Разработка моделей и методов управления периодическими процессами технического обслуживания на авиаремонтном предприятии Федотова, Алена Валериевна

Введение к работе

Актуальность темы. Разработка методологии, научных основ и формализованных методов построения автоматизированных систем управления технологическими процессами технического обслуживания и ремонта (ТОиР) предполагает моделирование и управление жизненным циклом (ЖЦ) сложной технической системы (СТС), включающим стадии ее проектирования, производства и эксплуатации. При этом важнейшей стадией ЖЦ СТС является стадия эксплуатации, на которой созданная система используется по назначению, а также выполняются работы по поддержанию ее работоспособности. Главной задачей на этой стадии является обеспечение установленного периода эксплуатации СТС, решение которой непосредственно связано с этапами ТОиР. Для СТС величины стоимости обслуживания и ремонтов на протяжении ЖЦ в несколько раз превышают стоимость ее приобретения и запуска в эксплуатацию. Создание научных основ построения новых взаимосвязей между различными этапами ЖЦ СТС, в частности, между этапами проектирования СТС и ее технического обслуживания (например, в русле концепции «проектирования для технического обслуживания»), а также разработка методов и систем планирования и управления периодическими процессами технического обслуживания позволяют повысить эффективность, надежность и живучесть СТС.

Поскольку управление процессами ТОиР требует обработки больших объемов разнообразной информации, его реализация возможна только в автоматизированном режиме. Развитие автоматизированных системы поддержки ТОиР связано с переходом от узкоспециализированных компьютерных систем управления техническим обслуживанием CMMS (Computerized Maintenance Management System) к интегрированным системам комплексного управления основными фондами БАМ (Enterprise Asset Management). Современные системы БАМ позволяют согласованно управлять процессами ТОиР, материально-техническим снабжением, складскими запасами и пр. Однако существующие ЕАМ-решения, например, SAP БАМ или Oracle БАМ, являются весьма дорогостоящими, не поддерживают процессы управления знаниями о ТОиР, а также не позволяют заранее планировать периодические процедуры технического обслуживания (ТО).

Все вышеизложенное определяет актуальность темы диссертации, посвященной разработке методов и средств автоматизации ТО на авиаремонтном предприятии на основе онтологического подхода и алгоритмов планирования ТО.

Целью работы является повышение эффективности управления технологическими процессами технического обслуживания и ремонта СТС на основе разработки моделей, алгоритмов и программных средств автоматизированного планирования, используемых в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУТП) обслуживания и ремонта.

Достижение поставленной цели предполагает решение следующих задач:

1. Обзор концепций и моделей жизненного цикла сложной технической системы. Построение моделей ЖЦ СТС различного уровня детализации.

2. Определение взаимосвязей между этапами ТОиР и другими этапами ЖЦ СТС с использованием построенных моделей жизненного цикла.

3. Разработка методологии, научных основ и формализованных методов построения автоматизированных систем планирования и управления технологическими процессами технического обслуживания

4. Построение системы онтологии ТО (на примере авиационной техники)

5. Анализ существующих подходов и систем планирования периодических процессов ТО для авиационной техники. Обзор типовых постановок задач планирования периодических процессов ТО. Математическая формулировка задачи построения и оптимизации периодических процессов ТО.

6. Анализ методов дискретной оптимизации применительно к решению задач ТО. Разработка метода планирования на основе решения задачи удовлетворения ограничений CSP (Constraint Satisfaction Problem). Разработка алгоритма эвристического поиска в пространстве состояний для решения задачи планирования.

7. Разработка общей архитектуры и модулей программной системы поддержки поиска решений

8. Оценка эффективности использования разработанных методов для прикладной задачи планирования периодических процессов ТО. Объектом исследования являются процессы управления ТО на стадии

эксплуатации СТС, среди которых выделяются периодические процессы, рассматриваемые в плане уменьшения времени ТО и увеличения сроков эксплуатации СТС.

Предмет исследования составляют методы, модели и программные средства управления и планирования периодических процессов ТО.

Методологические и теоретические основы исследования. При выполнении диссертации использованы методы системного анализа и исследования операций, математического программирования и теории расписаний, теории графов и теории алгоритмов, теории грануляции информации и теории программирования в ограничениях.

