Содержание к диссертации
Введение
Глава 1: Анализ факторов, определяющих состояние и функции судовых технических средств 19
1.1 Способы управления техническим состоянием судовых технических средств 19
1.2 Системная структуризация технического обеспечения и оценки ресурса работоспособности судовых технических средств 23
1.3 Методы оценки технического состояния с использованием функциональных и логических моделей объекта 28
1.4 Особенности судовых электрических средств автоматики как объекта оценки технического состояния 35
1.5 Выводы по главе 1 43
Глава 2: Информационные процессы в системе технического обеспечения судов 45
2.1 Особенности принятия решений по техническому обеспечению судовых технических средств 45
2.2 Оценка эффективности стратегий технического обслуживания при неполной информации о надёжности СЭУ 54
2.3 Алгебраические модели выполнения восстановительных процессов при техническом обслуживании судовых технических средств 63
2.4 Математическая модель задачи принятия решений по техническому обеспечению судовых технических средств 77
2.5 Выводы по главе 2 85
Глава 3: Модели оценки безотказности технического состояния судовых технических средств 88
3.1 Оценка вероятности безотказного функционирования судовых технических средств в различных режимах работы судна 88
3.2 Математические модели оценки функционирования СЭУ 95
3.3 Оценка безотказности пропульсивного комплекса с учётом резервирования 103
3.4. Оценка безотказности судовой электроэнергетической системы и пропульсивного комплекса судна на воздушной подушке 111
3.5. Выводы по главе 3 121
Глава 4: Информационное обеспечение оценки изменения работоспособности судовых технических средств с учётом расходования ресурса .123
4.1 Моделирование процессов изменения ресурса в процессе эксплуатации 123
4.2 Имитационное моделирование процессов технического обеспечения судов 127
4.3 Программа технического обслуживания судовых средств 130
4.4 Методика проведения программы технического обслуживания и ремонта 138
4.5 Выводы по главе 4 144
Заключение 145
Литература 147
- Способы управления техническим состоянием судовых технических средств
- Особенности принятия решений по техническому обеспечению судовых технических средств
- Оценка вероятности безотказного функционирования судовых технических средств в различных режимах работы судна
- Моделирование процессов изменения ресурса в процессе эксплуатации
Введение к работе
Состояние проблемы и задачи исследования.
Управление техническим состоянием судовых технических средств в процессе их эксплуатации требует достоверной оценки технического состояния объектов (судна, судовых технических средств и т.п.) которые должны рассматриваться с точки зрения того, насколько параметры и эксплуатационные показатели объекта соответствуют установленным нормативам и нормам, что в свою очередь позволяет сделать вывод о том, насколько и в течение какого времени исследуемый объект будет способен выполнять возложенные на него функции, удовлетворяя заданным требованиям. При этом задача определения технического состояния сводится либо к оценке вероятности безотказного функционирования, остаточного ресурса, надежности объекта.
Техническое состояние- совокупность подверженных изменениям в процессе производства или эксплуатации свойств объекта, характеризуемых в определённый момент времени признаками установленными технической документацией на этот объект.
Техническое диагностирование- процесс определения технического состояния с определённой точностью.
Определяющий параметр- параметр изделия, использующийся при контроле для определения вида технического состояния изделия.
Вспомогательный параметр- параметр изделия или его части, используемый для поиска места отказа.
Одним из основных определяющих параметров является надёжность. Надёжность любого объекта определяется четырьмя составными частями: безотказностью, долговечностью, сохраняемостью и ремонтопригодностью.
Практически каждая из них характеризует свойство объекта сохранять работоспособность при тех или иных условиях. Другими словами, допуская некоторую условность, надёжность- свойство объекта сохранять работоспособность в процессе эксплуатации.
С течением времени при использовании технического средства постепенно происходят изменения его параметров вплоть до предельных, что закономерно приводит к снижению надёжности и росту числа отказов. Граница предельного состояния (состояния при котором дальнейшая эксплуатация объекта невозможна или нецелесообразна по каким-либо соображениям) в нормальных условиях должна устанавливаться на границе работоспособности. В некоторых случаях допускается эксплуатация и в зоне неработоспособного состояния, но с наложением определённых ограничений.
Такая эксплуатация, как правило, связана с аварийными режимами, но следует учитывать, что в процессе использования граница характеризующая уровень технического состояния объекта должна постоянно находится в зоне работоспособности, которая обеспечивается различными видами обслуживания и освидетельствования.
Расчёт надёжности сложных технических систем (СТС) является обязательным этапом их проектирования. Определяется показатель надёжности системы (как правило, вероятностная характеристика) по аналогичным показателям надёжности её элементов. В процессе эксплуатации СТС надёжность рассчитывают на основе статистических данных с учётом режимов и условий использования и восстановления элементов системы.
При этом имеют место особенности, влияющие на эффективность принятия решений по использованию судовых технических средств, в том числе надёжностных расчётов для рациональной организации эксплуатации и ремонта технических систем. Эти особенности связаны с организацией технического обслуживания. Вероятностные характеристики элементов системы, являющиеся исходными данными для расчёта надёжности самой СТС, сами по себе являются не первичными величинами, а результатом с той или иной степенью достоверности усреднения. Поэтому вероятностный расчёт надёжности СТС сопряжён с серьёзными теоретическими и вычислительными сложностями, причём расчёт представляет собой многоступенчатую оценку различных величин, взаимосвязанных между собой.
