отзыв Липатова

1
Отзыв
официального оппонента на диссертационную работу
Романа Анатольевича Кобзева «Методы оптимального проектирования
козловых кранов высокого класса ответственности», представленную на
соискание ученой степени доктора технических наук по специальности
05.05.04 – Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины».
Представленная на отзыв диссертационная работа состоит из двух томов.
В первый том включено введение, 5 глав, заключение и список использованной
литературы из 391 наименования, всего – 384 стр. машинописного теста. Во
втором томе - 7 приложений, всего 129 стр. машинописного теста.
Козловые краны, являющиеся одной из разновидностей кранов мостового
типа, входят в состав одного из основных средств механизации подъемнотранспортных, строительно-монтажных, погрузочно-разгрузочных и складских
работ. Обычно грузоподъемность серийных козловых кранов редко превышает
50т, но для ответственных монтажных работ она может составлять сотни тон и
даже до 1000т.
Сегодняшний уровень состояния методик расчетов и проектирования
серийных козловых кранов достаточно хорошо отработан. Например, для этих
целей используют известное СТО 24.09-5821-01-93 «Краны грузоподъемные
промышленного назначения. Нормы и методы расчета элементов стальных
конструкций». Однако, что касается козловых кранов большой
грузоподъемности, больших пролетов и высот подъема, здесь еще много
нерешенных вопросов.
Это и отсутствие статистики по показателям
надежности элементов и механизмов таких кранов, и отсутствие критериев
обеспечения общей устойчивости, а также методик грузовых испытаний,
позволяющих подтвердить или опровергнуть запасы, принятые в расчетах и
проектировании.
Отчасти отмеченные проблемы можно объяснить тем, что козловые
краны большой грузоподъемности, больших высот подъема и значительных
пролетов проектируются и изготавливаются достаточно редко и обычно всегда
под уникальные технические требования заказчика.
В этой связи, тему диссертационной работы Р.А. Кобзева, связанную с
поиском решения задач оптимального проектирования таких козловых кранов
нельзя не признать актуальной.
Целью данной диссертационной работы, сформулированной автором,
является «снижение эксплуатационных затрат и себестоимости изготовления
козловых кранов высокого класса ответственности (далее, сокращенно – ВКО)
при одновременном обеспечении необходимого уровня безопасности
эксплуатации, за счет применения предложенных методов оптимального
проектирования механизмов, несущей металлоконструкции и определения
коэффициентов запаса прочности элементов указанных кранов».
2
Для достижения поставленной цели Р.А. Кобзев предлагает решить
следующие задачи:
1.
Определить критерии идентификации козловых кранов ВКО.
2. Выбрать (очевидно, некий общий!) критерий количественной оценки
безопасности эксплуатации козловых кранов ВКО.
3. Разработать метод определения коэффициентов запаса прочности элементов
механизмов и металлоконструкции козловых кранов ВКО, в зависимости от
степени ответственности крана и элемента.
4. Выбрать (или дополнительно разработать) методы и критерии оптимизации
для решения задач оптимального проектирования козловых кранов ВКО, и т.д
В качестве основной идеи работы, выдвигаемой автором,
рассматривается
разработка метода определения коэффициентов запаса
прочности элементов козловых кранов ВКО с учетом степени ответственности
крана и элемента,
а также методов оптимального проектирования их
механизмов, позволяющих получать конструкции, обладающие меньшей
себестоимостью, эксплуатационными затратами, при одновременном
обеспечении необходимого уровня безопасности эксплуатации.
В диссертации Р.А. Кобзева использованы известные методы
исследования, в том числе, метод многокритериальной оптимизации,
основанный на применении принципа Парето, логико-графический метод
количественного анализа риска опасных событий с помощью построения и
анализа дерева отказов, метод динамического программирования, метод ЛПпоиска и модифицированный метод Хука-Дживса. Применение указанных
методов позволило автору наиболее адекватно подойти к решению задач,
поставленных в качестве цели поставленной в диссертационной работе.
Обоснованность и достоверность полученных Р.А. Кобзевым
результатов основывается на корректности физических предпосылок,
принимаемых при разработке расчетных схем и математических моделей;
применении
апробированных законов математики, механики, теории
механизмов и машин, методов математического моделирования и методов
оптимального проектирования; а также - подтверждении выдвинутых научных
положений полученными данными компьютерного моделирования.
В качестве основных научных положений, которые выносятся на
защиту, можно отметить следующие:
1. Использование в качестве критериев риска при идентификации кранов
ВКО числа людей, здоровью которых может быть нанесен урон при
возникновении опасных событий, вызванных отказом крана, а также общей
величины потенциального экономического и экологического ущерба в
денежном выражении.
2. Учет величины потенциального ущерба от опасных событий, к
которым способен приводить отказ крана, и назначенное на его основе значение
«приемлемого риска».
3. Применение для решения задачи оптимального проектирования
механизмов и металлоконструкции козловых кранов ВКО методов
3
многокритериальной оптимизации, основанных на использовании принципа
Эджворта-Парето.
