Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Системный анализ процессов технического обеспечения судов .. 24
1.1 Общетеоретические аспекты представления системы технического обеспечения судов 24
1.2 Концептуальная модель процессов технического обеспечения 31
1.3 Экономическая оценка моделей систем технического обеспечения
1.4 Системная структуризация технического обеспечения судов 42
1.5 Выводы по главе 1 53
Глава 2. Алгебраический подход к проблеме концептуального моделирования процессов технического обеспечения 55
2.1 Обоснование способа формализации процессов технического обеспечения судов 55
2.2 Аксиоматика алгебры действий и результатов выполнения восстановительных услуг 59
2.3 Свойства операций алгебры событий для описания восстановительных услуг 63
2.4 Оценка модели эффективности реализации восстановительных услуг 65
2.5 Выводы по главе 2 70
Глава 3. Структурные матрицы для описания процессов технического обеспечения судов 72
3.1 Основные аспекты теории структурных матриц для описания процессов в организационно-технических системах 72
3.2 Система типовых соотношений для преобразования структурных матриц организационно-технических систем 84
3.3 Разработка структурной матрицы системы технического обеспечения судов 89
3.4 Тождественные соотношения для преобразования структур систем технического обеспечения судов 95
3.5 Выводы по главе 3 102
Глава 4. Информационное обеспечение процессов реализации восстано вительных услуг на флоте 105
4.1 Информационные процессы в системе технического обеспечения судов 105
4.2 Описание предметной области (информационного обеспечения) на формальном языке ПО
4.3 Оценка процессов изменения технического состояния судна 113
4.4 Факторы, определяющие объем информации при техническом обеспечении судов 115
4.5 Выводы по главе 4 120
Глава 5. Моделирование процессов технического обслуживания судовых технических средств с использованием структурных матриц 121
5.1 Особенности технического обслуживания судов и судовых технических средств 121
5.2 Системы управления техническим состоянием на основе обеспечения ресурса для судового комплекса или технического устройства 123
5.3 Моделирование системы технического обслуживания двигателя... 126
5.4 Способы восстановления ресурса двигателя в процессе эксплуатации 129
5.5 Выводы по главе 5 133
Глава 6. Исследование процессов топливоподготовки на судах и разработка алгоритмов ее совершенствования 134
6.1 Системный анализ процессов топливоподготовки на судах 134
6.2 Разработка математической модели функционирования системы топливоподготовки на судне 140
6.3 Исследование влияния качества очистки топлива на эффективность функционирования топливной системы судна 143
6.4 Техническое и организационное обеспечение эффективности функционирования систем топливоподготовки 146
6.5 Выводы по главе 6 151
Глава 7. Принятие решений при управлении техническим обеспечением судов 153
7.1 Опытно-теоретический метод сравнительной оценки эффективности структур СТОб 153
7.2 Структурная матрица обеспечения технического состояния судна 163
7.3 Особенности применения экспертных оценок при формировании структурных матриц 169
7.4 Обработка результатов экспертных оценок при моделировании 183 систем технического обеспечения судов
7.5 Выводы по главе 7 193
Основные результаты исследований 194
Литература 198
- Системная структуризация технического обеспечения судов
- Оценка модели эффективности реализации восстановительных услуг
- Тождественные соотношения для преобразования структур систем технического обеспечения судов
- Факторы, определяющие объем информации при техническом обеспечении судов
Системная структуризация технического обеспечения судов
Назначение системы ТОб судов состоит в поддержании постоянной технической готовности ЭУ, корпусов, ОКС, при повседневной эксплуатации и восстановление их свойств при аварийных повреждениях. Техническое обеспечение это комплекс мер обеспечивающих жизнедеятельность технических средств (в том числе и корпуса) судна на всем промежутке жизни судна от сдачи при постройке до списания.
Техническое обеспечение включает [53,90,108, 118]:
- организацию непрерывного и гибкого управления силами и средства-ми технического обслуживания;
- техническое обслуживание судов;
- проведение регламентных работ в соответствии со сроками и в объеме, определяемом руководящими документами;
- восстановление эксплуатационных и коммерческих свойств судна в период плановых ремонтов и восстановления судов, обеспечение технического обслуживания и использования СТС необходимыми МТС;
- накопление, длительное хранение и рассредоточение запасов МТС;
- контроль за техническим состоянием судна.
