Введение к работе
Актуальность темы. Опыт эксплуатации морских судов показывает, что для обеспечения безопасности мореплавания, сохранности пассажиров, экипажа и перевозимых грузов требуется постоянное внимание к техническому состоянию (ТС) судов, проверки общей и местной прочности судовых корпусных конструкций (СКК), и постоянному повышению прочности коистругашй в процессе эксплуатации путем их обновления за счет плановых и внеплановых ремонтов.
В судоремонте существенные объёмы работ (до 50-60%) занимают дефск-тация и восстановление изношенных и деформированных корпусных конструкций. Выполнение замеров остаточных толщин листов и балок набора (до 5000 замеров), обработка материалов дефектации, составление отчетных таблиц требуют больших финансовых затрат и времени.
Поэтому необходимо использовать соответствующее программное обеспечение для персонального (портативного) компьютера, которое позволило бы существенно сократить объемы дефектации и ремонта, за счет предварительного прогнозирования состояния изношенных связей (стальных листов и балок набора), снизить продолжительность обработки материалов дефектации, облегчить анализ ТС и автоматизировать выдачу документации для реализации принятого решения на ремонт.
В свою очередь прогнозирование технического состояния корпусов судов в течение срока эксплуатации 2-5 и более лет, не возможно без разработки прогнозных моделей и компьютерного моделирования процессов износа листов и балок набора листовых корпусных конструкций. Результаты моделирования и предлагаемые решения по замене изношенных связей, потребности судостроительной стали и объемов ремонта являются информационной поддержкой процессов управления обновлением корпуса, для поддержания Класса судна "Годен" или " Годен с ограничениями" сроком на t лет.
Целью диссертационного исследования является разработка методики прогнозирования технического состояния листовых корпусных конструкций и алгоритмов расчета объемов ремонта (обновления) корпуса с использованием компьютерной расчетно-инструментальной системы (РИС).
Для достижения сформулированной цели решены следующие задачи: Сделан процессный анализ и построены структурные схемы управления техническим обслуживанием и обновлением корпуса судна на стадии его экс-
плуатации, по итогам которого определены работы, выполняемые с использованием компьютерной системы, обеспечивающей информационную поддержку управленческих решений.
Проведен анализ Правил, Норм, Инструкций, Руководств, Требований и с учетом основного комплекса действующих на изношенное судно внешних нагрузок, формализованы правила оценки допустимых нормативных значений для вида технического состояния "Годен" и нормативов взносов связей для состояния "Годен с ограничениями" на срок t лет.
Предложены прогнозные математические модели износов связей и на их основе разработана методика прогнозирования технического состояния стального корпуса в целом (по критериям продольной прочности) и отдельных связей листовых конструкций (по критериям местной прочности) для судов с неограниченным районом плавания
Разработаны алгоритмы расчета объемов ремонта (обновления) корпусных конструкций для поддержания технического состояния "Годен" или "Годен с ограничениями" на срок t лет эксплуатации.
в Разработаны информационные модели и структуры данных, алгоритмы, программные модули, видеограммы и выходные формы компьютерной расчет-но-инструментальной системы СОИККС, позволяющие в наглядном виде представить результаты дефектации и прогнозирования.
На примерах конкретных судов проверена работоспособность разрабо
танных методов, алгоритмов и программ РИС СОИККС.
Объектом исследования являются процессы изменения технического состояния корпуса судна на стадии его эксплуатации.
Предметом исследования являются модели, методы, алгоритмы и специализированные программные комплексы, обеспечивающие моделирование, прогнозирование технического состояния и оценки объемов ремонта листовых корпусных конструкций для восстановления их работоспособности на заданный срок эксплуатации.
Методы исследования. В работе использовались методы теории вероятности и математической статистики, методы прогнозирования и математического моделирования, вычислительная математика, численные методы, теория алгоритмов и программирование, теория информационных систем, а также специальные методы оценки продольной и местной прочности корпуса судна.
Обоснованность научных результатов обеспечивается применением строгих математических и статистических методов решения задач прогнозирования процессов износа, и тестирование разработанных алгоритмов и программ по результатам дефектащш конкретных судов.
