Концепция моделирования и анализа эволюции технического состояния сложных технических систем на максимально возможном интервале их жизненного цикла

Предложена системная концепция исследования динамических процессов эволюции состояния сложных, функционально целостных технических систем на всем интервале их жизненного цикла. Основу концепции составляют базовые понятия: динамическая система, целостная система, архитектура функциональной структуры,...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2009
Автори:	Павлов, В.В., Чепиженко, В.И.
Формат:	Стаття
Мова:	Російська
Опубліковано:	Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН України та МОН України 2009
Теми:	Эргатические системы управления
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7645
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Концепция моделирования и анализа эволюции технического состояния сложных технических систем на максимально возможном интервале их жизненного цикла / В.В. Павлов, В.И. Чепиженко // Кибернетика и вычисл. техника. — 2009. — Вип. 157. — С. 3-16. — Бібліогр.: 37 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859622408951955456
author	Павлов, В.В. Чепиженко, В.И.
author_facet	Павлов, В.В. Чепиженко, В.И.
citation_txt	Концепция моделирования и анализа эволюции технического состояния сложных технических систем на максимально возможном интервале их жизненного цикла / В.В. Павлов, В.И. Чепиженко // Кибернетика и вычисл. техника. — 2009. — Вип. 157. — С. 3-16. — Бібліогр.: 37 назв. — рос.
collection	DSpace DC
description	Предложена системная концепция исследования динамических процессов эволюции состояния сложных, функционально целостных технических систем на всем интервале их жизненного цикла. Основу концепции составляют базовые понятия: динамическая система, целостная система, архитектура функциональной структуры, архитектура конструктивной технической конфигурации системы, энергия внешнего взаимодействия функциональной структуры системы, внутренняя энергия системы, диссипация энергии системы, состояние энергетического равновесия системы, масштабная структурная инвариантность, виртуальные перемещения в целостной системе, виртуальная функциональная структура, предел функциональной целостности системы.
first_indexed	2025-11-29T06:36:12Z
format	Article
fulltext	3 Эрãатичесêие системы óправления УДК 62.50 В.В. Павлов, В.И. Чепиженко КОНЦЕПЦИЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ И АНАЛИЗА ЭВОЛЮЦИИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА МАКСИМАЛЬНО ВОЗМОЖНОМ ИНТЕРВАЛЕ ИХ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА Предложена системная концепция исследования динамических процес- сов эволюции состояния сложных, функционально целостных технических систем на всем интервале их жизненного цикла. Основу концепции составляют базовые понятия: динамическая система, целостная система, архитектура функциональной структуры, ар- хитектура конструктивной технической конфигурации системы, энергия внешнего взаи- модействия функциональной структуры системы, внутренняя энергия системы, дисси- пация энергии системы, состояние энергетического равновесия системы, масштабная структурная инвариантность, виртуальные перемещения в целостной системе, виртуаль- ная функциональная структура, предел функциональной целостности системы. Одной из важнейших проблем в области эксплуатации сложных техни- ческих систем (СТС) с использованием информационно-управляющих сис- тем (ИУС) в современных условиях является проблема совершенствования процессов управления техническим состоянием СТС при обеспечении высо- кого уровня работоспособности на максимально возможном интервале их жизненного цикла. Опыт создания и эксплуатации СТС и ИУС показывает, что эффектив- ность их использования и обеспечения высокой надежности — следствие совершенствования взаимосвязей между отдельными звеньями и уровнями функционирования этих систем, режимами управления их производствен- ной деятельностью и управления эксплуатационными процессами. Опыт эксплуатации СТС показывает также, что наибольшего эффекта можно достичь лишь при комплексном управлении СТС в своем функцио- нально-эксплуатационном единстве. Однако такая система представляет собой сложное единство взаимодей- ствующих составляющих ее компонентов управления, наблюдения, оцени- вания, восстановления. Комплекс этих связей сложен и многогранен в силу необходимого изменения цели управления для расширенной по сравнению с исходной традиционной системой управления. Сложность взаимосвязей всех компонентов реальной СТС обычно такова, что построение математической модели для сложного объекта тре- бует немалого искусства и находится, по словам В.