Учет требований к параметрической надежности при проектировании судов.

Китаев Максим Владимирович,

аспирант Дальневосточного Государственного Технического Университета

Научный руководитель: профессор, доктор технических наук

Антоненко Сергей Владимирович.

Одной из важных задач при проектировании судов является оценка надежности их функционирования в реальных условиях эксплуатации с учетом стохастических и динамических факторов. Такой подход привел к тому, что для описания качества функционирования судна как сложной системы приходится применять новые, более информативные показатели [2]. Конструктора, а в большей степени потенциального заказчика, не интересует такая постановка вопроса, при которой говорится - работает система или нет, необходимо знать, как она работает, как ведут себя показатели, что влияет на их изменение и т.п. Другими словами, возникает вопрос о задании требований на эффективность функционирования создаваемой системы с учетом требований к параметрам функционирования.

Важным вопросом при использовании методов теории надежности в практических расчетах является выбор показателя, наиболее полно характеризующего надежность и эффективность функционирования рассматриваемого объекта. Эффективность и надежность функционирования судна трудно оценить с помощью одного единственного критерия [3]. Существует множество разнообразных критериев, каждый из которых характеризует определенное качество или свойство рассматриваемой системы. Таким образом, набор частных критериев оптимальности образует векторный критерий или вектор-функцию

                                                                                         (1)

Проблема многокритериальности возникает и вследствие того, что, во-первых, локальные критерии выражаются в различных единицах измерения и в большинстве своем не могут быть сведены к единому глобальному критерию, во-вторых, они противоречивы, т.е. улучшение одного из них часто приводит к ухудшению другого, и наоборот.

Для реализации алгоритма оптимизации по критерию параметрической надежности необходимо выбрать соответствующие модели процессов, влияющих на изменение параметров, и выделить параметры, которые могут отражать работоспособность объекта за рассматриваемый промежуток времени. Одновременно с этим необходимо сформировать вектор оптимизируемых характеристик X, в наибольшей степени влияющих на эксплуатационные показатели и эффективность. Область возможных состояний должна принадлежать области, в которой объект считается работоспособным.

В процессе эксплуатации часть характеристик судна, входящих в состав оптимизируемых (например, мощность, прочность), изменяется вследствие старения и износа и т.п. Выходные параметры Y_j(x(t)) также зависят от разнообразных случайных воздействий C_i(n), вероятностных факторов, а также срока эксплуатации объекта в целом. Таким образом, информация, определяющая эффективность функционирования рассматриваемого объекта, выраженная через вероятность безотказной работы P_LT(X), является основой для выбора оптимального варианта. При этом P_LT(X) есть вероятность того, что параметры, определяющие работоспособность объекта, находятся в пределах допустимой области в течение рассматриваемого промежутка времени t Î (0, T).

Вероятность безотказной работы объекта за рассматриваемый период времени, определяется по следующей зависимости

                                                                                                           (2)

где P_j(x) - вероятность удовлетворения j - го условия работоспособности.

Для получения реализаций выходных параметров и вероятностей, соответствующих каждому рассматриваемому показателю эффективности, используется имитационная модель, описывающая процесс функционирования судна [1]. Функция плотности вероятности P_j(x) в результате моделирования представляется в виде гистограммы.

Вероятность удовлетворения j-го условия работоспособности определяется следующим выражением:

                                                                                               (3)

Решение задачи по критерию вероятности безотказной работы объекта запишется в виде

.                                                                                                        (4)

Достоинством предлагаемого метода проектирования является то, что в качестве выходных параметров при оптимизации выступают не только вероятностные характеристики, но и математические ожидания оптимизируемых величин, а также эксплуатационные и технические показатели функционирования судна за рассматриваемый период времени.

Использование вероятностного подхода значительно повышает качество и информативность результатов моделирования, что, в конечном счете, положительно отражается на принимаемых проектных решениях.

Таким образом, учитывая требования к параметрической надежности функционирования судна, можно значительно повысить эффективность и конкурентоспособность проектируемых судов.

Литература.

1.                  Бусленко В.Н. Автоматизация имитационного моделирования сложных систем. М.: Наука, 1977. – 240 с.

2.                  Пашин В.М. Оптимизация судов. – Л.: Судостроение, 1983. – 296 c.

3.                  Вашедченко А.Н. Автоматизированное проектирование судов. – Л.: Судостроение, 1985. – 164 с.

Поступила в редакцию 23 сентября 2007 г.