автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Информационное обеспечение процессов управления и оценки технического состояния судовых технических средств при их эксплуатации

На правах рукописи

Тихомиров Александр Константинович

Информационное обеспечение процессов управления и оценки технического состояния судовых технических средств при их

эксплуатации.

Специальность: 05.03.06. - «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические системы)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2005г.

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций (СПГУВК).

Научный руководитель:

доктор технических наук Францев И.Р.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кузнецов С.Е кандидат технических наук, доцент Морозов В.В.

Ведущее предприятие: Канонерский судостроительный и судоремонтный завод.

Защита состоится " 29 " сентября 2005 года в 15°° часов на заседании диссертационного совета Д 223.009.03 при Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций по адресу: 198035, Санкт-Петербург, ул. Двинская 5/7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета Автореферат разослан "_" июля 2005 года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Кулибанов Ю.М.

Я005.ч 99Ж9

.д0а --1.0БЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы исследования. Управление техническим состоянием судовых технических средств в процессе их эксплуатации требует достоверной оценки их технического состояния (судно, судовые технические средств и т.п.) которые должны рассматриваться с точки зрения того, насколько параметры и эксплуатационные показатели объекта соответствуют установленным нормативам н 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 обычно к оценке вероятности безотказного функционирования, остаточного ресурса, надежности объекта.

С течением времени при использовании технического средства постепенно происходят изменения его параметров вплоть до предельных, что закономерно приводит к снижению надежности 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 определенных ограничений.

Такая эксплуатация, как правило, связана с аварийными режимами, но следует учитывать, что процессе использования граница, характеризующая уровень технического состояния объекта должна постоянно находится в зоне работоспособности, которая обеспечивается различными видами обслуживания и освидетельствования.

Техническое состояние судовых технических средств, а также судовых

энергетических комплексов, общесудовых систем определяется многими

факторами, которые действуют как детерминированно, так и стохастично, но

можно выделить три области обеспечением безопасности функционирования

а именно: расход ресурса при ■ -и » »пггшГ""™"""'

НАЦИОНАЛЬНАЯ ^ БИБЛИОТЕКА

работоспособности при техническом обслуживанием, обеспечение управленческих решений при эксплуатации судовых технических средств на основе реализации современных CASE и CALS технологий.

Реализация стратегии совершенствования и развития систем управления техническим состоянием судовых технических средств возможна при использовании моделыго-предсказательных подходов, которые позволяют в соответствии с системным подходом формировать обоснование решения как в процессе жизненного цикла судовых технических средств, так и на отдельных периодах эксплуатации (использование, обслуживание, ремонт).

Целенаправленное развитие информационных технологий как при проектировании, так и использовании технических средств вызывает необходимость максимальной формализации процедур принятия решений как менеджерами судовых компаний, так и руководителями структур технического обеспечения эксплуатацией судовых технических средств. Поэтому разработка эффективных современных методов и методик управления и оценки технического состояния судовых средств позволяет принимать научно-обоснованные решения по техническим и бизнес-процессам эксплуатации судов, как один из резервов снижения затрат на проведение работ по обеспечению их работоспособности, вероятности безотказного функционирования.

Исходя из сказанного разработка информационного обеспечения процессов управления и оценки технического состояния судовых технических средств на основе использования комплекса моделей с учетом реализации новых информационных технологий является актуальной для транспорта научной задачей.

Цель диссертационной работы; повышение эффективности технологических, бизнес и информационных процессов обеспечения технического состояния судов на основе новых информационных технологий, как средства обеспечения требуемого качества и заданных целей 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.

к

> 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 учетом 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 техническим обеспечением судов, а также инженерные методы использующие обобщение 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.

Научная новизна.

Методика использования структурных матриц для получения математических моделей оценивающих взаимосвязь выходных координат системы (оценка технического состояния судовых технических средств) от распределения ресурсов на входе системы с учетом технического обслуживания в процессе жизненного цикла.

Комплекс математических моделей восстановительных процессов для судовых технических средств (главного двигателя) отражающих оценку необходимых ресурсов, как по времени исполнения, так и по стоимости услуг при различных вариантах исполнения.

%

Модели оценки безотказности технического состояния судовых технических средств и алгоритмы управления судном с учетом решения типовых частных задач, в том числе пропульсивного комплекса и дизель-генераторной установки.

Диаграммы классов, последовательности, состояний и деятельности отражающих информационное обеспечение системы управления техническими средствами судна и процессов оценки их технического состояния.

Практическая иенность.

На основе предложенных в диссертационной работе теоретических исследованиях, анализе методов оценки технического состояния судовых средств, выполненных вычислительных экспериментов по моделированию процессов управления и оценки технического состояния судовых технических средств в процессе эксплуатации получены следующие прикладные результаты:

- разработаны структурные матрицы для описания процессов изменения технического состояния средств в процессе жизненного цикла и реализации восстановительных услуг;

- создано программное обеспечение моделирования жизненного цикла судовых технических средств;

- разработаны пути совершенствования системы управления техническим состояние^ судовых средств на основе CASE- технологий.

Результаты работы использовались на Канонерском судостроительном и судоремонтном заводе, НПФ "Меридиан", ИКО "Северо-Запад" и др.

Апообаиия работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

- Международной научно-технической конференции «Транском-2004»;

- Научно-практических конференциях аспирантов и студентов старших курсов СПГУВК в 2003,2004,2005 годах;

- На кафедральных семинарах па автоматике в ВМИИ и СПГУВК в 20032005 годах.

Публикации: Основное содержание диссертации опубликовано в 8 печатных работах (4 статьи, 2 тезиса докладов на международной НТК «Транском-2004», 2 тезиса докладов на научно- практических конференциях аспирантов и студентов старших курсов СПГУВК).

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения, приложения и списка литературы. Общий обьбм работы составляет 145 страниц, в том числе 6 таблиц и список использованных источников из 101 наименования.

П. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы исследований, определены задачи исследований, формулирована цель исследований

В 1 главе выполнен анализ факторов, определяющих состояние и функции судовых технических средств. В том числе в п. 1.1 на основе анализа судов различных типов обобщены и систематизированы способы управления техническим состоянием судовых технических средств. Рассмотрена задача практического определения уровня технического состояния судовых технических средств и пути её решения с использованием надежностных расчетов, основанных на статистических данных с учетом режимов и условий использования и восстановления. Показано, что значение остаточного ресурса работоспособности системы или ее элемента не характеризует техническую готовность как вероятность работоспособного состояния в произвольный момент времени. Эту характеристику можно рассматривать как показатель технической готовности. В качестве показателя технической готовности используется коэффициент АГ,, как отношение назначенного и остаточного ресурса при очередном техническом обслуживании:

= = (1) ' Рь П 4

где: Рь - назначенный ресурс до проведения работ по ТО;

Р1- остаточный ресурс до проведения работ по очередному ТО;

Поскольку назначенный ресурс до проведения очередного технического обслуживания Рь определяется нормативным значением вероятности безотказного функционирования, то понятие рассмотренного коэффициента К] отражает, по - сущЛггву, готовность системы в надежностном смысле.

В п. 1.2 под технической готовностью элемента системы рассмотрена его способность выполнять функциональное назначение, определяемое системой, характеризуемой абсолютным или относительным значением остаточного

назначенного ресурса. В качестве исходного базисного значения рассмотрен полный ресурс после изготовления или ремонтного восстановления. Тогда в

качестве показателя технической готовности используется коэффициент К„.

(2)

Хп "П Щ

где: г, - остаточный ресурс; Т^ - выработанный ресурс к моменту I. Поскольку полный назначенный ресурс Иц определяется нормативным значением вероятности безотказной работы, то понятия технической готовности и коэффициента К„. отражают по - существу готовность в общепринятом

надежностном смысле.

Если скорость расходования ресурса элемента при функционировании системы представить в виде:

иа= ; (3)

где: Ъ - - интервалы выработки ресурса Я, - Ли величиной при их начальных значениях ^иИо.

То тогда коэффициент технической готовности КТг можно представить:

"" ~ Л„ ( ~ I ' / '

-Ж. >

ия

где: ^ - временный цикл использования элемента до восстановления, необходимость которого определяется не отказом, а выработкой назначенного ресурса или системой регламентированного "принудительного" восстановления. Начальное состояние ресурса принимается равным Ин; ^ - время использования элемента ( расходования назначенного ресурса) ^ - остаточное время, гарантирующее безотказность элемента в пределах расходования полного назначенного ресурса.

В п. 1.3 предложено использовать для оценки технической готовности СЭУ по каждой задаче зависимости технической готовности узла (агрегата,

блока) от различных элементов используемых (участвующих) в процессе решения задачи судном. Функциональные модели отражают совокупность операций, выполняемых оборудованием и его отдельными частями при функционировании. В качестве функциональной модели оценки технического состояния могут рассматриваться схемы связей между отдельными структурными единицами, диаграммы прохождения сигналов или алгоритмы функционирования. Для построения функциональной модели ОД задаются множеством попарно различных состояний 8:8={8,}, где ¡=1,...,п; множеством попарно различных проверок П={я-,}, 1=1,...,т и множеством результатов проверок А={ач}.

С функциональной моделью сходна логическая модель. Она является более простой и удобной моделью, используемой для диагностирования объектов непрерывного действия. Эта модель используется для объектов, имеющих четко выраженные функциональные блоки. При построении логической модели каждый из параметров входного и выходного сигналов отдельного блока представляется отдельным входом. Вследствие этого некоторые связи диагностируемой структуры оказываются «расщепленными», каждый блок функциональной схемы заменяется несколькими блоками, имеющими по одному входу и несколько существенных для данного входа выходов. В частном случае логическая модель совпадает с функциональной. Для построения функциональной и логической моделей электрических средств автоматизации рассматриваются их функциональные схемы, когда каждый функциональный элемент системы является элементом функциональной или «

несколькими элементами логической зависимости от количества выходов. Произведенный анализ функциональных и логических моделей для оценки технического состояния позволил разработать таблицу определения работоспособности рассматриваемых судовых технических средств с учетом наличия обратных связей в блоках.

В п. 1.4 структурированы особенности судовых электрических средств автоматики, которые позволяют использовать при оценке технического

состояния различные методы поиска дефектов на основе уч&га безотказности, ремонтопригодности и их отношений для каждой структурной единицы модели оценки. Как, правило, простои судовых технических средств связаны с необходимостью поиска и устранения дефектов, возникающих в процессе эксплуатации судового оборудования. Большая часть времени, затрачиваемая обслуживающим персоналом на восстановление судового оборудования, в частности ЭСА, расходуется на поиск дефектов. Поэтому рекомендуются методы и программы поиска дефекта, при которых обеспечиваются минимальные затраты на диагностирование.

Во 2 главе рассмотрены информационные процессы в системе технического обеспечения судов. В п. 2.1 сформулированы и обоснованы задачи по принятию решений при техническом обслуживании судовых технических средств, решение которых обеспечит обоснованный набор алгоритмов реализации восстановительных услуг для поддержания требуемого технического состояния с наименьшими затратами как ресурсов, так и времени. Принятие решений в системе технического обслуживания судов позволяет обеспечить обоснованный набор алгоритмов или совокупности алгоритмов реализации восстановительных услуг, которые учитывают 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.;

- уч&га 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 определенной информационной среде на основе моделей нормативного, целесообразного и интуитивного поведения и т.п.;

Решение указанных задач реализуется на основе создания семантической среды, которая включает содержательные связи и отношения между условиями решения задач восстановления характеристик судна (объекта) н средствами (способами) их решения (исполнения), позволяющими получить конечный результат в соответствии с требованиями Морского или Речного Регистра.

Рассмотрена математическая постановка задачи принятия решений при техническом обеспечении. Имеется:

' - множество условий решения задач обеспечения флота

Х={х1>х2,...,х0}, (5)

где х, - определяется при постановке задачи, / = /, п

- множество алгоритмов и моделей процессов и средств решения процессов обеспечения

А= {АЬА2)...АП}, (6)

где: А, - ьая модель (алгоритм), решающая задачу при определенных условиях, не позволяющих получить решение без данной модели (или в

совокупности с некоторыми другими моделями), ] = 1,т

- множество целей обеспечения (восстановления)

Ц={цьцг,...,цл, (7)

где: Ц[ - означает, какой результат по показателям качества необходимо получить в поставленной задаче, в частности, затраты на ремонт, время

восстановления, степень (уровень) обеспечения ресурсами (средами, расходными материалами), состояние судовых средств по работоспособности,

вероятность отказа, ресурс технических средств и т.п., 1 = 1,к.

