автореферат диссертации по транспорту, 05.22.16, диссертация на тему:Повышение эффективности судовождения путем оптимизации процесса эксплуатации судовых РЛС

ВВЩЕНИЕ

ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОВЫХ РЛС С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СУДОВОЩЕНИЯ

1.1. Анализ вопросов эксплуатации и обслуживания сложных технических систем

1.2. Описание процесса эксплуатации РЛС и его формализация

1.3. Влияние процесса эксплуатации РЛС на эффективность судовождения

1.4. Обоснование выбора критерия оптимальности

1.5. Формальная модель РЛС и описание изменения ее технического состояния на заданном множестве

1.6. Построение вектора управляющих воздействий 44 1.6.1. Выявление факторов, определяющих множество управляющих воздействий

1.6.2. Зависимость критерия оптимальности от значения параметра управляющих воздействий

1.7. Построение оптимального вектора управляющих воздействий

ГЛАВА 2. РАСЧЕТ ЭКСПЕРЕМЕНТАЛШЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ

ПРОЦЕССА ЭКСПЛУАТАЦИИ РЛС "ОКЕАН"

2.1. Общая схема обработки первичной информации

2.2. Расчет наработки на отказ комплектующих приборов

2.3. Расчет функции распределения времени безотказной работы элементов и интенсивности их отказов

2.4. Дополнительные данные

ГЛАВА 3. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ЭКСПЛУАТАЦИИ РЛС "ОКЕАН" IOS

3.1. Алгоритм выбора оптимального вектора управляющих воздействий

3.2. Формальная модель РЛС

3.3. Множество управляющих воздействий

3.4. Опитимизация процессе поиска отказавшего элемента

3.5. Выбор оптимального вектора управляющим воздействий

На ХХИ съезде КПСС отмечалось Г 1,2I, что в десятой пятилетке дальнейшее развитие получил транспорт. Наряду с другими видами транспорта в перевозках груза возросла роль морского флота.

За десятую пятилетку объем перевозок грузов во всех видах плавания увеличен на 15,1 процента, погрузочно-разгрузочных работ в портах - на II процентов. Перевозки в заграничном плавании возросли в 1,4 раза, прибыли - на 33,9 процента, увеличился межремонтный период судов ['3,43.

Программным документом "Основные направления экономического и социального развития на 1981-1985 годы и на период до 1990 года" [21, принятым ХХУ1 съездом КПСС, в одиннадцатой пятилетке предусмотрено увеличение грузооборота транспорта на 8-9 процентов. Намечено дальнейшее повышение эффективности и качества работы морского флота за счет улучшения планирования и координации всех видов транспорта, сокращения непроизводительных простоев, обеспечения безопасности мореплавания.

Морской флот пополнится специализированными судами - контейнеровозами, лихтеровозами, железнодорожными паромами, судами арктического плавания и ледоколами.

Увеличение размеров судов и скоростей их движения повышает требования к безопасности мореплавания, что ужесточает требования к надежности судовых навигационных приборов. Проблеме повышения эксплуатационной надежности навигационных приборов, в частности РИС путем ее надлежащей эксплуатации, посвящается диссертационная работа.

Актуальность темы. Эксплуатационная надежность судовых РЛС, особенно первых лет выпуска, является довольно низкой. Повысить надежность эксплуатируемых РЛС и, следовательно, безопасность мореплавания можно путем оптимального решения трех вопросов: технического обслуживания, комплектации ЗИПа и поиска отказавшего элемента. Решение указанных вопросов составляет содержание диссертационной работы.

Решение рассматриваемых в работе вопросов позволит:

- определить множество управляющих воздействий и значение их параметров, способствующих повышению эксплуатационной надежности РЛС. Это,при прочих равных условиях, повышает безопасность мореплавания, улучшает охрану жизни на море и среды от загрязнения, что в целом ведет к получению экономического эффекта;

- рассчитывать наиболее вероятные значения показателей эксплуатационной надежности судового навигационного оборудования;

- улучшать надежность выпускаемых судовых РЛС заводом-изготовителем, используя материалы исследования.

Цель и задачи исследования. Основной целью работы является оптимизация процесса эксплуатации судовых РЛС с целью повышения эффективности судовождения.

К теоретическим вопросам исследования относятся:

- определение влияния эксплуатационной надежности навигационных приборов на эффективность судовождения;

- разработка метода выбора множества управляющих воздействий, составляющих суть эксплуатации навигационного прибора, с учетом его формальной модели и информации об изменении состояния комплектующих элементов;

- исследование зависимости критерия оптимальности процесса эксплуатации от значений параметра управляющих воздействий;

- выбор оптимального вектора управляющих воздействий при ограничении на стоимостные и трудовые затраты;

- расчет наиболее вероятных значений показателей надежности наа вигационных приборов при недостоверной исходной информации.

