Способ прогнозирования технического состояния и оперативной оценки остаточного ресурса гидроакустического комплекса корабля с применением информационно-сопроводительной системы Российский патент 2023 года по МПК H04R29/00 

Изобретение относится к области гидроакустики и измерительной техники и может быть использовано для: прогнозирования технического состояния гидроакустического комплекса корабля без прерывания штатной работы.

Общей проблемой является отсутствие системной оценки апостериорной интенсивности отказов и учета эксплуатационной надежности в оперативной оценке остаточного ресурса гидроакустического комплекса корабля, что является прогнозированием технического состояния. Повышение качества функционирования за счет определения будущего технического состояния гидроакустического комплекса корабля является важной проблемой, от правильного решения которой зависит эффект его использования.

Известен способ аналитического прогнозирования, по которому осуществляется прогнозирование технического состояния на основе экстраполяции контролируемого процесса, характеризующий состояние объекта. Контролируемый процесс представляется в виде многомерной функции состояния где - совокупность прогнозируемых параметров, которые наблюдается на интервале времени от 0 до t_n и известны значения функции соответственно в моменты где T₁ - интервал наблюдения. Определяется значения функции состояния в моменты времени где T₂ - интервал прогнозирования, а - время «жизни». Если изученность процесса, т.е. объем данных о процессе на интервале времени T₁, дает возможность определить то, что процесс информативен, т.е. определены через то задача организации прогнозирования и определения процесса на протяжении будущего отрезка времени решается методами аналитического прогнозирования [Красников И.А. Пути реализации прогнозирующего контроля гидроакустических комплексов. СПб Гидроакустика. 2018. Вып. 36(4)].

Недостатком данного способа является сильная зависимость результата от интенсивных кратковременных отклонений функции состояния.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ оперативной оценки остаточного ресурса цифровой аппаратуры в составе гидроакустического комплекса. [Сборник докладов научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики» МАГ-2017. СПб., 2017. 293 с.].

Сущность данного способа заключается в использовании априорного расчета показателей надежности. Далее с учетом полученных реальных значений на данные показатели накладывается дополнительная информации о составляющих объекта и воздействия на них в виде функций, отражающих условия эксплуатации.

К функциям, отражающим условия эксплуатации, относятся температурные C(t) и влажностные ρ(t) показатели, так же коэффициент электрической нагрузки элементов K(t). При расчете надежности учет этих показателей крайне важен. Но при реальной эксплуатации данные условия могут отличаться от расчетных, что будет накладывать определенный «отпечаток» на сохранение свойств элементов в объекте.

Набор функций эксплуатации, которые измеряются в режиме реального времени и формируют зависимости, которые оказывают влияние на полученную ранее априорную величину интенсивности отказов.

За время наблюдения t₀…t_i получают дискретный «срез» функции состояния X[t₁]=X[t₀…t_i]. Количество отсчетов функции X[t_i] зависит от выбранной частоты контроля. Также получают функции, отражающие условия эксплуатации: C(t), ρ(t), K(t) и вырабатывают обобщенный фактор эксплуатации M(t) на основе априорных данных о влиянии того или иного фактора эксплуатации на деградационные процессы в комплексе. При расчете данного фактора учитывается не каждый фактор в отдельности, а суммарный, с учетом весовых коэффициентов (количество данных коэффициентов зависит от выбранного набора контролируемых эксплуатационных факторов), учитывающих «вклад» каждого фактора в деградацию аппаратуры. Кроме того происходит накопление апостериорной информации о техническом состоянии.

Для объекта, на который главным образом влияет температурный и влажностный режим эксплуатации, по сравнению с которыми остальными условиями эксплуатации можно пренебречь После получения M(t) на текущий момент времени, необходимо экстраполировать M(t) на величину расчетного времени жизни.

В результате расчета апостериорных показателей надежности в с учетом «поведения» объекта и обобщенного фактора эксплуатации получают апостериорные показатели надежности: интенсивность отказов, времени жизни, вероятности безотказной работы в соответствии с выражениями:

где - показатели надежности с учетом реальной эксплуатации.

