Инженерия сложного оборудования: как разработки Михаила Юдина снижают производственные риски

Фото из открытых источников

В эпоху технологической неопределенности сложное промышленное оборудование всё теснее связано с качеством инженерной проработки, точностью изготовления и подтверждением рабочих характеристик до ввода изделия в эксплуатацию. Сегодня это высокотехнологичная область инженерной деятельности, поскольку ошибки конструкции и управления повышают вероятность отказа сложной техники, вследствие чего качество разработки оценивается по воспроизводимости заданных параметров и возможности заранее проверить работоспособность оборудования. На этом фоне профессиональный интерес вызывают разработки Михаила Юрьевича Юдина – эксперта и главного конструктора, инженерные решения которого отражают способы проверки оборудования до начала эксплуатации. Представляется целесообразным рассмотреть это на примере двух таких разработок – подводной фонтанной арматуры и автономного буксира.

Введение, или к постановке проблемы

Производственные риски в сложном машиностроении возникают тогда, когда расчётные параметры расходятся с условиями эксплуатации или возможностями изготовления. В наработках Михаила Юдина эта проблема рассматривается на примере подводной фонтанной арматуры и автономного буксира, поскольку в обоих проектах качество инженерного решения можно проверить по конкретным характеристикам оборудования. Герметичность и ресурс узлов оцениваются в подводной арматуре, точность команды и её исполнение – в автономном судне.

Практический опыт Михаила Юрьевича основан не на пустом месте, он подкреплён научными публикациями и двухтомным учебным пособием «Инженерия, которая работает», посвящённым созданию и внедрению сложных промышленных решений. В его научных работах рассматриваются методы проверки оборудования, серийного производства и управления автономными морскими объектами, поэтому инженерные разработки представлены как проверяемые технические решения. Профессиональный интерес к этому опыту объясняется возможностью оценивать производственный риск ещё до начала эксплуатации оборудования.

Конструкция оборудования и источники производственного риска

В подводной добыче конструктивная проработка фонтанной арматуры связана с рабочим давлением и воздействием морской и пластовой среды, поскольку в этих условиях прежде всего проверяется герметичность соединений. Выбор материала соотносится с коррозионной стойкостью в агрессивной морской среде, так как повреждение поверхности детали отражается на работе запорного узла и продолжительности его службы. В разработке Михаила Юдина доступ к запорному узлу предусматривается ещё в составе конструкторской проработки, вследствие чего восстановление оборудования рассматривается как продолжение ранее принятого инженерного решения. С учётом этой зависимости им представлена уникальная авторская модель, в которой технологичность конструкции соотнесена с возможностью восстановления оборудования в ходе дальнейшей эксплуатации.

На уровне модели будущий сервис учитывается ещё до изготовления арматуры, т.е. сменные узлы предусматриваются с заранее определённым порядком разборки и сборки, что сокращает объём работ во время восстановления оборудования. Так, это доказывается тем, что в ходе апробации продолжительность сервиса сокращалась за счёт замены узлов, что позволяло соотнести качество конструкторской проработки с фактическими затратами времени на восстановление оборудования. Работоспособность арматуры после ремонта подтверждалась испытаниями, и производственный риск оценивался по измеримым характеристикам ещё до выпуска оборудования.

Повторяемость параметров в серийном производстве

Работоспособность конкретного исполнения подтверждается по опытному образцу, однако для промышленной партии важен другой уровень проверки – способность предприятия воспроизводить заданные характеристики от изделия к изделию. В работах Михаила повторяемость рассматривается как признак готовности разработки к серийному производству, когда соответствие каждой изготовленной единицы одной конструкторской документации оценивается одинаковым способом. То есть за счёт единообразия производственной процедуры уменьшается влияние случайного отклонения отдельной операции на качество всей партии, и серийное производство приобретает практический смысл уже как воспроизведение подтверждённого технического результата.

Воспроизводимость начинается с геометрии детали, от которой зависит возможность собрать очередное изделие по установленному порядку и исключить индивидуальную подгонку отдельных элементов. В своей книге «Инженерия, которая работает» данный принцип Юдиным связывается с изготовлением нескольких изделий подряд по действующей документации, когда близкие технические параметры подтверждаются в обычной работе цеха по одной процедуре контроля. Здесь особенно важно то, что на уровне промышленной партии качество разработки оценивается уже по способности повторять установленный технический результат, что позволяет отличить удачно изготовленный образец от подготовленной к серийному производству технологии.

