СПОСОБ ПЛАНИРОВАНИЯ И КОРРЕКТИРОВКИ ПРОЦЕДУРЫ ОБМЕРОВ ОСТАТОЧНЫХ ТОЛЩИН Российский патент 2008 года по МПК G01B1/00 

Способ относится к процедуре обмера остаточных толщин преимущественно судов, в основном в процессе освидетельствования.

Известен способ обмера остаточных толщин судовых конструкций [1]. Он включает выбор по результатам осмотра мест выборочных замеров, проведение выборочных замеров и установление объема дальнейших замеров. Количество замеров на отдельном листе не менее трех, если расхождение при этом превышают 1,5 мм, но менее 3 мм, количество замеров увеличивают до семи. Указанные значения расхождения результатов отдельных измерений никак не связываются с допуском на износ связей и погрешностью средства измерения.

Известен способ обмера остаточных толщин судовых конструкций [2]. Изначально делаются три замера на отдельном листе, и если максимальная разница между измерениями не превосходит величины 0,5 мм, то этим ограничиваются. В противном случае производятся дополнительно четыре замера, и если максимальная разница между измерениями не превосходит величины 1,0 мм, то этим ограничиваются. В.Б.Чистовым [2] предложены критерии ограничения измерений указанными минимальными пробными группами в виде выполнения следующих условий:

где t_остi - остаточная толщина обследованного элемента;

t_min - минимальная толщина листа в эксплуатации по Правилам Российского Речного Регистра;

- средняя остаточная толщина обследованных листов одинаковых построечной толщины, работающих в идентичных условиях;

- стандарт по результатам статистической обработки износов группы связей;

Δt_i=t_пр-t_остi - износ отдельного листа;

t_пр - проектная толщина листа;

- средний износ измеренных листов;

m - количество листов, у которых измерялась остаточная толщина;

- средняя остаточная толщина в сечении отдельно для группы связей (палубы, днища или борта) в средней части корпуса;

n - число листов в сечении подвергшихся измерению;

b_i - ширина листа;

- допускаемая средняя остаточная толщина.

Кроме этого, В.Б.Чистов указывает на то, что можно полностью отказаться от измерений остаточных толщин некоторых групп листов, если имеются статистические данные о скоростях изнашивания, полученные по результатам прежних дефектаций рассматриваемого судна или судов того же проекта, работающих в идентичных условиях. В этом случае следует проверить выполнение неравенств

где - средняя проектная толщина в сечении крайней связи эквивалентного бруса;

C_max - максимальная скорость износа связей;

- средняя скорость износа связей.

Неравенства (1), (2) и (5) гарантируют обеспечение местной прочности, а (3), (4) и (6) - общей прочности судна.

Указанные значения расхождения результатов отдельных измерений в [2], как и в [1], никак не связываются с допуском на износ связей и погрешностью средства измерения.

Указанные критерии ограничения измерений минимальными пробными группами вполне очевидны и могут служить основой для оптимизационных методик обмеров остаточных толщин.

Неравенства (5), (6) не предполагают отсчет от произвольного известного состояния конструкций, например, полученной по результатам предыдущей дефектации.

Известен способ обмера остаточных толщин судовых конструкций, в частности ультразвуковым методом [3]. Нормируется число сечений корпуса для обмеров остаточных толщин, число элементов группы связей, число измерений на участке элемента, допустимая погрешность средств измерений. Число обмера участков на элементе группы связей не оговаривается.

Нормируемые объемы измерений в [3] практически никак не связываются с допуском на износ связей и погрешностью средства измерения.

Все указанные способы не планируют срок использования данного приборно-методологического аппарата обмеров.

Задачей, на которую направлено изобретение, является минимизация процесса измерений.

Техническим результатом является обеспечение минимального срока вывода судов из эксплуатации для освидетельствования его корпуса по остаточным толщинам связей.

Упомянутая задача достигается тем, что предварительно производится анализ потребного количества обмеряемых элементов, определения числа участков на них и числа измерений на участках, возможно допускаемая погрешность средств измерений, включая и технологическую погрешность процедуры измерения. Далее производятся замеры по плану на основе предварительного анализа и последующее и/или в ходе измерений уточнение их объемов.

При анализе потребного количества обмеряемых элементов из всего объема элементов исключаются те, для которых выполняется условие t_CP-3σ≥t_min (t_CP - средняя остаточная толщина, σ - стандартное отклонение, t_min - минимально допускаемое значение остаточной толщины).