На основании требований нормативной документации, зависимостей и показателей а также экстраполированных данных принимается решение о восстановлении технического состояния до работоспособного или исправного, или продолжение эксплуатации

Недостатком способа - прототипа является необходимость частного решения о том, какие именно факторы стоит учитывать, а какие нет при корректировке полученных априорно расчетных данных, а также трудоемкость при создании математической модели учета апостериорных факторов эксплуатации.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение прогнозирования технического состояния гидроакустических комплексов корабля без необходимости частных решений о том как именно факторы отражающие условия эксплуатации (температурные C(t), влажностные ρ(t) и др.) изменяют априорно рассчитанные показатели надежности.

Технический результат изобретения заключается в реализации прогнозирование технического состояния без проведения трудоемкого анализа аппаратуры гидроакустического комплекса для получения обобщенный фактор эксплуатации M(t).

Для достижения указанного технического результата в способ оперативной оценки остаточного ресурса гидроакустического комплекса корабля, включающий расчет априорных показателей надежности и использование апостериорных данных, полученных в процессе эксплуатации для последующего перерасчета показателей надежности введены новые признаки, а именно: апостериорные показатели надежности получают не путем выработки обобщенного фактора эксплуатации M(t), а путем статистического анализа данных об отказах в процессе эксплуатации посредством информационно-сопроводительной системы (ИСС) статистической обработки. В процессе работы ИСС пополняют базу данных по отказам приборов, модулей и радиоэлектронных компонентов в данных модулях. В процессе работы ИСС происходит сопоставление, сравнение данных, полученных об отказах, их обобщение и формулирование апостериорных данных по надежности путем прямого расчета интенсивности отказов по формуле где - количество отказавших элементов в момент времени t_i, - количество элементов отказавших в момент времени N_p - количество исправных элементов на момент t_i, Δt - интервал времени между наблюдениями Производят корреляционный анализ между зависимостью отказов модулей и радиоэлементов в них и зависимостью отказов фиксируемых в ходе диагностики гидроакустического комплекса корабля по диагностическим параметрам. В ходе корреляционного анализа производят проверку гипотезы о связи между выходами из строя блоков и модулей и выхода из строя конкретных радиоэлементов, которые расположены в данных блоках и модулях. Результатом анализа является подтверждение гипотезы о причастности к выходу из строя модуля определенного радиоэлектронного компонента, или подтверждение гипотезы о стороннем факторе, повлиявшем на выход из строя модуля. По результатам корреляционного анализа корректируют систему диагностики в части принятия решения о локализации неисправности с учетом установленной зависимости между диагностическими параметрами системы диагностики и фактическими отказами модулей и конкретных радиоэлементов в них. По статистическим данным определяют эксплуатационные показатели надежности интенсивность отказов время жизни T_p и вероятность безотказной работы с учетом реальной эксплуатации, которые применяют для определения времени наступления отказа - прогнозирования остаточного ресурса и технического состояния на будущий отрезок времени. Сбор статистической информации об отказах оборудования из состава гидроакустического комплекса корабля проводится средствами системы технической диагностики и эксплуатирующей организацией с начала использования гидроакустического комплекса по назначению.

Указанный технический результат достигается за счет введения в способ оперативной оценки остаточного ресурса аппаратуры в процессе статистического изучения, сопоставления, сравнения полученных данных об отказах в процессе эксплуатации, их обобщения формулирование апостериорных данных по надежности, которое в свою очередь может быть получено адаптивным способом - обучением системы в режиме работы. При этом не требуется частного решения о том, какие именно факторы стоит учитывать, а какие нет и не требуется выработка обобщенного фактора эксплуатации при корректировке полученных априорно расчетных данных. Отсутствие частного решения о том, какие именно факторы стоит учитывать обусловлено тем, что статистический анализ является независимым от конкретной реализации аппаратуры, а качество статистического анализа зависит только от величины накопленной статистической информации об отказах оборудования из состава гидроакустического комплекса корабля; совершенства систематизации и анализа статистики обработки больших данных, от глубины выявления основных причин возникновения отказа, от качества прогнозирования на основе апостериорных расчетов показателей надежности, от гибкости совершенствования системы технического диагностирования.

