Дроны для неразрушающего контроля

В последние годы роботы очень активно применяются в различных отраслях народного хозяйства, таких как сельское хозяйство, картография, геодезия, страхование, добывающая промышленность, телекоммуникации, энергетика, нефтегазовая промышленность, охрана и безопасность, поисковые работы, доставка грузов, задачи военного назначения, развлечения, профессиональная и любительская фото и видео съемка, инспектирование технического состояния инженерных объектов, коммуникаций. В данной статье внимание будет заострено как раз на последнем направлении.

Контроль технического состояния инженерных объектов является крайне важным направлением. Для безопасной и непрерывной эксплуатации таких объектов необходимо знать, в каким состоянии они находятся и на сколько их состояние приближено к опасному уровню эксплуатационной выработки. При чем эти данные необходимо регулярно актуализировать, так как остаточная надежность того или иного объекта снижается с каждым днем его штатной эксплуатации. Возможны, а в контекста общей статистики, неизбежны и внештатные ситуации (режимы эксплуатации), которые ведут к снижению остаточной эксплуатационной надежности, гораздо более резкому, чем при режиме штатной эксплуатации. Все эти факторы, в совокупности с возможностями их реализации, следует учитывать в процессе прогнозирования остаточного ресурса объекта, планированию планово-предупредительных и внеплановых ремонтных и восстановительных работ, во-избежание негативных последствий выхода объекта из строя.

Такие задачи возлагаются на специально создаваемые и в установленном порядке лицензированные или сертифицированные на соответствия требованиям специализированных стандартов испытательные лаборатории (ISO-17025) либо органы инспектирования (ISO-17020).

В последние годы, в отрасли контроля технического состояния инженерных сооружений, технологии дистанционно управляемых роботизированных систем применяются все чаще и спектр задач, выполняемых ими постоянно растет, что уже заметно сказывается на скорости, качестве и стоимости их выполнения. В Украине создан и непрерывно растет рынок услуг применения дистанционно управляемых роботизированных систем (далее — ДУРС), растет количество его операторов, Таких как DroneUA и их партнеров

Участники рынка.

Рынок услуг неразрушающего контроля и технической диагностики в Украине довольно молод (ведь сами рыночные отношения в Украине – явление достаточно недавнее), однако в нем на сегодняшний день присутствует определенная конкуренция, а некоторые его представители не стесняясь могут похвастаться своими разработками (это и разработки оборудования для осуществления неразрушающего контроля и технической диагностики, и технологии применения этого оборудования, и подготовка квалифицированных кадров в данной отрасли).

Наименование организации и место её основной локации. Проведение работ по контролю качества («+» — организация выполняет подобные работы; «-» — организация не выполняет подобные работы) Разработка и производство оборудования для работ по контролю качества (+/-) Обучение персонала для работ по контролю качества (+/-)
Украинское общество неразрушающего контроля и технической діагностики, г. Киев + +
ПромТехДиагностика, г. Кривой Рог +
ОТН ДИЭКС, г. Днепр + +
ДП-ТЕСТ, г. Киев +
ООО НПФ «УЛЬТРАКОН», г. Киев + + +
НПФ «Диагностические приборы», г. Киев + + +

Развивая тему оборудования и его применения, перейдем к вопросу рынка услуг беспилотных систем. Данное направление гораздо моложе упомянутого выше, однако услугами данного рынка уже сегодня пользуются многие отрасли, такие как: сельское хозяйство; оперативная картография; геодезия; добывающая промышленность; рынок страховых услуг; телекоммуникации; энергетика; нефтегазовая промышленность; химическая промышленность; чрезвычайные ситуации; поисково-спасательные мероприятия; охранная деятельность, строительство и эксплуатация строительных объектов, классическая аудио и видео съемка.

