автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Разработка алгоритмического обеспечения и информационных технологий в АСУ судоремонтом при ограниченном объеме данных

рГ Б од

, б ив «-г

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ

На правах рукописи

ГРИЩЕНКОВ АЛЕКСАНДР АНТОНОВИЧ /

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В АСУ СУДОРЕМОНТОМ ПРИ ОГРАНИЧЕННОМ ОБЪЕМЕ ДАННЫХ

Специальность: 05.13.06 - Автоматизированные системы управления

АВТОРЕФЕРАТ . ' диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1994

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственном университете водных коммуникаций

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Францев Р.Э.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кузнецов С.Е. кандидат технических наук, доцент Селиванов Е.Н.

Ведущая организация - Центральный научно-исследовательский

институт морского флота -

» г

Защита диссертации состоится " 'З^" ,

в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 116.01.03 при Санкт-Петербургском Государственном университете водных коммуникаций по адресу: 198035, Санкт-Петербург, ул.Двинская, д.5/7

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Авторефэрат разослан

9

199 7 г

Ученый секретарь ф

диссертационного совета

доктор техническ наук, профессор Кулибанов; Ю.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Рассмотрение вопросов, как наилучшим образом с наименьшими затратами обеспечить возможность эксплуатации каждого судна в течение всего амортизационного срока службы^ является весьма актуальной задачей.

Эта задача, которой занимается наука - технология судоремонта, успешно решается при применении и непрерывном совершенствовании и модернизации научных основ эксплуатации судов.

Совершенствование судоремонта и снижение затрат на ремонт корпусов судов может реализовываться по следующим направлениям:

- за счет оптимизации усилий по обнаружению, выявлению и измерению дефектов корпуса судна;

- за счет правильного нормирования дефектов;

- за счет выбора оптимального метода ремонта;

, - за счет механизации и автоматизации процессов ремонта;

- за счет использования ограничений в эксплуатации, уменьшающих объемы ремонта;

- за счет совершенствования конструкций корпуса;

- за счет улучшения качества эксплуатации судов.

Научные основы технологии ремонта любого объекта начинаются, как правило, с изучения дефектов, снижающих его техническое состояние и вызывающих необходимость выполнения ремонтных работ. В этом случае разрабатывается классификация дефектов, выявляются причины появления дефектов, устанавливаются количественные зависимости развития дефекта и его влияние на качество объекта. Кроме того, обоснование количества измерений дефектов и обследований объекта - очень важная часть процесса судоремонта, так как отклонение от оптимального значения неизбежно приводит к росту затрат на ремонт судов. Поэтому необходимы математические модели, позволяющие установить количество измерений и качество обследования корпусов в зависимости от: скорости нарастания дефекта, возраста судна, межремонтного периода и запасов прочности, заложенных при проектировании и постройке корпуса.

Не менее важными являются и другие вопросы судоремонта, связанные с нормированием дефектов, выбора оптимального метода ремонта, автоматизации процессов ремонта и т.д. Безусловно, существенный вклад в решение всех перечисленных выше вопросов вносит создание автоматизированной системы управления судоремонтом (АСУСР) и разработка математического, алгоритмического и програм-

много обеспечений. Это требует создания и разработки математических моделей и информационных технологий при анализе и обрабо' ке данных в условиях различных ограничений; восстановлении и ра< ширении баз данных;- прогнозировании изменения состояния корпуса судна и т.д.

В связи' с этим основной ц е л ь ю диссер.тацио ной работы является: разработка информационных технологи анализа и обработки ограниченной информации о техническом состо нии листов обшивки корпуса и алгоритмического обеспечения АСУ с доремонтом при решении задачи прогнозирования состояния корпусн конструкций и планирования производства.