Система технического обслуживания судов и судовых технических средств характеризуется многослойной топологией- множеством сетевых структур различной природы: сети судостроительных заводов, сети судоремонтных (береговых, плавучих) мастерских, сети материально- технического обеспечения судов, сети технического обслуживания судовых средств в местах базирования со стороны заводов- изготовителей и т.д. Многослойная топология сетевых структур системы технического обслуживания с учётом рынка услуг имеет общие точки коммутации материальных, энергетических и информационных потоков, которыми являются технические отделения и управления судовых акционерных обществ, фирм регионов, объединений и флотов. В этих органах как в узлах происходит не только переключение потоков ремонтных работ с одних предприятий на другие, но должны осуществляться функции их рационального распределения. Таким образом, система технического обеспечения судов с его сетевой структурой и многослойной топологией является той средой, в которой формируется процесс поддержания технической готовности судов с учётом возможных расходов их ресурсов.
В общем случае функционирование системы технического обеспечения, как единого целого с позиций системной методологии и её декомпанизация на подсистемы и элементы зависит от характера решаемых задач [93, 94, 97]. В одних случаях в качестве элементов могут выступать суда, в других случаях объединения судов, в третьих - в качестве элементов или подсистем могут выступать отдельные системы технического обслуживания( материально-техническое снабжение, консервация и др.) Многомерность пространства отношений, даже для построения комплекса моделей и решения системных задач требует упорядочения его за счёт структуризации.
Структура, как способ организации элементов и подсистем в единую систему, позволяет выделить в пространстве отношений наиболее значимые группы и на этой основе существенно сократить многомерность этого пространства. На основе аксиологических и системологических закономерностей и принципов системного анализа, с учётом рыночных отношений на первый план выходят законодательно-правовые и финансово- экономические отношения элементов системы технического обслуживания и обеспечения, как внутри её, так и её отношений в пространстве флотских организаций страны. Очевидно, что законодательно-правовые отношения преследуют цель внесения определённой стабильности и создания некоторых «рамочных» условий протекания процессов функционирования всех элементов системы технического обеспечения.
Основой организационной структуры законодательно-правовых отношений, действующих в рамках системы технического обеспечения, является совокупность законодательных актов, приказов, положений и правил, регламентирующих функционирование судоремонтных подразделений, систем материально-технического обеспечения, систем технического обслуживания, консервации и других подразделений обеспечивающих задачи технического обеспечения судов. Физическим носителем законодательно-правовой организацией структуры системы технического обеспечения всех типов можно считать технические подразделения соединений и объединений судов в рамках которых происходит реализация поддержания всех правовых отношений с помощью разветвлённой сети административно—правовых учреждений (технические отделения, отделы, управления) и других, различного рода организаций, составляющих нормативно-целевую основу рекреационного процесса для судов и их технических средств.
Таким образом, организационная структура законодательно-правовых отношений, интервалы времени стабильности которых достаточно продолжительны, отражает нормативные показатели качества поддержания технической готовности судов при эксплуатации.
Другая группа лидирующих отношений, отражающая финансово-экономические и социально-технические взаимосвязи, имеющие место в системе технического обеспечения, представляет организационную структуру, которая имеет своей целью представить быстроменяющийся спрос и предложение восстановительных работ в условиях рынка со стороны заказчика (руководства соединений и объединении судов и их технических подразделений). Изменчивость финансово-экономических отношений рынка восстановительных работ для судов требует гибкой, адаптивной организационной структуры, не противоречащей принципам самоорганизации судоремонта или технического обслуживания (в том числе консервации, различных видов освидетельствований и др. работ) и отражающей количественные показатели ремонтно-технического процесса (например, ремонтно-технический потенциал).
Как видно имеют место две противоречивые организационные структуры -одна из которых должна обеспечивать стабильность и устойчивость технического обеспечения объектов (судов), другая, входящая в первую и действующая в ней, должна стимулировать изменчивость, как необходимое условие всякого развития.
Проблема состоит в том, чтобы найти рациональное решение в соотношении этих двух организационных структур, которое удовлетворило бы разрешению этого диалектического противоречия между стабильностью с одной стороны и изменчивостью с другой. Трудности решения этой проблемы состоят в том, что найти аналитическое решение не представляется возможным из-за многомерности пространства отношений, которые связывают элементы системы технического обслуживания и обеспечения, а применение и использование вероятностного (стохастического) аппарата весьма проблематично, в силу наличия существенного организующего начала, которое вносится большим количеством людей участвующих в системе технического обеспечения судов на всех иерархических уровнях управления и действующими регистрами, инструкциями и наставлениями.
Следует также отметить, что никакие натурные эксперименты в масштабе такой объемной и сложной системы невозможны и опасны. Остается единственно возможный путь поиска решений - модельно-предсказательный метод исследования подобного рода больших организационно - технических систем [93, 97]. Кроме этого необходимо иметь в виду, что создание полной модели для сложной системы вообще невозможно, так как в силу теоремы Тьюринга, такая модель будет столь же сложной, как и сама система. Выходом является представление сложной системы конечным множеством узкоориентированных упрощенных моделей, каждая из которых отражает определённую грань её сущности.
Модельное представление системы технического обслуживания судов с помощью ограниченного комплекса проблемно и предметно-ориентированных моделей для решения системных задач является вполне реальным путём, имеющим прецеденты в практике моделирования сложных систем, но трудности его осуществления также весьма существенны. Эти трудности связаны с выбором и использованием аппарата построения ориентированных моделей с учетом характера решаемых системных задач. Для одной группы задач может быть использован аппарат тензорного анализ сетей Г. Крона, для другой группы задач могут быть использованы методы имитационного моделирования или логико-вероятностные методы, для задач системной структуризации наиболее приемлимым является аппарат структурных матриц, предложенный Л.Г. Шатихиным и аппарат структурного синтеза Дж. Клира [44,93,97].