Выполнены экспериментальные исследования:

- обследование судов Черноморского, Азовекого и Новороссийского пароходств с целью сбора информации об эксплуатационной надежности РЛС "Океан";

- расчет показателей надежности РЛС, ее комгшектующих приборов и параметров распределения времени безотказной работы некоторых элементов;

- оптимизация поиска отказавшего элемента РЛС с учетом его надежности , расчет оптимального числа запасных элементов с учетом длительности рейса и расчет оптимальных периодов предупредительных восстановлений лампы ГМИ-7, клистрона К-27 и разрядника РР-21.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые рассматривается вопрос влияния процесса эксплуатации судовой РЛС на эффективность судовождения. Впервые рассмотрен вопрос определения множества управляющих воздействий, характеризующих процесс эксплуатации судовой РЛС, и их параметров с учетом формальной модели станции, информации о состоянии ее элементов и параметров и показателей эксплуатационной надежности с последующим выбором оптимального вектора управляющих воздействий, обеспечивающего максимум критерия оптимальности при заданных ограничениях на стоимостные и трудовые затраты и длительность рейса.

Впервые приведена методика определения наиболее вероятных значений показателей надежности навигационных приборов для случая недостоверной исходной информации, с помощью которой рассчитаны наработка на отказ и коэффициент готовности РЛС "Океан" различных лет выпуска и получены функции распределения времени безотказной работы некоторых ее элементов.

Практическая ценность работы. Реализация оптимального вектора управляющих воздействий, выбор которого производится по предложенному в работе методу, позволяет поддерживать эксплуатационную надежность РЛС на максимальном уровне, зависящем от стоимостных и трудовых затрат. Предлагаемый метод выбора оптимального вектора управляющих воздействий приемлем для любого навигационного прибора.

Результаты исследований были использованы при разработке новой редакции "Правил технической эксплуатации электрорадионавигационных приборов на судах ММФ" для определения перечня мероприятий периодического технического обслуживания.

Метод определения наиболее вероятных показателей эксплуатационной надежности PIC может быть применен для расчета упомянутых показателей любой аппаратуры в случае, если исходная информация о надежности не является достоверной.

Внедрение стратегии поиска отказавшего элемента РЛС "Океан" сокращает время поискавдвое.

Материалы исследования использовались заводом-изготовителем РЛС "Океан" для повышения надежности выпускаемых станций.

Реализация оптимального вектора управляющих воздействий значительно повышает готовность РЛС "Океан" и обеспечивает определенный экономический эффект.

Внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены в Севастопольском экспериментальном исследовательском конструкторском бюро по подводным исследованиям при определении мероприятий по техническому обслуживанию электрорадионавигационных и рыбопоисковых приборов.

В ЦНИИ Морского Флота использовались результаты исследовании при разработке оптимальных методов эксплуатации навигационных приборов и новой редакции "Правил технической эксплуатации электрорадионавигационных приборов на судах ММФ". Кроме того, в ЦНИИ Морского флота внедрена методика определения экономической эффективности от повышения эксплуатационной надежности судовых навигационных приборов.

На защиту выносятся следующие научные положения.

1. Множество управляющих воздействий РЛС определяется ее структурой, обобщенными параметрами и информацией о состоянии комплектующих элементов.

2. Оптимальные параметры управляющих воздействий определяются законом изменения прогнозирующего или наблюдаемого параметра, показателями безотказности и ремонтопригодности станции, технико-эксплуатационными характеристиками чудив, длительностью рейса, а также выбором критерия оптимальности.

3. Оптимальный вектор управляющих воздействий, обеспечивающий максимальное значение критерия оптимальности при заданных ограничениях на стоимостные и трудовые затраты выбирается с помощью отношения предпочтения. Отношение предпочтения выражается отношением приращения критерия оптимальности к величине стоимостных и трудовых затрат.

4. Если в исходной информации о надежности навигационного прибора опущен ряд отказов при известной наработке на определенную дату, наиболее вероятные значения его наработки на отказ можно получить путем определения коэффициентов теоретического распределения плотности вероятностей суммарных наработок. При этом суммарная наработка состоит из нескольких достоверных, которые распределены по экспоненциальному закону с одинаковой интенсивностью отказов.

5. Оптимальный вектор управляющих воздействий РЛС "Океан" зависит от ее комплектации и накладываемый стоимостных ограничений. Стратегия поиска отказавшего элемента РЛС, помимо ее функционально-логической схемы, учитывает наличие контролируемых параметров, выходных функциональных переменных, время проверки предполагаемого отказавшего элемента и вероятность его отказа.

Апробация работы. Направление исследований, результаты и выводы работы, рекомендации по использованию докладывались и были одобрены на третьем научно-техническом отраслевом семинаре "Применение ЭЦВМ для автоматизации транспортных судов", Киев, 1980 год; на заседаниях отдела ОТС ЦНИИ Морского флота, Ленинград, 1979-1982 годы; на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ОВИМУ, Одесса, 1978-1982 годы.

Основное содержание диссертации изложено в работах:

1. Алексейчук М.С. Возможности проведения предупредительных замен элементов в радиолокационной станции "Океан". Экспресс-информация ЦБНТИ ММФ. Сер. Судовождение и связь. М., 1979, вып.8 ИЗ . с.20-24.

