автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Обеспечение работоспособности изделий машиностроения на основе математического моделирования процесса ремонта

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Состояние вопроса, цели и задачи исследования.

1.1 Процесс эксплуатации как важнейший этан б жизненного цикла сложного изделия.

1.2 Cipyiciypa системы технического обслуживания 13 и ремонта изделия

1.3 Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2 Математическое моделирование системы 26 обеспечения работоспособности изделия

2.1 Сложное изделие как объект эксплуатации и 26 ремонта.

2.2 Структура системы обеспечения 31 работоспособности изделия

2.3 Аппарат математического моделирования 47 системы обеспечения работоспособности сложного изделия.

2.4 Математическое моделирование системы 59 обеспечения работоспособности

Выводы

ГЛАВА 3. Моделирование функционирования системы обеспечения работоспособности сложного изделия

3.1 Функциональная модель системы обеспечения 73 работоспособности сложного изделия.

3.2 Способы решения задач, связанных с 89 обеспечением работоспособности изделия.

Выводы

ГЛАВА 4. Эффективность создаваемой информационной системы восстановления работоспособности изделий машиностроения.

4.1 Выбор варианта восстановления работоспособности изделия

4.2 Единый информационный центр в системе обеспечения работоспособности изделия. Выводы

В современных условиях для успешного функционирования любого технического изделия необходимо выполнять все условия эксплуатации. В эти условия входят работы по текущему техническому обслуживанию, работы по текущему ремонту и работы по аварийному ремонту. Особенно это важно для сложных изделий, таких как: станки, транспортные средства, электрические и электронные приборы и агрегаты.

В процессе эксплуатации сложное изделие может утратить работоспособность либо в результате аварийной поломки изделия, либо из-за выработкой ресурса отдельных компонентов изделия. Восстановление работоспособности в первом случае осуществляется путем ремонта, а во втором случае путем выполнения регламентных работ по замене компонентов, выработавших ресурс. Сокращение сроков и затрат на восстановление работоспособности является одним из важнейших путей повышения эффективности использования сложных изделий машиностроения.

Одним из перспективных путей решения указанной проблемы является моделирование процесса восстановления работоспособности сложного изделия с целью выбора оптимального варианта процесса и ресурсного обеспечения выполнения ремонтных и регламентных работ. Поэтому решение задачи обеспечения работоспособности изделий машиностроения на основе математического моделирования процесса ремонта является актуальным.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности эксплуатации изделий машиностроения за счет сокращения сроков и затрат на восстановление работоспособности при выполнении ремонтных и регламентных работ, путем выбора оптимальной технологии их выполнения на основе современных информационных технологий. Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

-исследована структура системы обеспечения работоспособности изделий машиностроения на примере авиационной техники;

-разработана математическая модель системы обеспечения работоспособности изделий машиностроения;

-разработана информационная модель обеспечения работоспособности изделий машиностроения на основе реляционной СУБД;

-разработан алгоритм выбора технологии восстановления работоспособности изделия.

Научная новизна диссертационной работы заключается в: исследовании возможности и разработке метода формализованного описания взаимосвязи элементов системы обеспечения работоспособности изделия на основе аппарата теории полихроматических графов. В диссертации разработана математическая модель системы обеспечения работоспособности изделия, инвариантная к конкретному виду изделия и двухуровневый алгоритм проектирования, обеспечивающий выбор рационального варианта технологии ремонтных работ.

Выводы.

1. Процессы функционирования системы обеспечения работоспособности изделия адекватно отображаются при функциональном моделировании с применением SADT-диаграмм.

Исходные данные и результаты решения задач восстановления работоспособности изделий целесообразно представлять булевыми векторами.

Структура компонентов булева вектора отображает специфику функционирования субъекта системы обеспечения работоспособности изделия.

Глава 4.

Эффективность создаваемой информационной системы восстановления работоспособности изделий машиностроения.

