Технические науки/ 12. Автоматизированные системы управления на производстве

К. т. н. Воинова С. А.

Одесская национальная академия пищевых технологий, Украина

ТЕХНИЧЕСКАЯ ГЕРОНТОЛОГИЯ.

ПОТЕНЦИАЛ ВЛИЯНИЯ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Новый технический объект (ТО) обладает исходной технологической эффективностью (ТЭ) функционирования – ТЭ_и. Он оснащен системой автоматического управления (САУ), алгоритм которой соответствует исходному состоянию объекта.

ТО, с момента пуска в действие, непрерывно физически изнашивается, его свойства изменяются, состояние ухудшается, уровень ТЭ снижается (рис. 1, график a-c). Текущий уровень ТЭ все более снижается по отношению к исходному (ТЭ_и), образуя в каждый момент времени потенциальный уровень (ТЭ_п) и формируя траекторию его изменения (рис.1, график a-c) – ТЭ_п(Т) [1].

Вместе с тем, по мере износа ТО и изменения его свойств и его ТЭ, алгоритм САУ, настроенный на ТЭ_и, во все большей степени отстает от изменяющихся во времени свойств ТО. Вследствие этого, поддерживаемый САУ – фактический (реальный) – уровень ТЭ – (ТЭ_ф) – во времени все ниже опускается от соответствующего уровня ТЭ_п (рис. 1, график a-d).

График ТЭ_ф(Т) – фактическая траектория расходования ресурса работоспособности ТО – заканчивается в момент времени Т_рd на уровне достижения ею минимально допустимой эффективности – ТЭ_мин, в точке d (рис. 1). Т. о., в момент Т_рd ТО завершает расходование ресурса и переходит в предельное состояние; дальнейшее использование его нецелесообразно.

Изложенное показывает, что износ ТО обусловливает двойной негативный эффект, нарастающий на протяжении всей длительности расходования ресурса (на протяжении всей длины траектории). Он проявляется в следующем:

- эффект «А»: снижение ТЭ ТО, вследствие деградации свойств объекта, обусловленной износом,

- эффект «В»: снижение ТЭ, вследствие нарастающего несоответствия текущих свойств объекта алгоритму САУ, установленному на новом ТО и настроенному на его исходные свойства, то есть вследствие организационного обстоятельства.

Так, в момент Т₁ снижение «А» составляет ∆ТЭ_А1 = ∆ТЭ_изн; снижение «В» составляет ∆ТЭ_В1 = ∆ТЭ_орг (рис. 1).

В момент исчерпания ресурса (Т_р) снижение составит, соответственно, ∆ТЭ_А = ТЭ_b – ТЭ_c и ∆ТЭ_В = ТЭ_c – ТЭ_d.

Анализ изложенного показывает, что возможность управления процессом естественного износа ТО на траектории расходования ресурса ограничена поддержанием режима его работы в пределах регламента технического обслуживания, установленного заводом-изготовителем. Важным условием является недопущение технических происшествий, способных скачкообразно снижать уровень текущей ТЭ и, соответственно, остаточный ресурс объекта. При подобном управлении естественное снижение ТЭ ТО (вследствие действия эффекта «А») будет носить монотонный (гладкий) характер, будет соответствовать расчетной функции ТЭ_п(Т) (рис. 1).

Управление объектом, в условиях действия эффекта «А» и эффекта «В», существенно сложнее. В этом случае, под действием эффекта «B», САУ обеспечивает движение ТО по траектории ТЭ_ф(Т), чем усугубляет прогрессирующее снижение показателей работы объекта. При традиционном подходе (рис. 2) к задаче управления ТО действие эффекта «В» исключить невозможно.

Однако, можно эту задачу решить на основе применения принципиально нового подхода, состоящего в следующем.

Необходимо применить САУ, алгоритм которой адаптирован к закономерностям процесса износа ТО во времени, то есть адаптирован к функции ТЭ_п(Т).

Важно отметить то, что здесь необходима не традиционная адаптация САУ к изменяющимся условиям функционирования ТО. Здесь необходим принципиально другой подход, необходимо устранить действие эффекта «В».

Для этого необходима адаптация САУ к непрерывно изменяющимся свойствам ТО (к динамике износа) объекта, то есть адаптация к функции ТЭ_п(Т). Этот новый подход открывает возможность гибкого управления объектом.