Автономный буксир и контроль исполнения команд

Одной из наиболее сложных задач автономного судовождения является точное исполнение команды в ограниченной акватории, в которой отклонение фактической траектории от расчётной способно изменить ход всей операции. В модели Михаила Юдина производственный риск соотносится с расхождением расчётного манёвра и фактической реакции буксира. Инженерная оценка проводится по тому, насколько точно заданная траектория воспроизводится на воде в условиях реальной портовой операции.

Исходной частью цикла управления являются навигационные сведения о взаимном положении судов, на основе которых рассчитывается допустимый манёвр с учётом времени реакции исполнительного механизма. Рассчитанная команда направляется на исполнительную часть буксира и проверяется по телеметрии уже во время выполнения операции. По зарегистрированным данным определяется соответствие заданной траектории фактическому положению судна, и качество работы алгоритма оценивается по реальному манёвру.

Цикл автономного действия – это последовательная проверка одного управляющего решения. Значение расчёта определяется его соответствием фактическому манёвру на воде, и любое расхождение рассматривается уже по зарегистрированным сведениям. Во время опытной эксплуатации соответствие оценивается в меняющейся обстановке, когда положение обслуживаемого судна или ветровая нагрузка изменяют изначальные условия задачи. Ход операции восстанавливается по записям команд и телеметрии, после чего расхождение траекторий рассматривается в связи с конкретным случаем.

Практическая ценность алгоритма раскрывается во время повторного выполнения близких манёвров, когда по сопоставимым исходным данным ожидается сопоставимая реакция буксира. В рамках апробации оценивается повторяемость манёвра и полнота зарегистрированных сведений о выполнении команды. Инженерная ценность разработки определяется возможностью разобрать каждый манёвр по данным эксплуатации и проверить выполнение команды на реальном судне, что позволяет судить о качестве управления уже по фактическому поведению автономного буксира.

Два проекта и единый принцип инженерной проверки

Если сопоставить две эти разработки, общий принцип инженерной проверки проявляется в способе подтверждения качества выбранного решения. Подводная фонтанная арматура и автономный буксир относятся к разным техническим задачам, общим для них выступает обязательное сопоставление расчётного замысла с фактической работой оборудования, которую можно оценить во время испытаний или опытной эксплуатации. В каждом случае заранее определяется наблюдаемый признак, по которому инженер судит о соответствии разработки исходной задаче, вследствие чего обсуждение качества опирается на конкретные данные вместо общей оценки конструкции или управляющей системы. Выявленное расхождение относится к определённой части разработки и служит основанием для её повторной инженерной оценки, поэтому производственный риск рассматривается как конкретная техническая проблема с понятным способом проверки. 

В профессиональном опыте Михаила Юдина ценность данного принципа состоит в последовательной работе с фактическим поведением оборудования, когда качество инженерного решения подтверждается реальным техническим результатом, и сведения испытаний используются для дальнейшей работы над изделием.

Перспективы промышленного производства

В российском судостроении на ближайшие годы заявлен курс на серийное производство морской техники с ростом доли отечественного оборудования. Масштаб обновления флота исчисляется сотнями судов, и выпуск промышленной продукции всё больше зависит от готовности проекта к повторному изготовлению на действующих мощностях с подтверждением характеристик на базе испытаний. В сфере автономного судоходства инженерная зрелость оценивается по фактической эксплуатации, что подтверждается работой судов с автономной навигацией и современным развитием нормативной базы МАНС. В этих условиях отчётливо видна перспектива промышленного производства, которая связана с серийностью производства проверенной техники и развитием инженерных решений, рассчитанных на воспроизведение в реальных проектах.

В разработках Михаила Юдина – от подводной фонтанной арматуры до интеллектуального управления автономным буксиром – четко прослеживается важнейший инженерный принцип, основанный на оценке технического решения на основе реальной работы оборудования. Перенос данного принципа в промышленную практику повышает предсказуемость серийного изготовления современной продукции и снижает зависимость сложного проекта от одного удачного образца. Для российского машиностроения опыт специалистов данного уровня является бесценным, он связан с развитием собственных инженерных компетенций и дальнейшим расширением производства оборудования, рассчитанного на реальные условия эксплуатации.