4.1 Выбор варианта восстановления работоспособности изделия

Важнейшей задачей выбора технологии восстановления работоспособности изделия путем ремонта является определение оптимального состава исполнителей этих работ. Решение этой задачи включает в себя следующие этапы:

- формирование заявки на требуемые ремонтные работы;

- определение состава возможных исполнителей работ;

- выбор оптимального варианта исполнения заявки.

Формирование заявки на выполнение ремонтных работ осуществляется заказчиком и включает в себя описание контуров подлежащих реализации описываемых булевым вектором (3.2.3). Состав возможных исполнителей определяется из числа субъектов системы обеспечения работоспособности, известных заказчику. При этом учитываются их возможности и намерения принять участие в исполнении заказа. Из числа исполнителей, согласных принять участие в исполнении заказа выбирается оптимальный вариант исполнения заявки.

Укрупненная блок-схема выбора исполнителей заявки представлена на рис.4.1.1. Исходной информацией для решения этой задачи является заявка, формируемая заказчиком на основе анализа требуемых работ по восстановлению работоспособности изделия. При использовании средств вычислительной техники заявка описывается булевым вектором (3.2.3).

На основании сформированной заявки определяются возможные исполнители требуемых работ. Если потенциальный исполнитель А\ согласен принять участие в выполнении заявки, то определяют все, или часть требуемых работ он может реализовать исходя из своих

Рис.4.1.1 Блок-схема выбора заказчиком варианта исполнения заявки возможностей и намерений. В результате такого анализа исполнитель, согласный принять участие в реализации заявки, заносится в базу данных заказчика для дальнейшего анализа.

После просмотра всех потенциальных исполнителей, известных заказчику, он приступает к выбору оптимального состава исполнителей заявки, из числа занесенных в базу данных. Выбор осуществляется в соответствии с критерием, определенным заказчиком, исходя из существующих условий. Такими критериями могут быть: временные, стоимостные и другие технико-экономические параметры, характеризующие приемлемые ресурсные затраты на восстановление работоспособности изделия.

С исполнителями, включенными в состав оптимального варианта, заказчик заключает контракты на выполнение ремонтных работ.

В решении задачи выбора технологии восстановления работоспособности изделия, активную роль играет не только заказчик, но и сами потенциальные исполнители. Укрупненная блок-схема работы исполнителя с заявкой представлена на рис.4.1.2.

Получив заявку, исполнитель А} принимает решение: участвовать или не участвовать в рассмотрении данной заявки. Если исполнитель согласен рассмотреть заявку, то он анализирует свои ресурсные возможности: достаточно ли ресурсов на выполнение всех работ, или только части из предложенных в заявке работ.

В случае, когда ресурсов на выполнение всех работ достаточно, исполнитель направляет положительный ответ заказчику о согласии выполнить заявку.

В том случае, когда ресурсов на выполнение всех работ заявки недостаточно, исполнитель определяет работы для выполнения которых ресурсы отсутствуют и формирует заявку на поиск субподрядчиков на выполнение этих работ. Если субподрядчики найдены, то заявка будет

Рис. 4.1.2 Блок-схема работы исполнителя с заявкой заказчика выполняться исполнителем с участием субподрядчиков; в этом случае исполнитель также формирует положительный ответ заказчику.

Если заказчик согласен с предложением исполнителя, то он предлагает заключить контракт на выполнение всех или части работ первоначально предложенных в заявке. В случае, когда заказчик не согласен с предложением исполнителя, то заявка не может быть выполнена.

Заявка не может быть выполнена и в тех случаях, когда исполнитель, получив заявку, не согласен ее рассматривать, или когда он не согласен выполнять заявку после анализа ресурсных затрат, потребных для выполнения заявленных работ.

Если заказчик получит согласие нескольких исполнителей участвовать в выполнении требуемых работ, то он должен выбрать оптимальный вариант исполнения заявки - см. рис 4.1.1. Выбор оптимального варианта исполнения заявки является самостоятельной задачей. Укрупненная блок-схема решения задачи представлена на рис. 4.1.3.

