Воинова С. А.
Одесская национальная академия пищевых
технологий
УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ,
РАСХОДУЮЩИМИ РЕСУРС
РАБОТОСПОСОБНОСТИ
Технические объекты (ТО) на траектории
расходования своего расчетного ресурса: от состояния нового объекта в начале
траектории до его предельного состояния в ее конце – непрерывно изменяются,
вследствие износа (старения). При этом, их состояние и, следовательно, их
технологические свойства, непрерывно изменяются, ухудшаются. Указанный процесс
касается всех составляющих технологической эффективности (ТЭ): экологической,
экономической и общетехнической. Характер, темп и особенности их изменения
подвержены влиянию множества факторов, внешних и внутренних, детерминированных
и случайных, сила воздействия которых во времени, на протяжении траектории
расходования ресурса, также изменяется.
Проявление – эффекты – воздействия
упомянутых факторов можно представить следующим существенно неполным перечнем,
разделенным на группы.
1 Эффекты механического характера:
- деградация физико-механических свойств
конструкционных материалов (ударной вязкости, твердости, прочности, проявление
усталости и др.),
- изменение размера, деформация,
проявление ползучести (крипа),
- износ в местах периодического
соприкосновения элементов конструкции с твердыми телами (эрозия, увеличение
зазоров и др.),
- зарождение микротрещин в местах
структурной решетки материала, отягощенных скоплениями дислокаций, что ведет к
зарождению микро-, а затем – макротрещин.
- ухудшение функциональных свойств
деталей, узлов и ТО в целом.
2 Эффекты термического характера:
- высокотемпературная коррозия,
окалинообразование,
- налипание
(образование отложений) расплавленных частиц твердой взвеси, несомой потоком
газов (например, шлакование элементов топок котлов, печей и др.),
- изменение структурных параметров и
функциональных свойств конструкционных материалов,
- деформация, снижение несущей способности
элементов конструкции,
- изменение процессов массо- и
энергообмена.
3 Эффекты химического характера:
- коррозия (особенно, под напряжением),
окалинообразование,
- изменение служебных свойств
поверхностного слоя материала в элементах оборудования,
- изменение химических параметров
технологического процесса.
4 Эффекты организационно-технического
характера:
- уменьшение внимания, снижение требований
к качеству выполнения регламента технического обслуживания ТО с малым
остаточным ресурсом,
- сокращение числа контролируемых
параметров технологического процесса, частоты оперативного контроля и глубины
анализа показателей работы изношенного ТО,
- сокращение ресурсовложений в техническое
обслуживание ТО.
5 Эффекты социально-психологического
характера:
- отнесение изношенного ТО к числу
неперспективных, используемых временно,
- снижение внимания к показателям работы
изношенного объекта как не перспективного для достижения высокого качества и
получения премии,
- переход высококвалифицированных
операторов с работы на устаревшем оборудовании на престижное новое
оборудование, замена их малоопытным персоналом,
- ресурсообеспечение изношенного
оборудования остаточными возможностями.
Многочисленные факторы, обусловливающие
приведенные эффекты, находятся в сложном взаимовлиянии, синергетическом,
аддитивном или антагонистическом.
В итоге, неблагоприятное воздействие на ТО
комплекса указанных факторов уменьшает возможности как технологии, так и
конструкции ТО; этим снижает его технологические свойства. В конечном счете,
это обусловливает уменьшение ТЭ ТО
(рис. 1) [1]. Этот процесс продолжается от момента пуска в действие нового ТО
до момента исчерпания им своего ресурса.
Технологические свойства ТО в зависимости от режима
его работы, определяемого системой автоматического управления (САУ),
реализуются в виде фактической ТЭ (ТЭф) соответствующего уровня. САУ
получает сигналы по нагрузке ТО и другим условиям его работы (рис. 1).
Новый ТО обладает исходной высокой ТЭ (ТЭи)
(рис. 2) [1]. По мере расходования ресурса, вследствие износа ТО, его ТЭ
непрерывно снижается (график ac, рис.2). Так,
в момент времени Т1 ущерб от износа (ущерб первого рода) (разница
между ТЭи и ТЭп) составляет
∆ТЭизн = ТЭи
– ТЭп.