Взаимосвязь рассмотренных множеств в семантической среде

показана на рис. 1, а функционально в виде выражения:

где О1 ,С>2 - отношения между X и А, А и Ц: ХО1А, А02Ц, а О1, Ог обозначают отношения "обеспечивает", "реализует", "соответствует", "удовлетворяет".

Применительно к каждому элементу всех множеств X, А, Ц частные отношения между 1-ым условием, ¿-ой моделью (алгоритмом) и 1-ой целью задачи представлена на рис. 1

Проблемная область технического обеспечения определяется перечнем всех тех факторов, которые влияют на эффективность выполнения

ц

Рис.1

О1 <-> 02 X—»А—*Ц,

(8)

1.4

восстановительных услуг для судов и соответственно процесс ее формирования и развития.

6 п. 2.2 разработана оценка эффективности стратегий технического обслуживания при неполной информации о надежности СЭУ которая решена на основе задачи теории игр- "игры с природой" и количественных оценок показателей: коэффициент готовности, коэффициент технического использования, вероятность безотказной работы, коэффициент простоя, стоимость обслуживания, суммарные потери от отказов (Приложение II) Алгебраические модели выполнения восстановительных процессов при техническом обслуживании судовых технических средств представлены в п. 2.3. Сформулированы модели выполнения восстановительных процессов при техническом обслуживании главного двигателя СЭУ на основе алгебры событий с использованием операций: конкатенации, альтернативы, итерации

и параллельного вычисления.

п/п Наименование операции Символьное представление Результат действия операции численные меры оценки

стоимость время

1. Конкатенация последовательное исполнение действия а» затем ак <ч+<ч г +/. а, <ь

2. Альтернатива или Р = а,ча1 а) по стоимости услуг с с б) по времени 1 ! С^-ШШ - шш

3. Итерация ч с,п

4. Параллельное выполнение "К ^На- Са,+СЧС

табл.1

В табл.1, представлены соотношения в алгебре действий и результатов. - Итерация или повторение а; (набор слов а„ак,а^п,...) называется унарная операция, которая каждому слову (набору слов) зависит в соответствии новое слово которое записывается в виде: где п - количество

итераций (повторений) выполняемых действий при техническом обеспечении в соответствии с инструкцией по техническому обслуживанию технического средства

- Параллельное или одноименное исполнение слов а„ак называется бинарной операцией, которая каждому набору слов од ставит в соответствие слово а\ак, где знак | соответствует одновременному исполнению слова а, и а*. Оператор параллелизма имеет вид

где tai, tak - время выполнения операций обслуживания.

В п.2.4 разработана математическая модель задачи принятия решений при техническом обеспечении судовых технических средств на основе структурных матриц и выполнены вычислительные эксперименты по еб анализу и оценке влияния ресурсов по видам технического обслуживания на общий ресурс судового технического средства Система управления техническим обслуживанием, как нового двигателя, так и после достижения определенных характеристик ресурса представлена в виде семи блоков, входящих в ядро системы, каждый из которых имеет выходные координаты (xi, х2,...., х7), на систему действуют входные воздействия (внешние факторы, внутренние факторы, требования ГОСТа, ЙСО - международные стандарты качества, политика фирмы в области качества) и общие выходы системы в виде оценки ресурса. Блок-схема жизненного цикла технического обеспечения судового двигателя (на примере 6ЧСПН 18/22) представлена на рис.2.

р(1)

Рис.2.

Ей соответствующая структурная матрица имеет вид показанный в табл. 2

№ п/ и Показатели х, х2 Хз Х4 х5 X« х7 1 1 т

Подсистемы № в. © о С

1. Судостроительный завод X 1 л п

2. Эксплуатация (техническое использование) и X п п л п п

3. ТО №1 и X л

4. ТОЛИ и и X 1

5. Диагностика и и X п л

6. Плановый ремонт и X л

7. Оценка остаточногд ресурса и и и X п

РЭБ ФЛОТА

Табл.2

Б - параметр, характеризующий режимы эксплуатации двигателя. Ф - финансы, выделяемые на реализацию видов обслуживания жизненного цикла судна.

Анализ или разработка модели системы (или объекта как системы) методом структурных матриц выполнен в несколько этапов, причем на каждом последующем этапе уточнялась структура, полученная на предыдущем.

В 3 главе предложены модели оценки безотказности технического состояния судовых технических средств. В п.3.1 выполнена классификация этапов функционирования судовых средств в процессе эксплуатации. Сформулирован неполносвязанный ориентированный граф деятельности судна для численного определения этапа наиболее интенсивного функционирования, а также комплексированные оценки суммарной вероятности безотказного функционирования судовых технических средств. Зная назначение судна, то можно определить 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. Например, 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. Введены определения, которые характеризуют деятельность судна, в период выполнения различных задач. Под периодом выполнения задач судна принят 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 разделен 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.

Четвертый 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, позволил 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, выполняются на фоне задачи 2 и 3-го этапов. Задачи борьбы за живучесть (7 этап) могут решаться на фоне любого последовательного или параллельного этапа..

Использование судна в каждом плавании представлено в виде неполносвязанного, ориентированного графа, показанного на рис. 4

Вершинами графа являются этапы деятельности, а дугами - интенсивности

переходов от одного этапа к другому.

Как уже было отмечено выше, этапы с 1-ого по 4-ый реализуются последовательно, а этапы 5-6-7 могут реализовываться параллельно с любым го шеста этапов. Таким образом, на основании графа декомпозиции

деятельности судна,

определен этап с наиболее интенсивной деятельностью функционирования судовых

Рис.4

технических средств по числу входных стрелок и отранжировать этапы по этому признаку.

В соответствии с рис. 4 получаем: 7-5-6-3-4-2-1.