В начале заказчик разделяет исполнителей на две группы:

- группу исполнителей, реализующих все контуры, указанные в заявке; состав этих исполнителей заносится в отдельную таблицу А базы данных;

- группу исполнителей, реализующих не все, а только некоторые контуры указанные в заявке; состав этих исполнителей заносится в отдельную таблицу А1 базы данных.

Отнесение исполнителя А{ к той или иной группе осуществляется на основе анализа соотношения ресурсов исполнителя с требуемыми ресурсами для реализации контуров, указанных в заявке. В случае описания контуров заявки булевым вектором (3.2.3), а ресурсных возможностей исполнителя - булевым вектором (3.2.1), результат оценки да

Сформировать массив А исполнителей

Сформировать группы А1, исполнителей

Рис. 4.1.3 Блок-схема выбора оптимального варианта исполнения заявки. ресурсов исполнителя описывается булевым вектором (3.2.4), вычисляемым по формуле (3.2.5).

Для решения рассмотренных задач в информационном обеспечении заказчика должны быть данные об именах и адресах потенциальных исполнителей, а у всех исполнителей должны быть данные об их функциональных возможностях реализации работ, указанных в заявке заказчика. Эти данные должны содержать сведения о составе средств технологического оснащения производства, и данные необходимые для расчета технико-экономических показателей выполняемых работ, а также методики выполнения этих расчетов. В случае применения средств вычислительной техники, должны иметься программные средства для автоматизированного решения указанных задач на ЭВМ. Выполненный нами анализ показывает, что эти задачи могут решаться с применением известных программных продуктов, таких как СУБД ORACLE, EXCEL, Math CAD и др.

4.2 Единый информационный центр в системе обеспечения работоспособности изделия.

Выбор варианта восстановления работоспособности сложного изделия в системе обеспечения работоспособности изделий машиностроения связан с переработкой больших объемов информации о производственных возможностях разнообразных субъектов системы. Поскольку время простоя сложных изделий типа аэрокосмических изделий, морских судов, автомобильного транспорта, обрабатывающих центров с ЧПУ, контрольно-измерительных и испытательных стендов и т.п. напрямую связано с большими издержками, то время решения задач выбора технологии восстановления работоспособности должно быть минимальным. Существенное сокращение времени на принятие решений возможно только при широком использовании современных информационных технологий.

Кардинальным решением проблемы сокращения времени разработки оптимальной технологии восстановления работоспособности сложного изделия является включение в систему обеспечения работоспособности изделия, в качестве самостоятельного субъекта системы, предприятия, специализирующегося на обработке информационных потоков. Таким субъектом может быть единый информационный центр, обозначенный на схеме (рис.2.2.1) как субъект А10.

Особенностью информационного центра А10 является то, что он не участвует в выполнении собственно ремонтных и регламентных работ, а лишь участвует в обработке информации при решении задач обеспечения работоспособности изделия.

Информационный центр А10 может работать в двух режимах:

- в режиме консалтинговой организации,

- в режиме посреднической организации - непосредственного участника технологического процесса восстановления работоспособности изделия.

При работе в режиме консалтинговой организации, информационный центр А10 решает задачу определения состава исполнителей заявки заказчика на основе данных о субъектах системы обеспечения работоспособности изделий, содержащихся в единой базе данных, принадлежащей самому информационному центру (рис. 4.2.1).

Получив заявку заказчика в виде формализованного запроса, аналогичного булеву вектору (3.2.3), информационный центр определяет возможного исполнителя А; из состава субъектов, занесенных в его базу данных.

