автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.23, диссертация на тему:Повышение конкурентоспособности морской техники путем применения интегрированной логистической поддержки в управлении техническим обслуживанием

На правах рукописи

ЦЫГАНКОВ Георгий Андреевич

ПОВЫШЕНИЕ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ МОРСКОЙ ТЕХНИКИ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ ИНТЕГРИРОВАННОЙ ЛОГИСТИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ В УПРАВЛЕНИИ ТЕХНИЧЕСКИМ ОБСЛУЖИВАНИЕМ

Специальность 05.02.23 - Стандартизация и управление качеством продукции

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 9 ЯНВ 2012

Санкт-Петербург 2011

005008582

Работа выполнена в Балтийском государственном техническом университете «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова

Научный руководитель: кандидат технических наук, Бабаев Сергей Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Левин Александр Исидорович кандидат технических наук Богданов Александр Евгеньевич

Ведущая организация: ФГУП «ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова»

Защита состоится «16» февраля 2012г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.010.03 в Балтийском государственном техническом университете «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова по адресу. 190005, г. Санкт-Петербург, ул. 1-я Красноармейская д.1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Балтийского государственного технического университета

Автореферат разослан «28» декабря 2011г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д.212.010.03 к.т.н., доцент

Ю.В. Петров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации

Современные наукоемкие изделия, в том числе и морской техники (МТ), имеют длительный жизненный цикл (ЖЦ). Для таких изделий общие затраты на всех стадиях ЖЦ - один из важных потребительских параметров. Оки складываются из затрат на:

• разработку;

• производство;

• ввод изделия в эксплуатацию;

• эксплуатацию;

• техническое обслуживание и ремонт;

• утилизацию изделия по истечении срока службы.

Для изделий, имеющих срок службы 10-20 и более лет (средний срок службы изделий МТ

- 30 лет), затраты на постпроизводствепных стадиях ЖЦ, связанные с поддержанием изделия в работоспособном состоянии (состоянии готовности к использованию, боевой готовности), могут быть равны или даже превышать затраты на приобретение. При этом, вторые убывают по причине

- уменьшения остаточной стоимости, а первые возрастают вследствие наступления стадии параметрических отказов, характеризующихся постоянным увеличением интенсивности отказов (износ, усталость старение и пр.).

Эксплуатационные затраты во многом определяются стоимостью и длительностью технического обслуживания и ремонта (ТОиР). Своевременность выполнения ТОиР является важнейшим параметром в обеспечении технической готовности - еще одним, наряду с эксплуатационными затратами, важнейшим показателем конкурентоспособности МТ.

В ходе работы были разработаны методики и средства применения интегрированной логистической поддержки (ИЛП), адаптированные к специфике судостроительной отрасли. Применение разработок показало общее сокращение затрат на ТОиР, времени простоя оборудования. Повышение эффективности использования оборудования, как следствие увеличение конкурентоспособности МТ за счет высокой технической готовности и низких эксплуатационных затрат.

Работа выполнялась в рамках ОКР «Разработка системы интегрированной логистической поддержки спасательного судна проекта 21300», утвержденной 17.05.2007 г. первым заместителем начальника Управления заказов и поставок кораблей, морского вооружения и военной техники.

Результаты работы содействуют выполнению п. 7.3.1. «Разработка программы организации внедрения ИПИ - технологий при создании и обслуживании морской техники» Федеральной целевой программы «Развитие Гражданской морской техники» на 2009-2016г., утвержденной постановлением правительства РФ от 21.02.2008 за № 103.

Объект и предмет исследования

Объектом исследования являются процессы интегрированной логистической поддержки (ИЛП) в судостроительной области.

Предметом исследования являются методы и средства реализации процессов ИЛП в судостроении.

Цель работы и задачи исследования

Целью диссертации является разработка и исследование методов и средств применения интегрированной логистической поддержки для повышения конкурентоспособности выпускаемой продукции в управлении техническим обслуживанием и ремонтом морской техники.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

.• разработана модель данных для решения задач: формирования ремонтных ведомостей, расчета наработки и ранжирования оборудования по критичности в условиях интегрированной распределенной среды;

• разработана методика расчета длительности функции в долях от длительности функции более высокого порядка, основанная на цикличности работы сложных систем;

• разработана методика обоснованного включения оборудования в состав ремонтной ведомости, основанная на расчете его наработки с использованием связей между функциональной и логистической структурами изделия, что позволит прогнозировать заказ запасных частей и уровень загрузки судоремонтных предприятий, также являющихся участником ЖЦ МТ;

• разработана методика ранжирования оборудования, требующего технического обслуживания на основе использования анализа последствий и критичности отказов, являющегося неотъемлемой частью ИЛП.

Методы исследований

Для решения поставленных в диссертационной работе задач использовались основные научные положения теории информационных систем, системного анализа, моделирования сложных систем, методологии АУогкР1о\у и ГОЕБ, многоагентного моделирования.

Научная новизна работы

• Адаптированные к условиям российского судостроения объектно-ориентированной модели данных и методики организации решения задач ИЛП по построению ЛСИ и ЛСФ, а также установления связей между ними.