К типовым функциональным задачам технического обеспечения эксплуатации судов относятся: техническое обслуживание, ремонт судов, снабжение их техническим и шхиперским имуществом. Содержание этих задач определено руководящими документами и изложено ниже.
Техническое обслуживание представляет собой совокупность работ и организационно-технических мероприятий (ОТМ), направленных на обеспечение эффективного использования СТС и судна в целом и постоянное поддержание их в исправном состоянии в процессе коммерческой эксплуатации.
Ремонт - совокупность организационно-технических мероприятий, направленных на восстановление эксплуатационных и коммерческих свойств судов.
Снабжение является совокупностью работ и ОТМ направленных на своевременное и комплексное обеспечение техническим и шхиперским имуществом судов (их ТС), их технического обслуживания и ремонта.
Исходя из указанных определений, система ТОб судов относится к классу организационно-технических систем поддержания технической готовности судов флота, в которой происходит восстановление свойств технических средств и корпуса судна в соответствии общими объективными законами управления (обратной связи, компенсации, адаптации) с учетом ограничений, налагаемых руководящими документами.
Любая система представляет упорядоченную пару S = {A ,R), где А множество соответствующих элементов, a R- множество отношений между элементами. Соответствие организационной и функциональной структур системы ТОб судов, существующее на данный момент в коммерческом флоте, позволяет разбить ее на ряд подсистем, решающих отдельные типовые задачи: обслуживание, ремонт, материально-техническое снабжение, и др. каждая из которых решается определенной группой подсистем (подразделений, заводов, мастерских, судами, службами обеспечения). При этом целостность рассмотрения системы не нарушается, так как все подсистемы входящие в систему ТОб объединены общим алгоритмом функционирования для достижения одной цели, что является признаком полной системой.
Таким образом, под системой технического обеспечения понимается организованное множество технических и коммерческих объектов, характе ризующихся взаимосвязанностью происходящих в них процессов восстановления технических готовности судов.
Если рассматривать систему ТОб судов как систему, реализующую различные услуги (по техническому обеспечению судов), то схема отношений "система технического обеспечения - внешняя среда" может быть представлена так, как показано на рис 1.4. В целом эта схема позволяет приближенно оценить влияние элементов системы ТОб на цену услуг по техническому обеспечению. Но при этом не очевидны такие отношения в системе как:
- законодательно-правовые, определяющие стабильность;
- финансово-экономические, определяющие изменчивость;
- материально-технические, определяющие работоспособность;
- коммерческие, определяющие целеисполнение.
Рассмотрим организацию системы технического обеспечения судов с позиций теории систем [1, 8, 9, 11, 15, 126], учитывая, что различают следующие типы систем: с целеполагающей, с целеустремленной, с целенаправленной, с целеориентированной, с удовлетворительной и с паразитической организациями.
Система технического обеспечения судов относится к классу целенаправленных систем, концептуальные схемы которых зависят от соотношений объемов информации между объектом управления и управляющей системой. Любая целевая система управления, как минимум, состоит из двух частей, или подсистем, или блоков: первая из них та, которая требует управления или регулирования (и в технических системах она носит название управляемого объекта), вторая - управляющая, которая вырабатывает цели управления или по заданным целям вырабатывает управляющие воздействия. Первая из них порождает состояния переменных, реализующих цель, а вторая - состояния переменных выбора или задания цели. Переменные выбора цели воздействуют на переменные, реализующие цель, и в то же время подвергаются обратному воздействию. Обозначим первую подсистему через S, вторую - через S и построим обобщенную концептуальную схему целенаправленной системы управления.
Оценка модели эффективности реализации восстановительных услуг
Общая оценка эффективности процессов технического обеспечения судов (кораблей) связана с оценкой совокупности восстановительных операций, оцениваемых триадой (время, стоимость, качество). Каждой восстановительной операции atj (/ - номер технического средства, j - номер регламентной или необходимой услуги (ремонт, замена, восстановление, наладка и настройка, проверка технического состояния и др.) соответствуют три числовые оценки: время выполнения восстановительной услуги, стоимость выполняемой услуги, качество выполняемой услуги. Эти оценки обозначаются соответственно: Cjj, tjj, к,:.
