Автоматизация принятия решений относительно технического состояния мостов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автоматизация принятия решений относительно технического состояния мостов

Т.А. Приходько

Инженер, соискатель Национального транспортного университета,

ООО "Внедренческое предприятие Мост" г. Донецк

Аннотация

В работе предложена модель автоматизации принятия решений относительно технического состояния и прогноза остаточного ресурса мостов. Модель построена на основе теории нечеткой логики, которая дает возможность на основе результатов обследования, осуществлять принятие решения относительно технического состояния объекта. Дефекты сооружения описаны в терминах естественного языка, что позволяет учесть качественные характеристики, которыми обычно оперируют эксперты. Базой для модели является современная нормативная методика оценки технического состояния мостов.

Остаточный ресурс, модель деградации, экспертная система, нечеткая логика, лингвистическая переменная.

Проблема

Мосты составляют большую часть национального богатства Украины. Незапланированная реконструкция или капитальный ремонт моста парализуют значительную часть транспортной сети, нарушает внешний товарооборот и, следовательно, ведет к убыткам на общегосударственном уровне. Поэтому совершенно обоснованным является то, что проблема обеспечения безопасной эксплуатации и продления срока службы промышленных объектов, сооружений и инженерных сетей вынесена в Украине на государственный уровень. По указу президента Украины от 3 декабря 2001г. №1170/2001 создана Межведомственная комиссия по вопросам научно-технологической безопасности при Совете национальной безопасности и обороны Украины под руководством академика Б.Э.Патона. Одной из секций данной комиссии является секция "Мосты и транспортные тоннели".

Актуальность проблемы обусловлена тем, что техническое состояние сооружений и конструкций и технологического оборудования, согласно выводам Межведомственной комиссии, достигло критического уровня. В том числе среди автомобильных мостов общего пользования не отвечают правилам эксплуатации 46%, а среди коммунальных - 76%.

В числе решений Межведомственной комиссии комиссия по вопросам научно-технологической безопасности при Совете национальной безопасности и обороны Украины от 14.02.2002г создание государственной системы эксплуатации и инспекции мостов с целью обеспечения безаварийного функционирования автодорожных мостов и дорожной сети.

Одним из возможных решений проблемы обеспечения безопасной эксплуатации и продления срока службы автомобильных мостов является создание системы автоматизации принятия решений относительно их технического состояния. Система позволит ускорить формирование выводов о техническом состоянии объекта, опираясь на базу знаний экспертов, которая является ядром автоматизированной системы принятия решений.

Методология оценки технического состояния мостов

автомобильный мост техническое состояние

Сейчас на территории Украины существует процедура определения технического состояния мостов, закрепленная в нормативной методике ВБН В.3.1-218-174-2002 [1]. Согласно этой методике определение технического состояния осуществляется на двух уровнях:

1. Уровень 1 -определение технического состояния отдельных элементов моста: пролетных строений, опор фундаментов. Показателем технического состояния на этом уровне является надежность элемента в процессе эксплуатации.

Надежность служит для:

- оценки безопасности эксплуатации элементов мостов;

- упорядочивания элементов моста в порядке потребности ремонта, реконструкции или замены;

- финансового планирования ремонтных работ в условиях ограниченного количества денежных средств;

- прогноза остаточного ресурса элемента.

2. Уровень 2 -экспертная оценка технического состояния моста в целом. Показателем оценки на этом уровне является формализованная экспертная оценка, которая служит для:

- ранжирования мостов в рамках определенной части дорожной сети согласно потребности объекта в ремонте, реконструкции или замене;

- планирования на этой основе затрат на ремонт, реконструкцию или строительство нового объекта в условиях ограниченного финансирования.

Теоретической базой методики является новейшая модель надежности и прогноза остаточного ресурса элементов мостов, сформулированная в работах [2, 3, 4, 5].

Нормативная методика оценки технического состояния построена на основе фундаментальных работ украинских ученых, которые более 30 лет изучали физико-механические, физико-химические термодинамические свойства материалов конструкций мостов, которые работают под нагрузкой в реальных условиях транспортных сооружений Украины. Методика является безусловно современной и уникальной в системе эксплуатации мостов, однако ее недостатками являются:

- высокая интегральность - она позволяет получить оценку технического состояния и прогнозировать остаточный ресурс элемента без учета большого количества факторов влияния;

- нормативная методика в высокой степени формализована. Поэтому в рассмотрении технического состояния принимают участие только те факторы, которые легко поддаются формализации, тогда как за рамками методики остались такие важнейшие факторы влияния на состояние сооружения, как, например, условия и технология сооружения моста, наличие истории эксплуатации, учет прогноза структуры и будущего уровня временной подвижной нагрузки.