Реализация одновременно трех этапов невозможна из-за ординарности графа деятельности. Анализ показывает, что есть вершины графа, имеющие одинаковый рейтинг, а именно: 5,6,3 и 2,4. для выбора этапа из подмножества вершин с одинаковым рейтингом необходим уч&г дополнительных факторов, таких, например, как готовность технических средств судна.

В п. 3.2 разработаны математические модели оценки функционирования СЭУ на основе матриц работоспособности с уч&гом марковских и полумарковских процессов восстановления. Располагаемый уровень функционирования любой судовой системы (в том числе пропульсивный

комплекс) зависят от безотказности комплектующего оборудования или, по-другому, комплектующих узлов.

В работе принято, что работа СЭУ представляется как полумарковский процесс (ПМП) в виде модели функционирования ПК, являющегося стохастическим объектом.

Дисциплина переходов такого комплекса описана следующим образом:

- В начальный момент времени (вообще говоря, произвольный) ПК находится в 1 - ом состоянии, т е в одном из возможных состояний ю множества И, IС N (если в ПК п узлов и каждый из них может находится в двух состояниях, то № 2а), в течение некоторого случайного времени 01, после чего переходит в состояние

] С ^ время пребывания в 1* - ом состоянии распределено в соответствии с функцией распределения (ФР) Оу < 1;

- Переход ПК из1-гов.|-ое состояние происходит с вероятностью Од , при этом! Од <1;

- При д альнейшем переходе ив \ - го состояния в некое К -ое состояние, К С Н система в j -ом состоянии пребывает время 9) -распределенное в соответствии с ФР СЗД и т.д.

Следовательно, эволюция ПК как судовой технической системы должна быть задана двумя последовательностями: состояний в виде {£п, п > 0} и времен пребывания в состояниях в ввде {Оп, п>0}.

Отмеченное означает, что для построения аналитической модели ПК, описываемой ПМП, необходимо задать характеристики двумерного процесса {£л, Оп,п>0}.

Рассмотрено определение полумарковской матрицы для описания процесса функционирования ПК.

Если j С N представляют собой конечное множество натуральных чисел, то представляется возможным задать 0У (1) как измеримые неотрицательные функции. В таком случае матрица

является полумарковской, если <2^(0 - неубывающая непрерывная справа функция по 1>0 и Оу(1) = 0,1<0. а также £<2, =РД/)<1длялюбогоЗ СК

В п. 3.3 выполнена оценка безотказности пропульсивного комплекса с учётом резервирования на основе графа переходов дублированного блока, а также система ЭЭС состояния из 4-х дизель- генераторов. Типичным примером такой подсистемы является структура, состоящая го рабочего и резервного узлов, а также одного канала восстановления.

В известном смысле в структуре ПК таких подсистем две - однократно резервированная электростанция и то же, вингорулевой движитель. Принимая времена работы 6Р и восстановления 0В узлов в такой подсистеме распределенными показательно с параметрами у и V, соответственно, можно записать:

Пусть, для определенности, резерв холодный, и, значит, резервный узел отказать не может. Вводятся состояния такого блока: в] -работает один узел, другой находится в резерве, &2- работает один, другой восстанавливается,

ез - оба узла отказали, один из них восстанавливается

Граф. перехода блока представлен на рис.5

Вер{0р>1}=ехр(-уО

Вер{0„> 1}=ехр(-\1)

(11)

Рис.5 21

где видно, что из в1 в ег подсистема переходит с достоверностью, то же следует сказать и о переходе из ез в е4 (рано или поздно), т.е. с вероятностью 1. Из вг в в! подсистема переходит лишь тогда, когда восстановление произошло раньше отказа работающего узла, т.е. когда шш {0р, 0в) = 9в, 0р > 0в: из ег в ез, напротив, система перейдет, когда работающий узел откажет раньше окончания восстановления резервного узла, т.е. когда пнп{ 8р, 0в} = 9р, 0р < 6в.

В а 3.4 выполнена оценка вероятности безотказного функционирования пропульсивного комплекса судна на воздушной подушке. Примером такой подсистемы являются блоки дизель - генераторов (четыре комплекта). Структура такой подсистемы состоит из одного узла под нагрузкой и двух таких же резервных, а также одного канала восстановления. Пусть время безотказной работы каждого узла распределено показательно с параметром у (если эти параметры для трех узлов различны," их можно принять одинаковыми, предварительно усреднив), а время восстановления - произвольным образом, т.е. Щ0-Вер{9, <}. Подсистема работоспособна, если не отказал хотя бы один (из трех) узел (рис.б)

Рис.6

В главе 4 произведена оценка изменения работоспособности судовых технических средств с учётом расходования ресурса В п.4.1 разработана математическая модель в виде передаточной функции изменения ресурса технического комплекса и выполнено ев моделирование на основе решения дифференциального уравнения описывающего систему управления техническим обеспечением двигателя. Ресурс представляет собой инвариант, который

задается техническому комплексу (двигателю) в процессе его создания и он не зависит от внешних факторов и является постоянным при отсутствии подвода (отвода) энергии из вне.

Основными задачами технического обслуживания энергетической установки судна является обеспечение заданного энергетического ресурса, и оно включает в себя различные виды обслуживания (ежедневное, гарантийное, по наработке часов, ремонт, освидетельствование и т.д.). Все виды обслуживания направлены на обеспечение общего ресурса технического средства (двигателя). Ресурс обеспечивается отдельными подсистемами объекта, в качестве которых являются как элементы, агрегаты, так и отдельные узлы. В работе принято, что ресурс определяется следующими составными частями:

- механический ресурс - гм

- ресурс рабочих сред (масло, топливо, воздух, технологические

ЖИДКОСТИ И Др.) Гер

- ресурс вспомогательного оборудования (электрическое, механическое, навесное и др.) т^п

- ресурс топливной аппаратуры - гта

В целом объемная составляющая ресурса определяется по формуле вида:

я

П=Гм+Гсг+Гяг+ (12)

ы

Учитывая возможности восстановления (обеспечения) ресурса в организациях РЭБ (ремонгно- эксплуатационных базах) при эксплуатации судна, а также с учетом гарантийного и сервисного обслуживания следует, что на практике механический ресурс обеспечивается на судостроительном заводе, а все остальные части ресурса восстанавливаются в процессе эксплуатации (виды технических осмотров и освидетельствований). Если исходить из того, что механический ресурс определяется на заводе изготовителе, то очевидно, что ресурс постоянно снижается и его изменение

Рис.7

можно представить как решение дифференциального уравнения, описывающего систему эксплуатации судна с учетом зависимости расходования ресурса который является внешним воздействием.