В общем случае процессы технического обеспечения судов и кораблей представляют собой алгоритмы последовательных, параллельных, циклических действий, которые учитывают многовариантность их реализации в системе ТОб, которая включает в себя как персонал судна, так и всевозможные восстановительные фирмы (предприятия, судоремонтные комплексы, станции технического обслуживания и т.п.). Математические модели этих процессов формируются в базисе предлагаемой алгебры событий и позволяют как качественно оценить принятый алгоритм восстановления судового технического средства, так и принять решение по его изменению с учетом фактической ситуации в системе ТОб определяемой необходимым объемом ремонтных (восстановительных) услуг и возможностями ремонтного комплекса как по стоимости восстановительных услуг, качеству их реализации, так и времени исполнения восстановительной услуги.
Расчет стоимости, времени и качества восстановительной процедуры судового технического средства на основе алгебраической модели рассмотрим на примере ремонта ДВС, содержание и объем работ которого зависит от следующих операций (восстановительных услуг):
1 - разборка двигателя - a t ,с ; 2 - ремонт системы охлаждения -#2» - с - ремонт топливного насоса с регулятором аЪ а Са
4 - замена маслосъемных колец с поршней аА а са
5 - сборка двигателя а5, ta , са
6 - проверка двигателя на стенде а6 а - са
Возможные способы организации процесса восстановления двигателя имеют вид, показанный на рис. 2.2.
Алгебраические модели рассмотренных вариантов процедур ремонта ДВС имеют следующий вид:
1а- Ат=а1(а2\\а3\\а4)а5а6,
16- Ат=аха2аъаАа5аь,
1в- Ат=ах{а2\\аъ)аАа5а6,
1г- Ат=ах{а2\\аА)аъа5а6,
1д- Ат=аха2(аг\\аА)аьаь.
Учитывая, что стоимость каждой восстановительной услуги для любого
варианта организации ремонта известна, очевидно
а время выполнения восстановительных услуг можно определить в соответствии со следующими выражениями:
Подобные модели выполнения восстановительных услуг на одном центре ремонтных услуг называются конкатенационно-параплельными. При возможности выполнить восстановительные услуги на различных технических центрах и соответственно с другими стоимостно-временными показателями алгебраическая модель будет иметь следующий вид для организации 1а:
Ат = а\(а2 II «з)(«41 -L «42 43)а5а6,
где я41,я42,#43 -технология операции а4 отличается временем выполнения 4-ой операции восстановления двигателя на станции технического обслуживания №1, 2, 3 и соответственно стоимостью этих услуг. Суммарная минимальная стоимость ремонта дизеля в этом случае может быть определена по следующей зависимости:
7i = /ly + max(/2,/3)+min(/l41,/142).
Стоимость ремонта определяется по формуле:
2,3,4 #S= Z iy+C141VC142 -/=1
Такую модель технического обеспечения называют конкатенацион-но-альтернативной с параллельной организацией некоторых восстановительных услуг.
Одним из важнейших видов технического обеспечения судов (кораблей) а также различных технических средств (различные виды транспорта, электрооборудование, бытовая техника и т.д.) является регламентное обслуживание и техническое сопровождение восстановленного оборудования, сущность регламентного обслуживания и технического сопровождения заключается в выполнении определенных (конкретных) осмотров как по наработке ресурса, так и через определенные промежутка времени (ежемесячное, ежеквартальное, полугодовое и т.д.). В общем случае процедуры при обслуживании по наработке и по времени эксплуатации однотипны и определяются требованиями завода (организации) изготовителя для обеспечения гарантийного срока эксплуатации (в часах или годах эксплуатации). Например, для ДВС это осмотры №1, 2, 3, 4, 5 или через каждые 100, 500, 1000 и 1500 часов работы. Если учесть, что каждая последующая операция обслуживания представляет собой восстановительную услугу в состав которой обязательно входит предыдущая, то очевидно, что аналитически эту услугу можно представить в виде:
Тождественные соотношения для преобразования структур систем технического обеспечения судов
К типовым структурным, организационным и технологическим преобразованиям организационно-технических систем, к которым относятся как система технического обеспечения судов, так и ее структурные подсистемы и элементы, такие как подсистемы судоремонта и технического обслуживания, структуры судоремонтных заводов, плавучих и береговых мастерских, службы обеспечения различными видами довольствия и др. являются:
1) объединение участков, цехов, подразделений, выполняющих близкие технологические процессы;
2) разделение цехов, мастерских с целью специализации производства;
3) перераспределение средств финансирования (ресурсов) для различных подразделений (факторов) системы.
