Оптимизация диагностических систем теплового контроля
Автор Абрамова Елена Вячеславовна, 04.04.2011
| Страницы: 1 2 3 4 5 6 |
АБРАМОВА ЕЛЕНА ВЯЧЕСЛАВОВНА
ОПТИМИЗАЦИЯ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЯ Специальность 05.11.13 - «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий»
диссертации на соискание ученой
степени доктора технических наук
Москва - 2011
Работа выполнена в Научнисследовательском институте интроскопии Московского научно-производственного объединения «Спектр» (НИИИН МНПО «Спектр») Научный консультант Доктор технических наук, Лауреат
Государственной Премии РФ в о
ласти науки и техники, профессор
Будадин Олег Николаевич Официальные оппоненты Доктор технических наук,
профессор
Ковалев Алексей Васильевич
Доктор технических наук,
Данилин Николай Семенович
Доктор технических наук,
профессор
Ведущая организация: Центральный научно-исследовательский институт специалного машиностроения (ЦНИИСМ) г. Хотьково, Московской обл.
г. Москва, ул. Усачева, д.35, строение 1.
С диссертацией можно познакомиться в библиотеке Научно-исследовательского инсттута интроскопии МНПО «Спектр».
Автореферат разослан _____________________ 2011 г.
Актуальность темы.
Одним из основных методов диагностики безопасности эксплуатации и оценки праметров энергоэффективности технических объектов является тепловой контроль (ТК). Он позволяет выбрать оптимальные температурные нагрузки их функционирования, выявить и определить степень опасности дефектных узлов по признакам их перегрева по отношению к качественным зонам, определить утечки тепла через ограждающие конструкции зданий, оценить энергетические потери объектов и т.п.
Широкое применение ТК, несмотря на его перспективность и наличие современного парка программно-аппаратных средств, разнообразного как по техническим характеристкам, так и по стоимости, сдерживается в силу основных причин: <:в настоящее время акцент в исследованиях делается на аппаратуру контроля и методы первичной обработки информации, и практически отсутствует анализ структуры материлов и изделий на основе данных неразрушающего контроля; <:отсутствия комплексного подхода к внедрению ТК в различных отраслях народного хозяйства; <:отсутствия надежных, аттестованных технологий ТК для большинства объектов; <:использования персонала, не прошедшего специального обучения и сертификации.
Необходимость решения указанных задач легла в основу диссертационной работы.
Целью настоящей работы является:
Разработка основ комплексного подхода к созданию и оптимизации диагностических систем ТК, который включает в себя современные программно-аппаратные средства, метдическое обеспечение контроля, прогностику и определение остаточного ресурса эксплутации, а также требования к оценке квалификации работы персонала ТК.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
1. Оптимизация требований к структуре и составным частям диагностических систем теплового контроля.
2. Разработка универсальной оптимальной физико-математической модели процесса теплового контроля объектов различного вида: по составу материалов, размерам, формам и условиям функционирования.
3. Разработка методов тепловой дефектометрии на основе современных математичских методов искусственных нейронных сетей и др.
4. Разработка и оптимизация технологий теплового контроля для диагностики беопасности эксплуатации и оценки энергоэффективности объектов различных отраслей прмышленности и ЖКХ.
5. Исследование погрешностей результатов дефектометрии в зависимости от достовености входных данных при наличии и отсутствии эталона.
6. Оптимизация диагностических систем теплового контроля, включающая в комплесе технологию контроля, аппаратуру диагностики, обучение специалистов, проведение работ обслуживающим персоналом (дефектоскопистами) и методики диагностики.
На защиту выносятся:
Методология оптимизации диагностических систем ТК, содержащая:
1. Обобщенную физико-математическая модель тепловой дефектометрии, разработаную на базе: <:решения обратной задачи нестационарной теплопроводности с использованием оратного дискретного преобразования Фурье и метода нейронных сетей на основе разложения по собственным функциям задачи Штурма-Лиувилля; метода решения краевой задачи нестционарной теплопроводности конечными разностями по критериям Фурье и Био, <:модели тепли влагопереноса во время фазовых переходов жидкость - твердое тело в многослойных объектах на основе решения нелинейной задачи Стефана.
2. Метод оптимизации выбора экспертов.
3. Оптимальные технологии определения теплотехнических характеристик материалов и дефектов различных объектов.
4. Принципы построения программно-аппаратных и методических средств ТК.
Теоретическая значимость полученных результатов:
1. Разработана обобщенная физико-математическая модель тепловой дефектометрии включающая: <:решение обратной задачи нестационарной теплопроводности в многослойной однмерной области на основе обратного дискретного преобразования Фурье и методом нейроных сетей на основе разложения по собственным функциям задачи Штурма-Лиувилля, метод решения краевой задачи нестационарной теплопроводности конечными разностями с ипользованием критериев Фурье и Био; <:модель тепли влагопереноса во время фазовых переходов жидкость - твердое тело в многослойных объектах на основе решения нелинейной задачи Стефана.