Представлена система технического обслуживания объекта в виде функциональной схемы, рис. 7.

В соответствии с функциональной схемой ТО представлена математическая структурная схема (рис.8) данного процесса с учетом принятых допущений:

- - передаточная функция сбора и накопления информации о расходовании ресурса, которая соответствует интегрирующему звену;

- - передаточная функция технического обслуживания (виды освидетельствований и технических осмотров);

- \У™=К2 - пропорциональное звено.

- \У"0СТ р - передаточная функция восстановления свойств объекта при

проведении технического обеспечения, апериодическое звено,^^ р=——,

7*3$ + 1

но близкое к звену чистого запаздывания: Тг« я,гдея - технический ресурс.

- р' - передаточная функция расхода ресурса при использовании транспортного средства; \№р**"р =К4

" Рис.8

В п. 4.2 сформулированы задачи реализации имитационного J моделирования процессов технического обеспечения судов на основе проблемно- ориентированных языков моделирования. В п. 4.3 предложена методика проектирования программ технического обслуживания как на использовании расчётов по надёжности, так и с помощью экспертных методов. Технологическая схема работы конечного пользователя состоит в создании прикладной информационной модели. В профессиональной терминологии деятельности пользователя описывается структура и динамические свойства, характеризующие объект исследования (011). Полученная информационная модель преобразуется в математическую на основе установления соответствия между ее элементами и свойствами, с 1 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.

Сформулированные условия реализации информационных средств на базе CASE- технологий для планирования видов технического обслуживания судовых средств приведены в п. 4.4. CASE- средства предназначены для снятия части технологических проблем за счёт упрощения рутинных процедур, что позволяет освободить людские и временные ресурсы для углублённой проработки предметной области. Необходимость системных исследований наиболее ярко проявляется на начальном этапе создания

25

информационных систем контроля и управления - этапе предпроекгаого обследования. Вместе с тем, такое обследование различных уровней технического обслуживания обладает рядом общих черт, которые при соответствующей математической, информационной, алгоритмической и программной проработке также могут быть автоматизированы, что позволяет значительно повысить качество предпроектного обследования при создании информационных систем контроля и управления.

Ш. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Выполнены экспериментально-теоретические исследования по совершенствованию информационного обеспечения процессов управления и оценки технического состояния судовых технических средств в процессе эксплуатации путем анализа фактических числовых данных по обслуживанию судовых технических средств, а также на основе цифрового моделирования как технологических, так и бизнес процессов позволили получить следующие научные результаты:

1. Проанализированы особенности изменения технического состояния судовых технических средств в процессе эксплуатации с учетом возможных восстановительных процедур по техническому обслуживанию в виде регламентных работ и сформулированы типовые недостатки, связанные с использованием судов в течение жизненного цикла

2. Сформулированы пути совершенствования организационной системы при управлении эксплуатацией судовыми техническими средствами на основе реализации системы принятия решений по выбору вида технического обслуживания, использования информационных технологий и системного решения большинства задач, возникающих в процессе технического обслуживания.

3. Предложена и реализована методика использования структурных матриц для получения математических моделей, описывающих взаимосвязь выходных координат системы (оценки технического состояния СТС) от распределения ресурсов на входе системы с учетом технического обслуживания в процессе жизненного цикла.

4. Получен комплекс математических моделей восстановительных процессов судовых технических средств (главного двигателя) отражающих оценку необходимых ресурсов, как по времени, так и по стоимости услуг при различных вариантах исполнения.

5. Модель оценки безотказности технического состояния судовых технических средств и алгоритм управления судном с учетом решаемых типовых частных задач на судне, в том числе пропульсивного комплекса и дизель-генераторной установки.

6. Предложен и апробирован алгоритм сравнительного анализа эффективности ввдов технического обслуживания на основе игры с природой.

7. Сформулирована математическая модель задачи прогнозирования технического состояния (работоспособности) судового оборудования с использованием линейных регрессионных зависимостей.

8. Обоснованы пути совершенствования системы технического обеспечения судовых технических средств с использованием CASE -технологий.

9. Теоретические результаты работы являются общими и могут быть распространены на другие типы технических средств.

10. Результаты работы использовались на предприятиях и судовых компаниях в проектных и исследовательских организациях флота по изготовлению, ремонту и обслуживанию судовых технических средств, в том числе: буксирная компания ООО «Грифон», судоходная компания «Элиен», Канонерском заводе г. Санкт-Петербурга, НПФ «Меридиан», ИКО «Северо-Запад».

1У.0СН0ВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ НАУЧНЫХ ПУБЛИКАЦИЯХ:

1. Тихомиров А.К. Один из подходов к оценке технического состояния судовых электростанций. Сб. Труды научно-практической конференции студентов и аспирантов 23-25 июня 2003 г." СПб.: СПГУВК, 2004,19-20 с.

2. Тихомиров А.К. Особенности оценки функционирования судовой энергетики. Сб. научных трудов "Математическое и информационное обеспечение автоматизированных систем". СПб.: СПГУВК, 2004,200-202 с.

3. Тихомиров А.К. Оценка технического состояния судового оборудования с учетом процессов обслуживания. В сб. научных трудов "Математическое и информационное обеспечение автоматизированных систем". СПб.: СПГУВК, 2004, 203-206 с.

4. Тихомиров А.К. Оценка необходимого ЗИП для обеспечения технической готовности. Сб. материалов Международной научно-технической конференции "Транском-2004" 8-9 декабря 2004 г. СПб.: СПГУВК, 2004, 7174 с.

5. Тихомиров А.К. Особенности СДЬБ-технологии в обеспечении готовности судовых технических средств. Сб. материалов Международной международной научно-технической конференции "Транском-2004" 8-9 декабря 2004 г. СПб.: СПГУВК, 2004,74-76 с.

