Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

A LOGICAL-LINGUISTIC EVALUATION MODEL OF THE PROBABILITY OF OCCURRENCE OF EMERGENCY SITUATIONS WHILE OPERATING PUMP UNITS OF RSC FILLING EQUIPMENT

Spesivtsev A.V. 1 Astankov А.M. 1
1 Mozhaisky Military Space Academy
The article presents the results of the construction of the logical-linguistic model estimating the probability of occurrence of emergency situations on the basis of expert knowledge. The method of constructing the model and the results of testing the degree of its adequacy according to the actual measurement of pump unit vibration velocity in pre-launch tests of the filling equipment of rocket and space complexes before filling space rockets have been briefly described. There has been carried out a numerical experiment on the evaluation and forecasting the probability of occurrence of emergency situations during their operation in specific conditions at the launch site of the Russian Federation. It has been shown that the greatest threat to the initiation of emergency situations is posed by excess of vibration velocity in the horizontal plane of the unit. The obtained results make it possible not only to monitor a condition of pump units but also provide problem-solving of their expeditious adjustment in use and repair.
probability
expertise
logical-linguistic model
the pump unit
velocity
expert evaluation
1. Astankov A.M. Snizhenie riskov vozniknovenija opasnyh posledstvij pri jekspluatacii nasosnyh agregatov zapravochnogo oborudovanija raketno-kosmicheskih kompleksov / A.M. Astankov, A.V. Spesivcev, A.V. Vagin // Problemy upravlenija riskami v tehnosfere. 2016. no. 1[37]. рр. 6–14.
2. Bulatov V.P. Issledovanie faktorov narushenija uslovij smazki podshipnikov nasosov v setjah vodosnabzhenija: Otchjot o NIR (itogovyj) / CNIDI. no. GR 0186.0011507 / V.P. Bulatov, E.H. Kadyshevich, B.N. Pugachjov. L., 1988. 42 р.
3. Goldberg O.D. Avtomatizacija kontrolja parametrov i diagnostika asinhronnyh dvigatelej / O.D. Goldberg. M.: Jenergoatomizdat, 1991. 160 р.
4. Guljaev M.N. Tehnicheskaja diagnostika upravljajushhih sistem / M.N. Guljaev. Kiev: Naukova dumka, 1983. 208 р.
5. Spesivcev A.V. Upravlenie riskami chrezvychajnyh situacij na osnove formalizacii jekspertnoj informacii / A.V. Spesivcev. SPb.: Izd-vo Politehnicheskogo universiteta, 2004. 238 р.

В заправочном оборудовании (ЗО) РКК головными объектами выступают гидравлические насосные агрегаты (НА), (рис. 1). Мониторинг основных эксплуатационных параметров проводят в момент непосредственного проведения экспресс-оценки ТС перед предполагаемым пуском ракеты космического назначения (РКН). Поскольку на космодромах РФ большая часть ЗО, в том числе и НА, работает за пределами назначенных показателей ресурса, то актуальной является задача оценивания вероятности возникновения нештатных ситуаций при их эксплуатации. При этом применение общепринятых статистических методов в условиях специфики эксплуатации НА – несколько пусков в год с непредсказуемым временем простоев между пусками РКН – оказывается некорректным [2, 3]. Такие обстоятельства вынуждают использовать знания и опыт высококвалифицированных специалистов для решения вышеуказанной задачи, что и составляет предмет настоящего исследования.

Построение логико-лингвистической модели

Методика оценивания вероятности возникновения нештатных ситуаций при эксплуатации НА состояла в использовании экспертных знаний (ЭЗ) для синтеза логико-лингвистических моделей ЛЛМ [1, 5].

В качестве факторного пространства (ФП), в котором эксперт оценивает вероятности возникновения нештатных ситуаций, выбраны наиболее информативные точки контроля на НА, как показано на рис. 1. По совокупности значений виброскорости в этих точках эксперт определял вероятностную оценку по специальной опросной матрице, приведенной в табл. 1 планирования эксперимента типа 24. Вероятность оценивалась по шкале рис 2, а, а виброскорость по всем точкам оценивалась по шкале рис. 2, б.

