способ построения ориентированного графа по повреждениям оболочки технического объекта

Формула изобретения

Способ построения ориентированного графа по повреждениям оболочки технического объекта путем изображения его состояний, соединения состояний ориентированными дугами, помеченными интенсивностями переходов, отличающийся тем, что выбирают аналоговую переменную, значения которой представляют потоком случайных событий, проверяют принадлежность к марковскому потоку и при невыполнении переходят к ее плоскостному или объемному представлению, а при выполнении вычисляют количество и границы интервалов распределения, ограничивают количество интервалов по существенным частотам, большим установленного барьера, причем конечному интервалу распределения ставят в соответствие исходное состояние, а предыдущим интервалам в порядке уменьшения границ - иерархически расположенные основные состояния, из которых образуют также иерархические композиционные состояния нижних уровней.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области построения по диагностическим данным ориентированных графов для выявления конечного множества иерархически расположенных состояний оболочкового промышленного объекта на этане длительной эксплуатации. Способ может быть применен для перевода оболочкового технического объекта из состояний нижних уровней в более эффективные состояния верхних уровней. Преимущественная область применения - оболочковые технические объекты топливно-энергетического комплекса, например технологические трубопроводы и энергетические котлы.

Известен способ построения ориентированного графа, включающего в себя конечное число дискретных состояний объекта, каждое из которых создается совокупностью работоспособных и не работоспособных существенных блоков. Дискретные состояния объекта на ориентированном графе отображаются геометрическими фигурами в виде круга или квадрата и соединяются между собой ориентированными дугами, помеченными интенсивностями переходов (см. Вентцель Е.С. Исследование операций: Задачи, принципы, методология. -М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1980, с.124-131). Основным недостатком известного способа являются ограниченные функциональные возможности ориентированного графа из-за дискретного характера состояний объекта.

Известен способ по устройству для исследования параметров графа, обеспечивающий более полный анализ функционирования систем, выполненных в форме графов, и позволяющий учитывать и изменять временной интервал и выявлять неисправные дуги графа (см. Патент № 2111533, МПК⁶ G06F 15/173, опубликовано 20.05.1998). Недостатком являются существенно ограниченные возможности графа, поскольку анализируемые системы привязаны к форме графа, а также содержащиеся в системе блоки носят дискретный характер, например блок имитации отказов дуг.

Известен способ по устройству для анализа структуры ориентированного графа, позволяющий аппаратно поддерживать контроль корректности баз знаний в системах искусственного интеллекта при автоматическом пополнении, а также вести поиск контуров, хвостовых и тупиковых вершин (см. Патент № 2023300, МПК⁵ G06F 15/419, опубликовано 15.11.1994). Способ имеет ограниченные возможности, поскольку предполагает использование для обработки информации групп триггеров и различных двухпозиционных логических элементов типа И, ИЛИ и ИЛИ-НЕ.

Наиболее близким аналогом является способ построения ориентированного графа с механизмами накопления повреждений трубопроводов (см. Владов Ю.Р., Владова А.Ю. и др. Математическая модель повреждений трубопроводов / Прочность и разрушение материалов и конструкций // Материалы 4 международной научной конференции М.: РАЕ, 2005, с.80-82). Основной недостаток прототипа - ограниченные функциональные возможности из-за вынужденного приравнивания механизмов накопления повреждений к дискретным состояниям ориентированного графа.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в существенном расширении функциональных возможностей построенного по повреждениям оболочки технического объекта ориентированного графа за счет использования аналоговых переменных, более адекватно характеризующих конечное множество иерархически расположенных состояний технического объекта.

Задача решается тем, что состояния технического объекта изображают в виде кружков или квадратов, состояния соединяют между собой ориентированными дугами, помеченными интенсивностями переходов, причем в сторону нижних уровней ориентированные дуги помечают интенсивностями потоков повреждений, а в сторону верхних уровней помечают интенсивностями потоков восстановлений. Отличительными от прототипа существенными признаками являются: выбирают аналоговую переменную, характеризующую толщины стенки оболочки технического объекта в местах повреждений, эти значения представляют потоком случайных событий, проверяют принадлежность к марковскому потоку. Марковское свойство выражается в выполнении трех требований: отсутствие последействия, стационарность и ординарность. Для контроля отсутствия последействия проверяют гипотезу о соответствии эмпирической функции распределения случайных событий организованного потока показательному закону распределения. Для стационарного потока случайных событий характерно постоянство математического ожидания, а у ординарного потока случайных событий вероятность попадания па элементарный участок двух или более случайных событий в виде повреждений оболочки технического объекта пренебрежимо мала по сравнению с вероятностью попадания одного события. При невыполнении требований марковского потока переходят к плоскостному или объемному представлению аналоговой переменной, при выполнении требований марковского потока вычисляют количество и границы интервалов интегрального распределения выбранной аналоговой переменной, ограничивают количество интервалов по существенным частотам, конечному интервалу распределения ставят в соответствие исходное состояние оболочкового объекта на этапе длительной эксплуатации, причем предыдущим интервалам в порядке уменьшения границ интегрального распределения аналоговой переменной ставят в соответствие иерархически расположенные основные состояния верхних уровней оболочкового объекта, из основных состояний оболочкового объекта образуют остальные композиционные состояния нижних уровней. Совокупность отличительных признаков способа построения ориентированного графа по повреждениям оболочки технического объекта обеспечивает получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Перечень чертежей включает в себя следующие фигуры:

фиг.1, на которой изображена функциональная схема построения ориентированного графа оболочкового технического объекта; фиг.2, на которой представлена гистограмма интегрального распределения аналоговой переменной в виде толщин стенки оболочки технического объекта в местах повреждений; фиг.3, на которой построен ориентированный граф оболочкового технического объекта с n степенями повреждений; фиг.4, на которой построена гистограмма интегрального распределения аналоговой переменной в виде толщин стенки технологического трубопровода Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения в местах повреждений на этапе длительной (27-летней) эксплуатации; фиг.5, на которой построен ориентированный граф для технологического трубопровода с четырьмя существенными по частоте интервалами.