6. Тихомиров А.К. Обобщенный ресурс как характеристика технического состояния оборудования. Сб. "Труды научно-технической конференции студентов и аспирантов 1-4 июня 2004 г." СПб.: СПГУВК, 2004,231-235 с.

7. Тихомиров А.К., Францев И.Р. Алгебраические модели изменения технического состояния судовых технических средств при техническом обслуживании. Сб. 'Труды научно-практической конференции студентов и аспирантов 1-7 июня 2005 г." СПб., СПГУВК, 2005, 73-76 с.

8. Тихомиров А.К., Францев И.Р. Математические модели в оценке функционирования СЭУ. Сб. "Труды научно-практической конференции студентов и аспирантов 1-7 июня 2005 г " СПб., СПГУВК, 2005,76-79 с.

Печатается в авторской редакции

Подписано в печать 30.06.05. Сдано в производство 30.06.05.

Лицензия № 000283 от 19.10.98. Формат 60x84 1/16 Уел -печ. л. 1,74. Уч.-изд.л. 1,5. Тираж 60 экз. Заказ №292

Отпечатано в ИПЦ Ф ГОУ ВПО СПГУВК 198035, Санкт-Петербург, Межевой канал, 2

РНБ Русский фонд

2005-4 29272

15 ИЮЛ 2005

1803

Список принятых сокращений.

Введение: Состояние проблемы и задачи исследования.

Глава 1: Анализ факторов, определяющих состояние и функции судовых технических средств.

1.1 Способы управления техническим состоянием судовых технических средств.

1.2 Системная структуризация технического обеспечения и оценки ресурса работоспособности судовых технических средств.

1.3 Методы оценки технического состояния с использованием функциональных и логических моделей объекта.

1.4 Особенности судовых электрических средств автоматики как объекта оценки технического состояния.

1.5 Выводы по главе 1.

Глава 2: Информационные процессы в системе технического обеспечения судов.

2.1 Особенности принятия решений по техническому обеспечению судовых технических средств.

2.2 Оценка эффективности стратегий технического обслуживания при неполной информации о надёжности СЭУ.

2.3 Алгебраические модели выполнения восстановительных процессов при техническом обслуживании судовых технических средств.

2.4 Математическая модель задачи принятия решений по техническому обеспечению судовых технических средств.

2.5 Выводы по главе 2.

Глава 3: Модели оценки безотказности технического состояния судовых технических средств.

3.1 Оценка вероятности безотказного функционирования судовых технических средств в различных режимах работы судна.

3.2 Математические модели оценки функционирования СЭУ.

3.3 Оценка безотказности пропульсивного комплекса с учётом резервирования.

3.4. Оценка безотказности судовой электроэнергетической системы и пропульсивного комплекса судна на воздушной подушке.

3.5. Выводы по главе 3.

Глава 4: Информационное обеспечение оценки изменения работоспособности судовых технических средств с учётом расходования ресурса.

4.1 Моделирование процессов изменения ресурса в процессе эксплуатации.

4.2 Имитационное моделирование процессов технического обеспечения судов.

4.3 Программа технического обслуживания судовых средств.

4.4 Методика проведения программы технического обслуживания и ремонта.

4.5 Выводы по главе 4.

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. 6

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 7 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 финансовоэкономические 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 8 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. Бира, 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 и 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

1Н 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

ID 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, ю 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.

10. Результаты работы использовались на предприятиях и судовых компаниях в проектных и исследовательских организациях флота по изготовлению, ремонту и обслуживанию судовых технических средств, в том числе: буксирная компания ООО «Грифон», судоходная компания «Элиен», Канонерском заводе г. Санкт-Петербурга, НПФ «Меридиан», ИКО «Северо-Запад». Ы

Заключение

Выполненные экспериментально-теоретические исследования по совершенствованию информационного обеспечения процессов управления и оценки технического состояния судовых технических средств в процессе эксплуатации путем анализа фактических числовых данных по обслуживанию судовых технических средств, а также на основе цифрового моделирования как технологических, так и бизнес - процессов позволили получить следующие научные результаты:

1. Проанализированы особенности изменения технического состояния судовых технических средств в процессе эксплуатации с учетом возможных восстановительных процедур по техническому обслуживанию в виде регламентных работ и сформулированы типовые недостатки, связанные с использованием судов в течение жизненного цикла.

2. Сформулированы пути совершенствования организационной системы при управлении эксплуатацией судовыми техническими средствами на основе реализации системы принятия решений по выбору вида технического обслуживания, использования информационных технологий и системного решения большинства задач, возникающих в процессе технического обслуживания.

3. Предложена и реализована методика использования структурных матриц для получения математических моделей, описывающих взаимосвязь выходных координат системы (оценки технического состояния СТС) от распределения ресурсов на входе системы с учетом технического обслуживания в процессе жизненного цикла.

4. Получен комплекс математических моделей восстановительных процессов судовых технических средств (главного двигателя) отражающих оценку необходимых ресурсов, как по времени, так и по стоимости услуг при различных вариантах исполнения.

5. Модель оценки безотказности технического состояния судовых технических средств и алгоритм управления судном с учетом решаемых типовых частных задач на судне, в том числе пропульсивного комплекса и дизель-генераторной установки.

6. Предложен и апробирован алгоритм сравнительного анализа эффективности видов технического обслуживания на основе игры с природой.

7. Сформулирована математическая модель задачи прогнозирования технического состояния (работоспособности) судового оборудования с использованием линейных регрессионных зависимостей.

8. Обоснованы пути совершенствования системы технического обеспечения судовых технических средств с использованием CASE -технологий.

9. Теоретические результаты работы являются общими и могут быть распространены на другие типы технических средств.

1. Абрамов О.В., Розенбаум А.Н. Управление эксплуатацией систем ответственного назначения. Владивосток, Дальнаука, 2000.

2. Антипов В.В., Петров С.А. Российская корабельная энергетика. Военный парад, №4,2001.

3. Астахов С.В., Ватипко Б.А., Холявко Л.П. Оценка надёжности судовых механизмов при проектировании и эксплуатации. Л., Судостроение, 1979.