Воспользуемся разработанной обобщенной крупноблочной структурной матрицей системы ТОб судов для описания процессов ТО и ремонта в структурах системы ТОб судов на уровне судовладельческой фирмы, пароходства (СРЗ, СРМ, ССЗ, судна). На рис. 3.9а, в отличие от рис. 3.5, подсистемы управления и сбора информации объединены, что соответствует реальному состоянию системы ТОб судов на морском и речном транспорте. Эта же структурная матрица при наличии двух подразделений реализующих техническое обеспечение (производство, ремонт, обслуживание) имеет вид, показанный на рис. 3.9 б. Им соответствующие матрицы коэффициентов имеют вид, показанный на рис. 3.10а,б. Содержательный смысл коэффициентов построенных матриц состоит в следующем.
Коэффициенты Яц»Л22»аЗЗ» находящиеся на главной диагонали, представляют собой коэффициенты передачи, т.е. преобразования ресурсов (материалы, сырье, потенциал производства) в конечный продукт (объем выполненных работ). Если исходить из того, что все отделы и цеха реализуя управление, подготовку и производство рекреационных (восстановительных) работ своей целью ставят задачу увеличения общего объема выполненных работ, то можно считать, что эти коэффициенты представляют собой соотношения в виде:
aJi=l + aJi J = i где: a/і - производительность труда в цехе.
С достаточной степенью точности для инженерных расчетов можно положить, что «і = 1, а22 = 1, #зз = 1+ а» где а- производительность труда в системе ТОб судов (СРЗ, ССЗ, СРМ).
Коэффициенты ajj лежащие ниже главной диагонали, представляют собой коэффициенты влияния управления и подготовки производства на производительность труда в процессе восстановления технических средств судна (техническое обслуживание, судоремонт). Количественно эти коэффициенты оценивают систему управления и подготовки. На практике, эти коэффициенты косвенно можно оценить как долю времени затрачиваемую персоналом планирования и подготовки на решение задач производства или как долю средств выделенных на управление и используемых для производства в управленческих подразделениях.
Коэффициенты a j лежащие выше главной диагонали, представляют
собой коэффициенты обратной связи, обеспечивающие устойчивую работу системы, обычно это отчетная информация в подразделении, позволяющая оценить характер протекания процесса восстановления (производства). Данные коэффициенты обычно оцениваются с помощью экспертных оценок, однако можно использовать и косвенную относительную оценку трудозатрат производственных подразделений на выполнение требуемой отчетной документации по отношению к общим затратам (финансы, сырье, оборудование и др.).
Для оценки эффективности реализации восстановительных услуг определенное значение имеют коэффициенты я5,#52 «53 которые могут быть достаточно объективно оценены как доля распределения ресурсов по трем (и более) составляющих, а в данном случае на управление, подготовку производства и само производство. Выполним вывод аналитических зависимостей выходной координаты системы (производства, судоремонта, технического обслуживания и других подсистем системы ТОб судов).
Факторы, определяющие объем информации при техническом обеспечении судов
Информация, поступающая в центр с судов, кораблей, СТО (систем технического обслуживания), СТОб, влияет на объем и формирование базы данных и базы знаний и отражается четырьмя факторами: = {Г,С,,Я}, где r:(/j,/2) - характеризует объем информации в количестве достаточном (/j) и ограниченном \t2) (порог между /j и /2 должен быть определен для каждого направления технического обеспечения судов); С "(С],С2 сз) хаРактеР поступления информации, который может быть непрерывным (cj), периодическим \с2), однократным (с3); Б:(SitS2) - наличие априорной, т.е. базовой информации (8\ имеется, 82 - отсутствует); B:(blyb2) - вид информации (Ьх - обработанная, Ъ2 - необработанная). Со
Для конкретного варианта (регламентных работ на главном двигателе судна) эта модель может иметь вид: СМ = t\ (q v с2 )8\ (bx v b2 ).