• Разработанная методика анализа циклов иерархически связанных функций для моделирования работы судового оборудования в процессе решения судном поставленных задач.

• Примененная методика использования многоагентных технологий для создания системы решения задач ИЛП, позволяющая автоматизировать формирование ремонтных ведомостей на основе предполагаемого сценария эксплуатации изделии МТ.

• Разработанная методика автоматизированного выбора оборудования в состав ремонтной ведомости с использованием специальных классификаторов последствий отказов оборудования и расчетом переменного значения критичности оборудования в заданный момент времени.

Практическая значимость работы

• Разработан взаимосвязанный комплекс методов и средств, на основании использования которого можно решать задачи повышения эффективности использования технически сложных систем морской техники.

• Построена объектно-ориентированная модель базы данных информационной среды ИЛП, учитывающая методику и предусматривающая полное описание объектов, необходимых для решения задач планирования и управления ТОиР.

• Создан прототип интегрированной распределенной среды, который может быть масштабирован и адаптирован к различным стадиям эксплуатации морской техники.

Внедрение результатов работы

Результаты исследований и разработанный комплекс методов и программных средств внедрены на ОАО «Адмиралтейские верфи», а также в учебном процессе БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Устинова, о чем имеются соответствующие акты.

Основные положении диссертации, выносимые на защиту

• Объектно-ориентированная модель базы данных для построения системы ИЛП в среде взаимодействия всех участников жизненного цикла изделия МТ, для организации планирования и управления ТОиР.

• Модели и алгоритмы расчета длительности исполняемой функции, использующие логистические структуры иерархически связанных функций для процессов планирования ТОиР МТ.

• Методика использования многоагентных технологий для решения задач ИЛП в части определения периода обслуживания оборудования морской техники.

• Методика применения программных средств для планирования управления ТОиР.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Общероссийской молодежной научно-технической конференции «Молодежь Техника Космос» (Санкт-Петербург, 2009-2011 гг.); на заседании секции научного технического общества им. ак. А.Н. Крылова «Управление судостроительным производством» по теме: Формирование и состав требований раздела «Внедрение информационных технологий при управлении ресурсами проектных и промышленных обществ в процессах создания и эксплуатации морской техники» программы инновационного развития ОАО «ОСК» на период до 2020 г.(Санкт-Петербург, 2010г.).

Публикации

По материалам диссертационной работы опубликовано две работы в виде научных статей п тезисов докладов в ведущих рецензируемых научных журналах.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 52 наименований, 3 приложения. Работа содержит 118 страниц машинописного текста, 30 рисунков, 3 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первой главе диссертации проведен анализ развития понятийного аппарата логистики под влиянием изменений происходивших на мировом рынке и определены ключевые факторы, оказывавшие влияние на развитие понятийного аппарата:

• рост конкуренции в сегментах рынка, наполненных товарами с одинаковыми потребительскими свойствами;

• интеграция логистических функций фирмы и ее логистических партнеров;

• ликвидация традиционных национальных, торговых, таможенных, транспортных и других барьеров;

• широко распространившаяся в бизнесе концепция TQM.

Итогом эволюции стала интегрированная логистическая поддержка как совокупность видов инженерной деятельности, реализуемых посредством управленческих, инженерных и информационных технологий, ориентированных на обеспечение высокого уровня готовности изделий при одновременном снижении затрат, связанных с эксплуатацией и обслуживанием.

Анализ ситуации с нормативным обеспечением показал, что в отличие от стран НАТО и США, где деятельность по ИЛП регламентируется в документах, начиная от уставных армейских и заканчивая международными стандартами серии S1000D, в России в 2009 году внедрены государственные стандарты ГОСТ 553392 и ГОСТ 553393, раскрывающие общие положения ИЛП и анализа логистической поддержки, как части ИЛП. Разработавшая и внедрившая их организация НИИЦ CALS «Прикладная логистика» достаточно подробно проработала все

аспекты применения ИЛП для авиационной промышленности. Но для применения к условиям эксплуатации морской техники понадобилось провести доработку процессов применения ИЛП.

Проведен анализ подходов к расчету показателя готовности изделий морской техники в России и в странах НАТО. Результаты анализа демонстрируют причину недостаточного внимания, уделяемого в российском судостроении внедрению ИЛП, что обусловлено не вполне обоснованными допущениями, применяемыми в расчетах показателя готовности для российской морской техники. А именно, для обеспечения заданного уровня готовности допускается:

• общее время внепланового ТОиР, т.е. количество отказов на периоде эксплуатации на большом эксплуатационном цикле, равно нулю;

• задержек с поставками ЗИП, постановкой в док, прибытием/работой ремонтных бригад на большом эксплуатационном цикле нет.

Результаты анализов, проведенных в первой главе, создали предпосылки к исследованию и разработке методов повышения эффективности процессов организации ТОиР морской техники путем:

• адаптации методологии построения ЛСИ и ЛСФ, используемых в авиастроении, применительно к судостроению;

• построения модели цикличных функций для расчетов времени работы, обеспечивающего данную функциональность оборудования, в качестве источника исходных данных для планирования и управления ТОиР.