Н. Бусленко [1], за так на- зываемым «барьером сложности». Зачастую «барьер сложности» непреодо- лим в тех случаях, когда человек не в состоянии мысленно охватить все- возможные переплетения событий и явлений процесса функционирования моделируемой системы [1]. Одновременно создание модели может оказать- © В.В. Павлов, В.И. Чепиженко, 2009 ISSN 0452-9910. Кибернетика и вычисл. техника. 2009. Вып. 157 4 ся практически нецелесообразным из соображений рентабельности. В тео- рии моделирования «сложных систем и процессов» одним из способов пре- одоления барьера сложности является разделение объекта на достаточно простые части и изучение этих частей с учетом их взаимодействия [1]. Однако такой процесс не единственный и представляет сам по себе сложную проблему, до сих пор не решенную в полной мере. Практически решение данной проблемы определяется экономическими, энергетическими и эргатическими аспектами конкуренции мирового производственного про- цесса. Таким образом, проблема комплексного управления производственным процессом, как на каждом этапе жизненного цикла СТС, так и управление состоянием самого жизненного цикла, представляет актуальную научную и практическую проблему. Анализ доступных источников показывает, что на сегодняшний день отсутствуют: • единая универсальная методология оценки и решения задач управле- ния в пространстве и времени состоянием СТС при нормальной и экстре- мальной эксплуатации на всем интервале жизненного цикла; • модели энергетического внутреннего взаимодействия функциональ- ных и конструктивных компонентов системы между собой и внешнего взаи- модействия системы со средой; • модели прогноза реального технического состояния конкретных СТС на максимально возможный интервал времени и на максимально большой диапазон эксплуатационных условий, соизмеримых с реальным интервалом жизненного цикла; • модельная формализация процессов деградации конкретных изделий СТС в целом и по частям; • модельная формализация процессов взаимодействия СТС с внешней средой; • полномасштабные исследования эволюций технического состояния СТС; • общие методики оценки текущей степени старения (износа) СТС в ре- альном или близком к реальному масштабе времени; • общая методология интегрированного рационального управления ос- новными и эволюционными процессами производства и эксплуатации в их единстве и взаимосвязи. Определение путей преодоления этих трудностей в своей совокупности представляет актуальную и насущную проблему комплексной оценки и управления эволюционными процессами деградации и старения СТС в ре- альном масштабе времени в современных условиях эксплуатации. Применяемые научные подходы к описанию эволюционных процессов изнашивания и старения, протекающих в СТС, носят феноменологический характер. Они основаны на обобщении результатов наблюдений и экспери- ментов, построении эмпирических и полуэмпирических моделей, формали- зованных по результатам экспериментальных исследований, и анализе этих моделей в целях выявления влияния внешних и внутренних факторов на па- раметры технического состояния СТС. 5 Всю совокупность этих моделей можно разделить на полуэмпирические модели износа и старения [2–6], эмпирические модели механического изно- са [2, 7], структурные модели накопления повреждений [2], вероятностные модели износа и отказов [8–15], экономические модели потерь и затрат при эксплуатации СТС [2, 10]. Разрабатываемые модели достаточно просты, обобщают данные наблюдения и лучше приспособлены для их представле- ния в аналитическом виде. Недостатками этих моделей являются их пассив- ный и фрагментарный характер, неспособность отражать наиболее общие, фундаментальные закономерности изменения технического состояния тех- нической системы в целом, в увязке с режимами хранения, эксплуатации и функционального применения СТС. Недостатки подходов и методов синтеза вероятностных моделей износа и отказов основываются на гипотезе о случайной природе неконтролируе- мых возмущений. Они носят усредненный характер по всему ансамблю рас- сматриваемых однотипных технических систем, давно находящихся в экс- плуатации, не ориентированы на конкретное техническую систему, а также эксплуатацию в нерасчетных режимах, поскольку находятся за интервалом наблюдения. Для таких систем какие-либо полезные статистические харак- теристики вообще отсутствуют. Недостатки этих подходов отмечают многие авторы. В работе [16] показано, что при разработке вероятностных моделей износа и отказов гипотеза о случайной природе неконтролируемых возму- щений не может быть принята в ряде случаев: «1) если априори из общих соображений следует, что неконтролируемые процессы не