В соответствии с поставленной целью исследования в работе шаются следущие основные задачи:

- разработать функциональные, структурные и информационные основы автоматизированного планирования и управления судоремонт ным производством;

- формализовать на основе математических моделей процедуру управления и планирования судоремонтом в условиях дефицита реме тных мощностей;

- разработать методические основы вероятностно-статистиче( обработки процессов износа при отсутствии конкретных реализаци! случайных функций;

- разработать метод расширения базы данных путем восстаю: ления информационного массива в неконтролируемые моменты време1 параметров корпуейых конструкций;

- разработать методы прогнозирования технического состоян листов обшивки корпуса для различных задач, встречающихся на п ктике;

- разработать информационную технологию анализа и обработ ограниченной информации в условиях судоремонтного производства

- оптимизировать методы обработки ограниченной информации на основе элементарных функций плотности распределения.

Предмет исследования в. диссертации составляют алгоритмы о работки и анализа данных информационной технологии АСУ судореы том, отражающие взаимодействие процедур контроля, управления и планирования в производственном процессе.

Методологическая основа диссертации заключается в последе тельном проведении концепции системного анализа и системного хода к управлению. Последнее находит отражение в ориентации рг сматриваемых моделей на системные критерии оптимальности, в у1

наряду с информацией, явно отражаемой в параметрах моделей, также и неформализованной информации, реализуемой в алгоритмах выработки управляющих воздейетвий. Используются методы математического программирования, имитационного моделирования, вероятностно-статистического анализа, теории прогнозирования. Исследование опирается на отраслевые материалы по вопросам организации и управления судоремонтом, специальную математическую и техническую литературу.

Научная новизна результатов диссертационного исследования заключается в следующем:

1) на основе анализа существующих современных расчетно-ияст-румеятальных систем предложена структурно-функциональная и логико-информационная основа планирования и управления судоремонтным производством; .

2) построены математические модели управления судоремонтом в условиях дефицита ремонтных мощностей;

3) предложены алгоритмы анализа и обработки ограниченной информации на основе введения в рассмотрение элементарных сС- Функций и получены оптимальные параметры этих функций;

4) разработаны методы прогнозирования изменения технического состояния листов обшивки корпуса для различных вариантов задач;

5) предложен метод восстановления информационной базы данных при отсутствии процедуры контроля.

Практическая ценность. В результате исследования создан комплекс методик, алгоритмов и программ по оценке и прогнозирования технического состояния корпусных конструкций по ограниченной информации в производственном процессе на судоремонтном предприятии.

Реализация работы. Разработанные в диссертации методы анализа и обработки ограниченной информации по замерам толщин листов судовой обшивки, методы прогнозирования износа корпусных конструкций, а также методики и алгоритмы, построенные по этим методам, и программный продукт были проверены на предприятиях судоремонтной отрасли и внедрены на Канонерском судоремонтном заводе (г.Санкт-Петербург).

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях:

- Всероссийской научно-технической конференции "Транском-94" (г.Санкт-Петербург, СПГУВК, II - 13 октября, 1994 г.);

- Международной научно-технической конференции (г.Люблин, Польша, Технически! университет, 28.-30 сентября, 1994 г.). .

Публикации. Основные положения диссертации изложены в четы-, рех публикациях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения,, списка литературы, включающего 94 наименования, и приложения. Основная часть работы изложена на 188 страницах. Работа содержит 47 рисунков и П таблиц.

В первой главе проанализированы существующие. методы и инструментальные системы контроля технического состояния обшивки корпуса судна. Однако в начале выделены и классифицированы причины изменения состояния-листов обшивки в течении эксплуатации судна.

Изменение технического состояния корпуса судна вызвано.появлением и накоплением в процессе эксплуатации различных дефектов, которые в той или иной мере должны быть устранены при ремонте. Наблюдаемые в практике дефекты корпуса весьма разнообразны и отличаются по причине возникновения, сохранению или целостности конструкции и т.п. Они зависят от условий эксплуатации, качества постройки и ремонта. Дефекты корпуса, появляющиеся в процессе постройки, эксплуатации и ремонта судна, можно подразделить на три группы в зависимости от характера нарастания дефекта и сохранения или нарушения целостности конструкции.

