Сетевое издание

Международный студенческий научный вестник

ISSN 2409-529X

Введение

Автоматизация – это комплекс мер по внедрению машин, механизмов, математических моделей, программного обеспечения в производственные процессы. Итог этих мер – выполнение существенной части технологических операций не людьми, а специальным оборудованием.

Актуальностью работы является то, что в настоящее время беспилотные летательные аппараты стремительно и широко применяются в различных сферах, включая военную, гражданскую и научную области. Особое внимание уделяется развитию систем и средств комплексов БПЛА, так это является одной из ключевых составляющих для эффективного использования и интеграции БПЛА в различных задачах. [1]

Эффективное функционирование БПЛА в интересах обеспечения мониторинга оперативной обстановки предполагает безопасное управление БПЛА.

Анализ надежности системы позволяет избежать потенциальных сбоев и отказов системы в процессе ее функционирования. Однако такая задача представляется затруднительно в случае сложных технических систем, в которых присутствует различного рода избыточность, подсистемы и элементы которой функционально связаны между собой, допускают восстанавливаемость и неодновременность работы, а понятие отказа для системы трактуется неоднозначно.

1. Описание технологического процесса

Целесообразность применения БПЛА возрастает при контроле физических параметров на промышленных предприятиях, где доступ человека без специальных подъемных устройств затруднен.

Функции системы мониторинга промышленных предприятий:

- Визуальный контроль: контроль состояния лакокрасочного покрытия, контроль наличия и затяжки крепежных элементов, контроль общего физического состояния конструкции (наличие коррозии, деформаций и др.);

- Контроль содержания химических элементов в выбросах;

- Контроль температуры;

- Контроль электромагнитного излучения.

Мониторинг с использованием БПЛА может применяться на всех этапах жизненного цикла промышленных предприятий.

Кроме этого, отдельным видом мониторинга является мониторинг трубопроводов на промышленных объектах. Применение дронов для задач мониторинга трубопровода автоматизирует сбор данных, увеличивает безопасность проведения промышленных инспекций и обеспечивает ситуационную осведомленность, что особенно важно в аварийных случаях. БПЛА полноценно заменяют человека на плановых проверках и при обследованиях особо опасных аварийных участков.

2. Расчет надежности системы.

Рассчитаем надежность системы управления БПЛА. Для этого составим логическую схему системы, представленную на Рисунке № 1.

Рисунок 1 – Логическая схема системы автоматического регулирования

В схеме: А – фезюляж; B – электродвигатель; C – система питания; D – система связи; E – система навигации; F - система управления.

Таблица 1 – Интенсивность отказов элементов

2.1 Расчет показателей надежности

Примем следующие допущения при построении математической модели надежности системы:

1) Элементы прошли период приработки;

2) Справедлив экспоненциальный закон распределения;

3) Отказы элементов независимы.

Согласно приведенной схеме, вероятность безотказной работы системы будет выражаться формулой:

Интенсивность отказов данной системы находится по формуле:

Для вычислений воспользуемся программой Matlab. В таблице № 2 представлен код вычислений.

Таблица 2 – Код вычислений в программе Matlab

На Рисунке № 3 представлен график интенсивности отказов системы во времени.

Рисунок 3 – График интенсивности отказов системы во времени

2.2. Повышение надежности системы

К способам повышения надежности систем относят:

1) Увеличение надежности отдельных элементов (замена приборов, исполнительных механизмов, а также устройств с более высокими характеристиками надежности);

2) Упрощение системы при проектировании;

3) Резервирование элементов системы;

4) Систематический контроль и обслуживание системы.

Для рассматриваемой системы автоматического регулирования введем резервирование каждого элемента системы. Схема системы с резервированием приведена на Рисунке № 4.

Рисунок 4 – Логическая схема системы с резервированием

Вероятность безотказной работы на каждом из участков будет соответственно равна:

где i – соответствующий участок.

Тогда вероятность безотказной работы зарезервированной системы будет находиться по формуле:

Интенсивность отказов данной системы находится по формуле:

Код вычислений с резервированием системы в программе Matlab представлен в таблице № 3.

Графики интенсивности отказов системы с резервированием и без резервирования представлены на Рисунке № 6. [2], [3]

Таблица 3 – Код вычисления интенсивности отказов системы с резервированием

Результат повышения надежности рассматриваемой системы определим как отношение интенсивности отказов системы до резервирования к интенсивности отказов системы после резервирования:

Рисунок 6 – Графики интенсивностей отказов системы с резервированием и без резервирования

Таким образом, из данных видно, что резервирование системы позволяет снизить интенсивность отказов, сохраняя срок службы системы до конца срока эксплуатации. [4], [5]

Заключение

Для системы мониторинга промышленных компаний с использованием БПЛА, рассчитана вероятность безотказной работы и интенсивность отказов системы без резервирования и с резервированием с представлением графиков в программном комплексе Matlab.

После резервирования системы интенсивность отказов системы становится значительно меньше, особенно в начале эксплуатации системы, что позволяет продлевать срок эксплуатации данной системы, повышая ее надежность и безопасность.