Во второй главе проведено сравнение различных подходов к организации ТОиР (см. рис. 1) Выигрышность ТОиР по состоянию относительно планово-предупредительной системы ремонтов, используемой по настоящее время применительно к морской технике, заключается в снижении:

• затрат на обслуживание на 75%;

• количества обслуживании на 50%;

• числа отказов на 70% за первый год работы.

Однако при всей выигрышиости ТОиР по состоянию, реализация данной стратегии затруднена в силу ряда причин:

• отсутствие диагностического оборудования и систем самодиагностики в подавляющем большинстве оборудования судовых систем;

• низкий процент исполнения проектной документации в виде 30 моделей:

о Корпус - 95%,

о Трубопровод и судовые системы < 40%, о Обстройка помещений < 30%, о Энергообеспечение < 25%;

• длительные сроки непрерывного использования изделия морской техники;

• большая географическая удаленность районов эксплуатации от судоремонтных и обслуживающих предприятий.

Разрабатываемая методика должна позволять дифференцировать оборудование в процессе эксплуатации. Это требование обуславливается тем, что зачастую однотипное оборудование применяется в различных судовых системах, имеющих различное функциональное предназначение в составе систем МТ. Такое дифференцирование позволит организовать ТОиР оборудования не только по признаку «тип оборудования», но и по параметрам процесса эксплуатации конкретной единицы оборудования.

Система 1

Система 2 расположение х1у1 Система 2 расположение х2у2 Система 3

Рис. 1 Сравнение планового ТОиР и ТОиР по состоянию.

Разработанная методика основана на использовании базовых процессов, разработанных НИИЦ CALS «Прикладная логистика», для формирования логистической структуры изделия и логистической структуры функций технически сложных систем. Получаемые на выходе данных процессов логистические контрольные номера позволяют идентифицировать оборудование по исполняемой функции и по структурному расположению в судовых системах.

В разработанной методологии в роли ключевого фактора взаимосвязей выступает информация о времени исполнения функций и, следовательно, времени работы исполняющего эти функции оборудования. Поэтому важной задачей является классификация и выявление связей, которые носят периодический характер. Классификация вспомогательных функций базируется на предоставляемом ими результате.

Вспомогательные функции могут быть источником:

• потребления расходных ресурсов;

• условий выполнимости;

• управляющих воздействий.

Для вспомогательных функций был разработан алгоритм расчета времени работы оборудования, исполняющего вспомогательные функции, относительно времени работы оборудования, исполняющего основную функцию.

Время, за которое (fi) пополняет буферное хранилище в течение одного цикла, с учетом непрерывного функционирования (fi+i) равно:

Где,

vi - скорость обеспечения ресурсами реализующей функцией (fi).

Число циклов за период, в течение которого V, и уы можно считать постоянными, равно:

N.

vw'(Vj-Vm)'t

v,-V

(2)

Где,

t - время работы (fi+i) за которое изменением скоростей можно пренебречь.

На рис. 2 проиллюстрирована зависимость изменения объема потребляемого основной функцией ресурса от времени.

Автоматизированный расчет времени работы оборудования во время решения задач изделием морской техники, предполагает добавление в процесс функционального анализа, разработанного НИИЦ CALS «Прикладная логистика», следующих этапов:

• распределение элементов ЛСФ по фазам миссии, выполняется конструктором по системе;

• определение (расчет) доли времени работы для каждого ЭК, выполняется сотрудниками

отдела ИЛИ.

Практическое применение модели цикличных функций для расчетов времени работы обеспечивающего данную функциональность оборудования требует разработки формализованных алгоритмов. Алгоритмы необходимы, в первую очередь, как средство применения многоагентной методологии разработки программных средств для организации планирования и управления ТОиР для МТ. Информационной основой и средой взаимодействия программных агентов должна стать объектно-ориентированная модель данных, которая должна содержать достаточное количество классов и атрибутов для использования логистических структур самого изделия МТ и его функций

Корректировка ЛСФ

Отдал ИЛП

Рис. 3. Выполнение функционального анализа конструкторской структуры МТ

В третьей главе диссертации описана методика подбора оборудования для включения его в состав заданного мероприятия ТОиР с использованием имеющейся фактической информации и предполагаемого сценария использования изделия МТ на основе многоагентных технологий и расчета критичности оборудования.

Для реализации методики был разработан алгоритм формирования сводного перечня элементов кандидатов на ближайшее мероприятие ТОиР см. рис.4 .

Расчет значения атрибута длительность

Сопоставление кода объекта сводного перечня и кода объекта класса «ЛСФ»

Присвоение значению атрибута «длительность» объекта «ЛСФ+1» значения длительность объекта «ЛСФ»

Занесение кода объекта «ЛКНпсоч* а промежуточный сводный перечень

Занесение кодов из промежуточного перечня в конец сводного перечня

Анализ связей ЛСФ и леи

Пересмотрены все объекты сводного перечня?