Возможность участия исполнителя А; в реализации заявки определяется путем вычисления булева вектора (3.2.4) по формуле (3.2.5). Поскольку информационный центр работает в режиме конскалтинга и не имеет контакта с самим исполнителем А;, булев вектор (3.2.3) считается

Рис. 4.2.1 Блок-схема работы информационного центра в режиме консалтинга эквивалентным вектору (3.2.6), характеризующему возможное участие исполнителя А\ в реализации заявки. При этом определяется степень реализации требуемых работ, указанных в заявке: исполнитель может принимать участие в реализации либо всех, либо только некоторых работ. Условие участия А\ в выполнении заявки определяются путем расчета технико-экономических показателей выполнения работ на основе данных, содержащихся в базе данных информационного центра; следовательно, намерения исполнителя А^ об участии в выполнении заявки здесь не учитываются.

Определив состав всех возможных исполнителей заявки из числа содержащихся в базе данных, по заданным заказчиком критериям оптимальности выбирается оптимальный вариант исполнения заявки. Это решение передается заказчику в качестве рекомендации по выбору исполнителей работ по восстановлению работоспособности изделия. Окончательное решение о составе исполнителей и заключение контрактов с ними осуществляет заказчик.

При работе информационного центра А10 в режиме посреднической организации он выступает как непосредственный участник технологического процесса восстановления работоспособности изделия, реализуя информационные потоки и управление исполнением заявки заказчика. В этом случае информационный центр на основании заявки заказчика сам определяет возможных исполнителей по схеме, аналогичной (рис.4.1.1) При этом намеченные информационным центром возможные исполнители принимают решение об участии в выполнении заявки по схеме (рис.4.1.2).

Определив состав возможных исполнителей заявки, информационный центр сам выбирает оптимальный состав исполнителей заявки и принимает решение о заключении соответствующих контрактов с ними.

Все вопросы исполнителей, возникающие в процессе выполнения работ по реализации заявки заказчика, решаются самим информационным центром в пределах условий, установленных заказчиком. Информационный центр взаимодействует с заказчиком в процессе исполнения заказа, только в том случае, если возникает угроза нарушения условий заказчика.

При введении информационного центра А10, в качестве самостоятельного субъекта системы обеспечения работоспособности изделий, появляется возможность накопления в базе данных А10 информации о производственных возможностях всех субъектов системы, аккумуляции опыта ремонтных и регламентных работ, методов решения различных задач, и т.п.

Возможность обслуживания различных заказчиков позволяет применять в информационном центре более эффективных программных продуктов и средств вычислительной техники, что существенно снижает затраты на решение задач восстановления работоспособности изделия. Еще более важным средством снижения затрат является сокращение сроков обмена данными между участниками процесса восстановления работоспособности изделия, особенно если этот обмен осуществляется средствами САЬ8-технологий. Выводы

1. Исходная информация для выбора состава исполнителей ремонтных работ формируется заказчиком на основе анализа причин утраты работоспособности изделия.

2. Основными задачами при разработке технологии восстановления работоспособности изделия являются выбор варианта исполнителя заявки заказчиком; - оценка производственных возможностей исполнителя при анализе заявки заказчика.

3. Кардинальным средством повышения эффективности системы обеспечения работоспособности изделия является использование единого информационного центра системы, и современных информационных технологий.

122

Заключение

С целью повышения эффективности работ по восстановлению работоспособности изделий машиностроения путем математического моделирования процесса ремонта решены следующие задачи:

- исследована структура системы обеспечения работоспособности сложных изделий на примере изделий авиационной техники. разработана математическая модель системы обеспечения работоспособности изделий машиностроения;

- разработана функциональная модель процессов обеспечения работоспособности изделий машиностроения, в соответствии с принципами CALS-систем;

- разработан алгоритм выбора оптимального состава учасников процесса восстановления работоспособности изделия.

Решение поставленных научных задач позволило создать и внедрить для производственных и учебных целей программно-методичекий комплекс определения возможных вариантов выполнения ремонтных работ.

Внедрение программного продукта позволяет сократить сроки и существенно снизить затраты на восстановление работоспособности изделий машиностроения при выполнении ремонтных работ.