имеют случайной природы, как, например, в случае ситуации убегание–преследование; 2) ес- ли объем экспериментальных данных по изучению свойств неопределенных процессов недостаточен для получения устойчивых статистических харак- теристик этих процессов, даже если эти процессы и случайны по своей при- роде». Аналогичные выводы изложены в [17], где по результатам многолет- него опыта эксплуатации таких СТС, как изделия авиационного оборудова- ния летательных аппаратов, делается вывод, что достоверные оценки интен- сивности отказа этих изделий за 2–3 года эксплуатации могут быть получе- ны при анализе эксплуатации 100–400 самолетов лишь для изделий, которые имеют среднюю наработку на отказ 800–1500 часов. Эти условия в ряде случаев не выполняются в силу низкой достоверности результатов, полу- ченных по малым наборам экспериментальных данных для конкретных тех- нических изделий. Моделирование и идентификация процессов, происходящих с техниче- скими изделиями на максимально широком временнóм интервале, представ- ляет сложную проблему. Способы ее решения рассмотрены в фундамен- тальных работах Я.З. Цыпкина, А.Б. Куржанского, Ф.Л. Черноусько, В.М. Кунцевича и других ученых, которые утверждают, что решение про- блемы управления техническим состоянием СТС необходимо искать в об- ласти гарантированных результатов. Так, в работе В.М. Кунцевича [16] от- мечается, что «Еще лет 15–20 тому назад в теории идентификации безраз- дельно господствовал лишь один подход к постановке и решению задачи 6 идентификации: постулировалось, что все неизвестные величины и процес- сы — случайные (в математическом смысле этого слова). При этом были получены впечатляющие результаты, представленные, в частности, в широ- ко известных монографиях (например, [18–21]). Ситуация начала изменять- ся в 70–80-х годах прошлого столетия, когда появились первые работы, в которых проблема идентификации параметров объектов и векторов их со- стояния рассматривалась в предположении, что на эти объекты воздейству- ют неконтролируемые ограниченные возмущения (помехи), для которых из- вестны лишь их априорные множественные оценки и ничего более. В по- следующие годы такой подход к проблеме идентификации в широком смыс- ле развивается достаточно интенсивно [22–25]». Следовательно, решение проблемы конкретного системного анализа эволюции и деградации технического состояния СТС требует разработки общей научной методологии как анализа и синтеза моделей эволюции их технического состояния, так и анализа и синтеза систем комплексного управления эксплуатационными процессами с учетом закономерных дина- мических, параметрических, экономических и энергетических процессов, протекающих в каждой конкретной сложной технической системе на всем интервале ее жизненного цикла. Цель настоящей статьи — разработка концептуальной системной мето- дологии анализа и моделирования функционирования и технического со- стояния сложных технических систем на всем максимально возможном ин- тервале их жизненного цикла, адекватно отражающей процессы деградации, эволюции, старения в условиях существенного воздействия внешней среды. Авторы предлагают концепцию моделирования и анализа эволюции технического состояния сложных технических систем на всем интервале их жизненного цикла, основу которой составляют базовые понятия: динамиче- ская система, целостная система, архитектура функциональной структуры, архитектура конструктивной технической конфигурации системы, энергия внешнего взаимодействия функциональной структуры системы, внутренняя энергия системы, диссипация энергии системы, состояние системы, мас- штабная структурная инвариантность, виртуальные перемещения состояний и структуры, предел функциональной целостности системы. Суть концепции состоит в следующем. В процессе эксплуатации на СТС действуют различные внешние и внутренние факторы (рис. 1), которые неминуемо приводят к эволюционированию технического состояния СТС. Под эволюцией здесь понимается процесс постепенного и непрерывного пе- рехода технического состояния СТС от одного состояния к другому [26], который проявляется в изменении ее параметров и нарушении процессов функционирования. Характерными признаками эволюционных изменений технического состояния СТС являются физическое изнашивание и старение элементов ее конструкции. Под физическим изнашиванием системы пони- мается процесс, в результате которого изменяются ее рабочие параметры и снижается надежность работы [2]. 