЭА: Компоненты, механизмы, надежность. Mi: Радио и связь, 1985 г.
  65. В.Д.Плахтин: Надежность ремонт и монтаж металлургических машин- М.: Металлургия, 1983,415 с:
  66. Э. Дж., Кумамото X. Надежность технических систем и оценка риска. М-: Машиностроение- 1984- 52 с.
  67. Л.В., Шубинский И. Б. Нетрадиционные методы оценки надежности информационных систем: СПб.: Любавич, 2000* - 173 с.
  68. Н. И. Плаксин С.И. Диагностика и надежность ЭМС. Датчики, методы и устройства измерений. Нижний Новгород: НГТУ, 2004, 112 с.
  69. ГЛ. Иванов- А. А. Худошин, Ю. В. Кадушкин. Надежность материала в прочностных расчетах (вопросы и ответы): М.: «Техкранэнерго», 2002, 87 с.
  70. Д. К., Липов М. Надежность. Организация исследования, методы, математический аппарат. М.: Советское радио, 1962, 688 с.
  71. Г. Надежность программного обеспечения. М.: Мир, 1980. -232с.
  72. В.А., Солдатенко В. С., Кузнецов В. В. Моделирование и обеспечение надёжности программных средств АСУ. СПб.: ВИКУ им. А. Ф. Можайского, 1999. — 49 с.
  73. ЛипаевВ.В. Надёжность программных средств. М.: СИНТЕГ, 1998. -232 с.
  74. Ван Тассел Д. Стиль, разработка, эффективность, отладка и испытание программ. М.: Мир, 1985. — 416с.
  75. В.В. Отладка сложных программ. М.: Энергоатомиздат, 1993. — 213с.
  76. Фельдман Я.'А.Создаем информационные системы М: Солон, 2006 — 120 с.
  77. .С. Информационные технологии и системы: Монография. В 2 кн. Книга 1. Методология синтеза новых решений. Нижний Новгород: Изд-во ННГУ им. Н.И. Лобачевского- 2001. — 404. с. 83. http://www.crossplatform.ru/
  78. Н. 3., Партыка Т. Л., Попов И. И. Основы1 построения автоматизированных информационных систем: Инфа-М, Учебное пособие.2008−416с
  79. Герберт Шилдт, Джеймс Холмс. Искусство программирования на Java = The Art of Java. — M.: Диалектика, 2005. — 336 c.
  80. Джошуа Блох. Java. Эффективное программирование = Effective Java. — M.: Лори, 2002. —224 с.
  81. К. Дж. Введение в системы баз данных = Introduction to Database Systems. — 8-е изд. — М.: «Вильяме», 2006. — 1328 с.
  82. М.Р. Энциклопедия технологий баз данных. — М.: Финансы и статистика, 2002. — 800 с
  83. Т., Бегг К. Базы данных. Проектирование, реализация и сопровождение. Теория и практика = Database Systems: A Practical Approach to Design, Implementation, and Management. — 3-е изд. — M.: «Вильяме», 2003. —1436 с.
  84. Гарсиа-Молина Г., Ульман Дж., Уидом Дж. Системы баз данных. Полный курс. — М.: «Вильяме», 2003. — 1088 с.
  85. В.В. Корнеев, А. Ф. Гареев, C.B. Васюткин, В. В. Райх. Базы данных. Интеллектуальная обработка информации. М.: Нолидж, 2000 г., 352 С.
  86. Дж.-Мартин. Организация баз данных в вычислительных системах. М., Мир, 1980.93. http://search.mysql.com/search?q=DifferencesfromANSI.html&li=langen
  87. М.Р. Энциклопедия- технологий баз данных. — М: Финансы и статистика, 2002. — 800 с.
  88. Роберт Шелдон, Джоффрей Мойе MySQL: базовый курс = Beginning MySQL. — M.: «Диалектика», 2007. — G. 880.96: Fpa6ep Мартин. SQL. Пер. с англ. M.: Издательство «Лори» — 2001. -643 с.
  89. Кузнецов Максим, Симдянов Игорь. MySQL на примерах. — Спб.: «БХВ-Петербург», 2007. — С. 952.
  90. Г. П., Гогсадзе P.Iii. Математические методы в измерительной технике. М.: Издательство комитета стандартов, мер и. измерительных приборов при совете министров СССР, 1970. — 615 с.
  91. В.В., Параллельная обработка данных, http://www.parallel.ru/vw/
  92. ЮЗ.Комолкин A.B., Немнюгин С. А., Программирование для высокопроизводительных ЭВМ, http://www.hpc.nw.ru/COURSES/HPC/
  93. .С. Информационные технологии и системы: Монография. В 2 книгах. Книга 1. Методология синтеза новых решений. — Нижний Новгород: Изд-во ННГУ им. Н. И. Лобачевского, 2001, 404 с.
  94. В.А., Операционные системы распределенных вычислительных систем (распределенные ОС), http://www.parallel.ru/krukov/
  95. В.М., Ушаков И. В., Головин Ю. М. Современные методы компьютерной обработки экспериментальных данных: Учебное пособие. — Тамбов: Издательство ТГТУ, 2006. 84 с.
  96. Н.З., Партыка Т. Л., Попов И. И. Основы построения автоматизированных информационных систем: Инфа-М, Учебное пособие, 2008, 416 с.
  97. В.В. Тестирование программ. М.: Радио и связь, 1986. — 312с.
  98. Ю.С., Леус В. А., Скороспелое В. А. Сплайны в инженерной геометрии. М.: Машиностроение, 1985, 224 с.
  99. Ю.С., Леус В. А., Скороспелов В. А. Сплайны в инженерной геометрии. М.: Машиностроение, 1985, 224 с.
  100. Ж. Бланшет, М. Саммерфилд Qt 4: Программирование GUI на С++. — М.: «КУДИЦ-ПРЕСС», 2007. — С. 648.
  101. Макс Шлее Qt 4.5 Профессиональное* программирование на С++. — СПб.: «БХВ-Петербург», 2010. — С. 896.
  102. ПЗ.Земсков Ю. В. Qt 4 на примерах. — СПб.: «БХВ-Петербург», 2008. — С. 608.
  103. Т. Разработка пользовательского интерфейса. М.: ДМК Пресс, 2001 г., 416 с.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!