2. Предложен метод оптимизации выбора экспертов ТК.
3. Проведены теоретические исследования и определены параметры оптимальных тенологий определения характеристик дефектов и материалов для различных объектов: <:ограждающих конструкций зданий и сооружений с определением их теплотехничских характеристик и плоскости промерзания; <:электрических кабелей; <:фурменных зон пирометаллургических агрегатов; <:изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ) с оценкой остаточного ресурса; <:концентраторов напряжений в полимерных и металлических конструкциях.
4. Разработаны методические принципы построения программно-аппаратных средств ТК, включающие: <:метод безэталонного обнаружения и идентификации дефектов; <:метод определения оптимального интервала последовательных измерений с целью повышения производительности контроля и экономии вычислительных ресурсов ЭВМ; <:метод корректного измерения плотности теплового потока; <:метод определения сопротивления теплопередаче с использованием эталонного слоя; <:метод измерения эффективной температуропроводности; <:метод регистрации и обработки теплового изображения движущихся объектов; <:метод оптимизации аттестации методик ТК; <:метод оценки остаточного ресурса контролируемого объекта.
Практическая значимость работы.
1. Разработаны и внедрены оптимальные диагностические системы ТК строительных конструкций, оборудования электроэнергетики и металлургии, изделий из полимерных копозиционных и металлических материалов.
2. Реализованы на практике инженерные решения основных этапов процесса диагнстики – от выбора аппаратуры контроля, разработки технологии дефектоскопии или дефетометрии до оценки остаточного ресурса диагностируемого объекта, квалификации оператров и создания сертификационных центров.
3. Предложена методология аттестации комплексных диагностических систем теплвого контроля, включающая: <:расчетные модели определения погрешности результатов дефектометрии в зависимсти от достоверности входных данных при наличии и отсутствии эталона; <:процедуры оценки эффективности функционирования экспертов НК, <:протокол балльной оценки методических документов по НК при их аттестации.
4 Разработан теоретикэкспериментальный метод исследования типов и характерстик дефектов, в том числе минимального дефекта по температурному перепаду и размерам в различных материалах.
5. Разработаны учебное и методические пособия, нормативный документ Ростехнадзра РД 13-04-2006 и методики ТК зданий и сооружений, электрооборудования. Методики атестованы Росстандартом. С использованием методик проверено более 1,5 тысяч объектов.
6. Оптимизирована подготовка специалистов ТК: <:разработан курс преподавания технологии, теории и практических занятий ТК в цетрах по подготовке и сертификации персонала НУЦ «Качество» и НУЦ «Сварка и контроль» при МГТУ им. Баумана, <:предложена оценка качества специалистов теплового контроля на основе теории отимального управления и математической статистики, <:организованы центры подготовки специалистов ТК на базе Государственного технлогического университета Московский институт стали и сплавов и предприятия ООО «ТТМ» (г. С.-Петербург); <:аттестованы более 20 Лабораторий неразрушающего контроля, специализирующихся на проведении ТК в строительстве, электроэнергетике, промышленности.
Научная новизна работы:
1. Разработана методология оптимизации диагностических систем ТК объектов раличных отраслей промышленности.
2. Разработана физико - математическая модель процесса ТК, включающая: - модель тепловой дефектометрии многослойных объектов на основе обратной задачи нстационарной теплопроводности, решенной с использованием метода дискретного преобрзования Фурье и метода нейронных сетей на основе разложения по собственным функциям задачи Штурма-Лиувилля; модель прямой задачи нестационарной теплопроводности с ипользованием критериев Фурье и Био; <:модель тепли влагопереноса во время фазовых переходов жидкость - твердое тело в многослойных объектах на основе решения нелинейной задачи Стефана.
3. Предложены критерии выбора лучших экспертов (дефектоскопистов) ТК и оптимзации процесса их функционирования на основе алгоритмов оптимального интеллектального управления и методов математической статистики.
4. Получены основные закономерности процессов теплопередачи для оптимизции диагностических систем ТК зданий и сооружений, изделий из полимерных материалов и металлоконструкций, определена погрешность результатов.
5. Разработан метод обнаружения дефектов (внутренних нарушений сплошности) при ТК на основе разделения совокупностей информационных сигналов, присущих дефектным и качественным участкам контролируемых объектов.
6. Разработаны научно-методические основы оптимизации технологии, программнаппаратных средств и навыков персонала (экспертов) с точки зрения обеспечения необходмой достоверности результатов и производительности.
7. Разработана методология анализа технологий ТК при проведении аттестации метдических документов по НК.
| Страницы: 1 2 3 4 5 6 |