Главная ПОЛЕ И ВЕЩЕСТВО, ИНФОРМАЦИЯ - ЭТАПЫ ЭСТАФЕТНОЙ ГОНКИ - НА ВЫЖИВАНИЕ СТРАНЫ
 

Авторизация



ПОЛЕ И ВЕЩЕСТВО, ИНФОРМАЦИЯ - ЭТАПЫ ЭСТАФЕТНОЙ ГОНКИ - НА ВЫЖИВАНИЕ СТРАНЫ Печать

М.И. Киселёв, д.ф-м.н.

В.И. Пронякин, д.т.н.

(МГТУ им. Н.Э. Баумана)

История человечества - арена взаимодействия материально-технического, социально-экономического и духовного начал. Это и переход от эмпирического знания, умения к сплаву науки, техники, культуры. И когда в ходе исторического процесса один технологический уклад сменяется другим, одна цивилизационная волна следует за другой, происходит и совершенствование основ производственной сферы. При этом фундаментальные основополагающие глубинные истоки её становления и совершенствования определяются свойствами самой материи - её видами и способами существования. Действительно, основные виды материи - поле и вещество и в соответствии с этим и в далекую эпоху с её господством (но отнюдь не абсолютным!) статики, и в относительно недавний период технического освоения электромагнитных явлений в ХIХ - ХХ веках успешные инженерные решения достигались благодаря нахождению правильных пропорций между полем и веществом.

Дальнейшее углубленное изучение электромагнитных явлений породило новый взгляд на пространство и время - основные формы бытия материи. Возникшая в результате этого теория относительности (А. Эйнштейн, А. Пуанкаре, Г. Лоренц) привела, в свою очередь, к обобщению и развитию механики Ньютона, что открыло подход к освоению глубинных энергетических ресурсов вещества и, в конечном счёте, обеспечило техническое осуществление высвобождения энергии в реакциях деления тяжёлых ядер и синтеза лёгких как в мирных, так и в военных целях.

Изучение закономерностей преобразования теплоты в работу открыл совершенно новые особенности поведения материи. Более углублённый анализ проблем повышения эффективности тепловой машины привёл к открытию второго начала термодинамики, свидетельствующего о необратимости всех реальных процессов в замкнутых макроскопических системах.

Результатом дальнейшего развития этих представлений явилось понятие новой физической величины - энтропии, которую можно определить и как количественную меру неопределённости, стохатизации (хаотизации) состояния системы. Это понятие оказалось чрезвычайно многогранным и плодотворным в науке. Но главное - это возникновение своего рода «антипода» энтропии - понятия информации, служащей количественной мерой степени упорядоченности состояния системы.

Научные представления, подходы связанные с понятием информации органично вошли в самые различные области человеческой деятельности - связь, лингвистика, генетика: коды как гарантия помехозащищённости и, в частности, защита от мутаций при передаче наследственных признаков.

Информатика, включая вычислительную технику и смежные с ней отрасли, в целом получила мощную финансовую поддержку и приобрела индустриально-промышленную основу. Вкладываемые в неё материальные и финансовые средства повышают расходы на развитие машиностроения, добывающей, строительной и других отраслей индустриально-промышленной сферы.

Машиностроение при этом невольно оттесняется на второй план, судьба отечественного машиностроения вообще сложилась довольно своеобразно. Форсированная индустриализация страны, пришедшаяся на начало 30-х годов прошлого века, привела к формированию всех базовых отраслей отечественного индустриально-промышленного комплекса - энергетического и транспортного машиностроения, добывающей и обрабатывающей промышленности.

Контрольно-диагностическая аппаратура гарантировала эффективность функционирования техники. Производственные мощности страны систематически обеспечивали пополнение парка машин, выработавших свой ресурс.

В 60-70-х годах прошлого века, в связи с усложнением техники, всё более актуальной становится проблема создания высокоинформативных встроенных диагностических систем. К концу века эта проблема приобретает ещё большую остроту в связи с резким снижением производственных возможностей выпуска новых образцов техники для замены физически устаревших и потенциально аварийных. Положение ещё более усугубилось в последние два десятилетия.

В результате в России - стране с достаточно суровым климатом (две трети территории занято вечной мерзлотой, 70% сельскохозяйственных угодий приходятся на зону рискованного земледелия) и с повышенным в связи с этим уровнем энергозатрат на получение единицы как сельскохозяйственной, так и промышленной продукции, сама энергоёмкость жизнеобеспечения гораздо выше, чем в основных развитых странах мирового сообщества. Свой вклад в повышение энергоёмкости вносит и протяжённость транспортных магистралей.

