Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

ЛОГИКО-ЛИНГВИСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОЦЕНИВАНИЯ ВЕРОЯТНОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ НЕШТАТНЫХ СИТУАЦИЙ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ ЗАПРАВОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ РКК

Спесивцев А.В. 1 Астанков А.М. 1
1 ФГБВОУ ВО «Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского»
В статье приведены результаты построения логико-лингвистической модели оценивания вероятности возникновения нештатных ситуаций на основе экспертных знаний. Кратко описаны методика построения модели и результаты проверки степени ее адекватности по данным фактических измерений виброскоростей насосных агрегатов в предпусковых испытаниях заправочного оборудования ракетно-космических комплексов перед заправкой ракет космического назначения. Проведен численный эксперимент по оцениванию и прогнозированию вероятности возникновения нештатных ситуаций при их эксплуатации в специфичных условиях на космодромах РФ. Показано, что наибольшую угрозу для инициации нештатных ситуаций представляет превышение виброскорости в горизонтальной плоскости агрегата. Полученные результаты позволяют не только контролировать состояние насосных агрегатов, но и обеспечивают решение задач по их оперативной наладке в процессе эксплуатации и ремонта.
вероятность
экспертные знания
логико-лингвистическая модель
насосный агрегат
виброскорость
экспертное оценивание
1. Астанков А.М. Снижение рисков возникновения опасных последствий при эксплуатации насосных агрегатов заправочного оборудования ракетно-космических комплексов / А.М. Астанков, А.В. Спесивцев, А.В. Вагин // Проблемы управления рисками в техносфере. – 2016. – № 1[37]. – С. 6–14.
2. Булатов В.П. Исследование факторов нарушения условий смазки подшипников насосов в сетях водоснабжения: Отчёт о НИР (итоговый) / ЦНИДИ. – № ГР 0186.0011507 / В.П. Булатов, Е.Х. Кадышевич, Б.Н. Пугачёв. – Л., 1988. – 42 с.
3. Гольдберг О.Д. Автоматизация контроля параметров и диагностика асинхронных двигателей / О.Д. Гольдберг. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 160 с.
4. Гуляев М.Н. Техническая диагностика управляющих систем / М.Н. Гуляев. – Киев: Наукова думка, 1983. – 208 с.
5. Спесивцев А.В. Управление рисками чрезвычайных ситуаций на основе формализации экспертной информации / А.В. Спесивцев. – СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2004. – 238 с.

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.


Библиографическая ссылка

Спесивцев А.В., Астанков А.М. ЛОГИКО-ЛИНГВИСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОЦЕНИВАНИЯ ВЕРОЯТНОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ НЕШТАТНЫХ СИТУАЦИЙ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ ЗАПРАВОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ РКК // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 11-4. – С. 728-732;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=41246 (дата обращения: 04.12.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074