7 Факторы, связанные со сроком службы Взаимное влияние деталей, изготовленных из различных конструктивных материалов Атмосферная влажность и осадки Интенсивность и реальные условия эксплуатации Температура окружающей среды Техническое обслуживание и ремонты Загрязнение окружающей среды Условия хранения Солнечная радиация и ветер СТС Факторы, связанные с климатическими условиями эксплуатации Рис. 1. Факторы, действующие на СТС Под старением понимается совокупность физических и химических процессов, которые протекают в системе и приводят к необратимым изме- нениям ее работоспособности [10]. Следовательно, эволюционные процессы изнашивания и старения могут иметь различную физическую природу, но одинаковые последствия. Накопление эволюционных изменений со временем приводит к резкому скачкообразному переходу СТС от одного качественного состояния к дру- гому. Такой переход носит революционный необратимый характер разру- шения структурной и функциональной целостности СТС и проявляется в виде отказов и поломок [26]. Таким образом, при проведении исследований наряду со сложностью модельного представления функционирования самой СТС приходится стал- киваться со сложностью процессов, протекающих в ней. Основными факто- рами сложности этих процессов являются: • динамический характер функциональных процессов в СТС; • процессы, протекающие как внутри СТС, так и при ее взаимодействии с внешней средой, носят нелинейный, синергетический (диссипативный) характер; • естественные эволюционные процессы, протекающие в СТС, являют- ся деградационными, имеют скрытую стадию развития и направлены на раз- рушение системы; • время протекания деградационных процессов значительно превышает время протекания конкретных процессов в СТС. Для рассмотрения закономерностей и процессов, протекающих в СТС, в едином функциональном понимании, введем понятие интегрального техни- ческого объекта (ИТО). Под ИТО в дальнейшем будем понимать любое подлежащее рассмотре- нию техническое изделие, систему, устройство, агрегат, элемент конструк- ции и т.д., совокупность которых по конструктивным и функциональным признакам представляет собой СТС. 8 Функционально ИТО может быть представлен совокупностью процес- сов, протекающих как внутри его, так и при взаимодействии с внешней сре- дой. В соответствии с термодинамической классификацией [27, 28] ИТО можно классифицировать как открытый, закрытый или изолированный. Открытые ИТО обмениваются с внешней средой и энергией, и вещест- вом, т.е. присутствует приток и отток вещества и энергии из ИТО и в ИТО. Закрытые ИТО обмениваются с окружающей средой только энергией (теп- лота, электрические волны, звук и т.д.), но не веществом (вещество остается постоянным, происходит только приток и отток энергии). В изолированных ИТО вообще не происходит никаких обменных процессов с окружающей их средой, т.е. извне не поступает ни энергия, ни вещество, также энергия и вещество самих ИТО не передаются в окружающую среду. Все реально существующие ИТО в той или иной мере обмениваются с окружающей средой и энергией и веществом, поэтому они неполностью изолированные или закрытые и должны рассматриваться как открытые. Взаимодействия ИТО с окружающей средой можно разделить на вход- ные и выходные (рис. 2). inte intµ u ζ x pr ИТО eint µint ζ Рис. 2. Схема процессов, протекающих в ИТО К входным взаимодействиям относятся: — передача энергии )( exte и вещества )( extµ из окружающей среды в ИТО; — управляющие воздействия ),(u направленные на выполнение ИТО своих функциональных задач; — воздействия (r), направленные на восстановление технического со- стояния ИТО; — внешние возмущения (ζ), представляющие собой однонаправленные воздействия окружающей среды на ИТО. К выходным взаимодействиям можно отнести передачу энергии )( exte , вещества )( extµ , которые содержатся в ИТО, в окружающую среду, а также наблюдаемые координаты и параметры состояния (x) . Кроме взаимодействий с окружающей средой, внутри ИТО также про- текают физические и химические процессы, связанные с обменом энергией )( inte и веществом )( intµ между его элементами. Это так называемые про- цессы внутреннего взаимодействия компонентов целостной системы. 9 Анализ процессов, протекающих в ИТО, показывает, что все изменения его состояния неразрывно связаны с изменениями и преобразованиями энергии. Энергия по своей системной сути является интегральной, обобщен- ной характеристикой технического состояния ИТО. Следовательно, анализ процессов изменения технического состояния ИТО и СТС в целом необхо- димо проводить на основе использования так называемого «энергетического подхода». «Энергетический подход» состоит в том, что для измерения состояния и свойств системы используется такая универсальная физическая величина, как энергия, которая позволяет анализировать и строить модели функцио- нальных поведений структурно-функциональной деградации