При превышении числа элементов отдельной группы связей (по поперечному сечению), не удовлетворивших указанному условию, числа минимально требуемых [3] допускается ограничиться этим минимальным числом обмеряемых элементов.

Если рассчитанное по формуле значение остаточной толщины элемента корпусной конструкции t_CP, будет удовлетворять условию t_CP -2σ≥t_min, предусматривается единичный замер на элементе.

При неудовлетворении этому условию производится определение прогнозируемого значения потребного числа участков измерений на элементе n_Э. Определение ведется по графическим и/или аналитическим зависимостям, в частности, по графику вида l_m=f(Δt=t_CP-[t_OCT]n_Э), в зависимости от рассчитанного значения t_СР, значения норм средних остаточных толщин [t_ОСТ] (даны в долях от t [3]) и значения прогнозируемой разницы между отдельными измерениями на элементе связи корпуса l_m (возможно определять по выражению l_m=4σ).

Прогнозируемое число участков измерения на элементе определяется по графику l_m=f(Δt=t_CP-[t_OCT]; n_Э) следующим образом. Если точка в пересечении значений l_m и Δt будет лежать ниже прямой n_Э=3, то необходимо произвести обмеры трех участков на элементе, если выше прямой n_Э=3 - то семь участков.

Далее производится определение прогнозируемого значения потребного числа измерений n_у на участке элемента. Определение ведется по графическим и/или аналитическим зависимостям, в частности по графику вида n_у=f(Δt=t_CP-[t_OCT]), в зависимости от значения t_СР и значения норм средних остаточных толщин [t_ОСТ] (даны в долях от t [3]).

В этом случае прогнозируемое значение средней остаточной толщины t_CP возможно определять по зависимости (t - проектная толщина элементов связи корпуса; - исправленный прогнозируемый износ толщин элементов).

В случае превышения прогнозируемого числа измерений на участке элемента связи 10 измерений возможно согласно [3] предусматривать в ходе дефектации 10 измерений.

В ходе прогноза числа измерений возможно определяется допустимая погрешность средств измерений при данном состоянии конструкций по значению допустимой доверительной границы неисключенной систематической погрешности, получаемой на основе статистических данных.

Затем производятся замеры по плану на основе предварительного анализа, и последующее, в частности, и в ходе измерений, уточнение их объемов, и, при необходимости, доведение объемов, возможно и качества, измерений до удовлетворения предъявляемым к ним требованиям.

Корректировать число измерений в ходе их выполнения возможно по графическим и/или аналитическим зависимостям, в частности по графикам l_m=f(Δt=t_CP-[t_OCT];n_Э), n_y=f(Δt=t_CP-[t_OCT]), на основе действительного значения величины Δt. При этом, возможно, корректируется допустимая погрешность средств измерений при данном состоянии конструкций по значению доверительной граница неисключенной систематической погрешности, получаемой по результатам измерений, согласно плану на основе предварительного анализа.

При установлении в ходе измерений планируемыми пробными группами элементов конструкции или в ходе анализа объемов измерений, выполнения условия t_CP<t_min, производится полная проверка этих элементов и/или сразу планируется их ремонт, в частности методами замены, дублирования, усиления, подкрепления, восстановления, например, напылением или их комбинациями.

Дополнительно предусматривается производить прогнозирование допустимого периода использования данного мерительного аппарата, в частности средств и/или технологий и/или обработки результатов обмеров, для чего может быть спланирован и произведен сбор и анализ статистических данных по работе этого аппарата в данных условиях, в частности при данном состоянии корпусных конструкций.

Эксплуатирующиеся суда имеют элементы корпуса, в частности обшивку, которые вследствие износа, истирания, обрастания, различных ударов утоняются, могут иметь остаточные деформации.

На фиг.1 приведены зависимости допустимой разницы между измерениями при освидетельствовании средних остаточных толщин при превышении действительного значения над минимальным Δt=t_CP-[t_ост]; на фиг.2 - зависимость минимально необходимого числа измерений на участке элемента связи при освидетельствовании средних остаточных толщин в зависимости от превышения действительного значения над минимальным Δt=t_ср-[t_ост]; на фиг.3 - схемы измерения остаточных толщин листового элемента длиной L, шириной В: а) для трех точек, б) для семи точек; на фиг.4 - схематичное представление распределения значений трех измерений на числовой прямой; на фиг.5 - схематичное представление распределения значений семи измерений на числовой прямой.