Прежде всего это износ - постепенное уменьшение построечных толщин элементов корпусных конструкций вследств!& коррозии, эрозии и истирания. При этом подразделяют общий износ отдельного листа, износ пятнами участка листа, канавочный износ и общий средний : износ группы листов. Остаточная деформация - изменения первоначальной формы отдельных участков или'всей конструкции, вызванные перегрузками и сохранившиеся после снятия этой внешней нагрузки. Причем деформации'подразделяются на остаточный общий перегиб корпуса, остаточный общ'ий прогиб корпуса, вмятины, бухтины, гофри- * ровку, выпучины стенок рамного набора, кромочные деформации и отклонения от плоскости изгиба холостого набора. Наконец, третий тип дефектов - разрушения, представляющие собой нарушение целостности конструкции вследствие появления усталостности, местной хрупкости, исчерпания деформационной способности. Среди этого типа дефектов выделяют перелом корпуса, трещины, разрывы связей и пробоины.

Дефекты по-разному влияют на качество судна, поэтому различаются подходы к их нормированию и ремонту. Целесообразно исследовать каждую группу дефектов, выявить их скорости развития, оценить их влияние на состояние корпуса судна. Исследователи, как правило, определяют средние скорости изнашивания, подбирают аппроксимирующие кривые плотности распределения вероятностей скоростей равномерного изнашивания для различных связей. В качестве аппроксимирующих кривых используются нормальный закон распределения, кривые Пирсона, гамма-распределение и др. Так распределение вероятностей скоростей изнашивания днищевой и бортовой обшивок палубного стрингера и днищевого набора могут описываться уравнением кривой Пирсона 1-го типа:

/№=/<> (*) (^

где ^0(ос) - начальное значение ¿(х-) , X - скорость изнашивания, мкм/год.

Знание закона распределения скоростей изнашивания позволяет прогнозировать объемы работ для восстановления местной прочности корпуса судна. Разработка научных основ организации обслуживания судов в процессе судоремонта предполагает в рамках АСУ судоремонта оптимизировать количество измерений с целью определения дефектов и сокращения объема сопутствующих работ.

В судоремонте существенные объемы работ (до 30 - 35% и до 60% от стоимости) занимают дефектация: и восстановление поврежден-* ных корпусных конструкций. Выполнение замеров остаточных толщин листов, обработка материалов дефектации, составление отчетных таблиц требует большой затраты времени и ручного труда. В настоящее время существуют примеры разработки автоматизированных систем учета, контроля и прогнозирования технического состояния корпуса судна на базе современных микро-ЭВМ в рамках комплексной системы технического обслуживания и ремонта судов. 0ни предназначены для корпусных служб технической эксплуатации флота, .(СТЭФ) параходств, технологов судоремонтных заводов (СРЗ), занимающихся дефектацией и ремонтом корпусов судов и позволяет решить ряд важных для практики задач: . .

I. Создание и накопление массивов исходных данных о динамике изменения технического состояния корпусов судов конкретной серии или отдельного судна.

2. Оценка фактических й допустимых значений параметров листов изношенного корпуса й прогноз необходимой замены Листов (или их отдельных участков) с целью сохранения установленного для судна класса Регистра, либо на заданный период эксплуатации.

, 3. Разработка ремонтной ведомости для реализаций принятого решения о ремонте. -

4. Обеспечение многовариантных расчетов по определению для СРЗ и баз технического обслуживания флота (БТОФ) необходимого количества корпусной стали требуемых категорий, марок и толщин.

Исходными данными для создания массивов являются материалы дефектации корпусных конструкций, выполненные СРЗ, материалы пред-ремонтной дефектации, выполненные группой предремонтной дефектации и судовые отчетно-учетные документы по технической эксплуатации корпуса. .

Рассматриваемые инструментальные автоматизированные системы позволяют создать фонд геометрических моделей листовых конструкций для визуального отображения корпуса судна, включающий четыре типа сухогрузных судов. Математическое, алгоритмическое и программное обеспечение системы учёта, контроля и прогнозирования технического состояния корпуса судна Предусматривает расчет параметров листовых конструкций, обработку результатов дефектации отдельного листа (участка листа) по условиям общего и местного износа.