При этом в системе диагностики, как составной части ИСС, происходит анализ технического состояния составных частей гидроакустического комплекса в режиме реального времени по априорно заложенным диагностическим параметрам, в случае фиксации неисправности. Статистическая информация об отказах оборудования из состава гидроакустического комплекса корабля хранится в базе данных системы диагностики и передается на предприятие изготовитель с целью статистического анализа и прогнозирование технического состояния гидроакустического комплекса корабля с учетом перерасчетных показателей надежности путем прямого расчета интенсивности отказов по формуле Корректировка системы диагностики происходит по средствам включения, исключения или корректировки диагностических параметров заложенных в систему диагностики априорно по которым была зафиксирована неисправность, в случае если данная неисправность была соответственно подтверждена, не подтверждена или подтверждена частично в рамках блока статистической обработки и корреляционного анализа ИСС или введению в систему диагностики новых диагностических параметров, если неисправность блока была подтверждена по стороннему фактору, соответствия которому нет в априорно заложенных диагностических параметрах системы диагностики.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где на фиг. 1 приведена структурная схема оперативной оценки остаточного ресурса цифровой аппаратуры в составе гидроакустического комплекса с применением процесса статистического изучения, сопоставления, сравнения полученных данных об отказах в процессе эксплуатации, их обобщения формулирование апостериорных данных по надежности.

Схема реализации предложенного способа (фиг. 1), содержит блок 1 априорного расчета надежности, выполненного на ранних этапах проектирования гидроакустического комплекса корабля, систему 2 диагностики и контроля технического состояния, результатом работы которой является локализация неисправности по диагностическому параметру, первый выход блока 2 через блок 3 сбора информации соединен со входом блока 4 статической обработки, который включает в себя блок корреляционного анализа 5, выход блока 4 соединен со входом блока 6 перерасчета показателей надежности. Второй вход блока 5 соединен с выходом блока 1, а его выход со входом блока 7 принятия решений о дальнейшей эксплуатации. Второй вход блока 7 соединен со вторым выходом блока 2.

Практическое исполнение блоков, входящих в изобретение, известно из практики гидроакустики и вычислительной техники и реализуется на основе применения цифровых устройств.

Реализацию способа удобно продемонстрировать на примере работы устройства (фиг. 1). В блоке 1, на этапе технического проекта, произведен расчет надежности получены показатели: интенсивности отказов, вероятности безотказной работы, время жизни от системы 2 диагностики и контроля технического состояния в режиме реального времени поступает информация о техническом состоянии приборов, модулей и блоков, при выявлении отказа система диагностики передает информацию об фиксации и локализации (до типового элемента замены - ТЭЗа) отказа в блок 3 сбора информации, в котором происходит аккумулирование первичной информации об отказе: диагностический параметр, по которому был зафиксирован отказ, и ТЭЗ. Данная информация поступает в блок 4 статистической обработки для составления акта анализа отказа с указанием точной причины отказа. Если причиной отказа является неделимый элемент ТЭЗа регистрация в базу данных информации об этом элементе, модуле, блоке или приборе в котором данный элемент был установлен. Если причиной отказа является некорректная работа программного обеспечения регистрация в базу данных информации о версии программного обеспечения; если причина отказа не элемент и не сбой в работе программного обеспечения, отказ относится к данным подтверждающим гипотезу о стороннем факторе, приведшем к отказу. Данная информация копится и передается блок 5 для выполнения корреляционного анализа, в результате которого выявляется взаимосвязь между выходами из строя конкретных радиоэлементов и диагностическими параметрами, по которым был зафиксирован отказ. От блока 4 статистической обработки информация об отказах поступает на блок 6 перерасчета показателей надежности в котором происходит перерасчет априорных данных по надежности от блока 1 путем прямого расчета интенсивности отказов по формуле где - количество отказавших элементов в момент времени t_i, - количество элементов отказавших в момент времени N_p - количество исправных элементов на момент t_i, Δt - интервал времени между наблюдениями интенсивность отказов экстраполируется на будущий момент времени и рассчитываются апостериорные показатели надежности с учетом реальной эксплуатации По результатам экстраполяции показателей надежности реализуется прогнозирование технического состояния гидроакустического комплекса корабля без проведения трудоемкого анализа аппаратуры гидроакустического комплекса для получения обобщенный фактор эксплуатации M(t).