Системная методология располагает двумя основными методами поиска организационных структур. Первый метод сводится к анализу существующих структур и на их основе порождению новых с учетом новых требований, базирующихся на определённом опыте использования старых структур.
Второй метод основан на выдвижении гипотез новых структур, которые постулируются, а затем их правильность подтверждается непротиворечивостью определённому ряду критериев. Если эти гипотезы не подтверждаются проверкой, основанной на определённой совокупности критериев правильности (критерии согласия и совпадения), то они отвергаются и постулируются новые гипотезы. Второй метод более радикален и использует достоинства естественного интеллекта к выдвижению гипотез, что составляет прерогативу искусства, однако требует больших затрат.
Первый метод основан на использовании опыта административной системы, т.е. не рыночной системы, что может привести к необходимости достаточно «жестких» организационных структур. Их объективность или целесообразность может быть обоснована путем проверки непротиворечивости выдвинутых концептуальных моделей системы технического обслуживания судов и обеспечения их соответствия таким концептуальным законам, как закон необходимой иерархии, закон необходимого многообразия, принцип внешнего дополнения С. Вира, принцип целенаправленности и ряда других законов.
Кроме информационного обеспечения системы управления техническим состоянием СТС определяющим фактором является процедура (алгоритм) принятия решений, которые чаще всего основаны на использовании математических моделей различных уровней технического обслуживания (обеспечения).
Учитывая сложность получения объективной модели из-за необходимости:
- учёта большого числа факторов, в том влияющих на вышестоящие уровни;
- наличия большого количества конкурирующих критериев и систем приоритетов;
- необходимости сопряжения и согласовывания информационных потоков в теории управления сложными объектами (ремонтными фирмами) получило развитие "общесистемное" направление повышения эффективности регламентных работ на судах, которое основано на использовании теоретико-предсказательных подходов и организации планирования, развития и управления процессами технического сопровождения и соответствующих информационных систем.
Это направление в общей теории систем формировалось в фундаментальных работах Богданова А.А., Поспелова Г.С., Бусленко Н.П., Дж. Клира, Варшапетяна А.Г., Советова Б.Я., Яковлева С.А., Попова С.А., Шатихина Л.Г.[9, 19,32,81,97].
Исследования в области управления организационно-техническими системами для судовых комплексов весьма широко рассмотрены в работах Рябинина Н.А., Гаскарова Д.В., Смолкина A.M., Халилулина Ю.М. [14, 75, 93, 97] и других.
Современный уровень состояния технического обеспечения судов на фирмах, объединениях и технических центрах характеризуется принципиально новыми требованиями к обеспечению эффективности технологических процессов обслуживания судовых технических средств в условиях рыночных отношений и возрастающих объёмах информации, учитывающих все особенности восстановительных услуг.
В таких условиях традиционные, т.е. естественно-научные методы, основанные на экспериментально-измерительном подходе к принятию решений, не соответствуют уровню предсказания процессов, происходящих в рассматриваемых областях, что требует разработки качественно новых подходов к решению базовых (типовых) проблемных задач управления, модернизации и развития технологических услуг по обслуживанию судовых технических средств.
Большинство типовых практических задач из области управления техническим состоянием судовых комплексов и обеспечением необходимых технологических операций технического обслуживания относятся к поисковым задачам выбора решения в условиях неопределённости (не всегда полных) как исходных данных, так и целей, с множеством ограничений и необходимостью учёта большого количества различных критериев качества и показателей эффективности функционирования. Примерами таких задач являются задачи, связанные с выбором организации для выполнения технического обслуживания, определения комплекса диагностических и восстановительных средств, включающих задачи оценки состояния элементов СТС, распределения ресурсов на проведение восстановительных работ, задачи планирования сетевых графиков восстановления технических характеристик.
Решение указанных выше задач требует не только развития технологической базы обслуживания СТС, но и максимально-возможного использования новых информационных технологий а счёт более эффективного использования информационных систем, так как при этом возможна унификация программных и аппаратных модулей для создания центра обработки данных по принятию решений по управлению техническим состоянием систем информационной и интеллектуальной поддержки судовых специалистов.
Анализ выполненных исследований и действий по внедрению новых информационных технологий в указанных направлениях, убедительно свидетельствует, что для повышения эффективности внедрения в практику деятельности судостроительных и судоремонтных фирм этих работ необходимо сформировать единый научно-обоснованный методологический подход к решению вопросов повышения конкурентоспособности фирм путём внедрения и развития менеджмента качества восстановительных услуг.
Сложность систем управления техническим состоянием СТС на судах и технических центрах определяется следующими причинами: сложность проблемы повышения качества восстановительных услуг, сложностью управления и развития процессов технического обеспечения судов, сложностью обеспечения гибкости конечного результата в зависимости от уровня ремонтопригодности СТС и их количества, сложностью описания взаимосвязи отдельных подсистем восстановительного цикла комплекса СТС, сложностью программного обеспечения.
Сложность проблемы повышения качества восстановительных услуг. Основная задача менеджеров предприятий и управленцев состоит в создании иллюзии простоты, защищающей исполнителей технологического процесса с использованием информационных систем от сложности описываемого процесса (фирма). Объём исходных данных, программного обеспечения при принятии решений по управлению качеством восстановительных услуг не входит в число её главных достоинств, поэтому стараются делать их наиболее компетентными или простыми, используя при этом существующие методы и новые научные разработки в этой области. Например, универсальность создаваемых информационных систем для реализации технического обслуживания СТС по управлению качеством очевидна.