ИТО. Эволюции энергии в процессе функционирования ИТО исчерпывающе описываются первым и вторым законами термодинамики [29]. Первый за- кон утверждает неуничтожаемость энергии, второй указывает направления развития процессов. В соответствии с принципами термодинамики мерой преобразования и изменения энергии тела (системы тел) служит энтропия, приращение кото- рой выражается зависимостью [29] SdSddS ie += , (1) где Sde — изменение энергии системы в результате обмена веществом и энергией с внешней средой, Sdi — изменение энергии системы в резуль- тате необратимого преобразования, вызываемого течением физико-хими- ческих процессов и преобразованиями одних видов энергии в другие внутри системы. Анализ формулы (1) показывает, что рост энтропии пропорционален изменениям технического состояния ИТО, и при достижении определенного значения может привести к нарушению целостности системы. Целостность СТС в энергетическом понимании — результат аккумуляции энергии в про- цессе ее создания и образования системных свойств. В нашем энергетическом определении система — это целостная сово- купность элементов, обладающая способностью аккумулировать и диссипи- ровать энергию, поглощая ее из среды или отдавая ее в среду за счет опре- деленного взаимодействия элементов. В результате внутренняя энергия сис- темы в одних случаях увеличивается, в других уменьшается. В обоих случа- ях функциональные параметры системы изменяются и принципиально зави- сят от баланса прихода и расхода энергии в системе. В энергетическом подходе выделим три вида энергии системы: • энергия «покоя» системы — это энергия равновесного состояния кон- струкции системы, образованная в процессе ее создания как целостной функциональной системы; • поток энергии, проходящий через систему, обеспечивающий целевое ее функционирование; • поток энергии, рассматриваемый в конструкции и структуре системы и приводящий к ее деградации, а также к виртуальным перемещениям пара- метров состояния и структуры системы. 10 При распаде системы на исходные элементы в среду выделяется энер- гия, которая сосредоточена в связях исходных элементов. В качестве примера можно привести механическую систему. Механиче- ская энергия характеризует способность тел совершать работу, характеризу- ет их движение и взаимодействие и является мерой состояния системы тел: их взаиморасположения и скоростей движения. Для отражения такого со- стояния тел в механике применяется «два вида различных» энергий: потен- циальная и кинетическая. Потенциальная энергия — это энергия взаимодействия тел, которая оп- ределяется взаимным расположением тел или частей одного тела. В таком состоянии тело обладает как бы скрытой энергией, «проявляет готовность» совершать работу. Кинетическая энергия — это энергия движения тела. Физический смысл кинетической энергии заключается в том, она энергия равна работе, кото- рую надо совершить, и равна половине произведения массы тела на квадрат его скорости. Таким образом, использование энергетического подхода позволяет пе- рейти от параметрического рассмотрения технического состояния ИТО к его универсальному энергетическому эквиваленту. Как отмечалось выше, эволюционные процессы, протекающие в СТС, носят динамический характер, а сами системы являются динамическими системами. Наиболее полное описание изменений во времени характеристик таких систем с учетом энергетического компонента описывается системой уравнений Гамильтона [30]: i i p H dt dq ∂ ∂ = ; i i i Q q H dt dp + ∂ ∂ −= , (2) где q — обобщенные координаты системы, в общем случае соответствую- щие количеству степеней ее свободы, p — обобщенные импульсы, H — функция Гамильтона, представляющая собой полную энергию системы, Q — обобщенные силы, действующие на систему. В функциональном смысле модели динамических систем, построенные на основе уравнений Гамильтона, отображают преобразование и использо- вание потенциальной и кинетической энергий системой. Формализация обобщенной модели энергетического состояния ИТО, как гамильтоновой системы в виде дифференциальных уравнений (2), явля- ется постановкой динамической задачи, а процедура интегрирования этих уравнений означает определение решения указанной задачи. Интегрирова- ние уравнений (2) может быть интерпретировано как процесс развертывания начального энергетического состояния системы (2) в начальный момент времени в некоторую последовательность состояний, которые характеризу- ют степень старения агрегатов и узлов ИТО. Это означает, что в зависимо- сти от множества начальных энергетических состояний в результате интег- рирования порождается семейство траекторий, которое полностью характе- ризует все возможные динамические эволюции