Способ осуществляется следующим образом, представляемым далее методикой для корпусных конструкций судов.

Методика планирования и корректировки процедуры обмеров остаточных толщин корпусных конструкций судов

M1 Определение обмеряемых элементов

Прогнозируемые объемы обмеряемых элементов определять в зависимости от расчетного значения средней остаточной толщины t_CP, которое рассчитывать по зависимостям

- при расчете от момента начала эксплуатации

где t - проектная толщина элементов связи корпуса;

- средняя скорость изнашивания корпусной конструкции, определяется по результатам обработки материалов дефектации рассматриваемого судна или серии судов, а в случае отсутствия таких материалов - по [3];

Т - период эксплуатации;

- при расчете от момента последней дефектации

где t_CP(Т_Д) - значение средней остаточной толщины на момент проведения предыдущей дефектации Т_Д.

При удовлетворении в результате расчета для элемента связи корпуса условия (М3) измерение остаточных толщин на нем допускается не производить

где σ - стандартное отклонение, его значение брать по результатам обработки материалов дефектации рассматриваемого судна или серии судов, а в случае отсутствия таких материалов брать значение стандартного отклонения по выражению

где t_min - минимально допускаемое значение остаточной толщины, определяется по [3].

В случае неудовлетворения условию (М3) определять прогнозируемое число участков измерений на элементе связи согласно п.М.2.

При превышении числа элементов отдельной группы связей (по поперечному сечению), не удовлетворивших условию (М3), числа минимально требуемых [3] допускается ограничиться этим минимальным числом обмеряемых элементов. А именно, для палубы, днища, второго дна - пятью элементами, для наружных, внутренних бортов и переборок - тремя элементами.

М2 Определение прогнозируемого числа участков измерения на элементе связи

Если рассчитанное по формуле (M1) значение остаточной толщины элемента корпусной конструкции t_CP, мм, будет удовлетворять условию (М5), предусмотреть единичный замер на элементе, для обшивки замер №1 с краю листа (фиг.3).

При неудовлетворении условия (М5) произвести определение прогнозируемого значения потребного числа участков измерений на элементе n_Э. Определение вести по графическим и/или аналитическим зависимостям, в частности по графику вида l_m=f(Δt=t_CP-[t_ОСТ]; n_Э) фиг.1, в зависимости от рассчитанного по (M1) значения t_СР, значения норм средних остаточных толщин [t_ОСТ] (даны в долях от t [3]) и значения прогнозируемой разницы между отдельными измерениями на элементе связи корпуса l_m.

Прогнозируемую разницу между отдельными измерениями на элементе связи корпуса l_m определять по выражению

Прогнозируемое число участков измерения на элементе определять по графику фиг.1. Если точка в пересечении значений l_m и Δt будет лежать ниже прямой n_Э=3, то необходимо произвести обмеры трех участков на элементе (для листа обшивки замеры №1, 2, 3, см. фиг.3), если выше прямой n_Э=3 - то семь участков (для листа обшивки в соответствии с фиг.3).

Прогнозируемое число измерений на участке элемента определять согласно п.М3.

М3 Определение прогнозируемого числа измерений остаточных толщин на участке элемента

Произвести определение прогнозируемого значения потребного числа измерений n_y на участке элемента. Определение вести по графическим и/или аналитическим зависимостям, в частности по графику вида n_y=f(Δt=t_CP-[t_ОСТ]) фиг.1, в зависимости от значения t_СР и значения норм средних остаточных толщин [t_ОСТ] (даны в долях от t [3]).

Прогнозируемое значение средней остаточной толщины t_CP определять по зависимости

где t - проектная толщина элементов связи корпуса;

- исправленный прогнозируемый износ толщин элементов, определяемый по формуле

где - средняя скорость изнашивания корпусной конструкции;

- стандартное отклонение средней скорости изнашивания конструкции;

Т - срок эксплуатации;

- коэффициент вариации скорости износа связи (принимать в расчете ν≈1/3).

В случае превышения прогнозируемого числа измерений на участке элемента связи 10 измерений согласно [3] - предусматривать в ходе дефектации 10 измерений.

М4 Корректировка числа замеров в процессе обмера

Корректировать число измерений в ходе их выполнения по графикам фиг.1, 2 на основе действительного значения величины Δt.