Сложностью обеспечения гибкости конечного результата в зависимости от уровня технического обслуживания судов и их количества могут быть решены путём интеллектуализации информационного обеспечения АСУ фирмы и других предприятий. Программное обеспечение решаемых инженерных, технических, экономических задач также должно обладать максимальной гибкостью для любого уровня абстракции (сбор данных, статистический анализ рынка, сравнение, регистрация, контроль, прогнозирование, интегральные и частные оценки эффективности, генерация решений. Такая гибкость, однако, требует создания для управленческого звена блоков будущего документального, информационного, программного обеспечения, из которых составляются элементы более высоких абстрактных уровней. В связи с отсутствием или присутствием в малом количестве в программной индустрии таких стандартов, программные разработки становятся достаточно трудоёмким процессом.
Сложность описания взаимосвязи отдельных подсистем восстановительных работ вызвана достаточной независимостью подсистем друг от друга и внешних воздействий, а также не предсказуемой количественной оценкой их эффективности по качеству услуг.
Полагая, что поведение одной подсистемы не должно оказывать существенное влияние на поведение другой на практике при управлении качеством услуг находят применение процедуры согласования, которые в свою очередь могут быть реализованы как полностью, так и модельно-предсказательно с оценкой уровня доверия к системе.
Сложность проблемы управления качества восстановительных услуг для любых СТС обусловлена также характером задач:
- необходимость анализа большого количества возможных вариантов решения и определения и них наиболее предпочтительных;
- невозможность точной аналитической оценки ожидаемых результатов принятого варианта решения;
- отсутствие надежной статистики по фактическим затратам на выполнение однотипных задач на различных ремонтных предприятиях;
Сложность процессов управления качеством технического обслуживания судов при выполнении восстановительных работ предъявляет повышенные требования к методам моделирования, среди которых считается целесообразным использовать модельно-предсказательные подходы, вероятностные методы, методы имитационного моделирования, ситуационных моделей и экспертных систем, также CASE и CALS технологий ля автоматизации документооборота в обеспечении процессов управления техническим обслуживанием СТС.
Методы имитационного моделирования позволяют включить в анализ и принятие решений, при управлении качеством услуг и соответственно технологического и бизнес процессов при настройке и наладке судовых средств, повышения международных стандартов качества продукции, неполноту исходной информации, стохастические свойства рассматриваемых восстановительных услуг на судах.
Решение задачи моделирования позволяет более обоснованно принимать решения по управлению качеством восстановительных услуг фирмой и группой компаний в целом. При этом используется меньший объём затрат для выполнения необходимого количества решаемых технических услуг- при более высоком уровне конкурентоспособности, рентабельности и эффективности фирм технического обслуживания.
Для построения моделей управления техническим состоянием судовых технических средств в процессе функционирования гарантийной службы, как сложной организационно - экономической и организационно- технической системы целесообразно применение различных видов и способов моделирования. Наиболее часто используется аппарат логико-дифференциальных уравнений[3, 50, 94], сетевых моделей[47, 94], методы оптимизационных задач[6, 35, 81, 87], имитационные модели[24, 57, 65, 94], методы менеджмента качества[74], теория расписаний[22, 69], ситуационные модели[39, 94], методы экспертных оценок и теории игр[26, 30, 47, 77], методы и способы информационных технологий[11, 13,31,100].
В последнее время достаточно активно используются методы системного анализа сложных организационно- технических комплексов в условиях рынка[74, 94, 97] к которым относятся метод структурных матриц, теория активных систем, методы развивающихся и адаптивных систем, объектно-ориентированные методы анализа сложных объектов (систем).
Исследование и решение научно- технических и экономических задач с недостаточно определёнными качественными оценками при выборе решения приводит ко многим методологическим трудностям. Как правило, преобразование качественных параметров в количественные можно осуществлять различными путями и соответственно общая оценка альтернативы также оценивается по-разному.
В общем случае не существует объективной математической модели, отражаемой основные свойства рассматриваемой сложной системы (система технического обслуживания + рынок). Поэтому при принятии решений используют субъективные оценки экспертов, учитывая, что системный анализ является методом, позволяющим рационально использовать субъективные суждения для слабоструктурированных проблем.
При системном анализе для принятия решений широко используют различные способы, а именно: структурный, процедурно-ориентированный, логически-ориентированный и др. Каждый из известных способов системного анализа целесообразно применять для определённых областей и объектов исследований. Исходя из сказанного исследования в предметной области совершенствования процессов управления техническим состоянием судовых технических средств должны базироваться на комплексном использовании различных подходов в соответствии с решаемыми задачами.
Взаимосвязь различных факторов влияющих на техническое состояние судовых технических средств и их противонаправленность при воздействии на структуру судового комплекса и его элементов вызывает необходимость максимальной формализации способов принятия решений при эксплуатации судов в условиях рынка. Поэтому разработка и развитие эффективных современных методов при управлении качеством услуг реализуемых на судах позволяет принимать решения по эксплуатационным, технологическим и бизнес - процессам использования судов, как один из резервов снижения затрат на проведение технического обслуживания судов и соответственно увеличить конкурентоспособность судовых компаний.
