Способ построения многодольного ориентированного мультиграфа по повреждениям оболочки технического объекта
Владельцы патента RU 2425416:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к области и средствам диагностики промышленных объектов на этапе длительной эксплуатации. Техническим результатом является повышение точности определения конечного множества состояний технического объекта. В способе построения ориентированного графа выбирают аналоговую переменную, характеризующую стенку оболочки технического объекта в местах повреждений, эти значения представляют потоком случайных событий, по каждому диагностическому срезу вычисляют границы интервалов распределения существенных частот, интервалам ставят в соответствие основные состояния, дополняют их композиционными, составленными из основных, связывают основные и композиционные состояния полученных долей мультиграфа, ориентированными помеченными переходными интенсивностями дугами, которые определяют по частоте повреждений в состояниях, деленных на разности наработок объекта в последовательных долях мультиграфа. 5 ил.
Изобретение относится к области построения ориентированных мультиграфов с нарастающим в зависимости от проведенных диагностирований числом долей. Каждая доля содержит конечное множество состояний оболочкового промышленного объекта. Способ может быть применен для определения времен пребывания объекта в состояниях нижнего или верхнего уровней. Преимущественная область применения - оболочковые технические объекты нефтегазовой промышленности, например технологические трубопроводы.
Известен способ построения ориентированного мультиграфа, у которого не допускаются петли, а пары состояний могут соединяться более чем одной ориентированной дугой. Дуги указывают на то, что вероятность прямого перехода от одного события к другому положительна (см. Харари Ф. Теория графов. - М.: Мир, 1973, с.19, 23). Конечное число дискретных состояний объекта создается совокупностью работоспособных и неработоспособных существенных блоков, имеющихся на данный момент времени. Основным недостатком известного способа являются ограниченные функциональные возможности ориентированного мультиграфа из-за неучета результатов последующих диагностирований.
Известен способ по устройству для исследования параметров мультиграфа, 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 является существенно ограниченные возможности графа, поскольку анализируемые системы привязаны к его форме, а также отсутствие долей графа, содержащих состояния, выявленные при последующих диагностированиях.
Известен способ по устройству для анализа структуры ориентированного мультиграфа, 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 функциональные возможности, поскольку отсутствует возможность учета динамики изменения состояний, полученных по последующим диагностическим данным.
Наиболее близким аналогом является способ построения ориентированных графов по результатам одной диагностики с различным количеством основных состояний (см. Владова А.Ю. Проектирование и разработка программной системы для идентификации коррозионных состояний продуктопроводов на основе графовых моделей / Вестник компьютерных и информационных технологий №08, 2008 г., с.80-82). Основной недостаток прототипа - ограниченные функциональные возможности из-за использования результатов только одного диагностирования, хотя в процессе нормальной эксплуатации технические объекты проходят многократное диагностирование.
Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в расширении функциональных возможностей многодольного ориентированного мультиграфа за счет добавления долей, построенных по разновременным диагностическим срезам.
Задача решается тем, что используется следующая совокупность существенных признаков:
изображение состояний ориентированного мультиграфа на основе диагностических данных;
соединение состояний ориентированными дугами, помеченными взаимными интенсивностями переходов.
Отличительными от прототипа существенными признаками являются: выбирают аналоговую переменную, характеризующую стенку оболочки технического объекта в местах повреждений;
значения аналоговой переменной представляют потоком случайных событий;
по каждому диагностическому срезу в соответствующих наработках вычисляют границы интервалов распределения существенных частот; интервалам ставят в соответствие основные состояния, которые дополняют композиционными, составленными из основных;
связывают одноименные основные и композиционные состояния полученных долей мультиграфа, также ориентированными дугами, помеченными переходными интенсивностями;
переходные интенсивности определяют по частоте повреждений в состояниях, на которые указывают дуги, деленных на разности наработок объекта в последовательных долях мультиграфа.