2. Алексейчук М.С. Определение годового экономического эффекта от повышения надежности РЛС "Океан". Одесса: ОВИМУ, 1979. 7с. Рукопись деп. в ЦБНТИ ММФ 12.09.79. № 40/8.

3. Алексейчук М.С. Определение перечня мероприятий по техническому обслуживанию прибора. Одесса: ОВИМУ, 1980. 10 с. Рукопись деп. в -ДНИИТЭИ приборостроения 19.12.79. )£ 1235.

4. Алексейчук М.С. Определение оптимальных периодов предупредительных восстановлений элементов РЛС "Океан". Тезисы докладов третьего научно-технического семинара "Применение ЭЦВМ для автоматизации транспортных судов". Киев, 1980, с.50-51.

5. Алексейчук М.С. Определение наработки на отказ. Л: ЛВИМУД980, сб."Судовождение" деп. в ЦБНТИ ММФ.

6. Алексейчук М.С. О профилактике судовых электрорадионавигационных приборов. Л: ЛВИМУ, 1980, сб."Судовождение" дел. в ЦБНТИ ММФ.

Кроме того, материалы диссертации включены в отчеты по хоздоговорным работам НИО ОВИМУ за I977-I98I годы, где лично М.С. Алексейчуку принадлежит следующее:

Тема J& 528/32-П. Номер государственной регистрации 76061839. Отчет за 1977 год ЦНИИМФ. К определению наработки на отказ (3.1). О рациональных заменах элементов (3.2). Информация об отказах ЭРНП (Приложения 1-4).

Отчет за 1978 год ЦНИИМФ. Предполагаемый экономэффект (2.10). Исследование надежности PIC "Океан" (Гл.З). Информация об отказах ЭРНП (Приложения 1-4).

Отчет за 1979 год ЦНИИМФ. Ответственный исполнитель. Эксплуатационная надежность ЭРНП (Раздел 2). Предложения по переработке ПТЭ судовых ЭРНП (Раздел 3, кроме 3.1). Информация об отказах ЭРНП (Приложения 1-4).

Тема 522. Номер государственной регистрации 76061821.Том 4. Промежуточный отчет за 1980 год. Ответственный исполнитель. Обзор документов, регламентирующих техническую эксплуатацию ЭРНП. (2.1, 2.2). План-проспект ПТЭ ЭРНП (3.2, 3.3).

Заключительный отчет за 1980 год. Ответственный исполнитель. Эксплуатационная надежность ЭРНП (Раздел 2). Информация о надежности ЭРНП (Приложения 1-4). Первая редакция ПТЭ судовых средств ЭРН (Приложение 4.8). Предложения по оценке надежности судовых навигационных приборов (3.1, 3.2).

Тема й 615. Номер государственной регистрации 81092589. Том Ш. Отчет за 1981 год. Ответственный исполнитель. Эксплуатационная надежность ЭРНП (Раздел 2). Разработка проекта "Правила технической эксплуатации электрорадионавигационных приборов на судах ММФ" (гл.7, 9). Информация об отказах ЭРНП (Приложения 1-5).

Структура и объем работы. Работа состоит из трех глав, включающих 1& параграфов, трех приложений, 5Я таблиц и 3 £ рисунков. Общий объем работы 14в страниц.

Основные результаты, изложенные в диссертационной работе, мошю сформулировать следующим образом.1. Рассмотрено влияние эксплуатационной надежности судового навигационного оборудования на безопасность мореплавания и вели чину годового экономического эффекта.2. Выявлены факторы, определяющие шюжество управляющих воз действий, способствующих повышению коэффициента готовности РЛС. Получена saBHcniviocTb коэффициента готовности РЛС от значения па реметра ка}щого управляющего воздействия. Рассмотрен метод выбо ра оптшлального вектора управляющих воздействий.3. Используя собранный статистический материал об эксплуатаци онной надешюсти РЛС "Океан", рассчитаны данные, необхо,ди1;1ые для оптиьшзации ее процесса эксплуатации.4. Предложен метод определения наиболее вероятных значений показателей надежности при недостоверной исходной информации. С помощью указанного метода был произведен расчет наработок на от каз комплектующих приборов РЛС "Океан" различных лет выпуска." 5 . Получены значения рштенсивности отказов 23 нашленее надеж ных элементов РЛС "Океан" и функции распределения времени безот казной работы ЛШУШЫ П Ж - 7 , клистрона К-27 и разрдцншса PP-2I. По казано, что фзшкции распределения этих элементов описываются за коном Вейбулла и проведение их предупредительных восстановлений целесообразно.6. Произведена оптшжзация процесса поиска отказавшего элемен та, сокращающая врегля поиска вдвое.7. Для одно- и двухдиапазонной РЛС "Океан" с учетом года выпу ска определен оптршальный вектор управляющих воздействий, содерГ5{

7шщт пре,цупредительные восстановления некоторых элементов стан ции.8. Произведена оценка эконогжческой эффективности от рсзализа щш опт1шального вектора управляющих воздействий.