Исходя из сказанного разработка информационного обеспечения процессами управления техническим состоянием судовых технических средств на основе системного использования комплекса моделей для количественной оценки изменений эффективности функционирования судов с учётом реализации новых информационных технологий является актуальной для транспорта научно- технической задачей.
Цель диссертационной работы: повышение эффективности технологических, бизнес и информационных процессов обеспечения технического состояния судов на основе новых информационных технологий, как средства обеспечения требуемых качества и управления в процессе эксплуатации.
Центральным звеном этой научной задачи является развитие способов, алгоритмов и методов системного анализа функционирования судовых технических комплексов, моделирования технологических, технических и бизнес - процессов в условиях рынка и совершенствование информационных процессов управления техническим состоянием судов в процессе эксплуатации.
Объект исследования: системы технического обслуживания судов, Системы управления и принятия решений по оценке технического состояния судовых технических средств.
Предмет исследования: информационное, организационное и алгоритмическое обеспечение оценки технического состояния судовых технических средств при эксплуатации судов с учётом реализации математических моделей на основе использования системных методов управления сложными объектами и системами.
Методы исследований: методической основой и общетеоретической базой исследований являются принципы системного анализа процессов формального описания процессов управления технического обеспечения судов, а также инженерные методы использующие общение опыта управления и оценок технического состояния судовых технических средств.
Теоретической основой развития и совершенствования информационного обеспечения оценки технического состояния судовых средств является теория алгоритмов, теория управления, теория баз данных, теория структурных матриц, теории классификации системологии и др.
Задачи исследования:
1. Произвести анализ методов, способов и моделей технического состояния судовых технических средств в процессе эксплуатации.
2. Разработать комплекс алгебраических моделей выполнения регламентных процессов при техническом обслуживании и ремонте судовых технических средств.
3. Формализовать технологические процессы обеспечения требуемого уровня готовности технических средств.
4. Выполнить оценку безотказности функционирования пропульсивного комплекса с учётом резервирования.
5. Предложить и опробировать информационное обеспечение базы данных при управлении техническим обеспечением судов на основе CASE-технологии.
Способы управления техническим состоянием судовых технических средств
Любая сложная техническая система создаётся для выполнения определённых её целевым назначениям функций с заданной эффективностью в значительной мере зависящей от технического состояния системы в процессе её эксплуатации. Фактическая эффективность системы зависит от того, сохраняются ли основные показатели качества и технические параметры системы на требуемом уровне в процессе эксплуатации.
Под технической эксплуатацией понимается совокупность определённых режимов использования ТС: хранение, транспортирование, техническое использование по прямому назначению (собственно эксплуатация), техническое обслуживание и ремонт. Каждый из режимов, составляющих техническую эксплуатацию (ТЭ) может быть охарактеризован целым набором показателей (продолжительностью, интенсивностью и т.п.), в том числе и показателями изменения технического состояния эксплуатируемой системы. Исходя из этого, все режимы эксплуатации можно разбить на две группы: режимы, связанные с ухудшением технического состояния (хранение, транспортирование, использование) и режимы, связанные с его восстановлением (техническое обслуживание и ремонт). Постепенное ухудшение технического состояния (ТС) механизмов, происходящее в результате внутренних и внешних воздействий, можно в общем случае разделить на: усталостные повреждения (разрушение рабочих поверхностей деталей в результате воздействия многократно повторяющихся нагрузок); износ (механический, молекулярно- механический, коррозионно-механический, проявляющийся как изменение размеров деталей в сопряжениях); старение (необратимые физико-химические изменения под воздействием времени); Для восстановления уровня технического состояния по возможности на прежний уровень предназначен целый комплекс различного рода мероприятий по контрольным проверкам, регламентным работам, заменам, и ремонтам системы. В соответствие с ГОСТ под техническим обслуживанием и ремонтом понимается совокупность работ и организационно- технических мероприятий, обеспечивающих поддержание исправности или работоспособности при подготовке к использованию по прямому назначению, при хранении и транспортировании. Для каждой технической системы разрабатываются определённые правила (стратегии) проведения технического обслуживания, которые учитывают объективные характеристики надёжности и специфические особенности системы, условия её эксплуатации, а также какие-то показатели качества, характеризующие эффективность данной стратегии обслуживания и функционирования системы в целом. В процессе эксплуатации технических средств часто встаёт задача практического определения уровня технического состояния СТС и готовности к выполнению возложенных на них функций. Поставленную задачу можно решить с использованием надёжностных расчётов, основанных на статистических данных с учётом режимов и условий использования и восстановления. Однако, расчёты надёжностных показателей системы связаны с целым рядом особенностей, влияющих на эффективность и достоверность получаемых результатов. В ряде публикаций при решении задач определения технического состояния сложных технических систем (СТС) предлагается оперировать не с вероятностными характеристиками надёжности элементов системы, а с назначенными ресурсами их работоспособности в виде календарных или функциональных наработок, достижение которых обуславливает нормированную вероятность безотказной работы элемента. Значение остаточного ресурса работоспособности системы или её элемента при строгом подходе не характеризует техническую готовность как вероятность работоспособного состояния в произвольный момент времени. Эту характеристику можно рассматривать как показатель технической готовности. Большинство современных судовых технических средств представляет собой многофункциональные системы со сложной структурой связей между элементами. Определение технической готовности таких систем на основании расчёта остатка назначенного ресурса всей системы или элементов имеет некоторые недостатки: выработка полного календарного или функционального ресурса всей системы недостаточно учитывает аналогичные показатели составляющих её элементов, режимы эксплуатации системы, своевременность и качество проведения восстановительных работ, что в конечном итоге приводит к большой погрешности в расчётах; определение состояния системы на основе комплексной оценки остатка назначенного ресурса всех элементов может быть затруднительно из-за большой структурной сложности системы и отсутствии сведений о назначенном ресурсе каждого из составляющих связи с этим предлагается следующая методика определения технического состояния сложных корабельных технических систем. Мероприятия по использованию технических средств по назначению, перечни и периодичность работ по их техническому обслуживанию определяются предприятиями—разработчиками технических средств с учетом требований к безотказной работе механизма в тех или иных условиях эксплуатации. В зависимости от объема, характера и сроков выполнения техническое обслуживание судовых технических средств подразделяется на: - техническое обслуживание №1 (ТО №1), проводимое для проверки работоспособности без снижения установленной готовности технических средств при их кратковременном бездействии и подготовки к использованию по назначению внешним осмотром, чисткой, проворачиванием, пуском и несложными регулировками; техническое обслуживание №2 (ТО №2), проводимое для поддержания работоспособности на период их последующего использования. ТО №2 выполняется по календарной или функциональной наработке механизма, а также перед и после выполнения судном особых задач.