Сложность этой задачи состоит в недостаточной изученности указанной функции применительно к конкретным ТО и к различным условиям их использования. Эти задачи входят в сферу технической геронтологии (ТГ) и по существу представляют собой прогнозирование свойств ТО, изменяющихся во времени, вследствие его физического износа, в заданных условиях работы.

Далее, если функцию ТЭ_п(Т) удалось установить, то появляется возможность применить САУ, адаптированную с указанной функции, то есть к действию эффекта «В». В этом случае на блок адаптации САУ следует подавать сигнал обратной связи (СОС), отражающий текущее состояние ТО в каждый момент времени (рис. 3).

В этом случае алгоритм САУ в каждый момент времени будет соответствовать состоянию объекта, а сама система будет обеспечивать фактическую траекторию a-e, совпадающую с потенциальной a-c-e (рис.4):

ТЭ_ф(Т) ≡ ТЭ_п(Т),

то есть будет обеспечивать гибкое управление объектом.

Важно отметить то, что в этом случае возникает двойной результат:

- во-первых, на всем протяжении траектории ТЭ_ф совпадает с ТЭ_п, то есть исключено действие эффекта «B»;

- во-вторых, длина траектории увеличилась, то есть длительность ресурса возросла.

Сопоставление траекторий ТО при традиционном подходе (действии эффектов «А» и «В») (рис. 1) и при новом подходе – гибком управлении – (при исключении действия эффекта «В») (рис. 4) показывает, что во втором случае ресурс увеличился на длительность (T_рe – T_рd). Т. о., в случае действия только эффекта «А», достигается возможность использования всей доступной (потенциальной) длительности ресурса. По сравнению с этим, при действии эффектов «А» и «В» доступный ресурс оказывается укороченным, как бы «усеченным».

Существенное положительное влияние гибкого управления на ТЭ ТО, целесообразность его применения очевидны.

Для реализации этой возможности, по конкретному ТО, необходимо располагать сведениями о закономерности процесса его физического износа, то есть о существе, содержании и динамике процесса изменения свойств ТО – функции ТЭ_п(Т).

Сфера получения этих сведений, как указано выше, является предметом ТГ [2-5].

Развитие научно-технических изысканий в области ТГ – важная актуальная задача. Основанием данного утверждения является высокий потенциал влияния возможностей ТГ на качество процесса управления ТО, которое определяет их ТЭ, в том числе экологическую, экономическую и общетехническую эффективность.

Основные положения (законы) ТГ можно сформулировать следующим образом:

- Процесс износа (старения) ТО неотвратим и необратим.

- Состояние ТО в каждый момент времени зависит от исходного его состояния, длительности и особенностей режима работы до этого момента.

- Скорость износа ТО в каждый момент времени зависит от его состояния и режима работы.

- Состояние ТО формально определяется состоянием наиболее изношенного элемента из числа важных элементов (при отказе любого из которых объект не в состоянии далее функционировать с удовлетворительными технологическими показателями).

Применение гибкого управления позволяет сделать существенный шаг в направлении использования существующих резервов повышения качества процесса управления ТО. При этом, теоретической целью является совмещение фактической траектории с потенциальной. Практической целью является возможно более плотное приближение фактической траектории к траектории потенциальной.

Результатом оказывается возможность повышения ТЭ ТО и увеличение длительности его ресурса. Следует отметить то, что повышение ТЭ касается всех ее составляющих: экологической, экономической и общетехнической эффективности. Особое положение занимает возможность повышения экологической составляющей [6].

Выводы:

1 Физический износ ТО обусловливает снижение их ТЭ – эффект «А».

2 Износ автоматизированных ТО обусловливает дополнительное снижение их ТЭ, вследствие нарастающего во времени несоответствия состояния объекта и алгоритма САУ – эффект «В».

3 Применение гибкого (потенциального) управления позволяет освободить ТО от действия эффекта «В». Для этого необходимо располагать закономерностями изменения свойств ТО во времени.

4 Исследование указанных закономерностей является предметом технической геронтологии.

5 ТГ обладает высоким потенциалом влияния на ТЭ функционирования ТО на всей протяженности их траектории расходования ресурса работоспособности. Научно-технические изыскания в области технической геронтологии приобрели актуальность

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 Воінова С. О. 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. «Физич. и компьютерные технологии». (2-3 декабря 2009 г., Харьков). – Харьков: ХНПК «ФЭД», 2009. - С. 393-395.