Среди классических трудов в области исследования операций и теории планирования следует отметить основополагающие работы таких ученых как: Р.Акофф, Г.Вагнер, Е.С.Вентцель, М.Гэри, Д.Джонсон, А.Кофман, Дж.Моудер, Г.СПоспелов, Т.Л.Саати, В.С.Танаев, В.В.Шкурба, С.Элмаграби.

Для анализа методов математического программирования и дискретной оптимизации были использованы работы Л.В. Канторовича и Дж.Данцига, В.Каруша, Г.Куна и А.Таккера, Л.С.Понтрягина и Н.Н.Моисеева, Ф.Гилла и Э.Майника, Ю.И.Дегтярева и Г.Ш.Рубинштейна.

Метод программирования в ограничениях изложен в публикациях К.Апта, Р.Бартака, Т.ван Бика, А.Макверса, У. Монтанари, А.С. Нариньяни, Э.Х. Тыугу, Т. Уолша.

Понятие и модели жизненного цикла сложной технической системы были рассмотрены Б. Боэмом, Ю.Р.Валькманом, Г.Б.Евгеневым, К.Д.Жуком, Л.А.Кашубой, В.Б.Тарасовым и др. Анализ отношений между временными интервалами ЖЦ основан на работах Дж.Аллена, Д.А.Поспелова, А.П. Еремеева. Вопросы инженерии ЖЦ и управления ЖЦ освещены в публикациях Л.Алтинга, М.В. Овсянникова, Дж.Старка, Е.В.Судова и др. Развитие идей грануляции информации на различных этапах ЖЦ СТС опирается на труды Л.Заде, Т.Лина, В.Педрича, Ю.Яо, В.Б.Тарасова. Проблемам обеспечения эксплуатационной надежности и безопасности СТС посвящены работы Б.В.Гнеденко, Б.В.Палюха, В.Н.Богатикова.

Ключевая роль процессов технического обслуживания и ремонта на стадии эксплуатации СТС показана Э.Жардином, М.Брамбахом и Дж.Клэйдом, Н.Н. Смирновым, а проблема планирования периодических процессов ТОиР описана в книге Ю.М.Чинючина и И.Ф.Поляковой, стандарте MSG-3. Ее решение на основе методологии MSG-3 получило освещение также в работах сотрудников НИЦ CALS-технологий «Прикладная логистика» А.И. Левина, А.В. Петрова, Е.В. Судова и др.

При разработке онтологии ТОиР были использованы работы Т. Грубера, Н. Гуарино, Т.А. Гавриловой, А.С. Клещева, Р. Мизогучи, Г.С.Плесневича, А.В. Смирнова, С.В.Смирнова, Дж.Совы.

Научная новизна исследования состоит в следующем:

9. Разработаны варианты гранулярного представления ЖЦ СТС с различной степенью абстрактности, предложена модифицированная спиральная модель ЖЦ.

10. Построена система онтологии для задач управления технологическими процессами технического обслуживания (на примере технического обслуживания самолета Ту-214).

11. Предложена методика сквозного управления ТО, позволяющая минимизировать время проведения ТО объекта за счет распределения работ по процедурам.

12. Разработан алгоритм построения конфигураций процедур ТО, основанный на модели онтологии предметной области, и методе удовлетворения ограничений, что позволяет определить максимальную трудоемкость процедуры ТО и общую стоимость ТО.

Результаты работы получены в ходе выполнения проектов РФФИ №11-07-00738, № 13-07-90701, а также госбюджетной НИР № 8.5488.2011.

Практическая ценность диссертации состоит в том, что предложенный подход к планированию ТОиР СТС позволяет уменьшить стоимость и сократить сроки технического обслуживания. Данный подход может быть применен не только на авиаремонтных предприятиях, но и на предприятиях других отраслей. Прикладная значимость диссертации связана также с разработкой подсистемы АСУТП ТО и интерфейсов для ее интеграции в существующие АСУТП ТОиР.