4. Баранов А.П. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы. М., Транспорт, 1988.

5. Бендерская Е.Н., Колесников Д.Н. и др. Системный анализ и принятие решений. Учеб. пособие. СПб., СПГТУ., 1999.

6. Беленький А.С. Исследование операций в транспортных системах: идеи и схемы методов оптимизации планирования, М., Мир, 1992

7. Белый О.В., Попов С.А. Архитектура и методология транспортных систем, СПб., Элмор,2002.

8. Блинов Э.К. Техническая эксплуатация флота и современные методы судоремонта, Л.: Судостроение, 1988.

9. Богомолов A.M., Твердохлебов В.А. О классификации и оценке методов технической диагностики.- В нк.: Методы и системы диагностики. Вып. 1 Изд-во Саратовского университета.

10. Большая энциклопедия транспорта, т.6, Энциклопедия водного транспорта. СПб.: PAT, 1995.

11. Бутов А.С., Гаскаров Д.В. Транспортные системы. Моделирование и управление. СПб.: Судостроение, 2001.

12. Василенко В.А., Травин С.Я. Испытания судовых ядерных реакторных установок на надёжность в составе наземного стенда прототипа, СПб., Моринтех , 2001.

13. Гаскаров В.Д., Об одном методе прогнозирования технического состояния судового оборудования. Межвузовский сб. научных трудов. Н.-Новгород.: ВГАВТ, 1995, с.77-80.

14. Гаскаров В.Д., Францев И.Р. Моделирование систем технического обеспечения судов. Материалы международной научно- практической конференции "Трастек-2003". СПб.: СПГУВК, 2003, с. 78-95.

15. ГОСТ 21623-76. Система технического обслуживания и ремонта судов. Показатели для оценки ремонтопригодности.М.: ГК стандартов СМ СССР, 1978.

16. ГОСТ 24166-80. Система технического обслуживания и ремонта судов. Терминология и определения. М.: Транспорт, 1980.

17. Говорский А.Э. Распределённые информационные системы контроля и управления, СПб., Энергоатомиздат, 2004.

18. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьёв А.Д. Математические методы в теории надёжности.- М.: Наука, 1965.

19. Губинский А.И., Ротштейн А.П. Методические рекомендации по построению моделей оценки эффективности, качества и надёжности эрготических систем, М., АН СССР, 1981.

20. Де-Грот М. Оптимальные статистические решения, пер. с англ., М., Мир, 1984.

21. Диткин В.А., Прудников А.П. Интегральные преобразования и операционное исчисление, M-JL, Физматгиз, 1981.

22. Дубов Ю.А., Травкин С.И., Якимец В.Н. Многокритериальные модели формирования и выбора вариантов систем. М., Наука, 1986.

23. Иыуду К.А. Надёжность, контроль и диагностика вычислительных машин и систем: Уч. пособие для вузов. М.: Высш. школа, 1989.

24. Жмурин Д.Н. Математические основы теории систем. Новочеркасск, НГТУ, 1998.

25. Жружинин Г.В. Надёжность автоматизированных систем.- М.: Энергия, 1977.

26. Захаров И.Г., Дорофеев В.И. Современное состояние теории проектирования кораблей ВМФ. Сборник научных трудов НТК «Моринтех-95», СПб, 1995.

27. Золотов.В.В. Управляющие комплексы сложных корабельных систем, JL, Судостроение, 1986.

28. Золотов В.В., Фрейдзон И.Р, Управляющие комплексы сложных корабельных систем, JI, Судостроение, 1986.

29. Капитонов И.В. Совершенствование технической эксплуатации морских судов. М, Транспорт, 1986.

30. Калашников В.В. Сложные системы и методы их анализа.М, Знание, 1980.

31. Киселёв А.Н, Францев Р.Э. Информационные системы управления промышленными предприятиями, Уч.пособие, СПб, СПГУВК, 2001.

32. Клир Дж. Системология автоматизация решения системных задач. М.: Радио и связь, 1985.

33. Кузнецов С.Е. Основы эксплуатации судового электрооборудования и средств автоматизации: Учеб. для вузов. М.: Транспорт, 1991.

34. Кузнецов С.Е, Филев B.C. Основы технической эксплуатации судового электрооборудования и автоматики: Учеб, СПб.: Судостроение, 1995.

35. Иванищев В.В. Автоматизация моделирования потоковых систем, JL, Наука, 1986.

36. Йодан Э. Структурное программирование и конструирование программ, М, Мир, 1979.

37. Калашников В.В. Сложные системы и методы их анализа. М.: Знание, 1980.

38. Калявин В.П, Мозгалевский А.В. Технические средства диагностирования, JL: Судостроение, 1984.

39. Клыков Ю.И. Ситуационное управление большими системами, М, Энергия, 1984.

40. Козлов А.В. Пути повышения эффективности управления судовыми энергетическими процессами. СПб,Судостроение, 2002.

41. Королюк B.C., Турбин А.Ф. Процессы марковского восстановления в задачах надёжности систем, Киев, «Наукова думка» , 1982.

42. Климов Е.Н. Управление техническим состоянием судовой техники. М.: Транспорт, 1985.

43. Коваленко В.В. Автоматическое регулирование систем. М.: Энергия, 1981.

44. Кобзев В.В., Бухаров Р.С. Укрупнение алгоритмов управления судовыми техническими средствами, СПб., Судостроение, №10, 1990.

45. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров, М., Наука, 1978.

46. Комплексная система технического обслуживания и ремонта судов. Основное руководство, JL, Изд. ЦНИИМФ, 1988.

47. Кротов В.Ф., Сергеев С.М. Общий подход к решению задач дискретной оптимизации. Моделирование и оптимизация управления динамическими системами, М., 1989

48. Кузнецов Н.Ю. О методе нахождения вероятности безотказной работы высоконадёжных систем, М., Кибернетика №7, 1982, стр. 13-17.

49. Лазарев И.А. Информация и безопасность. М.: МГЦ НТИ, 1997.

50. Мальцев А.И. Алгебраические системы. М.: Наука, 1970.

51. Меликов А.Н., Бернштейн Л.С., Коровин С.Я. Ситуационные советующие системы с нечёткой логикой. М.: Наука, 1990.