Таким образом, задача оценки технического состояния инженерных сооружений и прогноза их остаточного ресурса осложняется наличием множества внешних факторов влияния, большинство из которых трудно формализуемы либо могут быть описаны только качественными характеристиками экспертов. Для работы с подобными оценками существует нечеткая логика, которая предоставляет проверенный на практике аппарат обработки комплекса качественных критериев оценки сложных объектов управления. Средства формализации и обработки данных, заложенные в нем, позволяют избежать

- излишней интегральности и идеализации модели сложного объекта;

- замены фактических характеристик паспортными;

- трудностей формализации;

- учесть множество субъективных критериев и ограничений.

Следовательно, экспертная система построенная на основе нечеткой логики призвана:

- систематизировать экспертные знания;

- обеспечить их непротиворечивость;

- ускорить обработку знаний в несколько десятков, и даже сотен раз;

- оптимизировать решение в соответствии с целевой функцией.

Общая идея оценки на основе аппарата нечеткой логики

Целью работы является определение дискретного состояния элементов моста в момент времени t_i, значений интенсивности отказов для каждого элемента, остаточного срока службы и время, оставшееся до перехода элемента в состояние i+1.

Общая идея оценки технического состояния базируется на нормативной методике и является дополнением к ней. Это означает, что техническая оценка моста осуществляется в два этапа:

1. Оценка технического состояния и остаточного ресурса элементов на основе результатов обследования, паспортной информации и качественных оценок экспертов. Укрупненная схема автоматизации принятия решения относительно технического состояния и прогноза остаточного ресурса элементов моста показана на Рис.1.

2. Оценка технического состояния объекта в целом на основе данных первого этапа и экспертных оценок с учетом коэффициентов влияния состояния i-го элемента на общее состояние моста в соответствии с методикой С.М.Коваленко [6] по формуле

(1)

Рис.1. Автоматизация принятия решения относительно технического состояния и прогноза остаточного ресурса элементов моста

Где xiX|i=1..n - вектор значений дефектов элемента;

D - вектор расчетных вероятностных параметров;

- вектор нечетких множеств, характеризующих дискретное состояние элемента (его надежность);

- вектор процентов износа элементов моста;

- вектор значений интенсивности отказов элементов;

- вектор остаточных сроков службы элементов мостов;

- вектор значений времен перехода элементов в состояние i+1.

Функционирование модели автоматизации происходит следующим образом. Сначала производится обследование элементов моста, в результате которого формируется множество дефектов X, (среди которых - условия эксплуатации, агрессивность среды, качество стыков, выщелачивание, трещины, прогибы и др.) и вектор расчетных вероятностных параметров D (характеристика безопасности, грузоподъемность, прочность бетона, прочность арматуры, Ph характеристика воды). Входные параметры поступают на вход модели в виде лингвистических знаний, именно такую форму оценки наиболее часто используют эксперты для оценки технического состояния элементов сооружений, например: ЕСЛИ есть (значительные нарушения в продольном и поперечном профиле) и (выбоины и ямы глубиной до 5см, площадью 25% от общей площади проезжей части,) и (…) ТО (дискретное состояние мостового полотна -4) и (процент износа 14-33)) (1)

Формирование вектора нечетких множеств осуществляется моделью оценки технического состояния, основным блоком которой являются База знаний и Блок нечеткого логического вывода. База знаний содержит библиотеку экспертных знаний в виде ЕСЛИ … ТО (1), Блок нечеткого логического вывода формирует выходной вектор состояний элементов и вектор процентов износа элементов моста . Модель автоматизации прогноза остаточного ресурса элементов мостов на основе вектора состояний и вектора срока службы элементов определяет значения интенсивности отказов , остаточный срок службы и время, оставшееся до перехода элемента в состояние i+1.

Литература

1. ВБН В.3.1-218-174-2002. Мости та труби. Оцінка технічного стану мостів, що експлуатуються. - Державна служба автомобільних доріг України. - К.: 2002. 74 с.

2. Лантух-Лященко А.І., Кір'ян В.І., Коваль П.М. та ін. Настанови з визначення технічного стану мостів. - ТАУ. Вид. "Логос", К.: 2002. 117 с.

3. Лантух-Лященко А.І. Оцінка надійності споруди за моделлю марковського випадкового процесу з дискретними станами. //Зб. Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. - 1999, вип.57 - с.183-188.

4. Лантух-Лященко А.І. Оцінка технічного стану транспортних споруд, що знаходяться в експлуатації. Вісник транспортної академії України, №3, Київ: 1999.-с. 59-63.

5. Лантух-Лященко А.І. До проекту державних будівельних норм з оцінки технічного стану мостів.// Зб. Діагностика, довговічність та реконструкція мостів і будівельних конструкцій.-Вип.2., Львів: Каменяр, 2000.-с.78-83.

6. Обработка нечеткой информации в системах принятия решений/А.Н. Борисов, А.В.Алексеев и др. - М.: Радио и связь, 1989.-304 с.

Размещено на Allbest.ru