технического состояния ИТО. 11 Обобщенную динамическую модель энергетического состояния ИТО представим в виде системы упорядоченных уравнений [31–33]: i n k kik fqe =∑ =1 ),,2,1( nk K= , (3) где ike — квадратичный дифференциальный оператор вида ikikikik s dt dr dt dme ++= 2 2 . Система уравнений (3) рассматри- вается как структурный фрактал. Как известно [34–37], основным свойством фракталов является их структурная ин- вариантность (самоподобие) на каждой страте frn (рис. 3). Это позволяет ис- пользовать принцип масштабной инва- риантности для структурного понимания системы связей технического объ- екта произвольной сложности. Использование структурных фракталов опре- деляет структурную инвариантность (самоподобие) на каждом уровне и на каждом страте сложной системы (рис. 4). fr1 СТС ИТО fr2 fr3 frn Рис. 4. Масштабная инвариантность стратифицированной структуры СТС Удобство использования моделей Гамильтона в виде уравнений (3) со- стоит в их универсальности относительно системного раскрытия смысла обобщенных координат системы, т.е. возможности единообразного модель- ного представления любых интересующих исследователя явлений. Данное положение позволяет создавать модели эволюционных процессов в форме многополюсников различной размерности в зависимости от исследуемых факторов. В принятой нами концепции при построении системной модели функ- ционирования и эволюции технического состояния СТС рассматривается два типа моделей: функционального целевого поведения и технического состоя- qj Ai(D) f i qi Ai(D) Рис. 3. Схема структурного фрактала динамической системы 12 ния. Универсальность моделей Гамильтона позволяет объединить обе моде- ли. Системные различия в обозначениях переменных q и H определяется тем, к какой подсистеме они применяются. Так, в функциональном смысле СТС q — это параметры перемещения конструкции системы в пространстве целе- вого функционирования, а в случае исследования динамики конструкции — это виртуальные перемещения элементов конструкции в пространстве ее виртуальных перемещений. Переменная H в первом случае — это энергия взаимодействия системы со средой, или энергия, необходимая для управле- ния системой по ее целевому назначению, а во втором случае — это энергия равновесной конфигурации технической конструкции системы, или внутрен- няя энергия «покоя». В результате их объединения в единую целостную модель по необходи- мости образуется пятиуровневая схема модельного представления эволюции технического состояния ИТО (рис. 5). Схема включает уровень описания ди- намической модели (X) ИТО, уровень энергетических процессов (N), уровень состояния (S) ИТО, уровень нагрузки (D) на состояние S и связанной с ней диссипации (рассеивания) энергии, а также уровень стоимости (C) физиче- ского и морального старения ИТО в процессе эксплуатации. X S C D R N kN kX kα RX RN QXU QXV Q0X QU QV Q0 QNU QNV Q0C kS RS (αS, βS, γS) QSU QSV Q0S kD QDU QDV Q0D RD (αd, βd, γd) RC (αc, βc, γc) kD QCU QCV Q0C kβ k γ Рис. 5. Пятиуровневая модель функционирования и эволюции технического состояния СТС 13 На входную шину модели подаются управляющие векторные сигналы целевого управления ,UQ возмущений ,VQ а также начальных условий ,0Q компонентами которых являются выпуклые ограниченные множества управ- ляющих воздействий, направленных на достижение ИТО своих целей функ- ционирования, и подводимой к ИТО энергии. Выходная шина модели содержит: • XR — вектор обобщенных координат системы, содержащий инфор- мацию о ее основном функциональном поведении; • NR — вектор параметров, характеризующих выходную мощ- ность XR ; • SR — вектор параметров системы X, характеризующих ее техниче- ское состояние; • DR — вектор, характеризующий диссипацию энергии системы, обу- словленную эволюцией технического состояния СТС; • CR — вектор, характеризующий стоимостное выражение физического и морального старения СТС. Основными структурными образованиями модели эволюции техниче- ского состояния СТС являются четырех-, шести- и десятиполюсники (рис. 6–8). R(X, N, S, D, C) A1(D) A2(D) k21(D) Q(QU , QV , Q0) k12(D) Рис. 6. Четырехполюсный элемент структуры пятиуровневой модели функционирования и эволюции технического состояния СТС R(X, N, S, D, C) A1(D) A2(D) Q(QU , QV , Q0) A3 (D) k31(D) k21(D) k12(D) k32(D) k23(D) k13(D) Рис. 7. Шестиполюсный элемент структуры пятиуровневой модели функционирования и эволюции технического состояния СТС 14 Рис. 8. Десятиполюсный элемент структуры пятиуровневой модели функционирования и эволюции технического состояния СТС 15 На основании изложенного материала можно сделать следующие вы- воды. В статье сформирована концепция системного представления обобщен- ных динамических