На сегодняшний день тут сложился определенный круг участников, из которых можно выделить некоторые лидирующие организации. Среди участников рынка услуг беспилотных систем образовались определенные правила и стандарты. Использование Беспилотных Летательных аппаратов с некоторых пор стало административно регулируемым процессом со стороны государственных органов (Государственная авиационная администрация, ГП «Украерорух»).

Возвращаясь к непосредственной теме данной стати – контролю технического состояния объектов с помощью ДУС, следует сказать что на сегодняшний день активно работает в данном направлении только DroneUA.

Принцип работ

Контроль качества и технического состояния объектов проводится с применением традиционных физических методов, процессы применения которых время от времени усовершенствуются. Применение же ДУС ставит данную отрасль на качественно новый уровень. Пока что речь идет о визуально-измерительном и тепловом методах контроля, частично о магнитопорошковом. Однако время и технологии не стоят на месте и совсем не исключено что скоро иные методы контроля так же будут усовершенствованы при помощи использования роботов. Хотя и сейчас отчетливо виден посыл к тому, что традиционные методы самое время совмещать с новейшими технологиями (если контроль осуществляется в режиме мониторига, то в процессе оценки дефектов участвует фактор динамики их развития).

Основной принцип работы – выявление дефектов конструкций с последующей их оценкой с точки зрения геометрических размеров, пространственной ориентации, степени ответственности элементов конструкций на которых они расположены, условий эксплуатации конструкции, на которой они расположены (если контроль осуществляется в режиме мониторинга, то в процессе оценки дефектов участвует фактор динамики их развития). Оцененные по вышеуказанным критериям дефекты сравниваются с требованиями норм соответствующей нормативной документации, на основании чего принимается решение о пригодности/ограниченной пригодности/непригодности объекта контроля.

Для дефектоскопии робототехника, это возможность вывести на новый уровень проведения работ. Для робототехники дефектоскопия, это новое поле деятельности, новое направление для применения достижений робототехники как науки и их усовершенствовании. Определенно, что необходимость совмещения научно-технических баз обеих дисциплин для обеспечения качества и технического состояния конструкций и сооружений просто очевидна. С этой целью ведущие организации обоих научных дисциплинах уже проводят совместную работу в этом направлении. Специалистами ранее упомянутых DroneUA и Украинского общества неразрушающего контроля и технической диагностики разработан ряд процедур (методик) по проведению визуально-измерительного и тепловизионного контроля для типичных строений различного хозяйственного назначения (мостов, линий электропередач, ветроэнергетических установок, трубопроводов, бетонных и железобетонных сооружений) с учетом специфики проведения работ при помощи ДУС. На сегодняшний день процедуры отработаны на объектах городской инфраструктуры и продолжают усовершенствоваться

 

Обследование элементов теплопровода теплоэлектроцентрали №Х, г. Киев

USECASE

Ход обследования:

Место проведения обследования: г. Киев, ул. Крайняя, GPS (приблизительно): широта – 50; 30; 14,XXX05981429595 , долгота – 30; 37; 27,XXX342599993569

Период проведения обследования: с 03/03/2019 по 09/03/2019

Обследование проводилось на предмет: наличия коррозионных поражений, дефектов типа «несплошность» на поверхностях и сварных соединениях ОК, отклонения пространственно-геометрических параметров элементов конструкций ОК с целью их выявления и определения их допустимости в соответствии с требованиями нормативной документации.

В условиях: Температура: +2 С°, Относительная влажность: 39%, Скорость ветра: 4 – 5 м/с, Освещенность: 1000 – 1500 lux (в тени), 3000 – 5000 lux (под прямыми солнечными лучами), без осадков, в черте города.

Метод  НК: VT, непрямой.

Приборы для осуществления обследования: Камера 12 МР, оптический зум: 24 – 48; Квадрокоптер DJI Mavic 2 Enterprise, для измерения размеров дефектов по их фотографическому изображению применялся он-лайн видео редактор www.photopea.com. Измерения проводились путем сравнения размеров измеряемого изображения дефекта с размером изображения элемента конструкции, размер которого известен или измерялся.  Погрешность измерения: 3 мм.