Совокупность отличительных признаков способа построения многодольного мультиграфа состояний 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 многодольного ориентированного мультиграфа;
фиг.2, на которой построена гистограмма интегрального распределения аналоговой переменной в виде толщин стенки оболочки технического объекта в местах повреждений;
фиг.3, на которой построен многодольный мультиграф оболочкового технического объекта, прошедшего t диагностирований;
фиг.4, на которой изображены гистограммы интегрального распределения аналоговой переменной в виде толщин стенок в местах повреждений технологического трубопровода Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения на этапе длительной (29-летней) эксплуатации по двум с интервалом в 7 лет внутритрубным ультразвуковым диагностикам;
фиг.5, на которой построен двудольный мультиграф по трем интервалам аналоговой переменной для технологического трубопровода, прошедшего два диагностирования.
Способ осуществляют следующим образом. Функциональная схема построения многодельного мультиграфа по повреждениям оболочки технического объекта (ТО) включает в себя 16 блоков, выполняющих строго определенные функции: 1 - блок выбора аналоговой переменной; 2 - блок представления значений аналоговой переменной потоками случайных событий по числу проведенных диагностик; 3, 4, 5 и 6 - блоки вычисления границ интервалов распределения существенных частот для каждого диагностирования; 7, 8, 9 и 10 - блоки определения основных состояний для каждого диагностирования; 11, 12, 13 и 14 - блоки определения композиционных состояний также для каждого диагностирования; 15 - блок определения переходных интенсивностей; 16 - блок связывания дугами одноименных состояний долей мультиграфа, выходная стрелка которого свидетельствует о построенном многодельном мультиграфе.
Выбор аналоговой переменной 1 предполагает выбор толщины, площади или объема стенки оболочки в местах повреждений. Полученные значения записывают в виде однородной последовательности значений и ее представляют потоком случайных событий. В блоках 3-6 реализованы стандартные процедуры построения гистограммы интегрального распределения существенных частот выбранной аналоговой переменной с вычислением границ интервалов. Каждому существенному интервалу частот в блоках 7, 8, 9 и 10 ставят в соответствие основное состояние, из которых в блоках 11, 12, 13 и 14 определяют композиционные состояния как разные совокупности основных. Затем в блоке 15 определяют значения переходных интенсивностей между одноименными состояниями последовательных долей мультиграфа и, наконец, в блоке 16 связывают ориентированными дугами одноименные состояния, помеченные вычисленными значениями переходных интенсивностей с получением многодольного мультиграфа.
Полученные основные состояния характеризуют повреждения оболочки ТО; 2, 5, 10, 13 - блоки определения композиционных состояний, которые вычисляются как комбинации основных; 3, 6, 11, 14 - блоки организации однодольных мультиграфов по каждой диагностике, в которых основные и композиционные состояния располагаются в определенном порядке (см фиг.2) и соединяются дугами с последующим определением взаимных интенсивностей потоков повреждений и восстановлений; 7, 15 - блоки определения переходных интенсивностей; 8, 16 - блоки связывания одноименных состояний интересующих однодольных графов. Выходная стрелка отображает построенный многодольный мультиграф состояний ТО, количество долей которого определяется количеством проведенных диагностирований.
Вид гистограммы интегрального распределения аналоговой переменной в виде толщин стенки оболочки технического объекта в местах повреждений приведен на фиг.2. Здесь показаны интервалы распределения аналоговой переменной по частоте (условно показано 11 интервалов). Первому интервалу ставят в соответствие исходное состояние объекта на момент диагностирования S0, а следующим в порядке возрастания значений границ интервалов - основные состояния объекта S1, …, Sn.