Вместе с тем, важно
указать на следующее обстоятельство. Новый ТО был оснащен САУ, алгоритм которой
был ориентирован на его технологические свойства – ТЭи. По мере
износа и расходования ресурса, ТЭ объекта снижалась, а алгоритм САУ оставался
неизменным. Вследствие этого, качество управления объектом снижалось; а его
траекторией расходования ресурса оказался график ТЭф(Т) (график a-d, риc. 2), расположенный ниже графика ТЭп(Т)
(графика a-c, рис. 2). Возникший ущерб организационного характера
(ущерб второго рода) – это разница между ТЭп и ТЭф). Так,
в момент времени Т1 ущерб второго рода составляет
∆ТЭорг = ТЭп
– ТЭф.
Суммарный ущерб составляет в момент времени Т1
∆ТЭсум = ТЭи
– ТЭф.
К моменту исчерпания расчетного ресурса – Тр
– суммарный ущерб составил бы
∆ТЭсум = ТЭb – ТЭd.
Итак, ущерб первого рода прямо зависит от износа ТО. Он неизбежен. На него можно влиять
путем увеличения долговечности и смягчения режима функционирования ТО.
Ущерб второго рода, в принципе, можно исключить,
адаптировав алгоритм САУ к функции ТЭп(Т). Однако, здесь есть два
усложняющих обстоятельства.
Первое состоит в том, что процесс
формирования ТЭ ТО и ее составляющих отличается высокой размерностью.
Закономерности влияния разных факторов, их взаимовлияние на протяжении
длительности ресурса ТО, их направление, сила и динамика исследованы
недостаточно. Важно отметить то, что на рис. 2 показана идеальная – «гладкая» –
картина изменения во времени ТЭ ТО. В реальных производственных условиях
траектория - ступенчатая, так как отражает воздействие случайных факторов,
технических происшествий: сбоев, отказов, восстановительного ремонтного обслуживания
ТО и др.
Второе усложняющее обстоятельство состоит
в том, что функция ТЭп(Т) изучена недостаточно. Это принципиально
усложняет задачу разработки алгоритма адаптивной САУ. Поиск решения указанной
задачи представляет собой предмет технической геронтологии [2-5].
Научно-технические изыскания данного направления представляют большой интерес.
Актуальность подобных работ определяется крупной долей используемого в разных
отраслях производства промышленного оборудования, отработавшего значительную часть
или весь расчетный ресурс.
Повышение качества управления ТО должно
обеспечивать прежде всего достижение возможно более высокого уровня
экологической эффективности их функционирования [6].
Выводы
1 Задача управления ТЭ технических
объектов на траектории расходования ресурса усложнена непрерывным изменением их
технологических свойств.
2 САУ ТО необходимо адаптировать к
закономерности изменения технологических свойств ТО.
3 Для создание подобных адаптивных САУ,
необходимы сведения о закономерностях процесса износа ТО и обусловленного им
изменения их технологических свойств.
4 Необходимо
расширить научные системно-комплексные изыскания по проблеме изучения свойств
ТО на траектории расходования ими ресурса работоспособности. Приоритетное
положение должны занимать изыскания экологического характера.
Литература
1 Воинова С. А. Особенности
управления техническими объектами на траектории расходования расчетного ресурса
/ Щоквартальний
науково-виробничий журнал «Автоматизація технологічних і бізнес-процесів», №1, 2010, Одеса:
ОНАХТ, 2010.- С.10 – 13.
2 Воинова С. А. Место
технической геронтологии в специальных дисциплинах технического вуза / Зб. тез.
допов. 32-ї наук.-метод. конф. викладачів ОДАХТ “Проблеми метод. забезпеч.
багатоступеневої вищої освіти”. (10-12.04.2001 р., м. Одеса). – Одеса:
Міносвіти України, 2001. - С. 46.
3 Воинова С. А Элементы
технической геронтологии в учебном процессе вуза / Матеріали VI Міжнар.
науково-метод. конф. “Удосконал. підготовки фахівців” (28-30.05.2001 року, м.
Одеса).- Одеса: “Астропринт”, 2001. - С. 178.
4 Воинова С. А. Некоторые задачи автоматического управления процессом
износа технических объектов / Вісник Інженерної академії України. – Одеса,
2002. - С. 50-52.
5 Воинова С. А. Технічна геронтологія і якість роботи зношеного устаткування //
Качество, стандартизація, контроль:
теория и практика / Матер. VI Междунар.
научно-практич. конф. 26-28 сент. 2006, г. Ялта-Киев: АТМ Украины, 2006. - С.
14-16.
6 Воінова С. О. Деякі особливості задачі управління екологічною ефективністю технічних об’єктів / Труды 15-ой Междунар. науч.-техн.
конф. «Фмзич. и компьютерные технологии». (2-3 декабря 2009 г.,
Харьков). – Харьков: ХНПК «ФЭД», 2009. С. 393-395.