Считывание значений атрибута "Наработка, Наработка расчетная, период обслуживания") объекта «ЛСИ»

НАР + 2НАРрдс < НАР + НАРрдс > V7 1.05^?

V!/ да

Занесение кода «ЛКНлси» в перечень объектов на ТОиР

Занесение кода «ЛКИлси» в перечень критичных объектов

тт.

Вывод сообщения о завершении формирования перечня

Рис. 4. Алгоритм формирования перечня элементов ЛСИ для ТОиР

и

Для управления и планирования ТОиР МТ использована методика ранжирования оборудования в получаемом перечне с помощью матрицы критичности. Матрица отражает переменные и постоянные параметры оборудования МТ, характеризующие его критичность. К постоянным параметрам были отнесены результаты еще одной составляющей ИЛП - анализ видов, последствии и критичности отказов (АВПКО).

Для удобства использования результатов АВПКО в программном средстве, функциональные отказы конечного изделия МТ были классифицированы следующим образом:

I Чрезвычайное происшествие

II Невыполнение миссии/ невыход в море

III Снижение эффективности/ задержка выхода

IV Отказ, не влияющий на выполнение миссии

К переменным характеристикам относится наработка элемента, а именно, на сколько она превышает допустимый предел в долях от t„p. Исходя из условия, по которому элементы ЛСИ формировали сводный перечень кандидатов на мероприятие ТОиР, рассчитан интервал, в пределах которого будут лежать анализируемые значения. В качестве допущения принимается, что за период, следующий за мероприятием ТОиР, элемент ЛСИ наработает столько же, сколько и в исследуемом периоде.

Первое условие, которое отсекает элементы ЛСИ, определяет левую границу интервала:

tnap~^2tpac4<~tf,p (3)

Следовательно, доля наработки превышающая период обслуживания на левой границе интервала будет равна нулю. Второе условие, которое отсекает элементы ЛСИ, определяет правую границу интервала: .

t„ap+tpac4<1.05t„p (4)

Значение !расч в долях от t„p, удовлетворяющее данному условию, лежит в интервале от нуля до ста пяти процентов включительно. Тогда, анализируемое значение будет лежать в интервале:

(5)

Для качественного анализа переменной характеристики для МТ принят следующий интервальный вариационный ряд с неравными интервалами: А от 1,05 до 2,1 Б от 0,11 до 1,05 В от 0,01 до 0,11 Г от 0 до 0,01

Качественный анализ критичности невыполнения ТОиР для элемента наглядно представляется виде матрицы критичности, на которой можно задать геометрию и расположение областей приоритета (рис. 5).

Разработана процедура анализа и ранжирования сводного перечня элементов ЛСИ, кандидатов на ТОиР, применительно к МТ (рис. 6).

Реализация данного алгоритма для МТ возможна лишь в том случае, если в рамках работ по формированию базы ИЛП был проведен АВПКО. Применение же данных программных средств автоматизации позволит повысить эффективность работы специалистов, ответственных за формирование ремонтной ведомости оборудования судовых систем МТ. Информационной основой для описанных методик стала разработанная объектно-ориентированная модель данных условий эксплуатации МТ. В данной модели предусмотрены все виды объектов для:

• формирования исходных данных во время анализа логистической поддержки;

• реализации алгоритмов, формирования перечней элементов кандидатов на ближайшее ТОиР;

• реализации методик управления ТОиР путем ранжирования перечней элементов ЛСИ (кандидатов на ТОиР), формируемых на начальных этапах.

Разработанные алгоритмы программных агентов и модель объектно-ориентированной базы данных предполагают выполнение большого объема работы на этапе анализа логистической поддержки силами конструкторов по системам и специалистов центра логистической поддержки изделий МТ. Вопрос создания такого центра как организационного обеспечения внедрения ИЛИ для МТ остается открытым. Для апробации предлагаемых положений необходимо выбрать изделие МТ, на примере одной из систем которого рассчитать периодичность обслуживания составляющего эту систему оборудования.

Уровень критичности

IV III II I ктпо

Рис. 5. Матрица критичности для качественного анализа

Формирование Запуск

ранжированного программного перечня на ТОиР агента В

Выбор объекта сводного перечня

Считывание значение атрибута "КТПО" объекта сводного перечня

Формирование

кода принадлежности к матрице критичности

Присвоение значение атрибута «отношение к

области критичности»

наработка, период

обслуживания" объекта сводного перечня

Расчет суммарной

длительности значений атрибута

«длительность ТОиР» по группам критичности _)

Выбор объекта

«Сценарий», относящегося к грядущему мероприятию ТОиР

Считывание значение атрибута "Длительность" объекта «сценарий»

Сумма длительности ТОиР по группе 1< значения атрибута «длительность»?

Заполнение атрибута «участие» для объектов групп 2.3 значением «О»

Заполнение атрибута «участие»

для объектов группы 1 значением «1»

'Умма

2 < значения атрибута «длительность»?

V

Заполнение атрибута «участие» для объектов группы 3 значением «О»

Заполнение атрибута «участие»

для объектов группы 2 значением «1»

Вывод сообщения о необходимости доп. Анализа объектов группы 1

Сумма длительности ТОиР по группам 1,2 и 3 < значения атрибута «длительность»?

