Имитация как сложная модель

Имитация как сложная модель

Разработана инновационная система для проектирования сверхнадежных судов

В Московском политехе разработали систему оценки надежности элементов сложных технических систем на примере энергетической системы современного судна. Глобальный межвузовский проект организован государственным морским университетом имени адмирала Ф. Ф. Ушакова и Tazmar Maritime.

Фото: Евгений Переверзев, Коммерсантъ

Ученые Московского политеха приняли участие в масштабном международном проекте по созданию инновационной системы моделирования энергетической установки судна на основе объединения математических моделей всех ее элементов: от двигателей и генераторов до систем управления. Целью проекта является повышение точности оценки работы сложных технических систем за счет комплексного подхода к моделированию, учитывающего взаимовлияние всех подсистем.

В рамках проекта специалисты Московского политеха разработали методы расчета показателей надежности элементов энергосистем на этапах проектирования и эксплуатации судна. Эти показатели позволяют заранее выявить потенциально опасные режимы работы оборудования и предотвратить ситуации, снижающие безопасность и ресурс судна.

«Мы реализовали комплексную систему оценки надежности на базе имитационных моделей реальных судовых механизмов с учетом статистики отказов. Это качественно новый уровень, поскольку ранее подобные модели использовали упрощенные аналитические зависимости. Более достоверное моделирование позволит повысить безопасность и продлить жизненные циклы будущих судов»,— прокомментировал руководитель работ со стороны Московского политеха, профессор Роман Клюев.

Современные морские и речные суда представляют собой чрезвычайно сложные технические комплексы, включающие огромное множество взаимосвязанных механических, электрических и электронных систем. От главных двигателей и вспомогательных механизмов до самой мощной электроники и автоматики — все работает практически как единый слаженный организм, обеспечивая движение и жизнедеятельность морского гиганта.

Однако традиционные инженерные методы сосредоточены на моделировании и оптимизации отдельных элементов конструкции в отрыве друг от друга. А практика и статистика аварийности показывают, что «болевые точки» возникают как раз на стыках разных систем судна при их взаимодействии. Появляется задача рассматривать и описывать такие комплексы целиком с учетом технического влияния подсистем друг на друга.

Ключевой особенностью проекта является применение инновационного комплексного подхода к моделированию сложных технических систем на примере энергетической установки современного судна. Благодаря такому подходу каждый элемент системы, будь то главный двигатель, генератор или валопровод, описывается математически на основе физических законов его работы. Используются дифференциальные уравнения, описывающие динамику тепловых, электромагнитных и механических процессов в них. Кроме того, разнородные модели объединяются в одну общую картину с помощью аппарата теории множеств. Каждому элементу сопоставляется множество его возможных состояний, и устанавливается, как эти состояния связаны друг с другом.

Наконец, в модель закладывается взаимовлияние всех систем друг на друга. Например, повышенный износ поршневых колец ведет к утечке газов, что меняет мощность на валу двигателя и вносит возмущения в работу генератора. Подобные причинно-следственные цепочки ранее не учитывались.

Такая комплексность и обеспечивает получение по-настоящему точной имитационной модели всего судна, так как позволяет более точно смоделировать работу судна как единой энергетической системы, учитывая взаимосвязи между всеми элементами: от двигателей и электрооборудования до валопроводов. Это дает инженерам возможность уже на этапе проектирования оптимизировать параметры судовых механизмов исходя из особенностей их совместной работы.

Также подобные детальные имитационные модели могут использоваться для обучения и тренировки специалистов по обслуживанию сложных судовых систем. Другими словами, разработанный подход расширяет инструментарий для проектирования и эксплуатации современных судов за счет перехода к комплексному моделированию, учитывающему технические системы в их совокупности.

Проект реализуется консорциумом ведущих технических вузов России, включая Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Томский политехнический университет, Новосибирский государственный технический университет и др.

Планируется дальнейшее развитие интеллектуальной системы за счет внедрения методов искусственного интеллекта для оптимизации параметров и автоматического управления судовой энергоустановкой. Разработанные в Московском политехе алгоритмы станут основой подсистемы прогнозирования остаточного ресурса критически важного оборудования судна.

Использованы материалы статьи.