Особенности принятия решений по техническому обеспечению судовых технических средств
Анализ тенденций развития системы технического обеспечения судов (судоремонта, технического обслуживания, хранения, материально-технического снабжения и др.) [55] показывают, что эффективность решения различных задач в большой мере определяется взаимным соответствием технологических и информационных процессов. Обеспечение такого соответствия представляется особенно важным. В настоящий момент эти задачи решаются на уровне отдельных технических вопросов: экономия ресурсов, экономия топлива и масла, диагностирование технического состояния функциональных комплексов судов, сокращение трудоёмкости технического обслуживания и ремонта, организации новых структурных подразделений и т.д. Несмотря на широкий фронт исследований, проводимых в этом направлении отечественными и зарубежными специалистами, их общая результативность не очень высока. Из многих причин, определяющих это положение, следует в первую очередь выделить противоречия между организационной и технологической сложностью в системе технического обслуживания (СТОб), многообразием информации о её функционировании и техническом состоянии, с одной стороны, и ограниченностью возможностей управлений и служб системы технического обеспечения, а также судовых специалистов для анализа и сбора этой информации. В современных экономических условиях в результате последовательного сокращения штатного состава как в структурах фирм и служб, так и на судах эти возможности постоянно уменьшаются.
Одним из условий преодоления этих противоречий является комплексное развитие процессов технического обслуживания на базе средств и методов прогрессивных информационных технологий. Особенностью современного состояния СТОб на речном и морском флоте является несоответствие её организационных форм и методов, сложившихся при централизованной плановой системе управления экономикой, новыми формами и условиями обеспечения технического обслуживания различных типов судов. В этих условиях недостаточная эффективность решения основных задач технического обеспечения судов сдерживает реализацию потенциальных возможностей судоремонта и систем эксплуатации судов. Таким образом, можно констатировать наличие научно - технической задачи по оценке технического состояния судов, имеющей важное народнохозяйственное значение, заключающееся в необходимости системного подхода к оценке жизненного цикла судовых технических средств, позволяющего оценить как процесс использования средств, так и различные виды обслуживания на базе информационных технологий применительно к существующим условиям экономики. Для достижения этой цели необходимо решить следующие основные подзадачи [55]: - определить наиболее перспективные типы судов и основные тенденции развития их эксплуатации и обеспечения; - рассмотреть системные критерии оценки эффективности системы подержания технической готовности на базе структуры технического обеспечения (МТО, обслуживания); - проанализировать взаимосвязь технологических и информационных процессов технического обеспечения и эксплуатации судов через эволюцию данных в её информационной среде; - оценить состав и достаточность существующего информационного обеспечения в системе ТО для реализации основных процедур эволюции данных на базе информационных технологий; - определить функциональные структуры и объекты системы технического обслуживания судов, для которых необходимо получение математических моделей для оценки технического состояния СТС, методы моделирования и проверить их реализуемость в реальных условиях эксплуатации судов; - определить основные направления развития системы оценки технического состояния судов на базе информационных технологий в условиях и с учётом действующей экономической системы. Решение поставленных подзадач позволяет разработать: 1. Методику комплексной оценки эффективности использования ресурсов флота, потенциальных возможностей МТО, СТО, других видов технического обеспечения судов по единому критерию - коэффициента технической готовности судов в реальном времени в реальном масштабе. 2. Методику анализа организации и структуры информационной среды технического обеспечения и обслуживания судов, эволюции данных и формализации решения её основных задач в виде алгоритма: выбора вида технического обслуживания судовых технических средств (СТС) и судна в целом; оптимизации сроков и очерёдности технического обслуживания и ремонта СТС и судов. 3. Математические модели процессов технического обслуживания судна, выполняемыми организационно-техническими структурами флота, прогнозирования оценки технического состояния судовых средств с учётом проводимых видов технического обслуживания и сроков эксплуатации. 4. Модельно - предсказательный способ моделирования технологических и информационных процессов в системе технического обеспечения судов на основе использования методов системного анализа (метод структурных матриц, метод имитационного моделирования, статических методов). Принятие решений в системе технического обслуживания судов должно обеспечить обоснованный набор алгоритмов или совокупности алгоритмов реализации восстановительных услуг, которые бы учитывали большинство специфических особенностей процессов технического обеспечения (изготовление, эксплуатация, модернизация, обслуживание, ремонт в процессе жизненного цикла судна). Это требует необходимого информационного обеспечения, а также возможности автоматизированного решения таких вопросов как: - определение и манипулирование знаниями из той базы данных, которая образована в системе технического обеспечения судов, использование моделей вывода и обобщения при принятии решений, создания (заключения); - общение оператора с системой, что требует построения диалоговых систем, вопросно-ответных систем, в том числе построения лингвистических процессов и др.; - учёта и реализации требований, которые обуславливают технологические процессы при техническом обеспечении флота, и появляются в задачах как в виде символьной (текстовой), так и в виде образной (зрительной) информации; - поведение системы в определённой информационной среде на основе моделей нормативного, целесообразного и интуитивного поведения и т.п.; Решение указанных задач требует создания семантической среды, которая включала бы содержательные связи и отношения между условиями решения задач восстановления характеристик судна (объекта) и средствами (способами) их решения (исполнения), позволяющими получить конечный результат в соответствии с требованиями Морского или Речного Регистра.
