Современные морские и речные суда — это чрезвычайно сложные технические комплексы, включающие огромное множество взаимосвязанных механических, электрических и электронных систем. От главных двигателей и вспомогательных механизмов до самой мощной электроники и автоматики — все работает как единый слаженный организм, обеспечивая движение и жизнедеятельность корабля.
При этом традиционные инженерные методы сосредоточены на моделировании и оптимизации отдельных элементов конструкции в отрыве друг от друга. А практика и статистика аварийности показывают, что «болевые точки» возникают как раз на стыках разных систем судна, при их взаимодействии. Отсюда — задача рассматривать и описывать такие комплексы целиком, с учетом технического влияния подсистем друг на друга.
Ученые Московского политеха приняли участие в масштабном международном проекте по моделированию энергетической установки судна на основе объединения математических моделей всех ее элементов — от двигателей и генераторов до механизмов управления. Перед ними стояла задача повысить точность оценки функционирования сложных технических систем за счет комплексного подхода к моделированию.
В итоге специалистами были разработаны методы расчета показателей надежности элементов энергосистем на этапах проектирования и эксплуатации судна, что позволяет заранее выявить потенциально опасные режимы работы оборудования и предотвратить ситуации, снижающие безопасность и ресурс судна.
— Мы реализовали комплексную систему оценки надежности на базе имитационных моделей реальных судовых механизмов с учетом статистики отказов. Это качественно новый уровень, поскольку ранее подобные модели использовали упрощенные аналитические зависимости.
Более достоверное моделирование позволит повысить безопасность и продлить жизненные циклы будущих судов, — рассказал «Поиску» руководитель работ со стороны Московского политеха профессор Роман Клюев.
По словам ученого, благодаря выработанной методике каждый элемент системы, будь то главный двигатель, генератор или валопровод, получает математическое представление на основе физических законов его работы.
Используются дифференциальные уравнения, описывающие динамику тепловых, электромагнитных и механических процессов в них. Кроме того, разнородные модели объединяются в одну общую картину с помощью аппарата теории множеств. Каждому элементу сопоставляется множество его возможных состояний и устанавливается, как эти состояния связаны друг с другом.
Наконец, в модель закладывается взаимовлияние всех систем друг на друга. Например, повышенный износ поршневых колец ведет к утечке газов, что меняет мощность на валу двигателя и вносит возмущения в работу генератора. Подобные причинно-следственные цепочки ранее не учитывались, отметил Роман Клюев.
Такой подход обеспечивает получение по-настоящему точной имитационной модели всего судна и позволяет смоделировать его как единую энергетическую систему и уже на этапе проектирования оптимизировать параметры всех механизмов, исходя из особенностей их совместной работы.
Подобные детальные имитационные модели могут использоваться для обучения и тренировки специалистов по обслуживанию сложных судовых систем. Другими словами, расширяется инструментарий для проектирования и эксплуатации современных судов.
Планируется дальнейшее развитие интеллектуальной системы за счет внедрения методов искусственного интеллекта для оптимизации параметров и автоматического управления судовой энергоустановкой. Разработанные в Московском политехе алгоритмы станут основой подсистемы прогнозирования остаточного ресурса критически важного оборудования судна.
В реализации проекта задействован консорциумом ведущих технических вузов России, включая Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Томский политехнический университет, Новосибирский государственный технический университет и другие. Результаты исследования опубликованы в международном журнале Energies.
Яна СОЛОМАХА
Иллюстрация предоставлена пресс-службой Московского политеха
Нет комментариев