В 2008 году установленная мощность генерирующего оборудования по России составляла 2016 ГВт, при этом 50% оборудования выработало свой ресурс полностью, более четверти выработало его на 80%, а степень износа электросетей составила 63%. Подобная проблема стоит и в гидроэнергетике, всё более исчерпывающей свой ресурс надёжной эксплуатации. Физический и моральный износ установленного на ГЭС и ГАЭС оборудования близок к 70%. Выбывание основных фондов идет с темпами 2,0-2,5% в год, а годовой темп обновления технической и технологической базы не превышает 0,1-0,5% . Если в конце 80-х годов XX века в стране вводилось в среднем по 10ГВт новых мощностей, то за последнее десятилетие их ввод составил не более 3ГВт, а в период с 1992 по 2000 год проходил невосполнимый вывод из эксплуатации генерирующих мощностей. Повышение потребления в пиковые периоды - зимой и при сбоях происходят в центральной части России уже третий год. В то же время страны-конкуренты, такие как Индия, Китай реализуют программы обновления энергетики на порядок превосходящие российскую по объёму [1].

По данным [2], производительность труда в электроэнергетике уменьшилась почти вдвое, в нефтяной и газовой отраслях - соответственно в 2,4 и 2,8 раза. Инфраструктура энергетики, ЖКХ, транспорта и многих других отраслей устарела и износилась на 50-70% *.

Всё это свидетельствует в первую очередь о существенных качественных изменениях деградирующей материальной части отечественной энергетики. И это новое качество заключается в следующем. Обычно принято считать машины безынициативными, пассивно ждущими управляющих воздействий. Однако в современных сложных технических системах, состоящих из большого количества взаимосвязанных подсистем, возникающие в одной из них неисправности могут лавинообразно («эффект домино») распространяться, затрагивая всю систему. В первую очередь это касается электроэнергетики. Наблюдавшиеся процессы в электрических сетях (Чагино, г. Москва (2005). Санкт-Петербург, 2010 г.) служат тому не только подтверждением, но и предостережением. Дело в том, что, к счастью, крупномасштабные, связанные с разрушением генерирующих мощностей аварии (Каширская ГРЭС,(2002 г.), Рефтинская ГРЭС, (2006 г.) и катастрофа на Саяно-Шушенской ГЭС (2010 г.) оказались чисто локальными, так как при этом величина экстренного сброса генерируемой мощности ещё не превысила порога запаса устойчивости единой энергетической системы страны. Однако пока наблюдаются предпосылки к сближению этих величин, и если данный порог в результате одной или группы одновременных крупных аварий будет превышен, наступит потеря синхронизации в единой энергетической системе и её распад.

С другой стороны, нужно иметь в виду и ещё одно обстоятельство. При неблагоприятном развитии аварии на Саяно-Шушенской ГЭС можно было, в принципе, обеспечить массовое перемещение на ближайшие возвышенности жителей населённых пунктов, которые оказались бы в зоне затопления в случае прорыва плотины. Возможно, что подобные меры можно будет принять и в случае аварийной ситуации на Камско-Волжском каскаде. Однако в случае масштабных аварий на атомных станциях, перемещать население будет некуда.

Некоторая парадоксальность исторического процесса состоит в том, что, если начало первой половины минувшего века было ознаменовано научными исследованиями грандиозных масштабов, обогативших представления об окружающем мире гораздо больше, чем все достижения эпохи великих географических открытий, то в конце прошлого века и в самом начале нового мир невольно стал свидетелем небывалого по своим масштабам своего рода эксперимента, осуществляемого в нашей стране. Эксперимент заключается в том, что хозяйственно-экономические процессы в ней вынуждены протекать с применением деградирующих, физически стареющих основных фондов в энергетике и на транспорте, в добывающей и обрабатывающей промышленности, в других отраслях, включая жилищно-коммунальную.

Положение усложняется и постепенной убылью квалифицированных кадров, эквивалентной замены которым существующая система образования не обеспечивает.

Тем самым бросается вызов научному и инженерному корпусу страны, призванному в максимально сжатые сроки решить задачи формирования универсальных защитных механизмов, способных обеспечить раннее предупреждение об авариях и достоверную оценку остаточного ресурса.

В сложившейся обстановке из арсенала фундаментальных наук на смену полю и веществу на первый план должна выступить информация.

Это означает необходимость резкого увеличения роли информационно-метрологического обеспечения отечественной техники и резкого повышения его уровня. Однако относительные погрешности средств и методов традиционной контрольно-диагностической техники имеют порядок (0,1-1)%, что не позволяет решить задачи раннего обнаружения зарождающихся дефектов и, тем более, прогноза отказов, аварий и катастроф.

Поэтому необходимо вновь обратится к фундаментальным истокам метрологического обеспечения промышленного производства и эксплуатации техники. В настоящее время существует разительный контраст между точностями измерений, достигнутыми в фундаментальных научных исследованиях и в промышленном производстве.

В МГТУ им. Н.Э. Баумана разработаны и испытаны в промышленных условиях новый фазохронометрический метод (ФХМ) и реализующие его средства прецизионного изучения функционирующих машин и механизмов циклического действия [1,3, 4,5,6,7, 8,9 ].

Применение этого метода после его адаптации к конкретным видам изделий способно обеспечить резкое повышение их эксплуатационной надёжности, диагностику и аварийную защиту при общем снижении производственных затрат.