Таблица 1

Матрица опроса с экспертными YЭ и модельными YР значениями вероятностей

п/п

Виброскорость в точках

Вероятность возникновения нештатной ситуации

1

2

3

4

х1

х2

х3

х4

1

– 1

– 1

– 1

– 1

Н

0,1

0,103

2

1

– 1

– 1

– 1

НС

0,2

0,209

3

– 1

1

– 1

– 1

НС

0,2

0,191

4

1

1

– 1

– 1

ВС

0,4

0,384

5

– 1

– 1

1

– 1

Н-НС

0,15

0,166

6

1

– 1

1

– 1

ВС

0,4

0,384

7

– 1

1

1

– 1

НС-С

0,35

0,341

8

1

1

1

– 1

ВС-В

0,45

0,472

9

– 1

– 1

– 1

1

Н-НС

0,15

0,159

10

1

– 1

– 1

1

С

0,3

0,291

11

– 1

1

– 1

1

НС-С

0,25

0,247

12

1

1

– 1

1

ВС-В

0,45

0,466

13

– 1

– 1

1

1

С

0,3

0,284

14

1

– 1

1

1

ВС

0,4

0,403

15

– 1

1

1

1

ВС-В

0,45

0,459

16

1

1

1

1

В

0,5

0,491

spes1.tif

Рис. 1. Расположение точек контроля на насосном агрегате: 1 – опорный узел роликового подшипника НА; 2 – опорный узел роликового подшипника НА (измерение в горизонтальной плоскости); 3 – опорный узел шарикового подшипника НА; 4 – крепление НА к фундаменту

Все значения независимых переменных Хi , i = 1,..,4, представляются в стандартизованном масштабе по формуле:

xi = (Хi – Хiср)/ΔХi,

где Хi – измеренное значение виброскорости в i-й точке НА;

Хiср = 11, ΔХi = 8 – соответственно среднее значение и интервал варьирования виброскорости по шкале рис. 2, б.

spes2.wmf

Рис. 2. Шкалы перевода лингвистических значений в числовые: а – вероятности; б – виброскорости

Выбор и обоснование шкалы вероятности в интервале 0,1–0,5 основан на экспертных знаниях, схематически отображенных на рис. 3.

На рис. 3 ось абсцисс – вероятность, а ординат – условная величина потерь С. Кривая 1 схематично описывает затраты на ремонтные работы по безаварийному содержанию НА и отражает тенденцию к увеличению вероятности аварийности при снижении уровня затрат. Кривая 2 описывает тенденцию к существенному увеличению экономического риска потерь при возрастании вероятности аварий.

spes3.tif

Рис. 3. К обоснованию шкалы вероятности

При этом величина потерь C определяется обычно несколькими факторами, например:

С = Спп + Сла + Ссэ,

где Спп – прямые потери;

Сла – затраты на локализацию аварии;

Ссэ – социально-экономические потери.

При превышении критических значений виброскорости вероятность наступления аварийной ситуации Р увеличивается вместе со значениями потерь С. Величина экономического риска аварии R (кривая 2) при фактической вероятности P определяется как произведение R = C*P [4].

Компромисс, как показано на рис. 3, достигается в точке пересечения кривых, соответствующей вероятности в районе значений 0,5.

Возникновение вероятности нештатной ситуации при эксплуатации НА свыше 0,5 считается оправданным только в период нарастания военной угрозы и неоправданным – в мирное время. Если величина вероятности наступления аварии составляет величину менее 0,5, риск считается оправданным как в период нарастания военной угрозы, так и в мирное время.

Построение ЛЛМ для оценивания вероятности наступления нештатных ситуаций НА при выбранном ФП включает заполнение экспертом специальной опросной матрицы в лингвистическом виде, арифметизацией лингвистических оценок и последующую обработку с получением аналитического выражения [1]. Заполненная опросная матрица с экспертными YЭ и модельными YР значениями вероятностей приведена в табл. 1.

Обработкой результатов экспертных значений табл. 1 получено результирующее полиномиальное выражение вероятности возникновения нештатной ситуации:

YР = 0,316 + 0,072х1 + 0,066х2 + 0,059х3 + + 0,034х4 – 0,009х1х3 – 0,009х1х4 – – 0,022х1х2х3 – 0,016х1х3х4. (*)

В (*) входят только значимые коэффициенты разложения полинома.

