СУДОСТРОЕНИЕ 2'2000
ВОПРОСЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АЛГОРИТМОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ВЗАИМОЗАВИСИМОСТИ ВСЕХ СИСТЕМ КОРАБЛЯ
А. В. Ярошенко, канд. техн. наук (ВМА им. Н. Г. Кузнецова)
Представим себе, что на корабле с атомной энергетической установкой (АЭУ), находящемся в море, неожиданно лопнул шток регулятора давления пара во вспомогательном паропроводе и давлением пара тарелку клапана прижало к ее седлу. Полностью прекратилась подача пара во вспомогательный паропровод — и все ступени главного эжектора обоих бортов остались без пара, в результате чего стал стремительно падать вакуум в главных конденсаторах обоих бортов. Это явилось причиной последовательного срабатывания аварийной защиты ядерного реактора, турбогенератора и главного турбозубчатого агрегата (ГТЗА). Корабль остался без хода.
Приведенный пример показывает, что корабельная АЭУ, со всеми ее высоконадежными и неоднократно резервируемыми главными механизмами, сразу и полностью теряет свою работоспособность при выходе из строя вспомогательного, гораздо менее надежного и абсолютно не резервируемого элемента (в данном случае — штока регулятора давления пара). Очевидно, что этот шток и есть слабое место в структуре такой большой сложной технической системы (ТС) как АЭУ корабля, заложенное в нее еще на стадии проектирования.
При помощи алгоритма «Энергия» можно еще на ранней стадии проектирования в конструкторском бюро или проектном институте автоматически находить подобные слабые места в структуре сложной ТС1. Такая информация крайне необходима конструкторам для принятия ими соответствующих мер (изменения структуры проекта, резервирования, повышения надежности отдельных элементов и т. д.).
Причина появления слабых мест в структуре больших сложных ТС заключается в особенностях организации ее проектирования. Рассмотрим их на примере проектирования крупнотоннажного корабля (рис. 1). Головной институт вырабатывает тактико-техническое задание на проектирование корабля и выдает его в специализированное КБ, которое делает эскизный проект и заключает договоры с предприятиями-контрагентами, каждое из которых специализируется на проектировании какой-то отдельной си-
1См. статью А. В. Ярошенко «Математическое описание технологической взаимозависимости всех систем и механизмов корабля и алгоритм его практического применения» (Судостроение. 2000. № 1).
стемы или механизма. Обычно предприятия-контрагенты, разрабатывая свою частную подсистему или механизм, совершенно не взаимодействуют друг с другом, хотя их системы и механизмы технологически взаимозависимы. Именно этим фактом и объясняется появление слабых мест в структуре проекта после соединения в КБ всех частных подпроектов в единый проект корабля.
Для автоматического выявления таких слабых мест удобно использовать алгоритм типа «Конструктор». Опишем его работу (рис. 2):
1. В ЭВМ вводятся исходные данные об ¿-графе (блок 1).
2. Берется первоначальная вершина ¿-графа I = 1, потеря работоспособности которой имитируется (блок 2).
о 3. Идет образование вектора аварий — I?! (блок 3).
4. Применяется алгоритм «Энергия» (блок 4).
5. Берется первоначальная вершина ¿-графа к = 1, «работоспособность» которой (Нк = 0 — не работоспособна и Нк = 1 — работоспособна) проверяется в результате имитации «выхода из строя» 1-й вершины (блок 5).
6. Проверяется условие «работоспособности» к-й вершины ¿-графа в результате «выхода из строя» 1-й вершины (блок 6].
7. Компьютер «запоминает» к-е (к = 1, п) номера вершин ¿-графа, «работоспособность» которых потеряна в результате «выхода из строя» 1-й вершины (блок 7).
8. Увеличивается на единицу номер анализируемой (на предмет наличия или отсутствия «работоспособности») вершины (блок 8).
9. Проводится проверка на окончание перебора всех анализируемых вершин (блок 9).
10. Восстанавливаются матрицы В и С (блок 10).
11. Увеличивается на единицу номер вершины, у которой имитируется потеря «работоспособности» (блок 11).
12. Проводится проверка на окончание перебора всех вершин, потеря «работоспособности» которых имитируется (блок 12).
13. Выводится информация о слабых местах в структуре проекта (блок 13).
СУДОСТРОЕНИЕ 2'2000
ВОЕННОЕ КОРАБЛЕСТРОЕНИЕ
ЦНИИ
ВМФ (МФ)
ЗАВОД — СТРОИТЕЛЬ
ИЗДЕЛИЕ
ШЬ—I —
Рис. 1. Типовая схема проектирования корабля
Например, такая информация для корабельной котлотурбинной установки (КТУ), описанной в предыдущей статье, выглядит следующим образом:
Подобные слабые места необходимо знать (с целью их устранения) не только на стадии проектирования корабля в КБ, но и в процессе его эксплуатации. Например, после устранения какой-либо аварии, когда изменилась реальная структура соединения элементов технических средств, оружия и вооружения, могут появиться новые слабые места, отличающиеся от спецификационных. Такая информация позволит экипа-
жу корабля усилить наблюдение за работоспособностью этих слабых мест.
Алгоритм «Энергия» может быть использован в качестве тренажера при обучении личного состава, например, навыкам управления процессом борьбы за живучесть оружия и технических средств. Особенность управления процессом борьбы за живучесть состоит в том, что все системы и механизмы корабля технологически взаимозависимы, поэтому каждый член экипажа, принимая то или иное решение, должен учитывать состояние всех систем и механизмов корабля (не только своего заведования) и как его действия отразятся на состоянии других систем и механизмов.