1. Автономов В.H. Создание современной техники: основы теории и практики. - М.: Машиностроение, 1991.- 304 с.

2. Алексеева Н.И., Кузнецов И.И. Методика и инструментальные средства IDEFO-моделирования /"Информационные технологии1', № 4, 1998.- с.33-42.

3. Балабанов А.Н. Технологичность конструкций машин.- М. : Машиностроение, 1987.-336с.

4. Большая энциклопедия транспорта /Т2. Авиационный транспорт/ Гл.редактор тома А.Г.Братухин. М.: Машиностроение,!995.- 400с.

5. Братухин А.Г., Язов Г.К. и др. Современные технологии в производстве газотурбинных двигателей М.: Машиностроение, 1997.-410с.

6. ГОСТ 14.416-83. ЕСТПП. Организация автоматизированного технологического проектирования. М.: Изд. Стандартов, 1983.

7. ГОСТ 23502.601-83. САПР. Обеспечение технологичности. Типовые математические модели. М.: Изд. Стандартов, 1984.

8. ГОСТ 23501.602-83. САПР. Правила разработки и применения типовых математических моделей при проектировании технологических процессов. М.: Изд. Стандартов, 1984.

9. ГОСТ 23501.605-84. САПР. Правила разработки и применения типовых математических моделей выбора средств технологического оснащения. М.: Изд. Стандартов, 1985.

10. ГОСТ 18675-79 Документация эксплуатационная и ремонтная на авиационную технику и покупные изделия для нее. М.: Изд. Стандартов, 1985.

11. Григорьев В.П. Взаимозаменяемость агрегатов в самолетостроении. М.: Машиностроение, 1969.- 260с.

12. Дмитров В.И., Норенков И.П. STEP- и CALS- технологии./ "Информационные технологии", № 5, 1998.- с.38-43.

13. Дмитров В.И. Андриенко A.B. Средства компьютеризированной поддержки STEP-ориентированной CALS-технологии проектирования производственных систем. / "Информационные технологии", № 3, 1996.-с.2-7.

14. Дружинский И.А. Концепция конкурентоспособных станков Л.: Машиностроение. 1990.-247с.

15. Волгин В.В. Запасные части: особенности маркетинга и менеджмента. М.? "Ось-89", 1997. -128 с.

16. Ильичев A.B. Эффективность проектируемой техники: Основы анализа. М.: Машиностроение, 1991.- 336с.

17. Корсаков B.C. Автоматизация производственных процессов. -М.:Высшая школа, 1978.-295с.

18. Кринецкий E.PI., Александровская Л.Н. Летные испытания систем управления летательными аппаратами.-М.: Машиностроение, 1975.- 193с.

19. Крысин В.Н. Технологическая подготовка авиационного производства. М.: Машиностроение, 1984.- 200с.

20. Левин В.И. Структурно-логические методы исследования сложных систем с применением ЭВМ. М.:, Наука, 1987.-304с.

21. Марка Д., МакГоуэн К. Методология структурного анализа и проектирования: Пер. с англ., М.: МетаТехнология, 1993.- 240с.

22. Механизация и автоматизация в мелкосерийном и серийном производствах. М.: Машиностроение, 1971.- 416с.

23. Митрофанов A.A. Контроль сборки летательных аппаратов. -М.Машиностроение, 1989.-208с.

24. Мазурский М.И., Меерович Г.Ш., Степаненко А.Н.

25. Сертификационные испытания самолетов. М.: Машиностроение, 1993.-160 с.

26. Основы технологии машиностроения. /Под ред. B.C. Корсакова, Изд. 3-е, доп. и перераб. М.: Машиностроение, 1997.- 416с.

27. Павлов В.В. Типовые математические модели в САПР ТПП. -М.: Мосстанкин, 1989.-76с.

