Вероятностная модель

Этапом возникновения науки о надёжности технических систем следует считать Национальные симпозиумы по надёжности в США, проводившиеся регулярно в январе, начиная с 1955 г. Следует выделить принципиально важную работу Джорджа фон Неймана «Вероятностная логика и синтез надёжных организмов из ненадёжных компонент» [3]. Речь шла о появившихся сложных системах, когда определяющее значение приобретают не только схемы соединения функционально-самостоятельных элементов (ФСЭ), но появляется возможность их многократного резервирования. Нулевой уровень развития информационных технологий в то время принял случайную составляющую деградации ФСЭ и, как следствие, в основу теории надёжности технических объектов была положена теория вероятности, которая до настоящего времени превалирует во всех ГОСТах и руководящих документах по расчёту надёжности сложных систем.

Уязвимым местом в приложениях статистических методов к задачам исследования надёжности технических систем и устройств является отсутствие массовости событий, в результате чего статистическое истолкование вероятности утрачивает смысл. Применение теории вероятностей корректно для больших и однородных выборок, а судовое оборудование не только мелкосерийно, но во многих случаях уникально с широким спектром режимов эксплуатации. К этому следует добавить отсутствие строгой системы сбора статистической информации по отказам судового оборудования, которую не удалось создать даже в СССР, поставило под сомнение практическое применение вероятностного аппарата оценки надёжности судовых технических средств в процессе их прямого использования в процессе эксплуатации корабля.  

Появление атомной энергетики на кораблях и судах вызвало активное развитие автоматизированных систем управления (АСУ) и централизованного контроля (рис.1) и, как следствие, сокращение машинной команды с потерей органолептической составляющей определения технического состояния судового оборудования в процессе его эксплуатации. Последнее стимулировало разработку и развитие программ создания аппаратных средств и приборов диагностики, построенных на новых физических принципах [4].

Эксплуатация по фактическому техническому состоянию

В настоящее время на рынке представлена широкая номенклатура диагностических приборов и систем, например, только в области вибродиагностики выпускается десятки различных приборов и первичных преобразователей. В этой связи возникла проблема синтеза такой компоновки диагностического обеспечения технических средств, которая бы с требуемой полнотой решала задачи идентификации остаточного ресурса оборудования с выдачей паспорта его надёжности. Возникает вопрос: правомерно ли применять вероятностную модель оценки надёжности КЭУ и её составных частей. Следует согласиться с теми, кто утверждает, что на стадии проектной оценки надёжности КЭУ альтернативы вероятностной модели надёжности пока не существует (рис.2). В то же время эксплуатационная компонента надёжности КЭУ при современном уровне развития комплексных систем управления техническими средствами корабля (КСУ ТС) и активном внедрении средств технической диагностики позволяет переводить флот на эксплуатацию по фактическому техническому состоянию (ФТС) и свести вероятность отказа к практически значимому уровню (рис.3), обеспечив требуемую стратегическую готовность ВМФ в рамках технической и экологической безопасности мореплавания.

Рис.2. Статистическая модель проектного цикла использования корабельных технических средств [2]. ЖЦ – жизненный цикл технических средств; ЦП – цикл проектирования; ЦС – цикл создания; ЦИ – цикл использования; ; интенсивность отказов, 1/ч; P(t) –  вероятность безотказной работы; F(t) – вероятность отказа; МПР – межпоходовый ремонт.

Рис. 3. Влияние технического диагностирования оборудования на вероятность его безотказной работы [2]. 1 – кривая изменения вероятности безотказной работы оборудования без применения средств диагностики; 2 – то же с применением средств диагностики. 

Однако, отечественные судостроители транспортного флота в абсолютно недостаточной мере используют отечественные разработки в области диагностического обеспечения технических средств проектируемых и строящихся кораблей [5]. Объясняется это многими причинами, главными из которых являются:

- стойкие государственные стимулы покупать технику вторичного рынка за рубежом. Декларируемое «импортозамещение», не подкрепляемое президентскими указами, не выходит за рамки ни к чему не обязывающих конкурирующих ведомственных решений; 

- понятное стремление заказчика к снижению стоимости строительства корабля приводит к остракизму технических решений, обеспечивающих безопасную и безотказную эксплуатацию корабля и, в первую очередь, диагностического обеспечения технических средств, так как современные информационные технологии выходят за рамки апробированных проектных решений в области эксплуатационной компоненты жизненного цикла корабля;

- неоднозначное понимание заказчиком задач диагностики, решаемых системой централизованного контроля в составе комплексной системы управления техническими средствами и мобильной диагностической аппаратурой.

