книги из ГПНТБ / Гром, В. П. Экспресс-анализ данных сдаточных испытаний судов с помощью бортовой ЭЦВМ

В. П. Гром

Р. В. Кузьмин

ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗ ДАННЫХ СДАТОЧНЫХ ИСПЫТАНИЙ СУДОВ C ПОМОЩЬЮ БОРТОВОЙ ЭЦВМ

Издательство „Судостроение“ Ленинград 1974

УДК 629.12.001.42

Г 87

Экспресс-анализ данных сдаточных испытаний судов с по­ мощью бортовой ЭЦВМ. Гром В. П.

Приведена методика анализа на ЭЦВМ малых выборок статистических данных об отказах и наработках, а также теплотехнических, прочностных и других испытаний судовых механизмов. В методике использованы новыеметоды опреде­ ления и описания точности, достоверности и' представитель­ ности результатов испытаний. C помощью бортовой ЭЦВМ решаются задачи экспресс-анализа результатов сдаточных испытаний судов, оптимизации планов их продолжения.

Книга рассчитана на широкий круг инженерно-технических работников судостроительных заводов и заводов-изготовите­ лей судовой техники.

Ил. 12. Табл. 12. Литерат. 17 назв.

Научный редактор В. И. Суворов

31805 — 071

Г 048(01)-74 БЗ—25—22—74 © Издательство «Судостроение» 1974 г.

2

ГЛАВА I

АНАЛИЗ ДАННЫХ СДАТОЧНЫХ ИСПЫТАНИЙ СУДОВ В ХОДЕ ИХ ПРОВЕДЕНИЯ

§ 1. Задачи и методы анализа

Непрерывно совершенствуются и усложняются судовые устрой­

ства, механизмы и системы. Конструкции их часто становятся более напряженными. Повышаются требования к обслуживанию.

Автоматизация суровых энергетических установок, систем и

вспомогательных механизмов ведет к росту числа контролируемых

и регулируемых параметров и скоростей их изменения. Ужесточа­

многие устройства и системы для повышения надежности дубли­

руются. Количество единиц оборудования на одного члена экипажа увеличилось настолько, что неизбежным стало применение стати­

стических понятий для описания и анализа функционирования

судового оборудования.

Пока это еще возможно, требования безопасности стремятся выполнить путем привлечения человека. Шведская фирма СААБ-

СКАНИЯ в своих проспектах выдвигает, например, такие поло­

жения:

—самым важным требованием к любой судовой системе авто­

матического управления является способность легко и быстро пере­ ключаться для управления вручную;

—по соображениям безопасности в соответствии с современ­

ными требованиями во время маневрирования кто-то обязан стоять наготове около критических органов управления.

Однако удовлетворить этим путем требованиям надежности и

безопасности становится все труднее. Логически неизбежным ста­ новится применение на судах все более глубокой комплексной авто­

матизации с управлением от единой ЭВМ. Ниже на примерах рас­ сматриваются некоторые основные особенности и закономерности

такой эволюции.

Фирмой Мэйбах Мерседес-Бенц (ФРГ) разработана система

автоматического управления главными двигателями и генератор­

ными установками буксира-толкача. Система обеспечивает:

— автоматический пуск и останов генераторных установок

с двигателями внутреннего сгорания;

5

—автоматическую готовность главных дизелей к работе;

—автоматический пуск и останов главных дизелей;

—контроль состояния систем гидравлики, сжатого воздуха и электропитания, пожароопасность и уровень воды в трюме;

—контроль исполнения системами гидравлики и сжатого воз­

духа.

Все управление осуществляется дистанционно из ходовой рубки.

Телеметрические датчики контролируют параметры рабочих

процессов, положения манипуляторов. Управляющая часть системы выполнена на полупроводниковых элементах.

Для разгрузки команды и одновременного обеспечения строгой

объективной отчетности установлен автоматический машинный

журнал. В нем регистрируются 24 параметра. В случае нарушения

нормального функционирования управляемых механизмов значения

этих параметров выводятся на печать каждые 10 мин. Число оборо­ тов гребного вала регистрируется на печатающем устройстве по­ стоянно.

Благодаря постоянному телеметрическому контролю значи­ тельно увеличена длительность периодов эксплуатации между

осмотрами и профилактическим обслуживанием. В нормальных эксплуатационных условиях этот период составляет 100 ч работы без контроля в машинном отделении.