Фактор - математические модели процессов восстановления технического состояния судов, определяющие состав алгоритмов управления (действий по восстановлению). Эти модели могут быть основой для моделей планирования и принятия решений по реализации процессов технического обеспечения, так как формально они описывают методы, способы, пути и алгоритмы выполнения восстановительных услуг в системе технического обеспечения флота. Общие модели процессов технического обеспечения весьма разнообразны и зависят от следующих факторов:
M = {K,R9W}, (4.12)
где К .(k k k k yks) - характеризует зависимость модели от организации процесса восстановления (к\ - конкатенация, к2 - альтернатива, к$ -итерация, к4 - параллельное выполнение действий, к5 - логическая (конъ юнктивно-дизъюнктивная) форма); R : (rj,r2, /3 ) описывают зависимость вероятностных, детерминированных и нечетких оценок результативности операций восстановления; W :(wj,w2, w3,w4) - показывают влияние математического вида моделей количественных оценок эффективности восстано вительных операций и действий (\vx - регрессионная модель, w2 - математическое ожидание, w3 - интерполяционная, w4 - априорная). Общая модель имеет вид: СММ - (кх v k2v k3v k4v k5)(rx v r2 v r3\wx vw2vw3v w4)..,
Конкретный вариант модели может быть: СММ = кх(rx v r2)wx.
Фактор — результат технического обеспечения. Он может быть различным в зависимости от трех видов подфакторов:
n = {D9L,E}, (4.13)
где D:(dx,d2,d3,...) - вид технического обеспечения судна (dx - ремонт, d2 - техническое обслуживание, материально-техническое обеспечение, d3 -модернизация, d4 - техническое сопровождение и т.п.); L :(/ /2,/3,.-.) - характеризует гарантийный срок технического обеспечения (/, - краткосрочный, /2 - годовой, 13 - пятилетний и т.п.); Е:(ех,е2) - способ исполнения
(ех - экипажем судна, е2 - ремонтными бригадами (береговые команды ремонтников). По аналогии с полученными моделями ранее общая модель имеет вид: СМп = (dx v d2v d3 v ...\lx v /2 v /3 v ...X i v e2).
Конкретный вариант модели:
CM n = {dxvd2)lxex. (4.14)
В общем случае как видно из предыдущих рассуждений на процедуру технического обеспечения судов влияет пять категорий: (С, Э, И, М, П};
более 20 видов факторов S, I,V,H и т.д.; более 40 подвидов факторов. Каждый из подвидов факторов предъявляет свои требования к процедуре планирования и организации технического обеспечения судна (корабля) и процесс выбора модели и алгоритма его реализации должен учитывать эти требования, которые должны быть заложены в БЗ.
Для конкретной задачи необходимо выбрать и составить свою СМ 117 модель и с помощью системы планирования выбрать оптимальный (целесообразный) вид (способ) технического обслуживания. Так, например, для реальной задачи комплекс требований (/ ) может иметь вид: ( 3» 2»v2»Jfl»fl l»wl»Pl»fl»c2» l» 2» 2»rl»w2» l»A»e2» 3»)-Учет этих требований ввиду их многочисленности превращает задачу выбора модели и алгоритма процесса технического обеспечения в значительную самостоятельную научно-техническую проблему или задачу, для решения которой необходимо информационно поддерживать элементы диалоговой системы с интеллектуальным принятием решений, которые требуют обоснования выбора путей технического обеспечения флота.
Рассмотрим численный пример использования составленной структурной матрицы СТОб (рис. 3.5) для оценки эффективности системы технического обеспечения судов от полноты информации об их состоянии. Перейдем к операторной форме записи структурной матрицы, т.е. заполним ее операторами (коэффициентами преобразования). Полученная матрица показана на рис. 4.2. Заполним структурную матрицу коэффициентами, определенными с помощью экспертных оценок, при следующих допущениях:
- влияние элементов друг на друга ( а.-;) имеет линейную зависимость;
- влияние диагональных элементов матрицы (Яу/) на себя равно 1; матрица рассматривается без учета помех (х6); входы л:5 и x-j представляют собой единичные сигналы; коэффициенты ядра, осуществляющие обратную связь (я7, где j i, для всех ctji?Q), для обеспечения устойчивости системы принимаются с знаком "минус".