Оценка вероятности безотказного функционирования судовых технических средств в различных режимах работы судна
Как показывает анализ современных подходов к оценке надёжности и безотказности судовых технических средств [3, 25] они требуют значительного количества исходных данных и, пригодны для использования при эскизном проектировании. В диссертации предлагается подход, который может быть использован с момента формирования технического задания (ТЗ). Он базируется на следующих ниже методологических посылках.
К моменту разработки ТЗ определено целевое назначение проектируемого судна. Так как известно назначение судна, то может быть определено содержание деятельности и перечень задач, которые оно будет решать. Эти задачи могут быть в большей или меньшей степени автоматизированы, но их перечень в целом не изменится. Всегда надо будет решать задачи судовождения, связи, обеспечения хода и др.
Таким образом, деятельность судна, определяемая его целевым назначением, в наименьшей степени зависит от этапа его проектирования, и может быть взята за основу при оценке вероятности безотказного функционирования судовых технических средств.
Необходимо ввести несколько определений, которые будут характеризовать деятельность судна, как период выполнения различных задач. Под периодом выполнения задач судна примем промежуток времени от момента получения задачи до его возвращения в порт приписки, а течение которого решается комплекс технических задач, необходимых для достижения цели. Период решения задач можно разделить на семь этапов, функционированием судовых средств на которых является: Первый этап- подготовка судна к выходу в рейс, содержанием которого является проворачивание главных и вспомогательных двигателей, подготовка СТС к выходу в море. Второй этап- выход судна из порта, переход морем, возвращение в порт приписки, содержанием которого является особый режим функционирования судовых технических средств, связанный с выходом (входом) судна из порта. Третий этап- непосредственная подготовка к достижению цели. Содержанием этого этапа является практически полное функционирование судового оборудования. Четвёртый этап- достижение цели (перевозка грузов, людей, технологические процессы). Пятый этап- режим, связанный с осуществлением радиосвязи, маневрированием. Шестой этап- преодоление судном и комплексом СТС противодействия природных сил. Седьмой этап- режим работ судовых технических средств для осуществления борьбы за живучесть, содержанием которого является сохранность свойств груза и обеспечение жизнедеятельности экипажа. Анализ задач, осуществляемых безотказной работой судовых технических средств, решаемых судном в течение всего плавания, позволяет сделать вывод о том, что задачи, выполняемые при реализации 1-2-3-4 этапов, являются последовательными, а задачи 5-6-7 этапов выполняются параллельно. Задачи, решаемые экипажем по 4 и 5-му этапу использования судна, будут выполняться на фоне задачи 2 и 3-го этапов. Задачи борьбы за живучесть (7 этап) могут решаться на фоне любого последовательного или параллельного этапа. Таким образом, число этапов периода действий судна определяется целевым назначением судна и от других факторов не зависит. Дальнейшим уровнем декомпозиции деятельности судна является разработка перечня задач, решаемых безотказным функционированием судовых технических средств на каждом этапе и за весь период деятельности. На основе изучения содержания документов по эксплуатации флота [15, 16, 70] и учёта материалов опыта технической полготовки судов для выполнения различных задач сформированы типовые задачи, решаемые судном. Анализ содержания Регистра и правил по эксплуатации судовых технических средств [15,16] позволили составить перечень задач, определяющих действия судна в различных режимах, определяющий способы применения и использования комплекса СТС. В результате анализа документов удалось выявить около 200 различных задач, решаемых судном. Перечень задач, решаемых в период эксплуатации судна зависит от назначения использования и может быть сокращен за счёт выделения частных типовых задач. Частных типовые задачи имеют следующее содержание: - подготовка судовых технических средств для выхода судна в море; - осуществление судовождения; - использование на различных режимах функционирования оборудования; - осуществления ведения радиосвязи; - плавание судна в ледовых условиях; - осуществление ведения борьбы за живучесть. При этом очевидно, что понятие «цель» и «задача» определяются уровнем рассмотрения использования судна. Так, например борьба за живучесть судна является частной задачей, а для седьмого этапа - целью и т.д. Эти единицы имеют характер вложенности, что позволяет декомпозицию деятельности начинать с любого уровня. Нижний уровень декомпозиции деятельности судна определяется достигнутой степенью автоматизации ближайшего прототипа. Таким образом, основными единицами декомпозиции деятельности судна являются цель и задача. Решение частной задачи (или задачи любого другого уровня) происходит с использованием определённых материальных ресурсов для обеспечения безотказного функционирования судовых технических средств т.е. метод решения частных задач уже зависит от степени автоматизации и непосредственно влияет на безотказность. Поэтому следующим шагом декомпозиции является установление: - количества видов и типов судовых ТС, участвующих в решении задачи, и режимов их функционирования (непрерывный, периодический, эпизодический); - вида технической готовности, установленной при решении задачи; - время решения задачи. Такой анализ наиболее удобно проводить в табличной форме. Фрагмент таблицы показан в табл. 3.1 В результате появляется возможность все типовые частные задачи объединить в группы по признаку однородности функционирования видов и типов судовых ТС и их готовности и составить сводную диаграмму режимов использования судовых технических средств в течение всего периода использования.
