2.8 Основные положения системного подхода

к проектированию нефтегазопромыхсловых машин

Развитие нефтегазопромысловых машин и оборудования во многих случаях приводит к усложнению их конструкции и характера различных видов взаимосвязей в процессе функционирования, что обусловливает необходимость рассмотрения задач проектирования этих машин на современном этапе научно-технической революции с системных позиций.

Системный подход - важное направление методологии научного познания, в основе которого лежит рассмотрение технических объектов как целостных систем, состоящих из взаимосвязанных элементов, взаимодействующих между собой и с окружающей средой, т. е. на основе принципа системности. Кредо системного проектирования состоит в том, что техническую задачу для части целого решают с учетом целого.

Основное целевое назначение системного подхода к проектированию - это существенное повышение технико-экономического уровня и качества машин путем оптимизации рассматриваемого объекта в целом с учетом всех видов его взаимосвязей с другими совместно функционирующими машинами, горным массивом, буровым раствором, полезным ископаемым и оператором.

Системный подход использует ряд категорий и понятий высокого уровня общности.

Системой называется характеризующаяся существенными связями совокупность элементов, которая обладает интегративными качествами, т. е. качествами, присущими только системе в целом, но не свойственными ни одному из ее элементов в отдельности.

Система считается сложной, если она состоит из большого числа взаимодействующих между собой элементов и выполняет сложные функции.

Любая система допускает разделение ее на конечное число подсистем в зависимости от вида решаемых задач и внутренней сложности системы в целом. Следует отметить, что целесообразнее, как правило, выделение в подсистему не произвольной совокупности взаимосвязанных элементов рассматриваемой системы, а более или менее самостоятельно функционирующей части системы.

Элементом называется объект, который при конкретном рассмотрении системы или подсистемы нецелесообразно далее расчленять на части.

Изучаемая система в зависимости от вида решаемых задач может рассматриваться как подсистема или как один из элементов более сложной системы, а подсистема (или элемент) в случае необходимости может рассматриваться как система.

Структура системы характеризует ее строение и совокупность связей. Связи обеспечивают целостность и сохранение основных свойств системы.

Под окружающей (или внешней) средой применительно к рассматриваемой системе понимают совокупность не входящих в состав системы объектов, взаимодействие с которыми должно учитываться при изучении данной системы.

Границы системы определяются совокупностью входов от окружающей среды.

Рассмотрим особенности системного подхода на примере бурового оборудования.

Системный подход при проектировании бурового комплекса как подсистемы, входящей в состав сложной системы энергомеханического оборудования промысла, обеспечивает учет всех внешних взаимосвязей с другими подсистемами (транспорта, энергоснабжения и др.), имеющих место в процессе функционирования рассматриваемого предприятия. При этом создание высокопроизводительных средств механизации буровых работ должно быть тесно увязано с разработкой новых или совершенствованием прогрессивных технологических схем ведения этих работ.

В свою очередь, буровой комплекс представляет собой единую систему взаимодействующих функциональных машин и механизмов, объединенных совокупностью внутренних взаимосвязей. Подсистемы этого комплекса –буровая вышка и платформа, лебедка, буровые насосы, ротор, силовая установка- при проектировании должны быть строго увязаны по технологическим, техническим и конструктивным параметрам.

Лебедка при проектировании может рассматриваться также как система, выполняющая рабочий процесс спуско-подъемных операций и предусматривающая в большинстве случаев следующие основные подсистемы: корпусной группы (корпусные узлы машины с опорами на базовый элемент); привода барабана (приводные двигатели, муфты, редукторы);тормозного механизма; авторегулятора нагрузки на долото и др.).

В иерархической структуре лебедки указанные выше основные подсистемы, работа которых обеспечивает выполнение главных функций лебедки в целом, относят к подсистемам 1-го уровня. При этом кратковременный отказ любой из подсистем 1-го уровня приводит к прекращению или нарушению нормального функционирования полной системы. К подсистемам 2-го уровня можно отнести вспомогательные системы, которые обеспечивают нормальные условия функционирования подсистем 1-го уровня и обслуживающего персонала. В числе их подсистемы смазки, охлаждения электродвигателей , гидропривод (пневмопривод) и др.

Ряд задач проектирования, связанных со свойствами отдельных подсистем, может быть решен при рассмотрении только этих подсистем, что во многих случаях существенно упрощает расчетно-конструкторскую работу. В данном случае каждая основная подсистема рассматривается как система. Элементами указанных подсистем служат отдельные сборочные единицы и детали - механические (валы, подшипники, зубчатые колеса и т. д.), гидравлические (насосы, гидромоторы, клапаны, трубопроводы и пр.), электрические (электродвигатели, реле, контакторы и др.).

Внешней средой для буровой установки являются: горный массив, сеть электроснабжения, человек-оператор.

Все взаимодействия в данной системе связаны с преобразованием и реализацией энергии, потребляемой двигателями из сети электроснабжения, и характеризуются определенными отношениями между входами от внешней среды и выходами, отражающими результат функционирования или состояние системы (производительность, процессы в силовых системах, характеризующие нагруженность их элементов и т. п.).

Определение и увязка основных параметров буровых комплексов должны основываться на учете как внешних связей системы с окружающей средой, так и внутренних связей между подсистемами и элементами внутри каждой подсистемы. Выбор способа воздействия на горный массив, принципиальной схемы бурового инструмента и режимных параметров должен, прежде всего, определяться характеристиками этого массива как объекта разрушения. Формирование системы управления должно базироваться на рекомендациях эргономистов, обеспечивающих максимальное приспособление машины как объекта управления к человеку-оператору.

Таким образом, взаимообусловленность и взаимодействие составных частей сложной системы «машина - окружающая среда» определяют при проектировании нефтегазопромысловых машин и бурового оборудования (или их узлов) требование учета взаимосвязей создаваемых объектов с другими машинами (узлами), горным массивом, буровым раствором, полезным ископаемым и человеком.