Внедрение и реализация результатов. Результаты исследований, проведенных в диссертационной работе, внедрены на отечественных

предприятиях ОАО «Туполев», Группа компаний «Волга-Днепр», а также использованы в учебном процессе кафедры «Компьютерные системы автоматизации производства» МГТУ им. Н.Э.Баумана и кафедры «Информационные системы» ТвГТУ.

Апробация работы. Основные результаты и отдельные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научных конгрессах и конференциях: Международный конгресс по интеллектуальным системам и информационным технологиям (IS-IT, Дивноморское,2011-2013гг.), XIV-я и XV-я научно-практические конференции «Реинжиниринг бизнес-процессов на основе современных информационных технологий. Системы управления знаниями» (РБП-СУЗ, МЭСИ, 2011 и 2012 гг.), Международная летняя школа-семинар по искусственному интеллекту для студентов, аспирантов и молодых ученых «Интеллектуальные системы и технологии: современное состояние и перспективы» (Тверь-Протасово, 2011 и 2013гг.), Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Эффективные методы автоматизации технологической подготовки и планирования производства» (Москва, МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2011г.), Международная научно-практическая конференция «Фундаментальные проблемы создания и поддержки высокотехнологичных производств» (Москва, МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2012г.), 5-я Всероссийская научная конференция «Нечеткие системы, мягкие вычисления и интеллектуальные технологии» (НСМВИТ, Сочи, 2013 г.), International MP Working Conference on Enterprise Interoperability, Information, Services and Processes for the Interoperable Economy and Society (Enschede, The Netherlands, 2013), 2013 IFAC Conference on Manufacturing Modelling, Management, and Control (МІМ, Saint Petersburg, 2013), International Conference on Intelligent Information Systems (Chisinau, Moldova, 2013), 7^th International Conference on Soft Computing, Computing with Words and Perceptions in System Analysis, Decision and Control (Izmir, Turkey, 2013), The 18^th SAP Academic Conference EMEA. Very Large Business Applications (Munich, Germany, 2013), The 11^th International Conference on Manufacturing Research (Cranfield, UK, 2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 5 в международных изданиях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 176 наименований, и 2 приложения. Объем основного текста работы составляет 155 страниц, включая 47 рисунков и 18 таблиц. Полный объем диссертации составляет 186 страниц.

На защиту выносятся:

13. Концепция и методы грануляции ЖЦ СТС.

14. Модифицированная спиральная модель ЖЦ СТС.

15. Система онтологии для технического обслуживания.

16. Формальная постановка задачи планирования периодического ТО и подзадачи распределения работ по процедурам, методы и алгоритмы ее решения для АСУТП ТО.

Похожие диссертации на Разработка моделей и методов управления периодическими процессами технического обслуживания на авиаремонтном предприятии

Разработка, исследование и внедрение моделей и методов проектирования производственной структуры (на примере машиностроительного предприятия )Садыкова, Айгуль Габбасовна

Разработка методов и моделей адаптивного тестового контроля в системе подготовки и аттестации персонала транспортных предприятий Саркисова Ирина Олеговна

Модели и методы информационной поддержки принятия решений в управлении сложными технологическими процессамиДурман, Николай Александрович

Модели и метод оценки влияния интерфейса на деятельность оператора при управлении технологическими процессамиБалхарет Ахмед Абдулла Саид

Автоматизация формирования самоокупаемых проектов развития промышленных предприятий на основе вложенных процессов массового обслуживанияКузнецов, Сергей Александрович

Автоматизация управления процессом технического обслуживания и ремонта технологического оборудования компрессорных станций газотранспортного предприятия Точилин Николай Владимирович

Аналитико-имитационное моделирование технологических процессов движения запасных частей и комплектующих в дилерской сети предприятий автомобильной промышленности с использованием сетей массового обслуживанияИвахненко, Андрей Андреевич

Разработка компьютерной модели функционирования предприятия в условиях единичного производства (На примере ОАО "Сафоновский электромашиностроительный завод") Ефромеева Елена Валентиновна

Разработка математических моделей и алгоритмов оптимального распределения материальных потоков для предприятий с непрерывным характером производства Козлов Владимир Александрович

Разработка моделей и алгоритмов автоматизации процессов адаптивного обучения специалистов для предприятийДемидов, Дмитрий Григорьевич