процессов функциональной и деградационной парамет- рической эволюции сложных технических систем в процессе их эксплуата- ции на всем интервале жизненного цикла. Концепция ориентирована на комплексное целесообразное управление сложными техническими система- ми по текущему и остаточному состояниях на всем интервале жизненного цикла, позволяющее учитывать стадии создания, введения в эксплуатацию, технической эксплуатации и функционирования по целевому назначению в своем системном единстве. Принципиально показано, что любая сложная техническая система по своему структурному представлению удовлетворяет принципу масштабной инвариантности, что позволяет методически единообразно моделировать как каждый компонент системы, как каждую ее подсистему, так и всю сис- тему в целом. Каждое системное модельное представление эволюции технического состояния сложных технических систем по необходимости описывается че- тырех-, шести- и десятиполюсниками. Главной особенностью разработанной модели является такое ее структурное представление, которое позволяет ин- тегрированно по месту и времени управлять как целевыми, так и деградаци- онными процессами в системе, в том числе строить управление, максималь- но щадящее техническое состояние системы. 1. Бусленко В.Н. Автоматизация имитационного моделирования сложных систем. — М.: Наука, 1977. — 240 с. 2. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. — М.: Машиностроение, 1984. — 312 с. 3. Хомутов О.И., Свистелко Д.А., Грибанов А.А. Прогнозирование остаточного ресурса электродвигателя при отсутствии достаточной информации об условиях его эксплуата- ции // Ползуновский альманах. — 2004. — № 1. — С. 3–4. 4. Гутов И.А. Прогнозирование состояния электродвигателей на основе использования многофакторных моделей старения изоляции: Дис. … канд. техн. наук: 05.20.02. — Барнаул, 1997. — 259 с. 5. Дерий В.П. Некоторые результаты прогнозирования ресурса и надежности теплообмен- ных аппаратов ТЭЦ // Вестн. ИГЭУ. — 2007. — № 4. — С. 6–8. 6. Дерий В.П., Семенов В.К., Щебнев В.С. К вопросу прогнозирования надежности и ресур- са трубчатки АЭС с ВВЭР // Изв. вузов. Ядерная энергетика. — 2007. — № 2. — С. 58–63. 7. Крагельский И.В., Щедров В.С. Развитие науки о трении. — М.: Изд-во Академии наук СССР, 1956. — 236 с. 8. Кокс Д.Р., Оукс Д. Анализ данных типа времени жизни. — М.: Финансы и статистика, 1988. — 192 с. 9. Кокс Д.Р., Смит В.Л. Теория восстановления. — М.: Сов. радио, 1967. — 299 с. 10. Селиванов А.И. Основы теории старения машин. — М.: Машиностроение, 1970. — 408 с. 11. Барзилович Е.Ю., Воскобоев В.Ф. Эксплуатация авиационных систем по состоянию (эле- менты теории). — М.: Транспорт, 1981. — 197 с. 12. Смирнов Н.Н., Ицкович А.А. Обслуживание и ремонт авиационной техники по состоя- нию. — М.: Транспорт, 1987. — 272 с. 13. Беляев Ю.К., Богатырев В.А., Болотин В.В. и др. Надежность технических систем: Спра- вочник / Под ред. И.А. Ушакова. — М.: Радио и связь, 1985. — 608 с. 16 14. Вентцель Е.С. Исследование операций. — М.: Сов. радио, 1972. — 552 с. 15. Войнов К.Н. Прогнозирование надежности механических систем. — Л.: Машинострое- ние. Ленинград. отд., 1978. — 208 с. 16. Кунцевич В.М. Управление в условиях неопределенности: гарантированные результаты в задачах управления и идентификации. — Киев: Наук. думка, 2006. — 264 с. 17. Барзилович Е.Ю., Савенков М.В. Статистические методы оценки состояния авиационной техники. — М.: Транспорт, 1987. — 240 с. 18. Цыпкин Я.З. Основы информационной теории идентификации. — М.: Наука, 1984. — 210 с. 19. Льюнг Л. Идентификация систем. Теория для пользователя. — М.: Наука, Гл. ред. физ.- мат. лит., 1991. — 432 с. 20. Sodersrom T., Stoica P. System identification. — London: Prentice-Hall International Hemce Hempstead, 1989. — 198 р. 21. Overschee van P., Moor de B. Subspace identification for linear systems. — Dordrecht: Klu- wer Academ. Publ., 1996. — 76 р. 22. Куржанский А.Б. Управление и наблюдение в условиях неопределенности. — М.: Наука, 1977. — 456 с. 23. Черноусько Ф.Л., Меликян А.А., Игровые задачи управления и поиска. — М.: Наука, 1978. — 270 с. 24. Кунцевич В.М., Лычак М.М. Синтез оптимальных и адаптивных систем управления. Иг- ровой подход. — Киев: Наук. думка, 1985. — 245 с. 25. Черноусько Ф.Л. Оценивание фазового состояния динамических систем. — М.: Наука, 1988. — 320 с. 26. Кузнецов С.А. Большой толковый словарь русского языка. — СПб.: Норинт, 2000. — 1536 с. 27. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. — М.: Прогресс, 1986. — 260 с. 28. Пригожин И. От существующего к возникающему. — М.: Наука, 1985. — 190 с. 29. Пригожин И., Кондепури Д. Современная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур. — М.: Мир, 2002. — 464 с. 30. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: Уч. пособие: В 10 т. Т. 1. Механи- ка. — М.: Наука, 1988. — 216 с. 31. Милях А.Н., Шидловский А.К. Принцип взаимности и обратимости явлений в электротех- нике. — Киев: Наук. думка, 1967. — 214 с. 32. Неймарк Ю.И. Динамические системы и управляемые процессы. — М.: Наука, 1978. — 336 с. 33. Неймарк Ю.И., Фуфаев Н.А. Динамика неголономных систем. — М.: Наука, 1967. — 520 с. 34. Божокин С.В., Паршин Д.А. Фракталы и мультифракталы. — Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. — 128 с. 35. Кроновер Р.М. Фракталы и хаос в динамических системах. Основы теории. — М.: Пост- маркет, 2000. — 352 с. 36. Морозов А.Д. Введение в теорию фракталов. — Москва; Ижевск: Ин-т компьютерных исследований, 2002. — 160 с. 37. Федер Е. Фракталы. — М.: Мир, 1991. — 254 с. Международный научно-учебный центр информационных технологий и систем НАН Украины и Министерства образования и науки Украины, Киев, Государственный научно-исследовательский институт авиации, Киев Получено 28.04.2009
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-7645
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0452-9910
language	Russian
last_indexed	2025-11-29T06:36:12Z
publishDate	2009
publisher	Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН України та МОН України
record_format	dspace
spelling	Павлов, В.В. Чепиженко, В.И. 2010-04-06T11:57:48Z 2010-04-06T11:57:48Z 2009 Концепция моделирования и анализа эволюции технического состояния сложных технических систем на максимально возможном интервале их жизненного цикла / В.В. Павлов, В.И. Чепиженко // Кибернетика и вычисл. техника. — 2009. — Вип. 157. — С. 3-16. — Бібліогр.: 37 назв. — рос. 0452-9910 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7645 62.50 Предложена системная концепция исследования динамических процессов эволюции состояния сложных, функционально целостных технических систем на всем интервале их жизненного цикла. Основу концепции составляют базовые понятия: динамическая система, целостная система, архитектура функциональной структуры, архитектура конструктивной технической конфигурации системы, энергия внешнего взаимодействия функциональной структуры системы, внутренняя энергия системы, диссипация энергии системы, состояние энергетического равновесия системы, масштабная структурная инвариантность, виртуальные перемещения в целостной системе, виртуальная функциональная структура, предел функциональной целостности системы. ru Міжнародний науково-навчальний центр інформаційних технологій і систем НАН України та МОН України Эргатические системы управления Концепция моделирования и анализа эволюции технического состояния сложных технических систем на максимально возможном интервале их жизненного цикла Article published earlier
spellingShingle	Концепция моделирования и анализа эволюции технического состояния сложных технических систем на максимально возможном интервале их жизненного цикла Павлов, В.В. Чепиженко, В.И. Эргатические системы управления
title	Концепция моделирования и анализа эволюции технического состояния сложных технических систем на максимально возможном интервале их жизненного цикла
title_full	Концепция моделирования и анализа эволюции технического состояния сложных технических систем на максимально возможном интервале их жизненного цикла
title_fullStr	Концепция моделирования и анализа эволюции технического состояния сложных технических систем на максимально возможном интервале их жизненного цикла
title_full_unstemmed	Концепция моделирования и анализа эволюции технического состояния сложных технических систем на максимально возможном интервале их жизненного цикла
title_short	Концепция моделирования и анализа эволюции технического состояния сложных технических систем на максимально возможном интервале их жизненного цикла
title_sort	концепция моделирования и анализа эволюции технического состояния сложных технических систем на максимально возможном интервале их жизненного цикла
topic	Эргатические системы управления
topic_facet	Эргатические системы управления
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7645
work_keys_str_mv	AT pavlovvv koncepciâmodelirovaniâianalizaévolûciitehničeskogosostoâniâsložnyhtehničeskihsistemnamaksimalʹnovozmožnomintervaleihžiznennogocikla AT čepiženkovi koncepciâmodelirovaniâianalizaévolûciitehničeskogosostoâniâsložnyhtehničeskihsistemnamaksimalʹnovozmožnomintervaleihžiznennogocikla

Концепция моделирования и анализа эволюции технического состояния сложных технических систем на максимально возможном интервале их жизненного цикла

Репозитарії

Схожі ресурси