Замечание

При установлении в ходе ведения измерений планируемыми пробными группами элементов конструкции, а возможно, и при планировании обмеров, выполнения условия

производится полная проверка этих элементов и/или сразу планируется их ремонт, в частности методами замены, дублирования, усиления, подкрепления, восстановление, например, напылением или их комбинациями.

Пояснения к применяемым аналитическим зависимостям

Для определения коэффициентов в теоретически определенных зависимостях может условно использоваться расположение результатов измерений по некоторым равным интервалам. В частности, берутся следующие теоретические выражения

где l - диапазон между максимальным Х_max и минимальным Х_min значением выборки (максимальный разброс данных в серии измерений);

С_X - некоторый коэффициент;

O_d - допускаемое отклонение от номинального значения;

V(T) - скорость миграции текущего значения освидетельствуемого параметра в зависимости от срока эксплуатации Т;

Δ₂ - допускаемая доверительная граница нормативного значения для данной конструкции при освидетельствовании или дефектации.

К - коэффициент, имеющий средние значения при доверительных вероятностях Р=0,95 и Р=0,99 соответственно 0,76 и 0,83;

θ(P) - доверительная граница неисключенной систематической погрешности;

t(P) - коэффициент, зависящий от значения доверительной вероятности Р;

n - число измерений.

Для трех значений результатов измерения могут иметь место следующие качественные картины распределения величин измерений (фиг.3). Выражения средних арифметических распределений по вариантам фиг.3, а также значения величин коэффициента С_X приведены в таблице M1.

Таблица М1
Значения коэффициента С_X при трех замерахПараметрВарианты фиг.4а)б)в)X_min+l/3X_min+l/2X_min+2l/3С_X2/31/22/3

Если взять значение С_X по варианту б) таблицы M1 получим оптимистическую оценку в формуле (М10). Соответственно по вариантам а) и в) получим пессимистичную оценку. Для нейтральной оценки учтем то, что в связи с преобладанием в распределении скоростей изнашивания меньших значений распределение значений толщин будет предпочтительно асимметричным в сторону больших значений. Иначе говоря, будем учитывать, кроме симметричного варианта, только вариант в). Тогда имеем для нейтральной оценки значение

Для семи измерений можно дать следующие качественные картины зависимостей (для упрощения даны только положения замеров в пределах зоны максимальной разности между отдельными измерениями l (фиг.3)). Выражения средних арифметических серий из семи измерений, а также значения величин коэффициента С_X по вариантам фиг.3 сведены в таблице М2.

Таблица М2
Значения коэффициента С_X при семи замерахПараметрВарианты фиг.5а)б)в)г)д)X_min+3l/7X_min+5l/7X_min+l/3X_min+18l/28X_min+20l/35С_X1,710,6380,8890,8920,706ПараметрВарианты фиг.3е)ж)3)и)к)X_min+9l/14X_min+12l/21X_min+17l/28X_min+10l/14X_min+13l/21С_X0,8570,8250,8570,8570,762ПараметрВарианты фиг.5л)м)н)о)п)X_min+15l/28X_min+l/2X_min+l/2X_min+18l/35X_min+19l/35С_X0,6791,00,6250,7610,829

Наиболее пессимистичным при семи измерениях является вариант а) (см. таблицу М2), он чрезвычайно маловероятен и его, по-видимому, следует сразу исключить из рассмотрения. Вариант м) (см. таблицу М2) также мало вероятен по сравнению с прочими и его также исключим из рассмотрения. Тогда за оценку для оставшихся вариантов примем с некоторым запасом величину С_X=0,9.

С учетом вышесказанного получим соответственно следующие выражения применительно к остаточным толщинам для случая n=3 и n=7 при вероятности Р=0,95 и К=0,8

где t - построечная толщина обшивки;

k - коэффициент допускаемой остаточной толщины изношенной обшивки.

Из выражения (11) аналогично (13), (14), получим

Или более приближенно

Значение n_y может быть определено аналитически по зависимостям

где

ε(P) - доверительная граница случайной погрешности измерения, при которой будет обеспечена достаточная для освидетельствования точность результата, определяемая формулой

k₅ и ξ₁ - коэффициенты, зависящие от доверительной вероятности (таблица М3).

Таблица М3Рk₅ξ₁0,901,641,120,951,961,550,992,582,75

При производстве расчетов по (M19) приходится иметь дело с комплексными числами. Для такого расчета удобно использовать программу Machcad.