Опишем алгоритм функционирования такого тренажера, использующего алгоритм «Тренажер» (рис. 3).
1. Преподаватель задает произвольную комбинацию повреждений (вектор аварий — Я°) различных механизмов, объявляет их обучающимся и вводит в ЭВМ (блок 3).
2. Программа, реализующая алгоритм «Энергия», обрабатывает Я00 и получает решение, которое принимается за эталонное. Это решение обучаемому (обучаемым) не показывается (блок 4).
3. Преподаватель предлагает каждому из обучаемых выработать решение на переключения на заданный Я00. Обучаемые вырабатывают свои решения (каждый по материальной части своего заведования), которые в виде номеров действий вводят в ЭВМ. Для этого необходимо иметь сборник всех действий по всем системам корабля, где каждое действие будет иметь свой номер (блок 6).
4. Алгоритм сравнивает эталонное решение с суммарным решением всех обучаемых. Если некоторые обучаемые не учли какие-то действия, имеющиеся в эталонном решении, то соответствующие им резерв-ные_ связи «запоминаются» в векторе (блок 7).
5. Идет восстановление матриц В и С.
6. Из матрицы С удаляются занесенные в память связи, т. е.не учтенные обучаемым действия С= С-
(блок 8).
7. Алгоритм «Энергия» снова обрабатывает заданный препода-
/ Вывод / ' информации /-
ОСТАНОВ )-
Рис. 2. Блок-схема алгоритма «Конструктор»
вателем Я°, но уже с матрицей резервов С (блоки 3 и 4).
8. На экране дисплея выдается эталонное решение, где перед каждым действием в скобках указывается: «Действие учтено» или «Действие не учтено». Далее идет информация о том общем техническом состоянии корабля, в которое он может попасть в результате выполнения эталонных действий. Такое решение получается на основе таблицы истинности, где учтены состояния важнейших механизмов корабля, обозначенных в его ¿-графе вершинами, и где для каждой комбинации состояний таких элементов имеется заранее заготовленное текстовое сообщение. После этого снова идет информация об общем техническом состоянии корабля, но уже с учетом того, что часть из эталонных действий обучаемые не выполнили.
Для учебного примера корабельной КТУ, описанной в первой статье, сообщение тренажера выглядит следующим образом:
СПИСОК СЛАБЫХ МЕСТ В СТРУКТУРЕ КТУ (вершины)
1. Цистерна котельного топлива (мазут)
Анализируемый элемент слабых мест-вершин НЕ ИМЕЕТ
2. Топливный насос для котла (№1)
1. Цистерна котельного топлива (мазут) 3 Котел
1 1 Цистерна котельного топлива (мазут)
2. Топливный насос для котла (№1)
3. Эжектор
4. Главный конденсатор
5. Главный циркуляционный насос
6. Питательный насос
7. Конденсатный насос
ВОЕННОЕ КОРАБЛЕСТРОЕНИЕ
Рис. 3. Блок-схема алгоритма «Тренажер»
РЕКОМЕНДАЦИИ ОПЕРАТОРАМ ПО БОРЬБЕ ЗА ЖИВУЧЕСТЬ
Действия оператора ГЭУ
1. (Действие УЧТЕНО) Вышел из строя ГЦН. Пустить дизель №1 в режиме насоса забортной воды. Открыть клапан К-3, подать охлаждающую воду на СВО ТГ-1. Действия оператора ЭЭС
1. (Действие НЕ УЧТЕНО) Вышел из строя ГРЩ-2. Переключить ПС топливного насоса №1 на резерв от ГРЩ-1. Пустить насос.
2. (Действие УЧТЕНО)
Вышел из строя ГРЩ-1. Переключить ПС ГЦН на резерв от ГРЩ-2. Пустить насос.
Действия вахтенного группы КИПиА АВТ 1. (Действие УЧТЕНО) Вышла из строя САУ. ДОП-1 управляется с местного поста вручную по командам с пульта ЭЭС.
2. (Действие УЧТЕНО) Вышла из строя САУ. ГНЦ управляется с местного поста вручную по командам с пульта ГЭУ.
Сведения о перегрузках Перегрузок нет
Возможности движительного комплекса корабля Ограничений по использованию ГЭУ нет
Возможности по запасам топлива
Можно эксплуатировать ГЭУ без ограничений по мощности и ходу Перегрузки и общее состояние технической системы в результате Ваших действий
СУДОСТРОЕНИЕ 2'2000
Сведения о перегрузках
Перегрузок нет
Возможности движительного комплекса корабля
Вышли из строя ГТЗА-1, ГТЗА-2. Ход корабля осуществляется от Д-1 и Д-2 не более 5 уз. Возможности по запасам топлива
Можно эксплуатировать ГЭУ без ограничений по мощности и ходу.
Из этого примера видно, что всего лишь одно неучтенное действие оператора ЭЭС привело к тому, что вышли из строя оба ГТЗА и ход корабля, вместо возможных 20 уз, снизился до 5 уз от резервных движителей.
Сравнивая эталонное общее состояние технических средств корабля с тем, которое получится в результате действий обучаемых, непосредственно «виновный» обучаемый видит, что не учтенные им необходимые эталонные действия приводят к ухудшению общего состояния технических средств корабля по каким-то параметрам. Это укажет обучаемому на те физические процессы между технологически взаимосвязанными системами и механизмами, которые он не учел в свое
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.