Достоверность теоретических разработок подтверждена совпадением результатов вычислительных экспериментов на ПК с данными, полученными при контрольных замерах остаточных толщин стальных листов корпусов конкретных судов, что позволяет сделать вывод об эффективности разработанных методов моделирования и обработки данных дефектаций.
Научная новизна работы.
-
Построены статистические модели износа стальных листов (балок составного набора), и на основе этих моделей разработаны алгоритмы прогнозирования и оценки технического состояния корпуса по условиям местной прочности.
-
Предложен метод выявления на листах линейного износа, и разработан алгоритм прогнозирования технического состояния листов наружной обшивки корпуса судна, вследствие воздействия линейного износа.
-
Разработаны алгоритмы прогнозирования продольной прочности в поперечных сечениях корпуса судна, использующие методы экспресс контроля и прямого расчета эквивалентного бруса.
-
Сформулирована задача и разработаны алгоритмы определения объёмов металла, необходимого для ремонта (площадь, толщина, марка и категория стального листа), и формирования заявочной ремонтной ведомости для поддержания класса судна на заданный срок эксплуатации.
Теоретическая значимость заключается в следующем: разработанные в диссертации математические модели, алгоритмы и программы могут быть использованы для развития средств обработки результатов дефектаций и прогнозирования технического состояния металлических корпусных конструкций изделий различного назначения.
Практическая ценность. Математические и информационные модели, методы, алгоритмы и разработанные на их основе программы были реализованы в расчетно-инструментальных системах СОИККС.
Работоспособность методов, алгоритмов и программ проверялась экспертами Главного Управления Российского Морского Регистра Судоходства и Lloyd Register на примерах контрольных расчетов дефектаций т/х «Александр Невский», т/х «Кузьма Минин», т/х «Кандалакша» и др. судов, что подтверждается сертификатами № 98.009.010 (СОИККС-2) и 01.006.010 (СОИККС-3).
Основными положеннями, выносимыми па защиту, являются.
Методы аппроксимации эмпирического распределения случайных замеров толщин связей.
Прогнозные модели процессов износа связей.
Алгоритмы оценки технического состояния связей и прогнозирование по условиям местной прочности.
Контроль и прогнозирование продольной прочности по результатам дефектаций связей.
Алгоритмы определения объемов ремонта корпусных конструкций.
Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих Международных научно-технических конференциях:
1. VII Санкт-Петербургская Международная конференция "Региональная
информатика - 2002". Санкт-Петербург, СПбГУВК, 2002г.
-
Международная научно-практическая конференция молодых учёных, студентов и аспирантов ФСАП СЗТУ "Анализ и прогнозирование систем управления", Санкт-Петербург, СЗТУ, 15-17 апреля 2003 г.
-
IX Санкт-Петербургская международная конференция "Региональная информатика - 2004". Санкт-Петербург, СПбГУВК, 22-24 июня 2004г.
-
Международная научно-техническая конференция "Транском-2004". Посвященная 195 лет транспортному образованию в области водных коммуникаций в России. Санкт-Петербург, СПбГУВК, 08-09 декабря 2004г.
-
X Санкт-Петербургская международная конференция «Региональная информатика -2006», Санкт-Петербург, СПОИСУ, 24-26 октября 2006г.
Публикации. Основные теоретические положения, выводы и практические результаты опубликованы в 13 статьях и 5 тезисах докладов на научных конференциях.
Реализация результатов работы. Компьютерные программы СОИККС внедрены в промышленную эксплуатацию Мурманское морское пароходство,
г Мурманск - 2002 г.; Канонерский судоремонтный завод, г. Санкт-Петербург -2003 г.; «RIGA SHIP YARD», г. Рига - 2003 г ; ОАО «Северо-Западный флот», г. Санкт-Петербург 2004 г. и других организациях, занимающихся эксплуатацией судов и судоремонтом.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем диссертации составляет 156 страниц основного текста, содержит 57 рисунков, 20 таблиц, 4 приложения. Библиография включает 123 наименования отечественной и зарубежной литературы.