Электронный регулятор нагрузки для гребных винтов фирмы

KaMeBa (Швеция) предназначен для поддержания номинального режима работы двигателя независимо от внешних условий и манев­

рирования. Регулятор в значительной мере универсален — может быть применен для многих типов дизелей при наличии одного или нескольких двигателей в составе энергетической установки. Вход­ ными сигналами являются установка топливных насосов и частота вращения гребного вала. Регулирование осуществляется путем на­

стройки шага гребного винта регулируемого шага. Максимальная корректировка шага пропорциональна величине заданного. При

исходном нулевом шаге регулятор нагрузки не может изменять

шаг винта.

При настройке регулятора в нем должна быть запрограммиро­

вана кривая нагрузки энергетической установки с учетом выбран­ ного винта, ходовых гидродинамических характеристик судна и

даже предполагаемых режимов его эксплуатации. Правильным вы­

бором кривой нагрузки определяются и динамические характери­ стики переходных процессов регулирования, и экономичность

работы энергетической установки. Таким образом можно достичь и

значительного уменьшения износов двигателей, и экономии топлива.

После выбора кривой нагрузки непосредственно для программи­

рования в регуляторе ее аппроксимируют кусочно-ломаной линией.

Датчики частоты вращения и положения регулирующего органа

топливного насоса дают сигналы, определяющие координаты теку­

щей нагрузочной точки. Если таковая оказывается удаленной от

выбранной кривой более допустимого, регулятор нагрузки дает

6

сигнал на изменение шага гребного винта. Величина допустимого

отклонения составляет 1,5%.

Система достаточно проста и осуществляет сглаживание и об­

щую оптимизацию работы энергетической установки при изменяю­

щихся нагрузках. Однако жесткий алгоритм регулирования

(жестко запрограммированная кривая нагрузки и передаточные коэффициенты) не позволяет достичь оптимальности в каждом отдельном режиме эксплуатации. Например, периодическое колеба­

ние нагрузки на энергетическую установку вследствие волнения на

море не должно вызывать корректирующих воздействий. Значи­ мого экономического эффекта от экономии топлива это не даст, но ускорит износ регулирующих органов. Следовательно, необходима

задержка по времени выдачи корректирующего сигнала. А это

делает менее эффективной защиту двигателей от перегрузок при быстрых запусках, внезапных остановках и т. д., не позволяет обес­

печить наиболее экономичный режим работы установки при любых загрузках, обрастании,скоростях.

Контрольная система типа СААБ 119∕04-Mκlll фирмы СААБ-

СКАНИЯ (Швеция) предназначена для непрерывного телеметри­ ческого контроля параметров судовых устройств и систем, располо­ женных в различных точках судна. Если величина параметра выхо­ дит за установленные пределы, система выдает соответствующий

сигнал.

Система включает в себя датчики, электронные блоки преобра­

зования сигналов и сигнальные табло. Электронные блоки, выпол­

няемые в виде отдельного шкафа, служат для усиления сигналов датчиков и согласования их с устройствами отображения и сигна­

лизации. Для сравнительного контроля нескольких параметров,

например рабочих параметров цилиндров дизельных двигателей,

в число электронных блоков входят усреднители.

В электронных блоках применены полупроводниковые элементы и печатный' монтаж. Индикация производится на световых табло

с подачей в аварийных ситуациях звуковых сигналов. Наблюдение осуществляет вахтенный на посту, где установлен диспетчерский пульт системы.

Описанные системы автоматического управления и контроля

иллюстрируют собой характерные пути развития судовой автома­

тики. Системы хорошо отработаны и могут служить показателем разумного предела расширения функций систем такого рода. Сле­

дующим этапом развития судовой автоматики является создание

более высокой иерархической ступени централизованного управле­

ния судном с помощью бортовой ЭЦВМ, а также централизован­

ного ведения технической судовой отчетности и ее анализа.

Примером управляющей машины широкого назначения является

машина «Днепр», в морском исполнении. Эти машины могут быть

использованы как для управления многопараметрическими процес­ сами по гибким алгоритмам, так и для решения самостоятельных задач по отлаженным программам.

7

Универсальные ЭЦВМ общего назначения остаются пока при­

надлежностью сравнительно узкого класса специальных судов (как

правило, научно-исследовательских), где они предназначены для

решения задач, непосредственно не связанных с управлением суд­

ном (например, на судах, ведущих наблюдение за искусственными

космическими объектами). В ближайшие годы они, очевидно, не

заменят специализированных управляющих машин. Судовые меха­ низмы и системы выпускались и будут в ближайшее время проекти­

роваться с автономными системами автоматического управления.

Однако последние могут быть включены в единую систему автома­ тического управления судном. Иерархическая многоступенчатая система управления судном в своей основе также должна иметь вычислительную машину — или универсальную, или специализиро­ ванную. На этой ступени иерархии деление на универсальные и спе­ циализированные вычислительные машины в значительной степени условно. Универсальная машина должна иметь расширенный ком­

плект внешних устройств, а специализированная — арифметический

блок достаточной мощности, фактически представляющий собой

ЭЦВМ.