28. Павлов В.В. О разработке укрупненных моделей производства. /Тезисы докладов Всероссийской молодежной научно-технической конференции XXIII Гагаринские чтения. Москва, 1997, с.10.

29. Павлов В.В. О моделировании обслуживания и ремонта JIA. / Тезисы докладов Всероссийской молодежной научно-технической конференции XXIV Гагаринские чтения. Москва, 1998, с.137.

30. Павлов В.В. О системе информационного обеспечения жизненного цикла летательных аппаратов. / Тезисы докладов всероссийской научно-технической конференции " Новые материалы и технологии НМТ-98"-Москва, 1998, с.175.

31. Павлов В.В. Р1нформационное обеспечение обслуживания и ремонта в жизненном цикле летательных аппаратов./ Научные труды МАТИ им. К.Э.Циолковского. Вып. 2(74). -Москва, 1999. с. 146-149.

32. Проблемы и пути совершенствования эксплуатации воздушных судов в условиях рыночной экономики// Авиарынок, №11-12(14-15), 1998.- с.12-15.

33. Савина O.A. Проблемы разработки и внедрения интегрированной информационной системы на промышленном предприятии./"Информационные технологии", №4, 1998.- с.29-31.

34. CALS (Поддержка жизненного цикла продукции): Руководство по применению / ГУП "ВИМИ", 1999.- 44с.

35. САПР. Общие принципы разработки математических моделей объектов проектирования в машиностроении/ НМ МПК по ВТ 102-86. -М.: Изд. Стандартов, 1986.-20с.

36. САПР. Типовые математические модели объектов проектирования в машиностроении / Методические указания РД 50-464-84.- М.: Изд. Стандартов, 1985,- 202с.

37. Современные технологии авиастроения /Коллектив авторов, под ред. А.Г.Братухина, Ю.Л.Иванова. М.: Машиностроение, 1999.- 832с.

38. Соломенцев Ю.М. Конструкторско-технологическая информатика и автоматизация производстваю.- М.: Станкин, 1992.- 127с.

39. Соломенцев Ю.М., Павлов В.В. Моделирование технологической среды машиностроения. М.: Станкин, 1994.- 104с.

40. Смирнов H.H. Эксплуатационная технологичность самолетных конструкций. М.: Оборонгиз 1963.- 126с.

41. Справочник технолога-машиностроителя, Т. 1. М.: Машиностроение, 1972.-694с.

42. Технология сборки самолетов и вертолетов: Учебник. В 2т./Под ред. В.И. Ершова. Т.1: Павлов В.В., Медведев Б.А., Хухорев B.C. Теоретические основы сборки. М.: Изд-во МАИ, 1993.- 288 с.

43. Технология сборки самолетов и вертолетов: Учебник. В 2т./Под ред. В.И. Ершова. Т.2: Ершов В.И., Каширин М.Ф., Павлов В.В., Автоматизация сборки и технологического проектирования. М.: Р1зд-во МАИ, 1993.-312 с.

44. Технологичность конструкции изделия : Справочник' Ю.Д.Амиров, Т.К.Алферова, П.Н.Волков и др. М.: Машиностроение,!990.- 768 с.

45. ТЭЦ из под крыла ракетоносца /Независимая газета №155, 24.08.1999

46. Aerospace future project design in a changing industrial environment / Page J.R. //Austral. Aeron. Conf.: Res. And Technol.-Next Decade, Melbourne, 9-11 oct., 1989 : Prepr. Pap.-Barton, 1989.- C372-374.

47. Concurrent engineering in technology development /Donohue T.F., Fawkes G.R. // Austral. Aeron. Conf.: Res. And Technol.-Next Decade, Melbourne, 9-11 Oct., 1989 : Prepr. Pap.-Barton, 1989.- C XXI-XXV.

48. ISO 10303-1: 1994(E) Industrial automation sysytems and integration -Product data representation and exchange Part 1 : Overview and fundamental principles.