 Но главное - многие инновационные идеи в рассматриваемой предметной области не реализованы из-за отсутствия опережающих НИОКР, так как существовавшие у заказчика (ВМФ) и объединённой судостроительной корпорации (ОСК) подразделения, занятые изучением опыта эксплуатации кораблей и судов, в условиях рыночной экономики подверглись количественному и качественному сокращению или просто были ликвидированы. Отсутствие обратной связи разорвало некогда интегрированную структуру в кораблестроении: заказчик - отраслевая наука – проектирование – производство – эксплуатация. Сложившийся принцип «каждый сам за себя» ведёт не только к деградации отраслевой науки, что мы и наблюдаем сегодня, но и к стагнации производственной и эксплуатационной компоненты. В этих условиях новые технологии, которые требуют системного совершенствования алгоритмов диагностирования, создания и тарировки (адаптации) диагностических приборов и всесторонней проверки их метрологических и технических характеристик на стадии проектирования, создания и приёмо-сдаточных испытаний корабля остановились в своём развитии.

Показательным примером может служить созданная ЗАО «Мера» и ООО «Васт» при участии Крыловского ГНЦ виброакустическая система (рис.4) [5], интегрированная в ИИК МО.52.01 (рис.5) [5], программно-алгоритмический модуль которой требует постоянного совершенствования по результатам накопления повреждений и отказам контролируемых технических средств корабля специально подготовленными специалистами. На стадии технического проекта остановлены работы Крыловского ГНЦ и СПМБ «Малахит» по созданию мобильного диагностического комплекса (рис.6).

Возникает вопрос – где формировать информационно-вычислительный комплекс (ИВК). Возможны два основных варианта. Первый – непосредственно на корабле, второй – вынос ИВК за пределы   корабля в мобильный   диагностический комплекс (МДК) вместе с диагностическими приборами. Учитывая длительность процесса износа и накопления повреждений оборудованием КЭУ, а также возможность обслуживания парка кораблей, предпочтение должно быть отдано второму варианту.

Рис.4. Виброакустическая система диагностики корабельного оборудования [5].

Рис.5. Система централизованного контроля и диагностики КЭУ [5].                                 СУ - система управления; ОСС - общесудовые системы; ГЭУ- главная энергетическая  установка; ПУ ВИМ - пульт управления вахтенного инженер-механика; ИИК МО52- виброизмерительный комплекс; ЦПУ- центральный пульт управления; ППУ- паропроизводящая установка;  ПТУ- паротурбинная установка;  ЭЭС электроэнергетическая система; АБ- аккумуляторная батарея;  ДАБ- диагностика АБ;  АС- аварийная сигнализация.

Рис.6. Мобильный диагностический комплекс [5]. 

Состоятельность такого решения подтверждена практикой использования средств диагностики ЦС «Звёздочка» (рис.7) [6].  Скромный комплект приборов (далеко не отечественного производства) позволил ЦС «Звёздочка» (НПО «Онега») сделать первые шаги в реализации технического обслуживания объектов флота по фактическому техническому состоянию оборудования в процессе предремонтной дефектации, и получить существенный технологический и экономический эффект.

Рис.7. Схема технического обслуживания судового оборудования по фактическому техническому состоянию [6].  

Исследования заказчика - НИИ кораблестроения и вооружения МО РФ ВУНЦ ВМФ «ВМА» [7] показывают суммарный экономический эффект внедрения технического обслуживания и ремонта (ТО и Р) по ФТС до 40% в год. В современных условиях, когда достижение технологического суверенитета становится определяющей государственной политикой, реанимация и совершенствование отечественных разработок в рассматриваемой предметной области знаний становится не только актуальной, но и позволяет оптимизировать финансовые и организационно-технические мероприятия по переводу всего спектра кораблей и судов ВМФ на эксплуатацию по ФТС.

Система, обеспечивающая эксплуатацию флота по ФТС

Авторская концепция системы (рис.8), обеспечивающей эксплуатацию флота по ФТС, сформулированная в [8], не претерпела принципиальных изменений. Более того, она реализована зарубежными судоходными компаниями, в том числе Совкомфлотом [9], и показывает безусловный экономический, экологический и энергетический эффект в рамках ужесточающихся требований Международных морских организаций в области экологии и безопасности мореплавания.