V

кшр

Заполнение атрибута «участие»

для объектов группы 3 значением

«1»

Вывод сообщения о необходимости доп. Анализа объектов группы 3

I

Вывод сообщения о необходимости доп. Анализа объектов группы 2

Вывод сообщения «Для все элементов -кандидатов доступно ТОиР»

Рис. 6. Процедура анализа и ранжирования сводного перечня элементов ПСИ, кандидатов на ТОиР

В четвертой главе диссертации приводятся практические результаты работы и описаш::1 реализации разработанных методов и алгоритмов для средств автоматизации в программных средах. I

В соответствии с планом эксплуатации судна пр. 21300, на пример топливоперекачивающей системы которого были отработаны разработанные методики, был::! построена модель эксплуатации. Построенная модель масштабируема по временной шкале с. малого эксплуатационного цикла длительностью 3624 часа до 30 лет - полный жизненный циг : судна.

В соответствии с основными задачами, малый эксплуатационный цикл был разбит на фаз миссий по пяти возможным сценариям.

Для топливоперекачивающей системы были сформированы данные, необходимые для расчета наработок при выполнении судном задач по назначению:

• объем цистерн расходного топлива, выступающих в роли буферного хранилища;

• скорость потребления топлива дизель-генераторами при различных нагрузках к потребителях электроэнергии;

• скорость, с которой топливоперекачивающие насосы наполняют расходные цистерны. Сопоставление фаз ЖЦ, описанных в конструкторских документах, определяющие

режимы работы энергетической установки, с основными и дополнительными задачами судр отражены на схеме (рис. 7).

Рис. 7 Сопоставление фаз жизненного цикла

Применение разработанных в настоящем исследовании методов 1 топливоперекачивающей системе продемонстрировало существенное различие в потребном техническом обслуживании для однотипного оборудования. В табл. 1 представлены данные с количестве автономных походов, которые должно совершить судно проекта 21300 осуществления заводского ремонта топливоперекачивающих насосов ШФ5-25-3.6/4Б: пр традиционном подходе в учете наработки и при проведении расчетов по представление . методологии. В первом столбце табл.1 указаны логистические контрольные номера насосов логистической структуре судна. Насосы 431.03.001.13, 431.03.001.14 расположены в носовс

дизель-генераторном отделении, насосы 431.03.003.40, 431.03.003.55 - в кормовом дизель-генераторном отделении, насос 431.03.002.37 - в котельном отделении.

Таблица 1 ■ Число автономных походов до ЗР для ШФ5-25-3,б/4Б

ЛКНлси Традиционный подход Расчет при безотказной работе Расчет при аварийной работе

431.03.001.13

431.03.001.14 2 19 16

431.03.003.40

431.03.003.55

431.03.002.37 2 больше срока службы судна

Расчеты в виде таблиц представлены в приложении к пояснительной записке.

Апробация разработанных методик и алгоритмов на топливо перекачивающей системе судна пр. 21300 демонстрирует почти десятикратное сокращение числа заводских ремонтов насосов ШФ5-25-3,6/4Б дизель-генераторных отделений. Что на практике означает сокращение денежных затрат на ТОиР, сокращение времени простоя, что подтверждает необходимость изменения процессов ТОиР для МТ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Комплекс научных исследований, выполненных в работе, направленный на повышение конкурентоспособности изделий МТ в части решения задач по снижению стоимости ТОиР и обеспечения технической готовности реализован за счет использования передовых информационных технологий и применения ИЛП в условиях судостроения.

Основные результаты работы:

• разработана методика расчета длительности функции в долях от длительности функции более высокого порядка, основанная на цикличности работы сложных систем;

• разработана методика обоснованного включения оборудования в состав ремонтной ведомости, основанная на расчете наработки оборудования с использованием связей между ЛСФ и ЛСИ, что позволит прогнозировать заказ запасных частей и уровень загрузки судоремонтных предприятий, также являющихся участником ЖЦ МТ;

• разработана методика ранжирования оборудования, требующего технического обслуживания на основе использования анализа последствий и критичности отказов, являющегося неотъемлемой частью ИЛП;

• построена объектно-ориентированная модель данных, основывающаяся на разработанных методах и алгоритмах функционирования задач интегрированной логистической поддержки в управлении техническим обслуживанием морской техники;

• расчет периодичности обслуживания, проведенный на контрольном примере топливоперекачивающих насосов, показал снижение потребной частоты обслуживания, что позволяет снизить эксплуатационные затраты на техническое обслуживание при сохранении заданного уровня технической готовности морской техники.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Цыганков Г.А. Совершенствование процессов обеспечения качества военно-морско техники на этапах послепроизводственного обслуживания .М.: - Стандарты качество/ 6 - 2010. - с.106-107.

2. Цыганков Г.А. Методологические аспекты обеспечения качества реализации Логистической Поддержки судовых систем в процессе эксплуатации. - Морские интеллектуальные технологии/ спецвыпуск 14-15 октября - 2010. - с.213-215.