Адекватность расчетов по (*) экспертным оценкам демонстрирует график рис. 4. Концентрация точек вокруг теоретической линии регрессии (гипотенузы квадрата) свидетельствует об отсутствии систематических ошибок при экспертном оценивании изучаемого явления.

spes4.tif

Рис. 4. Корреляция экспертных и вычисленных по (1) оценок вероятности

Оценивание и прогнозирование вероятности возникновения нештатных ситуаций

Рассчитаем вероятности возникновения нештатной ситуации по (*) на основе реальных значений виброскоростей, полученных в ходе предпусковых испытаний НА ЗО РКН, как показано в табл. 2.

Таблица 2

Оценки вероятности возникновения нештатной ситуации

№ точки измерения

05.10.2007

16.10.2007

28.09.2009

27.02.2014

               

1

4,8

– 0,8

5,7

– 0,7

6,0

– 0,6

6,2

– 0,6

2

9,7

– 0,2

7,3

– 0,5

9,1

– 0,2

8,6

– 0,3

3

15,0

0,5

11,0

0,0

13,0

0,3

12,0

0,1

4

4,7

– 0,8

3,8

– 0,9

7,3

– 0,5

3,9

– 0,9

Расчёт вероятности по модели

 

0,244

 

0,20181

 

0,25118

 

0,22452

Результаты расчетов по (*) свидетельствуют о следующем.

Во-первых, даже в случаях превышения значения виброскорости, принятого в методике, 11,2 мм/с, вероятности возникновения нештатных ситуаций не превышают критических значений 0,5.

Во-вторых, поскольку задачи ЗО по пуску РКН успешно выполнены, расчетные значения вероятностей следует считать отражающими действительное состояние НА.

В-третьих, полученное аналитическое выражение (*) следует считать моделью изучаемого явления, а именно – оценивания вероятности возникновения нештатных ситуаций при эксплуатации насосных агрегатов заправочного оборудования РКК.

На основе модели (*) проведен численный эксперимент, суть которого заключалась в построении линейных графиков изменения Yр от одной из каждых переменных во всем диапазоне изменения независимых переменных в кодированном виде при остальных, закрепленных на постоянных уровнях. Так, на рис. 4 приведены графики изменения переменных в гипотетической ситуации, когда во всех четырех точках НА зафиксированы значения виброскоростей на среднем 11,2 мм/с (или «0» в кодированном) виде.

В результате анализа графиков численного эксперимента можно сделать выводы по вероятности возникновения нештатных ситуаций:

– в случае если значения виброскоростей во всех измеряемых точках (рис. 4, верх) не превосходят предельных по принятым методикам оценивания ТС НА (11,2 мм/с), уровень вероятности не превышает 0,32 и увеличение виброскорости в одной из точек до 19 мм/с не превысит вероятности 0,50;

– в случае, если значения виброскоростей во всех измеряемых точках примут значения 19 мм/с (рис. 5, низ), уровень вероятности не превышает 0,5, но увеличение виброскорости в в точке 2 (рис. 1) свыше 20 мм/с способно вывести значение вероятности более 0,5, что подтверждает мнение эксплуатационщиков о повышенной опасности вибраций НА в горизонтальной плоскости.

spes5a.tif

spes5b.tif

Рис. 5. Результаты численного эксперимента для ситуаций, когда виброскорости во всех точках приняли значения в точках шкалы признака (рис. 2, б): верхний – в центральной («0»), нижний – в крайней справа («1»)

Заключение

Результатом проведенных исследований является разработанный научно-методический аппарат построения на основе экспертных знаний логико-лингвистической модели оценивания вероятности возникновения нештатных ситуаций при эксплуатации насосных агрегатов заправочного оборудования РКК. Внедрение полученных результатов позволит повысить достоверность контроля ТС НА, а также определить риск наступления аварии при выполнении поставленной боевой задачи по запуску РКН и тем самым обеспечить повышение боеготовности Воздушно-космических сил.