Уточнение необходимой величины погрешности средства измерения производить по известным метрологическим выражениям на основе значений доверительная граница неисключенной систематической погрешности θ(Р), определяемой выражениями

- для измерений на участке элемента имеем теоретическое выражение

где

где f₂=n-1 - число степеней свободы для одной группы данных.

- для числа измеряемых участков на элементе по полученным значениям l_m(3) и l_m(7), имеем выражение

При разрешении (M24) или (M25) относительно Т получаются выражения для определения допустимого срока использования данного приборно-методологического аппарата обмеров. Для проведения анализа величины Т может быть спланирован и произведен сбор и анализ статистических данных по работе этого аппарата в данных условиях, в частности при данном состоянии корпусных конструкций.

Литература

1. Методика оценки технического состояния корпусов судов флота рыбной промышленности. - Калининград: КТИРПиХ, КВИМУ, 1982. С.32, 33. Введена приведена приказом Министерством рыбного хозяйства СССР №177 от 5 мая 1982.

2. Российский Речной Регистр. Правила (в 4-х томах). Т.1. - М.: По Волге, 2002, - С.44...47, 108...110.

3. Чистов В.Б. Научные основы технологии ремонта корпусов судов речного флота. Автореферат дисс. д.т.н. - С-Петербург: СПбГУВК, 1994. - 40 с.

Способ относится к процедуре обмера остаточных толщин преимущественно судов, в основном в процессе освидетельствования. Техническим результатом является обеспечение минимального срока вывода судов из эксплуатации для освидетельствования его корпуса по остаточным толщинам связей. Предварительно производится анализ потребного количества обмеряемых элементов, определения числа участков на них и числа измерений на участках, возможно допускаемая погрешность средств измерений, включая и технологическую погрешность процедуры измерения. После чего производятся замеры по плану на основе предварительного анализа и последующее и/или в ходе измерений уточнение их объемов. 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ планирования и корректировки процедуры обмеров остаточных толщин, включающий процесс измерений, отличающийся тем, что предварительно производится анализ, преимущественно последовательно, потребного количества обмеряемых элементов, определения числа участков на них и числа измерений на участках, возможно допускаемая погрешность средств измерений, включая и технологическую погрешность процедуры измерения, производятся замеры по плану на основе предварительного анализа, последующее, в частности, и в ходе измерений, уточнение их объемов и при необходимости доведение объемов, возможно и качества, измерений до удовлетворения предъявляемым к ним требованиям.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительный анализ производится на основе данных, в частности расчетных и/или статистических, состояния конструкций для наиболее близкого к рассматриваемому периоду времени преимущественно по материалам предыдущей дефектации конструкций, в частности, по выражению

где t_CP - значение остаточной толщины элемента корпусной конструкции;

t_СР(Т_Д) - значение средней остаточной толщины на момент проведения предыдущей дефектации Тд;

- средняя скорость изнашивания корпусной конструкции, определяется согласно по результатам обработки материалов дефектации рассматриваемого судна или серии судов;

Т - период эксплуатации.

t_CP-3σ≥t_min,

где t_min - минимально допускаемое значение остаточной толщины;

σ - стандартное отклонение по результатам обработки материалов дефектации рассматриваемого судна или серии судов, а в случае отсутствия таких материалов значение стандартного отклонения по выражению

t_CP-2σ≥t_min,

то предусмотреть единичный замер на элементе, в частности, для обшивки замер с краю листа.

t_CP=t-Δt⁺ _из,

где t - проектная толщина элементов связи корпуса;

- исправленный прогнозируемый износ толщин элементов, определяемый по формуле

где - средняя скорость изнашивания корпусной конструкции;

- стандартное отклонение средней скорости изнашивания конструкции;

Т - срок эксплуатации;

- коэффициент вариации скорости износа связи, которую возможно принимать в расчете v≈1/3.

θ(Р)≤1,25[t_ср-t_min+Δ₂-1,071_m (3)],

θ(Р)≤1,25[t_ср-t_min+Δ₂-0,2871_m (7)].

t_СР<t_min

производится полная проверка этих элементов и/или сразу планируется их ремонт, в частности, методами замены, дублирования, усиления, подкрепления, восстановление, например напылением или их комбинациями.

l_m(3)≤0,935[t_ср-t_min+Δ₂-0,8·θ (Р)],

l_m(7)≤3,49[t_ср-t_min+Δ₂-0,8·9 (Р)],

или более приближенно

l_m(3)≤t_ср-t_min,

l_m(7)≤3,5(t_ср-t_min).