Внедрение на судах универсальных бортовых ЭЦВМ большой

вычислительной мощности в значительной мере будет определяться

предлагаемым математическим обеспечением. Как показывает

современный отечественный мировой опыт создания и эксплуатации

ЭЦВМ, стоимость разработки математического программного обес­

печения составляет свыше 50% всех затрат в этой области. В на­

стоящее время все больше укрепляется тенденция создавать ЭЦВЛ1

под имеющееся математическое обеспечение, а не наоборот, как

делалось ранее. Пример тому — создание странами СЭВ единой

системы вычислительных машин (ЕС), рассчитанных на единое

математическое обеспечение.

Однако более эффективное управление энергетической установ­ кой за счет более гибких алгоритмов управления и централизован­

ное ведение судовой отчетности с помощью ЭЦВМ до настоящего

времени не оказалось достаточным стимулом для широкого внедре­

ния бортовых ЭЦВЛА. Повышение эффективности управления энер­

гетической установкой, очевидно, не даст существенного экономиче­ ского эффекта без одновременного решения дополнительного круга вопросов. Ведение в широких масштабах судовой отчетности с по­ мощью ЭЦВМ без дальнейшего анализа и эффективного использо­

вания учитываемой информации также не может быть самоцелью.

Необходимо исследование и комплексное решение вопросов эффективной загрузки и алгоритмического обеспечения судовых

бортовых ЭЦВМ, на базе которого может быть разработано про­ граммное обеспечение. Одним из направлений такого исследования должно явиться решение вопроса обработки и анализа с помощью

бортовой (или доставляемой на борт) ЭЦВМ данных испытаний

судов в ходе их проведения.

При сдаточных испытаниях судов проверке и контролю подвер­

гаются все главные и вспомогательные механизмы, большое коли-

8

честію приборов, устройств и систем. Программы их испытаний взаимосвязаны. Программа комплексных испытаний судна должна

обеспечить их проведение в минимальные сроки. Однако процесс

испытаний судов в значительной мере носит случайный характер

вследствие отклонений некоторых параметров от номиналов, по­

грешностей и ошибок замеров, отдельных отказов и выявленных дефектов, погодных условий и самых непредвиденных обстоя­

тельств.

Взависимости от текущих результатов испытаний должны при­ ниматься решения об изменении программы, продолжении, завер­

шении или прекращении испытаний. При этом одна из трудностей состоит в сложности обобщения и анализа больших объемов инфор­

мации о результатах испытаний всех устройств судна и установле­

нии их соответствия конечным целям и задачам испытаний.

Внастоящее время эта проблема часто решается ужесточением

норм и требований, расширением и избыточностью программ испы­

таний и упрощением за счет этого алгоритмов принятия решений по

отдельным устройствам, а также увеличением численности сдаточ­ ной команды. Все эти пути ведут к увеличению продолжительности, трудоемкости и стоимости испытаний. C увеличением тоннажа

судов, а главное — с насыщением их все более сложным оборудова­

нием они становятся все менее эффективными. В этих условиях

представляются бесспорными целесообразность и назревающая

необходимость машинного экспресс-анализа результатов испытаний

входе их проведения.

Обработка и анализ с помощью ЭЦВМ испытательной инфор­ мации в ходе сдаточных испытаний судна сделает более эффектив­

ным управление испытаниями. Обработка на ЭЦВМ результатов

теплотехнических, прочностных и других измерений, данных о нара­ ботках, отказах и выявленных дефектах позволит представлять их в обобщенной форме, сопоставимой не только с определяемыми

величинами, но и с точностями и достоверностями их определения и

подтверждения. Машинный анализ позволит осуществлять такое

сопоставление и составлять наиболее рациональные планы даль­

нейшего ведения испытаний.

Сопоставление результатов сдаточных испытаний с результа­

тами швартовых (и ходовых, если таковые не совмещены со сдаточ­

ными) испытаний тех же устройств еще более повысит эффектив­

ность и объективность решений. Такой анализ также может быть

выполнен с помощью бортовой (или доставляемой на борт) ЭЦВМ.

В период нормальной эксплуатаций по тем же алгоритмам возмо­

жен контроль технического состояния механизмов и. устройств.

Сформулируем основные требования, которым должна удовле­

творять методика экспресс-анализа данных сдаточных испытаний

судов в ходе их проведения.

Входная информация, представляющая собой результаты испы­ таний отдельных механизмов и устройств, независимо от формы ее исходного представления, должна достаточно просто приводиться

путем кодирования к единой форме исходных данных для программ

9