При оценке общего износа в базе данных имеется [¿1] -

допустимые значения толщины й Скорости износа корпусного листа; ' -¿Ч *, 1/<р - текущие (фактические) значения толщины и Скорости износа. В предлагаемых методиках, если ? / - ремонт на

следующие четыре года не требуется. Если З^/Т^ч]* и судну

сохраняется прежний класс на следующие четыре года, то требуется ремонт (замена листа, участка).

При 5<1£3{] < i лист (участок листа) может быть оставлен без замены, на промежуток времени менее четырех лет, если .

где [¿1 ]-(!/-Ь) Vуо ; Ь ■<• 4 . Призамена либта (участка листа) может но потребоваться, если судну устанавливаются эксплуатационные ограничения (ледовые, по району плавания и т.д.). Новая допускаемая величина [6*] должна быть установлена с учетом принятых ограничений. В этом случае Р] •

Условием отказа но общему износу на срок службы- ~Ь$ считается '

*,<[*] +(и-к) У

Расчетно-инструментальная система оценки и прогнозирования технического состояния корпуса судна с использованием персональных ЭВМ позволяет сократить количество внеплановых ремонтов, объемов дефектации, времени простоя судов и трудоемкости ремонта, а также оптимизации его стоимости. В систему входит четыре подсистемы: учета, анализа и прогнозирования общего и местного из.носов листовых конструкций; для тех же задач для ледового износа; учета и анализа язвенной коррозии листовых конструкций; учета и анализа остаточных деформаций и нарушений целостности (трещины, пробоины) .

Подсистема по учету общего износа выполняет следующие функции: I) ведение базы данных по результатам дефектации и обработка сведений; контроль, накопление и длительное хранение; 2) обработка результатов дефектации автоматическая по всем листам; формирование заявочной ремонтной ведомости; прогнозирование технического состояния листов и объема ремонта; 3) ведение базы данных о типовых корпусных конструкциях и геометрических моделях листов; длительное хранение и печать общих сведений о конструкции; 4) ведение базы данных нормативно-справочной информации.

Экономическая эффективность от использования автоматизированной системы управления судоремонтом достигается за счет использования ПЭВМ для обработки результатов измерения после дефектации, разработки документации, учета и контроля технического состояния корпуса, прогнозирования и определения рационального объема ремонта, что дает возможность принимать профилактические меры для предотвращения повреждений.

Во второй главе рассматривается структурно-функциональная основа процессов управления судоремонтного производства.

Прежде всего здесь внимание уделено формированию логической структуры процессов управления в судоремонте. В целевом аспекте осуществляется программирование технологического процесса судоремонта (ТПСР), как процедуры оптимального планирования и управления разработкой, изготовлением и использованием (эксплуатацией) технологии судоремонта на основе реализации системных критериев эффективности. В организационно-технологическом аспекте процесс судоремонта рассматривается как многоуровневая и многоэтапная технико-экономическая структура, упорядочивающая во времени систему взаимосвязных процессов разработки, изготовления и эксплуатации ТПСР, в рамках которой реализуются процессы комплексно-целевого планирования и управления, распределения ресурсов. Основ-

ными этапами повышения эффективности управления ремонтным производством СРЗ является: создание научного и организационно-технологического потенциала, обеспечивающего на единой логико-информационной основе производственного процесса решение задач повышения эффективности и качества; разработка программно-методических и технических средств автоматизации процессов управления на всех этапах создания ТПСР; создание типовых унифицированных программно-методических комплексов, обеспечивающих эффективную реализацию средств вычислительной техники.

При этом основными системными информационно-организационными принципами интеграции АСУ!судоремонтом являются следующие: принцип системной ориентации, принцип логико-информационной реализации, принцип агрегации, принцип унификации и типизации программно-методического обеспечения.