Моделирование процессов изменения ресурса в процессе эксплуатации
Операции обслуживания элементов группируется в комплексные виды обслуживания по критерию близости их индивидуальных регламентов. Решение задачи осуществляется последовательным методом кластерного анализа.
Задача определения оптимальных регламентов комплексных видов обслуживания решается методом имитационного моделирования в сочетании с методом проекций стохастического квазиградиента. Однако неисследовательность рассматриваемого критерия не гарантирует сходимость метода к оптимальным значениям. Для циклических стратегий упрощается, и он принимает вид, для которого получены условия сходимости. Это дало возможность построить алгоритм расчета оптимального регламента комплексных циклических видов обслуживания, получивших наиболее широкое распространение в практике.
Для автоматизации разработки ПТО нужна автоматизированная технология работы конечного пользователя в проблемно-ориентированной программной системе, использующая метод имитационного моделирования и методы реализации такого программного обеспечения.
Технологическая схема работы конечного пользователя состоит в создании прикладной информационной модели. В профессиональной терминологии деятельности пользователя описывается структура и динамические свойства, характеризующие объект исследования (ОИ). Полученная информационная модель преобразуется в математическую на основе установления соответствия между ее элементами и свойствами, с одной стороны, и типами математических отношений, моделирующих ОИ, с другой. Следующим этапом в технологической схеме является определение прикладной задачи, которая проходит проверку на корректность и разрешимость. В случае положительного результата на базе математической модели ОИ и постановки задачи синтезируется программа решения.
Предложенная схема верна как для аналитических методов, так и для метода имитационного моделирования. Но для последнего требуется разработка языка спецификации математических моделей и алгоритмов синтеза моделирующих программ решения задач.
Проблемная направленность программного обеспечения проявляется в ориентации на решение заданного набора задач для объектов, обладающих определенными свойствами. Перспективным методом воплощения семантики проблемной области для рассматриваемой технологии работы конечного пользователя является ее явная спецификация и использование искусственного интеллекта.
Спецификация проблемной области включает описания: - прикладной концептуальной модели ОИ и постановок задач, определяющих через систему понятий язык общения с пользователем и структуры данных для хранения информации; - математических отношений, используемых при моделировании и в аналитических расчетах, их алгоритмической (программной) реализации; - правил вывода математических моделей и их преобразования в алгоритмы решения задач. Основным требованием к языку спецификации проблемной области является обеспечение эффективной работы прикладной системы. Ориентация на описание классов объектов исследования, математических отношений и алгоритмов позволит при реализации диалога использовать фиксированные сценарии, в управлении данными - технологию баз данных, а при дедуктивном выводе сузить на каждом шаге пространство поиска решений. Для задания сложных классов применяются абстракции, обобщения и ассоциации. Данные отношения являются макроконструкциями в логике предикатов первого порядка и служат для представления знаний о данной предметной области На примере спецификации проблемной области процессов эксплуатации сложных систем можно продемонстрировать возможности указанной модели представления знаний. На ее основе строится прикладная модель класса процессов эксплуатации технических систем и решаемых при проектировании ПТО задач. Соответствующие классы математических моделей используются в аналитических расчетах, а классы алгоритмов моделирования - в событийных схемах управления. В то же время не всегда удается в рамках некоторого сложного класса построить полное описание ОИ. Так, в описании процессов эксплуатации технических систем нетипизированную часть описания (которую нельзя выразить как подкласс) образуют зависимости элементов по состоянию и условия отказа системы. Необходимо использовать способ автоматического синтеза программ моделирования для решения прикладных программ. Исходными данными для синтеза программы служит информационная модель Ми объекта исследования постановка задачи Z, которые в ходе реализации процедур синтеза преобразуются в математическую модель Мм и алгоритмическую Ма, а затем в программу решения задачи Pz. Информационную модель ОИ составляют интерпретированные предикаты вида R(x), идентифицирующие свойства системы и ее элементов. Математическая модель Мм строится из синтетически правильных предложений языка, построенного на базе кусочно-непрерывной агрегативной системы. Проблемная ориентация позволяет специфицировать с помощью абстракций, ассоциации и обобщения класс математических моделей, соответствующих классу ОИ. Отношение агрегации используется для спецификации элементов, из которых состоит экземпляр, может быть включено несколько элементов одного подкласса. А отношение обобщения задает альтернативные элементы, из которых только один может быть включен в конкретный экземпляр. Для задания соответствия между свойствами объекта и математической моделью каждому элементу (подклассу) класса математически моделей ставится в соответствие выражение исчисления предикатов первого порядка, построенное на атомарных одноместных предикатах, идентифицирующих свойства ОИ. При истинном значении этого выражения на данной информационной модели Ми соответствующий элемент включается в математическую модель Мм ОИ. Специфицированный класс математических моделей с заданными предикатами выражениями образуют базу знаний для вывода математической модели ОИ. Программа, работающая с этой базой, реализует прямой алгоритм дедуктивного вывода.