Представленные данные позволяют считать, что задача успешно решается.

Изобретение относится к метрологии. Согласно способу на этапе технического проекта производят расчет надежности с использованием интенсивности отказов, вероятности безотказной работы, время жизни. Затем от системы диагностики и контроля технического состояния принимают информацию о техническом состоянии приборов. При выявлении отказа система диагностики передает информацию о фиксации и локализации в блок сбора информации, в котором происходит аккумулирование информации об отказе. Данная информация поступает в блок статистической обработки. Данная информация копится и передается для выполнения корреляционного анализа, в результате которого выявляется взаимосвязь между выходами из строя конкретных радиоэлементов и диагностическими параметрами, по которым был зафиксирован отказ. От блока статистической обработки информация об отказах поступает на блок перерасчета показателей надежности, в котором происходит перерасчет априорных данных по надежности от блока путем прямого расчета интенсивности отказов. Интенсивность отказов экстраполируется на будущий момент времени и рассчитываются апостериорные показатели надежности с учетом реальной эксплуатации. По результатам экстраполяции показателей надежности реализуется прогнозирование технического состояния на будущий участок времени - период прогнозирования. Технический результат - повышение надежности оборудования. 1 ил.

Способ оперативной оценки остаточного ресурса аппаратуры в составе гидроакустического комплекса, включающий расчет априорных показателей надежности и использование апостериорных данных, полученных в процессе эксплуатации, с последующим перерасчетом показателей надежности, отличающийся тем, что апостериорные показатели надежности получают путем статистического анализа данных об отказах в процессе эксплуатации посредством информационно-сопроводительной системы (ИСС) статистической обработки, в процессе работы которой создают базу данных по отказам приборов, модулей и радиоэлектронных компонентов в данных модулях, производят сопоставление, сравнение данных, полученных об отказах, их обобщение и формулирование апостериорных данных по надежности путем прямого расчета интенсивности отказов по формуле где n(t_i) - количество отказавших элементов в момент времени t_i, n(t_i-1) - количество элементов, отказавших в момент времени t_i-1, N_p - количество исправных элементов на момент t_i, Δt - интервал времени между наблюдениями Δt=t_i-t_i-1, производят корреляционный анализ между зависимостью отказов модулей и радиоэлементов в них и зависимостью отказов, фиксируемых в ходе диагностики гидроакустического комплекса корабля по диагностическим параметрам, в процессе корреляционного анализа определяют корреляционную связь между выходами из строя блоков и модулей и выходом из строя конкретных радиоэлементов, которые расположены в данных блоках и модулях, результатом которой является подтверждение гипотезы о причастности к выходу из строя модуля определенного радиоэлектронного компонента, или подтверждение гипотезы о стороннем факторе, повлиявшем на выход из строя модуля, после чего корректируют систему диагностики в части принятия решения о локализации неисправности с учетом установленной зависимости между диагностическими параметрами системы диагностики и фактическими отказами модулей и конкретных радиоэлементов в них и по статистическим данным, полученным ИСС с учетом корректировки системы диагностики, определяют реальные эксплуатационные показатели надежности: интенсивность отказов, время жизни и вероятность безотказной работы, которые применяют для определения времени наступления отказа и прогнозирования остаточного ресурса и технического состояния на будущий отрезок времени.