Логическая структура задач в АСУ СР формируется в следующей последовательности:

1. Выбор множества задач, решаемых по этапам жизненного цикла судов и уровням иерархии для достижения цели

ЦС-~ Зу/ЗуЧЗу € Зу, К* ;•/»

2. Формальная постановка задач

по уровням иерархии и этапам жизненного цикла.

3. Формирование структурно-логической матрицы /Сл/ — \ > /^ку £ £¿¿1 — взаимосвязи задач.

4. Выбор методов для решения множества поставленных задач Зк/-~ Му, //77х/ .777*/£М*/; К = /,X ; /

5. Формирование алгоритмов решения задач

; к- 77% ; /' = Т™ }■

Обобщенный алгоритм формирования и решения множества задач в соответствии с формулой системного анализа

<Цель> -—*■ < Задачи > —<Методы> — -— < Алгоритмы> < Программы;» представляет собой систем-

ную модель программирования процесса судоремонта. .

Материальной средой функционирования новых информационных технологий являются иерархические ассоциации автоматизированных рабочих мест (АРМ) на базе микропроцессорных комплексов и ПЭВМ, объединенных в единую информационно-управляющую структуру с центрами обработки данных. Один из возможных вариантов такой структуры для управления судоремонтом на СРЗ представлен на рисунке.

Рис. Схема взаимодействия элементов в АСУ судоремонтом (ЦКГИТ - центральный комплекс генерации информационных технологий, БВВО - блок взаимодействия: с внешними организациями, АРМ-Р - автоматизированное рабочее место руководителя, БР - блок руководителя, КБ - коммуникационный блок, ФБ - функциональный блок, ЛМК - локальные мищюпроцессорные комплексы, Т - терминальные устройства)

- ю -

В общем случае судно в. G ) может быть.направлено в ремонт в любое ремонтное подразделение предприятия J (j £ • Таким образом ремонт судна £ можно выполнить по t вариантам (Хд = 1, . При планировании множества вариантов должны быть учтены ограничения на специализацию некоторых ремонтных подразделений ;.

План ремонта судов должен.'удовлетворять следующим ограничениям е R$ " „'' __

z xi -« <7;

й*?*1; О* <fjm S AQjm-

а

^д/тъ - затраты ресурса Ш на ремонт судна ^ ;

t Ii, если ремонт судна fj выполняется по вариан-Хд = j ту X ;

I 0 в противном случае;

+ —

где: fyjm , fym ~ свободные остаточные и избыточные переменные соответственно.

В качестве целевых функций планирования V/ используются математические модели, с помощью которых можно оценить:

<I) уровень загрузки производственных мощностей судоремонтной базы:

м ^

—min , (I)

/Яг/ r

<frn —min, (2)

m=i

где 6tn - стоимость единицы ресурса m ; £m - стоимость единичного увеличения мощности ресурса m ;

2) удовлетворение потребностей параходства в доковом ремон- .

.те

■ G .

W3=Z (i- ЭС$) -min ; (з)

3) соблюдение требований системы технического обслуживания и ремонта судов:

б

—-min.

Задача (I) - (4) решается посредством алгоритма задачи об упаковке (о "многомерном рюкзаке").

Для эффективного использования предлагаемых математических моделей и общей схемы планирования ремонта судов необходимы высокая оперативность в решении как задач планирования, так и всего комплекса вспомогательных информационных задач. Их решение осуществимо с помощью блока планирования, структура которого должна включать набор функциональных компонентов, реализующих: генерацию перечня сведений; идентификацию и диагностику; анализ производственно-экономической ситуации; построение и модификацию предметно-ориентированных баз данных и баз знаний; формирование сценария решения задачи планирования; активный и пассивный диалог с системой; анализ способов и результатов решения задачи планирования.

В третьей главе предлагаются алгоритмы.определения технического состояния и прогнозирования износа корпусных конструкций (КК). По результатам технического обследования состояния листов обшивки корпуса (JI0K) судна могут приниматься следующие решения: заменить соответствующий ЛОК; не заменять контролируемый I0K; по результатам прогнозирования износа листа указать срок замены листа. В первых двух случаях принятие решения очевидно, а в третьем случае решение задачи требует определенного научного обоснования и разработки конкретных алгоритмов.