3. Цыганков Г.А. Создание методологии обеспечения уровня технической готовности на этаг эксплуатации. - Труды 2-ой общероссийской молодежной научно-технической конференци «Молодежь. Техника. Космос». - БГТУ «Военмех» имени Д.Ф. Устинова, 2011. - с.206-207.

4. Цыганков Г.А. Процесс управления эксплуатационными расходами на стади проектирования. - Труды 3-ей общероссийской молодежной научно-техническс конференции «Молодежь. Техника. Космос». - БГТУ «Военмех» имени Д.Ф. Устинове 2010. - с.265-266.

5. Цыганков Г.А. Методологические аспекты обеспечения качества реализации Логистической Поддержки судовых систем в процессе эксплуатации. - Матер, докладов второй российской научно-практической конф. судостроителей. "Единение науки и практики 2010".с. 134-135.

Подписано в печать 28.12.2011. Формат бумаги 60x84/16. Бумага документная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ № 260 Отпечатано с готового оригинал-макета Балтийский государственный технический университет Типография БГТУ 190005, С.-Петербург, 1-я Красноармейская ул., д.1

61 12-5/1639

БАЛТИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова

На правах рукописи

ЦЫГАНКОВ Георгий Андреевич

ПОВЫШЕНИЕ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ ПРОДУКЦИИ ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ, ИНТЕГРИРОВАННОЙ ЛОГИСТИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ В УПРАВЛЕНИИ ТЕХНИЧЕСКИМ ОБСЛУЖИВАНИЕМ И

"-ТБЗШЖИ-

Специальность 05.02.23 - Стандартизация и управление качеством

Диссертации на соискание ученой степени Кандидата технических наук

Научный руководитель -кандидат технических наук, С.А.Бабаев

Санкт-Петербург 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................4

Глава 1. Развитие и применение Логистической поддержки............................10

1.1. Этапы формирования понятийного аппарата...........................................10

1.2. Нормативная и предметная реализация принципов ИЛП......................15

1.3. Сравнение подходов к расчету показателей готовности корабля..........25

1.4. Выводы и результаты по главе 1...............................................................29

Глава 2. Разработка методик................................ ................................................32

2.1. Методика классификации судовых систем и оборудования для применения дифференцированного подхода при ТОиР................................32

2.2. Методика расчета периодичности обслуживания...................................48

2.3. Выводы и результаты по главе 2...............................................................57

Глава 3. Построение интегрированной распределенной среды для функционирования задач ИЛП в условиях бортового информационного обеспечения............................................................................................................59

3.1. Реализация методик расчета периодичности обслуживания на основе применения «модульных технологий»............................................................59

3.2. Состав и структура информационного обеспечения интегрированной распределенной среды.......................................................................................71

3.3. Выводы и результаты по главе 3...............................................................79

Глава 4. Практическая реализация методологий формирования ремонтной ведомости в рамках функционирования задач ИЛП в условиях интегрированной распределенной среды............................................................81

4.1. Объект исследования. Моделирование процесса эксплуатации............81

4.2. Формирование исходных данных для ремонтной ведомости. Расчет наработки............................................................................................................96

4.3. Выводы и результаты по главе 4.............................................................101

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................................... Ю2

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..........................................103

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Основные эксплуатационные показатели и требования

надежности судна................................................................................................108

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ЛСИ и ЛСФ системы заполнения цистерн расходного

топлива.................................................................................................................. 111

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Расчетные данные по системе заполнения цистерн расходного топлива............................................................................................. 114

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы диссертации

Современные наукоемкие изделия, в том числе и морской техники (МТ), имеют длительный жизненный цикл (ЖЦ). Для таких изделий общие затраты на всех стадиях ЖЦ - один из важных потребительских параметров. Они складываются из затрат на:

• разработку;

• производство;

• ввод изделия в эксплуатацию;

• эксплуатацию;

• техническое обслуживание и ремонт;

• утилизацию изделия по истечении срока службы.

Для изделий, имеющих срок службы 10-20 и более лет (средний срок службы изделий МТ - 30 лет), затраты на постпроизводственных стадиях ЖЦ, связанные с поддержанием изделия в работоспособном состоянии (состоянии готовности к использованию, боевой готовности), могут быть равны или даже превышать затраты на приобретение. При этом, вторые убывают по причине - уменьшения остаточной стоимости, а первые возрастают вследствие наступления стадии параметрических отказов, характеризующихся постоянным увеличением интенсивности отказов (износ, усталость старение и пр.).

Эксплуатационные затраты во многом определяются стоимостью и длительностью технического обслуживания и ремонта (ТОиР). Своевременность выполнения ТОиР является важнейшим параметром в обеспечении технической готовности - еще одним, наряду с эксплуатационными затратами, важнейшим показателем

конкурентоспособности МТ.

В ходе работы были разработаны методики и средства применения ИЛП, адаптированные к специфике судостроительной отрасли. Применение разработок показало общее сокращение затрат на ТОиР, времени простоя оборудования. Повышение эффективности использования оборудования, как следствие увеличение конкурентоспособности МТ за счет высокой технической готовности и низких эксплуатационных затрат.