Краткое описание объекта контроля: Две трубы продолжительностью по 60 метров расположенные параллельно одна по отношению к другой, проходит с Северо-запада на Юго-восток (с Юго-востока на Северо-запад). Трубы выходят из земли и пересекают по воздуху улицу Крайнюю на высоте около семи метров. Трубы опираются на две железобетонные опорные конструкции, каждая из которых расположена на расстоянии десяти метров от ближайшего места выхода из земли и на расстоянии 60 м друг от друга. Для удобства обозначения обследуемая часть трубопровода делится на три пролета, с Северо-запада на Юго-восток: 1-й – от места выхода из земли до северо-западной опорной конструкции, 2-й – между опорными конструкциями, 3-й – от юго-восточной опорной конструкции до места ухода труб в землю (указано на Общей схеме).

Сбор и фиксация данных осуществлялась с воздуха, беспилотным летательным аппаратом марки DJI, модель Mavic 2 Enterprise zoom, с соответствующей штатной видеокамерой, разрешением 12 Mpix, по всей поверхности узлов объекта контроля, указанных в техническом задании, под разными углами обзора.

Техническое задание:

1) Подробно осмотреть опорные конструкции отрезка трубопровода с последующим описанием обнаруженных дефектов, определением их соответствия/несоответствия требованиям применяемой нормативной документации.

2) Осмотреть пролеты труб участка трубопровода с последующим общим, поверхностным описанием состояния труб (защитных кожухов труб) и указанием типичных повреждений, отклонений, дефектов труб.

Нормативная документация:

— ДСТУ-Н Б В.1.2-18:2016 «НАСТАНОВА ЩОДО ОБСТЕЖЕННЯ БУДІВЕЛЬ І СПОРУД ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ І ОЦІНКИ ЇХ ТЕХНІЧНОГО СТАНУ»,

— ДБН В.1.2-14-2009 «Система забезпечення надійності та безпеки будівельних об’єктів. ЗАГАЛЬНІ ПРИНЦИПИ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ НАДІЙНОСТІ ТА КОНСТРУКТИВНОЇ БЕЗПЕКИ БУДІВЕЛЬ, СПОРУД, БУДІВЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦІЙ ТА ОСНОВ»,

— Порядок обстеження та оцінки технічного стану  бетонних та залізобетонних гідротехнічних споруд  водогосподарського призначення, затверджений до використання на ТОВ «Діджи Флай» (розроблений у відповідності до ДСТУ-Н Б В.1.2-18:2016 та ДБН В.1.2-14-2009),

— ДСТУ Б В.2.6-2_2009. «Конструкції будинків і споруд. Вироби бетонні і залізобетонні. Загальні технічні умови»,

— ДБН 8.2.6-98:2009. «Бетонні та залізобетонні конструкції»,

— ПОСТАНОВА КМУ Про затвердження Порядку проведення обстеження прийнятих в експлуатацію об’єктів будівництва від 12 квітня 2017 р. № 257,

— Закон України «Про регулювання містобудівної діяльності».

Результаты:

В ходе обследования объекта контроля выявлено ряд дефектов, различных размеров, направлений и степени влияния на эксплуатационную пригодность конструкции. Большинство дефектов критического влияния на работоспособность объекта контроля не оказывают. Однако некоторые опорные конструкции участка трубопровода имеют такие дефекты, которые совершенно определенно требуют устранения и позволяют оценить техническое состояние данных конструкций и объекта в целом как «3 – неприродный к нормальной експлуатации» (показано на рисунках). Дефекты идентифицированы согласно, пункту 5.2.3 и  Дополнению В.2.1 ДСТУ Б ДСТУ-Н Б В.1.2-18:2016. Кроме того, данные конструкции имеют нарушение ЛКП на большинтсве поверхностей элементов конструкций.