В виду случайного характера воздействия внешних факторов на ЛОК, его толщина S может рассматриваться,как случайная величина и при изменении её во времени можно представить её случайной функцией Sfi) , поэтому для обработки и анализа информации о ней необходимо использовать методы статистического анализа и теории случайных функций.

Допустим, в результате контроля получены значения толщин¿V : J/ ,..., Sn » iN для отдельного (индивидуального) ЛОК. Поскольку проверка на соответствие законов показала принадлежность эмпирического распределения нормальному закону, то вероятность сохранения допустимой- толщины листа равна

Ps (s*< s< <*>)= £ i(s)ds.

Случайные величины , Р- {N , цредставлянцие собой

толщины в. различных точках ЛОК, изменяются со временем в процессе эксплуатации и контролируются в моменты , I — П. . Совокупность значении Случайных функций можно представить в виде матрицы : . ■.■■.'•■

ЦлНМ! , /= <Ы . 1-Тъ : (5)

• Анализ функций плотностей распределения (£с)] в каждом С - ом временном сечении показал, что распределение со временем "спол^зает" по оси значений параметров к.допустимому значению , "не меняя закона распределения, но уменьшая вероятность безотказной работы ЛОК.

При периодической проверке значений износа ЛОК довольно часто в конкретный момент контроля измеряется толщина не того же самого листа, а соседнего, который в момент ±¿-1 не контролировался. В результате в базе данных вида (5) встречаются пропуски столбцов. А если учесть, что ^ не велико, а равно трем или четырем, то этот пропуск данных и уменьшение информации для прогнозирования и принятия, решений весьма существенен. Поэтому возникает задача восстановления информации в пропущенных.временных сечениях, которую можно сформулировать следующим образом.

Пусть имеются данные об; износе ЛОК в контролируемые моменты

|М4, о\ 11^ ы Ты...

где 0 - означает пропуск информации в виду отсутствия контроля. в соответствующие моменты времени параметров износа ЛОК.

Необходимо, используя те или иные формальные методы обработки, восстановить недостающую информацию. Для восстановления информации Используется интерполяционный полином Лагранжа и линейная модель интерполяции строится для математического ожидания /71а $ (£) и дисперсии &) .

В результате восстанавливаем функцию плотности распределения вероятностей в момент пропуска

и 'а* — 1 с«

Если учесть, что закон распределения вероятностей является наиболее полной характеристикой случайной величины, построение /& ($) с помощью (6) дает полное восстановление недополученной информации в базе данных.

Задача определения износа листа в последующие моменты времени после последнего измерения толщины ЛОК в iln. есть типичная задача прогнозирования изменения технического состояния листа корпусной конструкции. Поскольку временную зависимость отдельной реализации случайной функции S(t) невозможно построить, то при прогнозировании предметом изучения являются статистические характеристики распределения ms (t) ж ds (t) . Для их прогнозирования могут быть использованы в условиях ограниченной информации элементарные математические модели (линейные, квадратичные, экспоненциальные и др.).

В результате, используя простые математические модели, можно осуществлять прогнозирование вероятностно-статистических характеристик износа ЛОК и тем самым планировать планово-предупредительный ремонт на ближайшее будущее эксплуатации судна.

Для экспресс-прогнозирования и срочной выдачи результатов при грубой оценке износа можно вычислять скорость износа ЛОК и находить величину износа на планируемый период эксплуатации. При этом алгоритм оценки учитывает скорость износа по.скорости изменения статистических характеристик Vm(t) и 1/* (t) , после вычисления которых находим

4

¿¿nm$~lfsm(tc+<).üt; üi+i£s = vfßc+<) А h,

гдeAt'H!Tl s - соответственно величины изменений ста-

тистических характеристик на (¿' + I) момент времени.