Рис.8. Проектный информационно-диагностический центр эксплуатации флота по фактическому техническому состоянию оборудования кораблей и судов ВМФ [8].

Резюме

1.Применяемая до настоящего времени статистическая концепция системы технического обслуживания и ремонта (ТО и Р) кораблей и судов Военно-морского флота Российской Федерации (рис.2) не соответствует современному уровню развития мировых и отечественных информационных технологий, экономически затратна и не отвечает международным требованиям экологической и энергетической безопасности мореплавания. Частота аварий, являющаяся следствием ошибок учёных, проектантов, строителей стратегических сил флота оборачивается слишком трагически, унося жизни лучшей части нашего общества и этому нет прощения (рис.9) [12].

Рис.9. Моряки-подводники, погибшие в мирное время.

Рис.10. Адмирал флота С.Г. Горшков - Главнокомандующий ВМФ СССР, организатор и создатель стратегических сил флота инспектирует техническое состояние ЭУ ТАРК перед походом на ТОФ (из фотоархива автора). 

3. По причинам, изложенным выше, новые технологии, которые требуют системного совершенствования алгоритмов диагностирования, создания и тарировки диагностических приборов и всесторонней проверки их метрологических и технических характеристик на стадии проектирования, создания и приёмо-сдаточных испытаний корабля остановились в своём развитии, цитирую [13]: «Существующие в настоящее время системы и средства технического диагностирования и прогнозирования не позволяют в полной мере сформировать систему технического обслуживания и ремонта по фактическому техническому состоянию и требуют дальнейшего развития».

4. Оптимальный вариант возрождения НИОКР в обеспечение совершенствования эксплуатационной компоненты жизненного цикла корабля в рамках перевода флота на эксплуатацию по ФТС представляется в реанимации идеи прогрессивных испытаний кораблей и судов ВМФ, сформулированной основоположником современной теории корабля академиком А.Н. Крыловым в начале ХХ в. в процессе возрождения Российского флота после русско-японской войны [14], которая успешно была реализована и работала в ЦНИИ им. ак. А.Н. Крылова (сегодня «Крыловский государственный научный центр») вплоть до 1996 г. в рамках лаборатории натурных испытаний, исследований и измерений технических средств кораблей и судов флота. Параллельно в 1-м Институте ВМФ до 1980-х гг. активно функционировала лаборатория натурных испытаний головных кораблей ВМФ. В 1974 г. по инициативе, в том числе автора этих строк, и при поддержке Главнокомандующего ВМФ Адмирала флота С.Г. Горшкова в ЦНИИ им. ак. А.Н. Крылова была организована и успешно работала до 2000-хгг.  Лаборатория надёжности и технической диагностики корабельных технических средств, результаты работ которой широко известны и опубликованы.

5. В современных условиях, когда достижение технологического суверенитета становится определяющей государственной политикой, реанимация и совершенствование отечественных разработок в рассматриваемой предметной области знаний предполагает организацию независимой Лаборатории прогрессивных испытаний кораблей и судов флота (ЛПИК) [15].

6. Задачи, которые должна решать ЛПИК:

- независимое участие в приёмо-сдаточных испытаниях головных кораблей с целью составления эталонного портрета технического состояния оборудования и систем;

- прогрессивные испытания головного корабля серии с целью выявления проблем, требующих научного и проектного решения;

- профилактическая и предремонтная дефектация судового оборудования в период межпоходопых ремонтов и определение остаточного ресурса корабельных технических без разборки с оформлением «паспорта надёжности»;

- формирование базы данных по техническому состоянию кораблей и судов с автоматической передачей данных в ИДЦ управления технической эксплуатацией ВМФ (рис.8).

Состав ЛПИК предполагает стационарную и мобильную части.

Стационарная часть решает следующие научно-исследовательские и проектные задачи:

- актуализация отечественных и разработка новых методов определения технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса типового судового оборудования без его разборки демонтажа;

- разработка технических заданий на совершенствование и создание новых диагностических приборов и организация их производства;

- проектное исследование и создание мобильного диагностического комплекса (рис.6).