52. Мозгалевский А.В., Волынский В.И., Гаскаров Д.В. Техническая диагностика судовой автоматики.-Л.: Судостроение, 1972.

53. Мозгалевский А.В., Калявин В.П. Системы диагностирования судового оборудования: Учеб.пособие. Л., Судостроение, 1987.

54. Недялков К.В. Автоматизация управления судовой электроэнергетической системы, текст лекций, Л., ЛИВТ, 1991.

55. Оптер C.JI. Системный анализ для решения деловых и промышленных проблем. М.: Советское радио, 1969.

56. Основы технической диагностики. Кн.1. Модели объектов, методы и алгоритмы диагноза/ Под ред. П.П. Пархоменко,, М.: Энергия, 1976.

57. Осуга С. Обработка знаний.- М.: Мир, 1989.

58. Отчёт по НИР /03-03-27/. «Анализ жизненных циклов и сроков службы эксплуатирующихся кораблей», раздел 1, арх. 64646 (по учёту 1 ЦНИИ МО РФ), 1991.

59. Отчёт по НИР /Наживка-М/. «Обеспечение надёжности корабельных комплексов на этапах их жизненного цикла», уч. № 43766 (по учёту 1 ЦНИИ МОРФ), 1991.

60. Отчёт по НИР /Юбилей/. «Сбор и обработка эксплуатационной информации о безотказности образцов корабельной техники», арх. 55862 (по учёту 1 ЦНИИ МО РФ), 1986.

61. Падерно И.П., Усачёв В.А., Худяков Л.Ю. Надёжность сложных судовых систем. JL, Судостроение, 1977.

62. Панченко В.М. Системный анализ и метод имитационного моделирования. М.: МИРЗА, 1995.

63. Подиновский В.В. Математическая теория выработки решений в сложных ситуациях. МО СССР, 1981.

64. Попов Е.П. Автоматическое регулирование и управление. M-JL: Физматгиз, 1962.

65. Портягин И.Н., Пюкке Г.А. Теория, методы и эксперименты решения задач диагностики судовых электрических средств автоматизации. СПб,'.Судостроение, 2004.

66. Правила технической эксплуатации судовых технических средств. М.: Мортехинформреклама, 1984.

67. Правила эксплуатации судового оборудования. Мурманск: Изд. Гипрорыбфлота, 1987.

68. Реклейтис Г., Рейвиндран А., Рэксдел К. Оптимизация в технике, в двух томах, пер. с англ., М., Мир, 1986.

69. Романов В.Н. Системный анализ для инженеров. СПб., СЗПИ., 1998.

70. Рыбина Г.В. Проектирование систем, основанных на знаниях. Учебное пособие.- М.: МИФИ, 2000.

71. Рябинин И.А., Киреев Ю.Н. Надёжность судовых электроэнергетических систем и судового электрооборудования.- Л., Судостроение, 1974.

72. Силин В.Б., Заковыряшин А.И. Автоматическое прогнозирование состояния аппаратуры управления и наблюдения.-М.: Энергия, 1973.

73. Сильверстов Д.С. Полумарковские процессы с дискретным множеством состояний, М., Советское радио, 1980.

74. Смоляров A.M. Эффективность функционирования сложных систем. Рязань, РРИТ, 1987.

75. Системы: декомпозиция, оптимизация и управление. М.: Машиностроение, 1996.

76. Совершенствование технической эксплуатации морского флота. Сб.трудов ЦНИИМФ, Л.: Транспорт, 1986.

77. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. М., Высшая школа, 1985.

78. Справочник по теории автоматического управления. Под ред. A.JI. Красовского, М.: Наука, 1987.

79. Scott А.С., Clayton I.E., Gibson E.L., A Practical Guide to Knoweledge Acquisition. Addision- Wesley Publishing Company, Inc., 1991.

80. Стробыкин Д.А. Логический вывод в системах обработки знаний /Под ред. Д.В. Пузанкова.- СПб.:СПбГЭТУ, 1988.

81. Таран В.П. Диагностирование электрооборудования, К., Техника, 1983.

82. Травин С.Я., Промыслов Л. А., Оценка и обеспечение надёжности судового оборудования, Л., Судостроение, 1988.

83. Травин С.Я., Соколов С.А. Постановка задачи оптимизации корабельной системы, сб. «Вопросы эксплуатации и надёжности», СПб., №86, 1995.

84. Фишберн П. Теория полезности для принятия решений, М., Наука, 1988.

85. Фока А.А. и др. Техническое обслуживание судна в рейсе. Справочник., М.: Транспорт, 1985.

86. Фокин Ю.Г. Надёжность при эксплуатации технических средств, М., Воениздат, 1970.

87. Фокин Ю.Г. Оператор -технические средства: обеспечение надёжности. М., Воениздат, 1985.

88. Францев И.Р. Концептуальная модель процессов технического обеспечения и ремонта судов. В сб. н. тр. "Информационные системы на транспорте". СПб., Судостроение, 2002.

89. Францев И.Р. Управление техническим обеспечением судов (модели, структуры, оценки). СПб.: Политехника, 2003.

90. Францев И.Р., Шнуренко А.А. Моделирование процессов технического обеспечения судов, СПб., Энергоатомиздат, 1999.

91. Фрейдзон И.Р. Судовые автоматизированные системы, Л., Судостроение, 1988.

92. Фрейдзон И.Р., Филиппов Л.Г. Микропроцессорные системы управления техническими средствами судов, Л., Судостроение, 1985.

93. Халилулин Ю.М. Организация судоремонта ВМФ. СПб.: ВВМИУ, 1994.

94. Хорьков A.M. Технология и организация ремонта судовой автоматики. JI, Судостроение, 1982.

95. Целемский В.А. Основы технической системологии, ч.1, ч.2, СПб.: СПГУВК, 1996, 2000.

96. Шнуренко А.А. Математическое моделирование в задаче оперативного управления судоремонтом. В сб. «Методы и алгоритмы решения задач контроля и управления на транспорте». СПб.: СПГУВК, 1995.

97. Якимов В.А, Радзиевский С.И, Сыромятников А.С. Справочник по живучести корабля. М, Воениздат, 1984.