Однако,наиболее опасной является скорость

•)r(tn-u)/ , tms(ti)-3£s(£ü]- [ms(tj+<)-3ds ('tj„JJ Us (&**)' /.

l-LH " W

и для экспресс-прогнозирования следует использовать выражение

ms (tu)- s* * ' irf-**' (tn)

где tj, - время достижения некоторых толщин ЛОК допустимой вели-

г*

чины о

Таким образом оператор, отвечающий за контроль, экспресс-дрогнозироваше и принятие решения о Замене, должен решать какое из времен для производства является наиболее важным, естественно с учетом требований Регистра: , ,, _

Далее в работе приводится алгоритм построения функции плотности вероятностей "времени безотказной работы" корпусных конструкций (Ь) по вычисляемым плотностям распределения толщин ДОК во времени Уа • Прогнозирование в его автоматизированном варианте в рамках системы управления уменьшает время нахождения судна в ремонте за счет сокращения дефектации, времени её проведения и обработки результатов; сокращает объем ремонта за счет более полного определения технического состояния конструкций и их прогнозирования на несколько лет вперед. .

В четвертой главе рассматриваются алгоритмы обработки ограниченного объема данных для оценки технического состояния корпусных конструкций и для принятия прогнозирующих решений. Вначале излагаются основы формирования базы данных системы контроля за состоянием корпусных конструкций судна. Затем описываются информационные технологий обработки и анализа ограниченных данных, так называемых "малых выборок" ( А/ = 3-10), каковыми являются данные . контроля толщины каждого отдельного листа обшивки судна. „

. тг

При построении эмпирической функции распределения /ы ($) отдельным, полученным в результате контроля листа, значениям толщин S^ , ..ч ¿ы не приписывают традиционно & - функцию, а \ предлагается приписывать сС - функцию, так называемую функцию вклада.

Плотность распределения малой выборки строится в соответствии с выражением V

/>>/.£ %<*>},

где ¥(3) - функция вклада, - априорная (начальная) пло-

тность распределения. *

Как функция Ч* ($) , так и функция могут быть разно-

образной формы, однако они должны удовлетворять предъявленным требованиям.

С точки зрения расчетов и графических построений наиболее простой является сС - функция в виде прямоугольника с основани-

- 15 -

ем с1 и с точкой # в центре

км .¡-к*»

I 0 при остальных 5, т.е. предполагается равномерное размазывание плотности У ($) на интервал с1 . Использование в качестве с1 - функции равномерной плотности диктует следующий вид функции начального вклада

¡-ёА—при а~ с1 <• £ 4 ё+сС,

г*(Л

1 ' 0 при остальных 3, где [&Л] - интервал изменения 5 , заданный априорно.

В качестве сС - функций можно использовать функции, обладающие явно выраженным максимумом. Примерами такой с1 - функции могут быть: треугольная функция, эллиптическая функция и косинусои-дальная функция. Хроме этих видов с£- - функций могут использоваться также элементарные функции плотности, подчиняющиеся экспоненциальному и нормальному законам и т.п., некоторые из них исследуются в работе методом имитационного моделирования.

Таким образом есть выбор решения в новых информационных технологиях, есть альтернативы, поэтому следует искать необходимый нам результат среди оптимальных. Пусть выражение для построения оценки плотности распределения по ограниченным экспериментальным данным выглядит следующим образом:

✓ , оС. с . у

/

где В(р> ) - дельтаобразная <£ - функция с эксцессом У , заданная на реализации (замере) в интервале длиной ,

с¿о - коэффициент, определящий "ценность" априорных данных.

Задача построения эмпирической функции распределения Г* (или плотности распределения ) решалась методом имитаци-

онного моделирования на основе (7)., В работе приводятся программы и данные моделирования, которые доказывают, что оценка функции распределения Р ($) вида (7) даже при неоптимальных значениях оСс , ^ , У является более эффективной, чем построенная классическим методом для любых N и для любых видов распределений. Очевидно, что отыскание оптимальных о( 0 , р , позволяет еще больше повысить эффективность оценки (7).