Способ осуществляют следующим образом. Функциональная схема построения ориентированного графа по повреждениям оболочки технического объекта (ТО) включает в себя 9 блоков, выполняющих строго определенные функции. Поступление диагностических данных о повреждениях оболочки ТО отображено на фиг.1 входной стрелкой. 1 - блок выбора аналоговой переменной, характеризующей повреждения оболочки, в качестве которой в большинстве случаев выступают остаточные толщины стенки оболочки в местах повреждения; 2 - блок организации потоков случайных событий. Под случайными событиями понимаются повреждения и восстановления оболочки. Здесь вычисляются остаточные толщины стенки оболочки как разности толщин стенки оболочки в местах повреждений и соответствующих глубин повреждений. Из этих значений образуют числовые массивы и рассматривают их как вариационные статистические ряды; 3 - блок проверки марковского свойства для потоков случайных событий, а конкретнее проверяют выполнение трех требований: стационарность, отсутствие последействия и ординарность потока; 4 - блок для плоскостного или объемного представления выбранной аналоговой переменной. Если выбрать в качестве геометрического представления повреждений прямоугольный параллелепипед, то плоскостное представление повреждений находится как произведение глубины на длину аномалии, а объемное - произведение площади на ее ширину; 5 - блок определения количества интервалов и их границ. В этом блоке реализуют стандартные процедуры построения гистограммы интегрального распределения выбранной аналоговой переменной; 6 - блок выбора величины барьера существенных частот; 7 - блок ограничения количества интервалов за счет того, что учитывают только те интервалы, частоты в которых больше установленной барьерной величины; 8 - блок построения основных и композиционных состояний; 9 - блок вычисления интенсивностей потоков повреждений и восстановлений. Выходная стрелка отображает построенный ориентированный граф.

Вид гистограммы интегрального распределения аналоговой переменной в виде остаточных толщин стенки оболочки технического объекта в местах повреждений приведен на фиг.2. Здесь показаны интервалы распределения как с существенными частотами (условно показано 10), превышающими установленный барьер, отображенный пунктирной линией (на чертеже он соответствует 5%), так и интервалы распределения с не существенными частотами, которые ниже установленного барьера. Крайней существенной частоте ставят в соответствие исходное состояние объекта на момент диагностирования S₀, а предыдущим в порядке убывания значений границ интервалов - основные состояния объекта S ₁, ,S_n.

В соответствии с изобретением построен ориентированный граф оболочкового технического объекта с n иерархически расположенными основными состояниями S₁ , S₂, ,S_n (фиг.3). Из основных состояний организуют также иерархически расположенные композиционные состояния S _n+1, ,S_m как совокупности интервалов и соответствующих частот. Полученные состояния соединяют между собой ориентированными дугами, помеченными интенсивностями потоков повреждений _ij, со стрелками, направленными в сторону состояний нижних уровней, и интенсивностями потоков восстановлений µ _ji со стрелками, направленными в сторону состояний верхних уровней. Для упрощения ориентированного графа дуги повреждений и восстановлений совмещены и помечены соответствующими интенсивностями, разделенными запятыми.

Для одного из технологических трубопроводов Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения, выполненного из стали 20, с диаметром 377 мм и длиной 114 км, построена гистограмма интегрального распределения аналоговой переменной в виде остаточных толщин стенки трубопровода (фиг.4). Остаточные толщины стенки трубопровода найдены по результатам внутритрубной дефектоскопии. По установленному 5% барьеру выделены 4 интервала с существенными диапазонами остаточной толщины стенки: S₀ [20,58; 21.44]мм, S₁ [19,72; 20,58] мм, S₂ [18,86; 19,72]мм, S₃ [18,0; 18,86]мм. На фиг.4 по оси абсцисс приведены значения середин интервалов, а по оси ординат частоты.

По полученным результатам для технологического трубопровода с четырьмя существенными по частоте интервалами построен ориентированный граф (фиг.5) с иерархически упорядоченными коррозионными состояниями: исходное состояние на момент диагностирования S₀, основные S_1, S₂,S₃ и композиционные S₄ S₁₀ состояния. Кроме того, на ориентированном графе отображены взаимные интенсивности повреждений _mn и восстановлений µ_nm металла (индексы m, n определяют номера соединяемых дугой коррозионных состояний и изменяются от 0 до 10). Интенсивности потоков повреждений и восстановлений определяются по количеству повреждений в состояниях, к которым они направлены, и находятся в диапазоне: [0,00614; 0,03389] год^-1 и µ [0,00514; 0,01822] год^-1. Созданное представление ориентированного графа по аналоговым переменным принципиально отличается от соответствующих графов, основанных на дискретных состояниях, расширенными функциональными возможностями.

Таким образом, по сравнению с прототипом построение ориентированных графов на основе аналоговых переменных существенно расширяет функциональные возможности способа, поскольку позволяет выявлять конечное множество иерархически расположенных состояний оболочкового технического объекта на этане длительной эксплуатации, а также повысить эффективность функционирования технических объектов за счет возможности формирования управляющих воздействий по переводу таких объектов из состояний нижних уровней на более эффективные состояния верхних уровней.