Работа выполнялась в рамках ОКР «Разработка системы интегрированной логистической поддержки спасательного судна проекта 21300», утвержденной 17.05.2007 г. первым заместителем начальника Управления заказов и поставок кораблей, морского вооружения и военной техники.

Результаты работы содействуют выполнению п. 7.3.1. «Разработка программы организации внедрения ИЛИ - технологий при создании и обслуживании морской техники» Федеральной целевой программы «Развитие Гражданской морской техники» на 2009-2016г., утвержденной постановлением правительства РФ от 21.02.2008 за № 103.

Объект и предмет исследования

Объектом исследования ^ ^юляются процессы интегрированной логистической поддержки (ИЛЦМ$ судостроительной области.

Предметом исследования являются методы и средства реализации процессов ИЛП в судостроении.

Цель работы и задачи исследования

Целью диссертации является разработка и исследование методов и средств применения интегрированной логистической поддержки для повышения конкурентоспособности выпускаемой продукции в управлении техническим обслуживанием и ремонтом морской техники.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

• разработана модель данных для решения задач: формирования ремонтных ведомостей, расчета наработки и ранжирования оборудования по критичности в условиях интегрированной распределенной среды;

• разработана методика расчета длительности функции в долях от длительности функции/более высокого порядка, основанная на цикличности работы сложных систем;

• разработана методика обоснованного включения оборудования в состав ремонтной ведомости, основанная на расчете его наработки с использованием связей между функциональной и логистической структурами изделия, что позволит прогнозировать заказ запасных частей и уровень загрузки судоремонтных предприятий, также являющихся участником ЖЦ МТ;

• разработана методика ранжирования оборудования, требующего технического обслуживания на основе использования анализа последствий и критичности отказов, являющегося неотъемлемой частью ИЛП.

Методы исследований

Для решения поставленных в диссертационной работе задач использовались основные научные положения теории информационных систем, системного анализа, моделирования сложных систем, методологии \VorkFlow и ГОЕБ, многоагентного моделирования.

Научная новизна работы заключается в:

• Адаптированных к условиям российского судостроения объектно-ориентированнотКДюдели данных и методики организации решения задач ИЛП по построению ЛСИ и ЛСФ, а также установления связей между ними.

• Разработке методики анализа циклов иерархически связанных функций для моделирования работы судового оборудования в процессе решения судном поставленных задач.

• Применении методики использования многоагентных технологий для создания системы решения задач ИЛП, позволяющей автоматизировать формирование ремонтных ведомостей на основе предполагаемого сценария эксплуатации изделии МТ.

• Предложенной методики автоматизированного выбора оборудования в состав ремонтной ведомости с использованием специальных классификаторов последствий отказов оборудования и расчетом переменного значения критичности оборудования в заданный момент времени.

Практическая значимость работы

• Разработан взаимосвязанный комплекс методов и средств, на основании использования которого можно решать задачи повышения эффективности использования технически сложных систем морской техники.

• Построена объектно-ориентированная модель базы данных информационной среды ИЛП, учитывающая методику и предусматривающая полное описание объектов, необходимых для решения задач планирования и управления ТОиР.

• Создан прототип интегрированной распределенной среды, который может быть масштабирован и адаптирован к различным стадиям эксплуатации морской техники.

Внедрение результатов работы

Результаты исследований и разработанный комплекс методов и программных средств внедрены на ОАО «Адмиралтейские верфи», а также в

учебном процессе БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Устинова, о чем имеются соответствующие акты.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту

• Объектно-ориентированная модель базы данных для построения системы ИЛП в среде взаимодействия всех участников жизненного цикла изделия МТ, для организации планирования и управления ТОиР.

• Модели и алгоритмы расчета длительности исполняемой функции, использующие логистические структуры иерархически связанных функций для процессов планирования ТОиР МТ.

• Методика использования многоагентных технологий для решения задач ИЛП в части определения периода обслуживания оборудования морской техники.

• Методика применения программных средств для планирования управления ТОиР.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Общероссийской молодежной научно-технической конференции «Молодежь Техника Космос» (Санкт-Петербург, 2009-2011 гг.); на заседании секции научного технического общества им. ак. А.Н. Крылова «Управление судостроительным производством» по теме: Формирование и состав требований раздела «Внедрение информационных технологий при управлении ресурсами проектных и промышленных обществ в процессах создания и эксплуатации морской техники» программы инновационного развития ОАО «ОСК» на период до 2020г. (Санкт-Петербург, 2010г.).

Публикации

По материалам диссертационной работы опубликованы работы в виде научных статей и тезисов докладов в ведущих рецензируемых научных журналах.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 52 наименований, 3 приложения. Работа содержит 118 страниц машинописного текста, 30 рисунков, 3 таблицы.

В первой главе диссертации проведен анализ формирования понятийного круга интегрированной логистической поддержи с момента образования логистики как самостоятельной научной деятельности человека. Проанализировано развитие нормативной базы применения ИЛП, определяющей предметную реализацию ее принципов. Сформулировано предположение о причинах, сдерживающих использование ИЛП в российском судостроении, основание для которого послужил анализ подходов к расчету технической готовности судна в России и за рубежом.

