Трубопроводные системы можно считать объектами повышенной важности для человека. Экспорт и доставка воды, пара, химических реагентов, углеводородные соединения и других материалов, во всех этих отраслях трубопроводная система являются главным средствам транспортировки веществ. Отказ в работоспособности таких важных систем как трубопроводная могут приводить сторону экспортера к значительным материальным издержкам, а порывы в системах, где объектом транспортировки являются химические соединения, могут наносить огромный вред окружающей среде. Таким образом определение проблемных мест в трубопроводном транспорте на ранних стадиях позволит избежать материальных, временных, природных и других видов затрат на восстановление путем своевременного принятия мер по устранению этих проблемных мест.
Неразрушающий контроль трубопроводов является одним из основных видов контроля, производимых за объектами, которые подвержены стресс-коррозийному растрескиванию под напряжением. Данный вид контроля основывается на получении информации в виде электрических, световых, звуковых и других сигналов о качестве проверяемых объектов при взаимодействии их с физическими полями или веществами. Неразрушающий контроль подразделяется на ультразвуковое, магнитное, акустическое, капиллярное, оптическое, радиационное, токовихревое сканирование и другое в зависимости от способа получения информации о объекте.
Сервис по определению дефектов на участках трубопровода — это веб-сервис, который предназначен для помощи специалистам ультразвукового неразрушающего контроля.
Основная проблема ультразвукового неразрушающего контроля (УЗК) в том, что во многом качество проведённого контроля зависит от квалификации и опыта дефектоскописта. Весь процесс нахождения дефектов на исследуемом объекте производится вручную. Оператор ультразвукового контроля должен вести ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь (УЗ ПЭП) вдоль предполагаемого дефекта и анализировать полученные данные, которые выводятся на электронный блок дефектоскопа в виде графиков. Далее вся информация, полученная от УЗК, фиксируется в специальном журнале контроля.
Решение, на которое будет направлен данный проект состоит в том, чтобы заменить метод ручного анализа исследованного объекта на автоматизированный. Автоматизированный метод выявления дефектов на объекте значительно увеличит скорость исследования. Благодаря такой оптимизации рабочего процесса можно исследовать не только тот участок объекта, который возможно имеет дефект, но и весь объект целиком для того, чтобы удостовериться в отсутствии дефектов и выявлении на ранних стадиях участков, которые требуют внимание специалистов.
Вопрос необходимости разработки сервиса по определению дефектов на участках трубопровода был поставлен специалистами из газотранспортной отрасли в ходе проведения всероссийского конкурса «Цифровой прорыв». Основная идея данного проекта получила одобрение специалистов в финале конкурса. Научно-исследовательский проект выполняется при поддержке фонда содействию инновациям и получил финансирование в виде гранта по программе «УМНИК — Цифровой прорыв 2.0”.
Цель проекта создать максимально удобный инструмент для автоматического определения дефектов на различных участках трубопроводной сети, применяя современные методы машинного обучения в программных комплексах предназначенных для автоматизации рабочих процессов.
Для достижения поставленной цели были определены задачи, которые предстоит решить:
1) Собрать размеченный набор данных для обучения нейронной сети.
2) Спроектировать нейронную сеть и обучить её на собранных данных.
3) Разработать веб-оболочку для быстрого и удобного обращения к обученной модели нейронной сети.
Особенностью программного комплекса станет адаптация алгоритмов распознавания нейронной сетью результатов ультразвуковой дефектоскопии к задачам нахождения проблемных мест в трубопроводах малого диаметра. Так как нейронные сети в своей сущности оперируют некими ранее обученными потернами, данная особенность позволит распознавать проблемные места с большей точностью учитывая особенности труб малого диаметра.
Еще одной отличительной чертой данного сервиса станет её реализация под web-платформу. Web-реализация позволяет распределить вычислительную нагрузку между клиентами и сервером. Все вычисления будут производиться на удаленном сервере, что значительно уменьшает нагрузку на вычислительные мощности конечных клиентов. Также web-реализация дает возможность легко обновлять систему. Способность легко обновлять систему, где участвует нейронная сеть очень важно так как, нейронные сети имеют возможность обучаться и совершенствоваться с течением времени.
Разрабатываемый сервис — это комплекс программ, состоящий из клиента и сервера. Серверное приложение будет запускать на удаленном компьютере для принятия и обработки данных, приходящих от клиента. Клиент представляет собой веб-программу, запускаемую в браузере, которая предоставляет удобный интерфейс для загрузки данных, собранных от дефектоскопа, и выдает некоторый результат по определению дефектов на объекте. На сервере выполняется все вычисления, связанные с обработкой и анализом данных. На рисунке 1 представлена схема архитектуры разрабатываемого сервиса.
Рис. 1. Схема архитектуры разрабатываемого сервиса
Разрабатываемый сервис позволит удешевить и ускорить процесс выявления дефектов на участках трубопроводах. Потенциальными пользователями сервиса могут стать предприятия, в собственности которых имеются трубопроводы, а именно: водоснабжение, водоотведение, газовая промышленность и т. д. Также одними из главных пользователей разрабатываемого сервиса могут стать лаборатории неразрушающего контроля, которые предоставляют услуги ультразвуковой дефектоскопии.