Исполнители:

Проведение работ по сбору данных о техническом состоянии объекта контроля — компания «Drone.ua» (ООО «Диджи Флай»)

Оператор-дефектоскопист — Троицкий А.Г., специалист VT, II уровень

— Оператор беспилотного летательного аппарата (приспособления доставки средств наблюдения и фиксации) — Троицкий А.Г.

— Руководитель по качеству — Троицкий А.Г.

— Руководитель организации-исполнителя – Аметов Ф.Ф.

Оценка технического состояния и заключение о пригодности — Отдел неразрушающих методов контроля сварных соединений Института электросварки им. Е.О.Патона Национальной Академии наук Украины

— Заведующий Отделом, д.т.н., профессор Троицкий В.А.

— Специалист VT, III уровень – Горбик В.М.

— Специалист VT, II уровень — Троицкий А.Г.

Комментарии и примечания:

Исходя из результатов тестовых полетов, можно однозначно утверждать, что проведение контроля технического состояния конструкций и строений может проводиться с помощью ДУРС, а данные, получаемые таким способом достоверны и пригодны для определения степени эксплуатационной пригодности объекта контроля. Следует отметить, что использование ДУРС не всегда способно обеспечить получение данных для вынесения заключения о пригодности в полной мере. Часто ситуация может складываться так что по изображениям полученным с помощью ДУРС невозможно однозначно определить полную характеристику выявленного дефекта, а значит и определить соответствие/несоответствие данного дефекта требованиям нормативной документации. Однако, не смотря на это, с помощью ДУРС возможно дать ориентировочные целеуказания на конкретные места объекта контроля, которые, при возникновении спорных вопросов, должны будут подвергнуться инструментальном у контролю. Если даже с помощью ДУРС не удастся идентифицировать дефект однозначно, то целеуказание, которое способен дать беспилотник, значительно сократит время проведения контроля, а значит и его стоимость. Вместе с этим, полученные изображения могут сохраняться и приобщаться к отчетным материалам. Ими можно будет воспользоваться в любое время, если в этом возникнет необходимость.

Вывод:

Итак, рынки услуг обеспечения качества и услуг применения ДУС в Украине существуют и имеют развитие (в особенности, рынок услуг применения ДУС). Совмещение технологических достижений обоих направлений имеет смысл, так как это позволит ускорить и удешевить процесс обеспечения удовлетворительного технического состояния контролируемых объектов,  а так же даст толчок дальнейшему техническому развитию ДУС для большего удовлетворения поставленных задач.

При этом,  методы контроля технического состояния объектов с помощью ДУС не должны уступать в чувствительности и достоверности результатов традиционным методам. В большинстве случаев это условие реально выполняется. Если же нет, то ДУС выполняют задачу по снижению трудоемкости рабочего процесса, давая конкретные целеуказания на проведение инструментального контроля в конкретно определенных местах на конструкциях.

Организации, осуществляющие работы по контролю технического состояния объектов должны иметь в своем распоряжении:

— Персонал, имеющий опыт подобных работ и сертифицированный на их проведение в установленном порядке, способный грамотно применять необходимые для выполнения работ технические средства;

— Сама организация, выступающая исполнителем работ должна иметь необходимые разрешающие документы на право проведения работ (лицензии на определенные виды работ, сертификаты испытательных лабораторий/органов по инспектированию);

—  Технические средства, необходимые для выполнения работ;

—  Нормативную базу, описывающую и регулирующую выполнение работ.

Потенциал рынка данных услуг в Украине можно охарактеризовать как ВЫСОКИЙ, так как направление контроля технического состояния с применением ДУС только зарождается и конкуренция в нем крайне низкая, требования рынка реально выполнимы, а услуги имеют все предпосылки быть востребованными.

Артём Троцкий

Руководитель направления дистанционного инспектирования в DroneUA