В ИРНИТУ завершен второй этап выполнения проекта ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 -2020 годы» по теме «Разработка и создание программно-аппаратного СВЧ-плазменного комплекса для мониторинга, контроля и безопасной эксплуатации маслосистемы двигателей наземного и воздушного назначений». Проект выполняется в кооперации с индустриальным партнером ПАО «КАМАЗ», который осуществляет внебюджетное софинансирование проекта.
В рамках второго этапа команда сотрудников ИРНИТУ под руководством доцента института информационных технологий и анализа данных Николая Иванова выполнила комплекс работ по созданию сцинтилляционного спектрального комплекса с СВЧ плазменным возбуждением для комплексного анализа частиц износа, накапливающихся в смазывающих жидкостях: моторных и трансмиссионных маслах, а также гидрожидкостях.
Как сообщил Николай Иванов, выполнение проекта в рамках данной ФЦП включает в себя как выполнение НИР, так и большой объем работ по разработке эскизной конструкторской документации на испытательные стенды и на изготовление экспериментальных образцов устройств. Были разработаны стенды для оптимизации конструкции системы регистрации сцинтилляционного сигнала, для исследования наработки частиц износа в гидросистеме автомобиля КАМАЗ. Кроме того, разработан и изготовлен малогабаритный монохроматор для СВЧ-плазменного комплекса, создан экспериментальный образец СВЧ-плазменного комплекса и проведены его предварительные испытания.
Для СВЧ-плазменного комплекса разработано многофункциональное программное обеспечение, включающее возможности управления многочисленными параметрами комплекса, регистрацию и обработку оптических сигналов элементов частиц износа, а также ведение и обработку архива больших данных.
СВЧ-плазменный комплекс разрабатывается как средство определения технического состояния узлов трения маслосистем воздушных и наземных двигателей с высокой степенью достоверности. При эксплуатации двигателей в масле и на фильтрующих элементах двигателей накапливаются частицы изнашивания, которые подвергаются СВЧ-плазменному анализу и по объему которых судят о техническом состоянии. Результаты анализа характеризуются большим количеством определяемых параметров (до 1000) для каждого измерения, что обусловлено, в основном, множеством различных комбинаций химических элементов в частицах изнашивания. Такой объем информации достаточно сложно обработать вручную для разработки рекомендаций по эксплуатации двигателя. Для облегчения этой задачи созданы статистические модели исправных двигателей различных типов и наработок, для которых рассчитаны предельные значения параметров.«Программное обеспечение СВЧ-плазменного комплекса состоит из трех блоков. Блок управления и автоматизации осуществляет сбор информации о состоянии комплекса с различных датчиков и контроль его элементов. Учитывается такая информация, как расход газов и уровня давления, состояние и режим работы управляемых элементов – шагового двигателя, выполняющего перекачку исследуемого материала; ультразвукового распылителя, превращающего этот материал в мелкодисперсный туман, легко сгорающий в плазме; генератора СВЧ излучения, поддерживающего горение плазмы. Блок позволяет проводить эффективную и безопасную эксплуатацию комплекса с минимумом действий оператора.
При сгорании материала пробы возникает сигнал, который регистрируется вторым блоком - выделения и обработки сигнала. Блок осуществляет анализ сигнала и перевод его в понятный человеку формат – протокол измерения исследуемого материала, содержащий такие параметры, как содержание различных элементов в примеси и количество частиц различных элементных составов.
Последний блок, блок ведения архива, обеспечивает централизованную сеть для хранения данных, измеренных для различных проб моторных или трансмиссионных масел», - сообщил Николай Иванов.
Дальнейшая автоматизация этой задачи производится разработкой алгоритмов принятия диагностического решения с использованием машинного обучения и искусственного интеллекта на основе больших данных. В данный момент разработан алгоритм, позволяющий определить техническое состояние по типу «исправен/не исправен» некоторых двигателей с 60-70%-ой достоверностью.
Кроме большого объема опытно-конструкторской работы выполнены исследования по изучению частиц износа пар трения методами электронной и зондовой микроскопии, а также элементного состава частиц износа методами рентгенофазового и рентгенофлюоресцентного анализа.
Особый интерес для контроля состояния двигателя КАМАЗ в рамках проекта представляет малогабаритный бортовой датчик системы регистрации концентрации и размеров частиц износа. Прибор позволит контролировать динамику накопления частиц износа в режиме реального времени и своевременно реагировать на неисправности систем двигателя.
По данным исследователей, в настоящее время проводится накопление статистических данных по частицам износа в двигателях и трансмиссиях на основе анализа проб масел, представляемых ПАО «КАМАЗ». Проанализированы уже сотни образцов, на основе которых сотрудники предприятия создают лабораторный технологический регламент по оценке состояния двигателя, трансмиссии и гидросистемы автомобиля КАМАЗ на основе анализа масла с использованием СВЧ плазменного комплекса.
Достигнуты целевые показатели, установленные для этого этапа проекта, - опубликовано пять статей, входящих в базы данных Scopus и Web of Science, получено два патента на полезную модель и зарегистрирована программа для ЭВМ. В диссертационный совет представлены две диссертации, выполненные по теме проекта.