Новый, более высокий метрологический уровень достигается здесь благодаря:

- радикальному увеличению информационной эффективности контрольно-диагностических систем, использующих компактные встроенные фазохронометрические блоки, обеспечивающие снижение относительных погрешностей измерения до 5•10-4% на промышленной частоте в условиях функционирующего объекта;

- применению многофакторного математического сопровождения функционирования объекта, обеспечивающего в реальном времени оценку и измерительно-вычислительный прогнозирующий мониторинг его технического состояния c использованием временных рядов, формируемых из постоянно накапливаемых результатов измерений.

Высокая точность измерений интервалов времени, соответствующих прохождению интервалов фаз (этапов) рабочего цикла функционирующего устройства, позволила, например, надёжно регистрировать:

- индивидуальные особенности поведения серийно выпускаемых и идентичных для контрольно-измерительных средств средней точности изделий - от миниатюрных часовых механизмов до турбоагрегатов большой мощности;

- фазохронометрический отклик как на конструктивно-технологические изменения объекта, так и на появление в нём дефектов в процессе эксплуатации;

- деградацию физико-механических параметров конструкционного материала детали объекта в процессе эксплуатации;

- параметры крутильных колебаний вращающихся валов и валопроводов турбоагрегатов, других машин и механизмов роторного типа.

Полученные результаты открывают возможность создать

- опытно-промышленный демонстрационный объект на базе одной из отечественных ТЭЦ, оснастив группу (или все) её турбоагрегатов ФХМ-системами;

- обязательную для всех форм собственности межрегиональную систему прогнозирующего ФХМ-мониторинга технического состояния и аварийной защиты электрогенерирующего и вспомогательного оборудования научно-промышленного Центра и нефтегазоносного Севера России;

- централизованную систему прогнозирующего ФХМ-мониторинга технического состояния и аварийной защиты генерирующего и вспомогательного оборудования ГЭС;

- национальную систему прогнозирующего ФХМ-мониторинга и раннего предупреждения об авариях генерирующего и вспомогательного оборудования РФ с использованием орбитальной группировки.

ФХМ открывает новые возможности при решении проблем обрабатывающей и добывающей промышленности, транспорта, включая железнодорожный, автомобильный и авиационный. Здесь принципиально важно, что получаемая с помощью встроенных ФХМ-систем информация о техническом состоянии серийных объектов может оперативно передаваться в НИИ, КБ и на предприятия-изготовители. Благодаря этому обеспечивается тесная связь между такими этапами жизненного цикла изделия, как проектирование, изготовление, отработка, испытания и эксплуатация, что будет способствовать созданию Национальной системы информационно-метрологического сопровождения жизненного цикла машин и механизмов циклического действия.

Очевидно, здесь качественное отличие от традиционной схемы индустриально-промышленного процесса состоит в том, что математическое обеспечение впервые органично войдет во все этапы жизненного цикла.

В перспективе дальнейшим развитием данного подхода могло бы стать преобразование современной системы «человек-машина» в самоорганизующуюся систему «человеческое сообщество - агро-индустриально-промышленный комплекс - природа».

ЛИТЕРАТУРА

1. Байков А.И. [и др.] Время не ждёт // Гидротехническое строительство. 2009. №9. С. 27-33.

2. Орленко Л.П. Что мешает модернизации // Стратегия России М., 2010. С. 69-80

3. Киселёв М.И., Пронякин В.И. Прецизионная автоматическая бесконтактная диагностика и разработка САПР устройств точной механики // Труды МВТУ им. Н.Э. Баумана: Исследования динамики и прочности машин. -1986.  № 467. С. 59-68.

4. Киселёв М.И., Новик Н.В., Пронякин В.И. О возможности хронометрического контроля двигателя внутреннего сгорания. // Испытания материалов и конструкций: сборник научных трудов / Под ред. С.И. Смирнова и В.И. Ерофеева. - Нижний Новгород: Издательство общества «Интелсервис», 1996.   С. 255-261.

5.Киселёв М.И., Новик Н.В, Пронякин В.И. Регистрация параметров кру-тильных колебаний валопровода турбогенератора. // Измерительная техника. 2000. № 12. С. 34-36.

6. Киселёв М.И., Пронякин В.И. Фазовый метод исследования циклических машин и механизмов на основе хронометрического подхода // Измерительная техника. 2001. №9. С. 15-18.

7. Киселёв М.И., Пронякин В.И. Проблема точности при метрологическом обеспечении производства и эксплуатации машин и механизмов // Проблемы машиноведения: точность, трение и износ, надёжность, перспективные технологии / Под ред. В.П. Булатова. СПб: Наука. 2005. С. 7-24.

8. Киселёв М.И., Зройчиков Н.А., Пронякин В.И., Чивилёв Я.В. Прецизионное исследование работы турбоагрегата оптико-электронными средствами // Теплоэнергетика. 2006. №11. С. 10-13.

9. Пронякин В.И. Проблемы диагностики циклических машин и механизмов // Измерительная техника. 2008. №10. С. 9-13.
 

Комментарии  

 
+2 #1 Виктор Дубровский 27.02.2011 08:27
Можно добавить, что наличие такой диагностической системы и накопление соответствующих баз данных являются великолепной основой и для проектирования последующих поколений техники.
 
Разработка сайтов