4. Включение в состав векторного критерия оценки качества решения
задач многокритериального оптимального проектирования козловых кранов
ВКО массы, себестоимости, КПД и других известных затрат, связанных
непосредственно
с
трудоемкостью
изготовления
грузоподъемного
оборудования данного типа.
5. Применение методов динамического программирования для анализа
значительного количества возможных вариантов комплектующих изделий и
поиска парето-оптимальных решений.
6. Рассмотрение не только известных ранее структурных схем, но и
новых вариантов, на основе синтеза пространственных структурных схем
металлоконструкций козловых кранов ВКО.
Новизна результатов, полученных автором диссертационной работы,
заключается в следующем:
- предложены критерии идентификации козловых кранов ВКО, с
дифференциаций их по степени ответственности;
- дополнены известные методы расчета козловых кранов ВКО учетом
возможного потенциального ущерба, к которому способны приводить опасные
события, связанные с отказом крана;
- получены векторные критерии оценки качества оптимального
проектирования механизмов и металлоконструкции козловых кранов ВКО;
- выполнена практическая реализация метода динамического
программирования для формирования множеств парето-оптимальных решений
применительно к механизмам козловых кранов ВКО;
- предложен метод синтеза пространственных структурных схем металлоконструкций козловых кранов ВКО, позволяющий находить оптимальное
решение как из числа ранее известных, так и вновь создаваемых структурных
схем.
Практическая значимость и реализация диссертационной работы.
Разработанные методы и результаты исследований позволили снизить
металлоемкость, стоимость проектирования и изготовления, козловых кранов
ВКО при одновременном обеспечении необходимого уровня безопасности их
последующей эксплуатации.
Получены Акты внедрения от таких известных в стране предприятий, как
ОАО НПО «ВНИПТМАШ», г. Москва, ОАО «Тяжмаш», г. Сызрань, ООО
«Симбирский крановый завод», г. Ульяновск.
Результаты диссертационного исследования вошли в программы
учебного процесса Саратовского государственного технического университета
имени Гагарина Ю.А. и Вольского военного института материального
обеспечения.
Апробация работы. Основные положения диссертации Р.А. Кобзевым
докладывались и обсуждались в течение 2000 – 2014 г.г. на различных
4
семинарах и научных конференциях в городах Саратове, Санкт – Петербурге,
Астрахани, Екатеринбурге, Новочеркасске и Балакове.
По теме диссертации автором опубликовано 42 печатных работы, в том
числе 2 монографии и 1 патент на изобретение, а также 2 рукописные работы.
Из указанного числа работ 17 работ опубликованы в изданиях, входящих в
перечень ВАК Министерства образования и науки РФ.
В целом, диссертация и автореферат Р.А. Кобзева написаны хорошим
техническим языком, полученные результаты завершенных научных
исследований представляют несомненный интерес для специалистов, однако по
тексту указанных документов можно отметить следующие замечания:
1. На с.18 диссертации автор указывает, что «если рассмотреть событие,
имеющее вероятность появления 10-3 1/год, то есть частота появления
подобного события один раз в течение тысячи лет, то применительно к одному
объекту это можно считать маловероятным событием. Однако, если имеется
десять идентичных объектов, то вероятность появления того же события на
одном из объектов уже составит 10-2 1/год (одно появление течении ста лет), то
есть данное событие оказывается уже относительно вероятным». Наверное, это
не совсем верно, ибо делая такой вывод, надо предположить, что надежность
«системы» всегда пропорциональна количеству входящих в нее объектов, а это
бывает далеко не всегда.
2. На с.19-21 диссертации автор формулирует понятие «риска», которое
далее рассматривает в последующих разделах работы, однако останавливаясь
далее на трех составляющих ущерба при рассмотрении «риска», он ничего не
говорит о понятии «отказа», положенного в основу анализа «источника аварии
грузоподъемного крана». Дело в том, что ряд меньших по значимости «частых»
аварий, могут даже превзойти ущерб от одной более значимой. Автором на с.47
приведено лишь общее определение «отказа» системы, которое не всегда
применимо к крану. Например, падение транспортируемого груза может
произойти не только из-за неполадок элементов механизма подъема крана, но и
по причине потери прочности элементов строповки, к которым закреплен
грузоподъемный орган крана.
3. На основании данных (с.59 диссертации), автор делает вывод, что
«приемлемый риск» появления опасного события для кранов ВКО должен
находиться в пределах от 5 × 10-4 до 10-6 1/год, в том случае, если оно не несет
катастрофических последствий». Однако, в данном случае, судя по размерности
речь идет не о «риске», а вероятности отказа, являющейся составляющей
подсчета риска без учета тяжести его последствий (например, гибели людей,
экономического ущерба и т.д.)
4. В главе 2 диссертации для анализа параметров риска использованы
различные законы и функции распределения вероятностей, при этом одна часть
из них – во временной области, то есть в зависимости от наработки крана, а
другая – в зависимости от функции напряжений в конструкции, то есть с учетом
возможных ее «перегрузок». При этом не совсем понятно, о каких
«перегрузках» идет речь и, например, являются ли они нарушением
5