Во второй главе диссертации описываются методики классификации оборудования на основе построения ЛСИ и ЛСФ и методики расчета относительной длительности иерархически связанных функций изделия МТ.

В третьей главе диссертации описана методика подбора оборудования для включения его в состав заданного мероприятия ТОиР с использованием имеющейся фактической информации и предполагаемого сценария использования изделия МТ на основе многоагентных технологий и расчета критичности оборудования.

В четвертой главе диссертации приводятся практические результаты работы и описание реализации разработанных методов и алгоритмов для средств автоматизации в программных средах.

Глава 1. Развитие и применение Логистической поддержки

1.1. Этапы формирования понятийного аппарата

Термин "Логистическая поддержка" в настоящее время известен

специалистам, профессиональная деятельность которых связана с эксплуатацией технически сложных объектов — машин, оборудования, зданий и сооружений. При этом данному термину в зависимости от контекста придается различный смысл. Рассмотрим происхождение термина логистика.

Большинство исследователей сходится на том, что семантика слова восходит к Древней Греции, где «1о§181лке» обозначало «счетное искусство» или «искусство рассуждения, вычисления». В Византийской империи назначением логистики было: платить жалование армии, должным образом вооружать и подразделять ее, снабжать оружием и военным имуществом, своевременно и в полной мере заботится о ее потребностях и, соответственно, подготавливать каждый акт военного похода, т.е. рассчитывать пространство и время, делать правильный анализ местности с точки зрения передвижения армии, а также силы сопротивления противника и в соответствии с этими функциями управлять и руководить, одним словом, распоряжаться движением и распределением собственных вооруженных сил. [1]

Логистика как наука и как инструмент бизнеса в гражданской области стала формироваться в начале 1950-х годов, прежде всего в США. Эволюция логистики тесно связана с историей и эволюцией рыночных отношений в индустриально развитых странах, причем сам термин «логистика» в бизнесе укоренился и стал повсеместно применятся в мире лишь с конца 1970-х годов.

Рис. 1 Эволюция логистики

Логистика является относительно молодой и бурно развивающейся наукой. Многие вопросы, относящиеся к ее понятийному аппарату и терминологии, постоянно уточняются и изменяются, наполняясь новым содержанием. На рис представлена эволюция логистики в плане развития теории и практики управления материальными, а также сопутствующими информационными и финансовыми потоками.

Ускоренное развитие логистики в период 1950-70-х годов обуславливалось рядом объективных экономических и технологических факторов, к основным из них можно отнести:

• Изменения в моделях и отношениях потребительского спроса (развитие олигополистических рынков);

• Усиливающееся давление фактора затрат;

• Прогресс в компьютерных технологиях;

• Изменение в стратегиях формирования запасов;

• Влияние военного опыта.

Наиболее ярко эти факторы проявились в 1960-х годах в США. Основными тенденциями на рынке стали усиление внимания к покупателям и появления большого количества разнообразных товаров, удовлетворяющих одинаковые потребности (конкурентных товаров). Возникли новые логистические подходы к сокращению циклов заказа и производства продукции. В конце 1960-х была сформулирована так называемая концепция бизнес -логистики как интегрального инструмента менеджмента. Основное содержание концепции сводилось к следующему: «Логистика - это менеджмент всех видов деятельности, которые способствуют движению и координации спроса и предложения на товары в определенном месте и в заданное время» [2]. Вместе с тем в рассматриваемы период не прекращались попытки дать обобщенное определение логистики.

Одна из наиболее авторитетных в мире логистических организаций -Национальный совет по менеджменту физического распределения в США, преобразованный позднее в Совет логистического менеджмента (СЛМ), в то время определял логистику следующим образом: Логистика - широкий диапазон деятельности, связанный с эффективным движением конечных продуктов от конца к производственной линии к покупателю, в некоторых случаях включающий движения сырья от источника снабжения до начала производственной линии. Эта деятельность включает в себя транспортировку, складирование, обработку материалов, защитную упаковку, контроль запасов, выбора места нахождения производства и складов, заказы на производство продукции, прогнозирование спроса, маркетинг и обслуживание потребителей» [3]. Еще одна известная логистическая организация - Американское общество инженеров -логистиков предлагало следующее определение: «Логистика - это искусство и наука управления, техника и технические приемы и методы, которые предусматривают планирование, снабжение и применение средств перемещения для реализации запланированных операций во имя достижения поставленной цели. [4]

Отличительной чертой 1970-х годов стало усиление конкуренции на фоне нехватки высококачественных сырьевых ресурсов. В то же время выросли общие логистические затраты, например, в США в 2,7 раза. Ресурсный фактор (снижение энергоемкости и материалоемкости продукции) стал одним из основных в конкурентной борьбе. Акцент в логистике несколько сместился на производство, чему в немалой степени способствовало появление компьютерных систем контроля и управления производством, внедрение и развитие АСУ технологическими производственными подразделениями.

Период с 1980-х до середины 1990-х го