Применение программного комплекса для проведения вычислительного эксперимента по моделированию процессов исчерпания ресурса

Мееров И.Б. (mib@uic.nnov.ru)

Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского,

В работе рассмотрен подход к разработке и применению программного обеспечения для моделирования процессов исчерпания ресурса машиностроительных объектов. Приведен пример проведения вычислительных экспериментов по моделированию процессов исчерпания ресурса конкретных объектов с помощью разработанного программного комплекса.

1. Анализ проблемы

Машиностроительный объект - понятие, допускающее достаточно широкое толкование. К машиностроительным объектам относят станки различного назначения, энергетические установки, инженерные сооружения со стальными несущими конструкциями (мосты, хранилища больших емкостей и/или высоких давлений, мачты и башни повышенной высотности), компрессорные установки и магистральные трубопроводы и т.д. Большая часть машиностроительных объектов относится к классу потенциально опасных. Аварии на таких объектах приносят, как правило, существенный материальный ущерб, бывают связаны с человеческими жертвами, могут иметь трудно предсказуемые экологические последствия.

Исследованиям процессов исчерпания ресурса конструктивных узлов машиностроительных объектов [1] традиционно уделяется большое внимание. Оценка выработанного и прогноз остаточного ресурса машиностроительных объектов составляет достаточно сложную научную задачу. Одним из основных методов решения этой задачи является метод математического моделирования.

Один из подходов к математическому моделированию процессов исчерпания ресурса машиностроительного объекта предложен в работах Ю.Г. Коротких [2]. Этот подход основан на общей схеме математического моделирования, состоящей в последовательном решении следующих взаимосвязанных задач:

-выявление опасных зон конструктивных узлов;

-оценка текущего состояния материала;

-установление связи текущего состояния материала с остаточной прочностью конструктивного узла;

-установление связи условий эксплуатации объекта с параметрами процесса поврежденности материала в опасных зонах;

- получение прогноза развития поврежденности.

Схема задает общую методологию оценки ресурса, представленную в виде последовательности ее отдельных шагов (этапов и подэтапов). Каждый этап представляется в виде соответствующей методики (методик) выполнения. В основе этих методик лежат модели, разработанные на базе соответствующих теорий. Методология ориентирована на оценку ресурса конкретного объекта (оборудования) при конкретных условиях эксплуатации. Методология применима для различных типов объектов и условий эксплуатации.

Трудности математического моделирования ресурса связаны со сложностью процессов исчерпания ресурса. Применение вычислительной техники на всех этапах процесса моделирования позволяет существенно сократить временные затраты и трудозатраты. Для эффективного применения вычислительной техники необходима разработка специального программного обеспечения [3].

Анализ текущего состояния дел в области разработки соответствующего программного обеспечения показывает, что большая часть известных программных комплексов обеспечивают автоматизацию решения одной из задач комплексной автоматизации оценки ресурса. Известные программные системы полной автоматизации предназначены для оценки ресурса объектов конкретного типа. На сегодняшний день нет программной системы, обеспечивающей полную автоматизацию решения задачи оценки ресурса, которую можно было бы применить к машиностроительному объекту любого типа.

В связи с этим предлагается подход, в основе которого лежит разработка универсального программного комплекса, представляющего собой инструмент для быстрого формирования программных систем для моделирования процессов исчерпания ресурса конкретных объектов при конкретных условиях эксплуатации.

2.Программный комплекс для моделирования процессов исчерпания ресурса машиностроительных объектов

Программный комплекс для моделирования процессов исчерпания ресурса машиностроительных объектов [3] - совокупность специализированных программных средств,поддерживающих

проектирование, реализацию и сопровождение(развитие)

автоматизированных систем (программ) моделирования процессов исчерпания ресурса оборудования конкретных машиностроительных объектов.

Разработанный в рамках этого подхода программный комплекс, обеспечивает информационно-алгоритмическую поддержку всех этапов схемы математического моделирования процессов исчерпания ресурса оборудования применительно к конкретным машиностроительным объектам.

Каждая проектируемая программа (далее - Задача) состоит из двух основных элементов: базы данных (информационная модель), описывающей конкретную задачу, и пакета программ (алгоритмическая модель), который содержит набор программных модулей, обрабатывающих данные задачи.

При этом программный комплекс поддерживает следующие операции:

-Описание информационной модели конкретных задач в виде совокупности разделов, подразделов, наборов описательных и физических параметров.

-Описание алгоритмической модели конкретных задач в виде библиотек подпрограмм и подпрограмм (вычислительных модулей) для оценки ресурса.

-Поддержка общей схемы выполнения расчетных подпрограмм и передачи параметров между подпрограммами и информационной моделью.

З.Технология применения программного комплекса

Для эффективного использования программного комплекса разработана технология его применения [3]. В соответствии с этой технологией применение программного комплекса разбивается на два основных этапа: Этап проектирования Задачи и Этап интерпретации (выполнения) Задачи.

На этапе проектирования задачи происходит построение специализированных программ для моделирования процессов исчерпания ресурса конкретных объектов. Полученная в результате специализированная программная система применяется на этапе интерпретации задачи.

Практическая ценность разработанного комплекса состоит в сокращении времени на создание и модификацию программ для решения задач моделирования ресурса конкретных объектов. В таблице приведен список действий, которые необходимо выполнить для создания программы моделирования ресурса с помощью универсального инструментального средства (Delphi, MS Visual C++, ...). Отмечены позиции, решение которых в предлагаемом комплексе автоматизировано.