В соответствии с изобретением построен многодольный мультиграф оболочкового технического объекта с t долями по числу диагностирований и с конечным множеством иерархически расположенных основных S11, S12, …, S1n, …, St1, St2, …, Stn и композиционных состояний S1n+1, …, S1m, …, Stn+1, …, Stm (фиг.3). Состояния каждой доли получают дополнительный индекс в зависимости от номера доли: S10, …, S1n - первая доля, St0, …, Stn - t-я доля. Полученные состояния внутри каждой доли соединяют между собой ориентированными дугами, помеченными взаимными интенсивностями потоков повреждений λij, со стрелками, направленными в сторону состояний нижних уровней, и интенсивностями потоков восстановлений µji со стрелками, направленными в сторону состояний верхних уровней. Одноименные состояния разных долей соединяют дугами, помеченными переходными интенсивностями потоков повреждений λk,k+1ii, со стрелками, направленными в сторону состояний более позднего k+1 диагностирования и интенсивностями потоков восстановлений µk+1,kii co стрелками, направленными в сторону состояний более раннего k диагностирования. Для упрощения мультиграфа дуги повреждений и восстановлений совмещены и помечены соответствующими интенсивностями.
Для одного из технологических трубопроводов Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения, выполненным из стали 20, с диаметром 377 мм и длиной 114 км, за время эксплуатации 29 лет, прошедшего с интервалом в 7 лет две внутритрубные ультразвуковые диагностики, построены гистограммы интегрального распределения аналоговой переменной в виде толщин стенки трубопровода в местах повреждений (фиг.4). Для каждой диагностики определены по 3 интервала с диапазонами толщин стенки: S10 [15,7; 16,7] мм, S11 [16,7; 17,7] мм, S12 [17,7; 18,7] мм и S20 [14,9; 15,6] мм, S21 [15,6; 16,3] мм, S22 [16,3; 17,0] мм. На фиг.4 по оси абсцисс приведены значения середин интервалов, а по оси ординат - соответствующие частоты.
По полученным результатам для технологического трубопровода с тремя интервалами распределения аналоговой переменной построен двудольный ориентированный мультиграф (фиг.5). Мультиграф содержит по 4 состояния в каждой доле. Первому диагностированию технологического трубопровода соответствует первая доля, у которой обозначены: исходное S10, основные S11, S12. и композиционное S13 состояния, а также взаимные интенсивности потоков повреждений λ1mn и восстановлений µ1nm металла. Состояния второй доли обозначены как исходное S20, основные S21, S22 и композиционное S23 состояния, взаимные интенсивности потоков повреждений λ2mn и восстановлений µ2nm металла (индексы m, n определяют номера соединяемых дугой коррозионных состояний и изменяются от 0 до 3). Кроме того, на ориентированном мультиграфе отображены переходные интенсивности потоков повреждений λ12nn и восстановлений µ21nn, определяемые отношением количества повреждений в состояниях, к которым они направлены, к разности наработок на моменты диагностик. Для данного трубопровода взаимные интенсивности потоков повреждений и восстановлений находятся в диапазоне: λij∈[0,010; 0,0259] год-1 и µji∈[0,014; 0,019] год-1, а переходные: λ12ii∈[0,045; 0,092] год-1 и µ21ii∈[0,034; 0,081] год-1. Созданное представление ориентированного мультиграфа принципиально отличается от соответствующих графов, основанных на данных единственной диагностики.
Таким образом, по сравнению с прототипом построение многодольных ориентированных мультиграфов существенно расширяет функциональные возможности способа, поскольку позволяет использовать результаты всех проведенных диагностик для повышения эффективности функционирования оболочковых технических объектов.
Способ построения многодольного ориентированного мультиграфа по повреждениям оболочки технического объекта, путем изображения его состояний, соединения состояний ориентированными дугами, помеченными интенсивностями переходов, выбора в качестве переменной геометрических характеристик в местах повреждений, отличающийся тем, что выбирают аналоговую переменную, значения которой представляют потоком случайных событий, по каждому диагностическому срезу в соответствующих наработках вычисляют границы интервалов распределения существенных частот, интервалам ставят в соответствие основные состояния, которые дополняют композиционными, составленными из основных, связывают одноименные основные и композиционные состояния полученных долей мультиграфа также ориентированными дугами, интенсивности которых определяют по частоте повреждений в состояниях, на которые указывают дуги, деленных на разности наработок объекта в последовательных долях мультиграфа.