 

Мобильный диагностический комплекс – информационное ядро ЛПИК, первооснову которого составляют мобильные диагностические приборы и аппаратура, объединённые в информационно-вычислительный комплекс (ИВК), где сосредоточено несколько подсистем, реализующих физические методы диагностики:

- видеотермодиагностика;

- виброакустическая диагностика;

- УЗ-диагностика (ультразвуковая диагностика);

- АЭ-диагностика (метод акустической эмиссии);

- электромагнитная диагностика;

- спектрометрия и феррография, в том числе анализ масла и выпускных газов;

- ВХЛ (водно-химическая лаборатория) и др. инновационные приборы. 

7. Идея возрождения исследовательских и проектных работ, обеспечивающих перевод ВМФ на эксплуатацию по фактическому состоянию, поддержана Главным командованием ВМФ и абсолютным большинством предприятий АО «ОСК». Дело за малым – принятие руководством Минпромторга и ВМФ совместного решения о возрождении отечественных технологий совершенствования жизненного цикла кораблей и судов ВМФ:

8. Пятилетняя дискуссия Крыловского государственного научного центра с Департаментом судостроительной промышленности Минпромторга должна стать предметом рассмотрения Морской коллегией при Президенте РФ, положительное решение которой в интересах безаварийной эксплуатации и укрепления боеготовности кораблей не вызывает сомнений у ГК ВМФ. Генеральный конструктор ядра АПЛ академик РАН Ф.М. Митенков говорил: «…я считаю, что в атомной отрасли о вероятностном подходе необходимо забыть. Какой бы замечательной не была ядерная установка, мы имеем право использовать её только в том случае, когда нет ни малейшего шанса для пресловутого человеческого фактора. Что если даже случится авария любого уровня, система безопасности сработает таким образом, что никакого радиационного переоблучения не произойдёт».

 

Источники

1.      Берг А.И. Мера надёжности. Газета «Известия» №139, 12 июня 1960 г.

2.      Мясников Ю.Н. Надёжность и техническая диагностика судовых энергомеханических систем// Крыловский государственный научный центр, СПБ, 2008 г.

 

3.      Дж. Фон Нейман. Вероятностная логика и синтез надёжных организмов из ненадёжных компонент. Сборник статей под редакцией К.Э. Шеннона и Дж. Маккарти. Автоматы. Пер. с англ. под ред. А.А. Ляпунова. М., Изд-во иностранной литературы, 1956 г.

4.      Александров А.П. Инструментальный цех науки. Интервью газете «Комсомольская правда» 23 июня 1979 г.

5.      Мясников Ю.Н. Разработка, создание и внедрение комплексных систем диагностики технических средств, систем и устройств кораблей Военно-морского флота, обеспечивающих перевод флота на эксплуатацию по фактическому техническому состоянию. //Судостроение № 5, 2023 г.

6.      Куликов К.Н. Продление назначенных сроков службы ПЛА и комплектующего оборудования. Применение на ПЛА средств и методов технического диагностирования. Опыт и предложения//Сборник докладов Межведомственной научно-практической конференции «ДИАГНОСТИКА-2007». СПб.: Изд. ЦНИИ им. ак. А.Н. Крылова, 2008 г.

7.      Ерофеев В.И., Кандауров Ю.Н. Техническое диагностирование корабельных дизель-газотурбинных агрегатов// НИИ кораблестроения МО РФ, СПб, 2012 г.

8.      Мясников Ю.Н., Баглюк Ю.В. Проблемы диагностического обеспечения судовых технических средств//Судостроение №1, 1992 г.

9.      Мясников Ю.Н.  Междисциплинарные инновационные технологии в судостроении// Труды ФГУП «Крыловского ГНЦ». Выпуск №1 (387), 2019 г.                                                    

10.  Заключение Главного командования ВМФ от 01 июля 2019, исх. №704/1/821.

11.  Письмо Крыловского государственного научного центра автору Исх.№1974/13432 – 2024 от 11.07.2024

12.  https://vladkonst.tourister.ru/photoalbum/37445 Моряки-подводники, погибшие в мирное время.

13.  Письмо ГК ВМФ автору от 10 апреля 2024 № 714/3/1227.

14.  Крылов А.Н. Мои воспоминания//СПб.: Политехника, 2014 г.

15.  Мясников Ю.Н., Савченко О.В. Прогрессивные испытания кораблей и судов флота. СПБ.: ФГУП «Крыловский государственный научный центр», 2021 г.