Алгоритм моделирования предусматривает последовательное выполнение следующих операций:

1) из генеральной совокупности £ с заданным законом распределения извлекается выборка объемом // ;

2) по выборке строятся оценки функции распределения,, определяемые выражением (7);количество оценок задается числом сочетаний ро два,, образованных.из, множества значений параметров ¿¿о и р , заданных в выбранных интервалах;

3) для каждой вычисляется величина Нь1 по формуле

^..... *

а! 1(1)

4) пп.1 - 3 повторяются су раз;

5). вычисляются математическое ожидание М[Н^] и диспер-йщ <о а'£Ум] дм каждой совокупности объемом.единиц, число которых определяется по п.2;

6) пп.1 - 5 производятся для л/ - 3,4,6,10;

7) пп.1 -. 6 производятся для выбранных 2)(р, ¡> В) ;

8) пп.1 - 7 производятся для распределений: а) нормального, б) экспоненциального, в) Вейбулла.

В результате реализации имитационного эксперимента была найдена совокупность оптишльных значений <^ОП} , Ргп , ^"т , удовлетворяющая уравнению

Э*М[Мм] _ эУ0

После нахождения оптимальных значений искомых величин следует для доставленной задачи использовать предложенный алгоритм статистического анализа малой выборки, который заключается в том, что вначале с помощью (7) строится -затем вычисляются

■ статистические характеристики

/77,

/с; - т

а. а.

Таким образом, благодаря предложенным алгоритмам, удается решить задачу оценки технического состояния листов корпусных конструкций по ограниченному числу данных „замеров, используя новые информационные технологии и имитационное моделирование в рамках автоматизированных систем управления судоремонтом. :

/ 3 Приложении приведен текст программ обработки ограниченной информации и статистического анализа, данных замеров толщины, лис-.

ов обшивки корпуса судна.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

При выполнении проведенного исследования были получены сле-уидие основные результаты.

1. Проанализированы существующие современные расчетно-инст-ументальные системы в отрасли судоремонта, созданные на основе Ьрсояальных ЭВМ, и определены основные их функциональные и алго-итмические возможности. Рассмотрены структурная и информационные рдели конкретной системы и перечень её программного обеспечения. бобщеяы и выделены основные причины, вызывающие изменения состо-ния корпуса судна (износ, остаточные деформации и разрушения) и ассмотрено влияние этих дефектов на состояние корпуса.

2. Предложена структурно-функциональная и логико-информаци-нная основа процессов комплексно-целевого планирования и управ-ения судоремонтным производством, объединяющая проблемно-ориен-1ированную базу данных и базу знаний, совокупность математических оделей оптимизации прозводственных процессов, формирование упра-[ляющих воздействий по этапам и уровням иерархии технологического роцесса судоремонта, системные принципы интеграции АСУ.

3. Обоснована схема и получены математические модели управ-'ения судоремонтным производством, планирования судоремонта в ус-овиях дефицита ремонтных мощностей и описывающие в виде функцио-алов: потери, затраты, издержки, время отвлечения судов, обеспе-ение потребности в4ШР, время отсрочки ремонта и др.

4. Выполнен вероятностно-статистический анализ данных конт-оля о техническом состоянии корпусных конструкций для случая, :огда случайный процесс износа не имеет конкретных реализаций лучайных временных функций. При этом установлено, что закон рас-ределения значений толщин листов корпусных конструкций является :ормальным и не меняется в процессе эксплуатации.

5. Предложен метод статистического восстановления информаци-нной базы данных в неконтролируемых временных сечениях цроцесса 'ехнического обслуживания корпусных конструкций в виде вычисленных статистических характеристик и закона распределения путем ис-юльзования интерполяционных моделей (линейной и квадратичной) и 'пределения параметров нормального закона распределения значений •олщин ЛОК в пропущенном системой измерений интервале контроля.

6. Разработаны: а) метод прогнозирования статистических ха-»актеристик закона распределения значений параметров ЛОК с помо-

щью простых математических моделей для оценки вероятности безот казной работы КК; б) метод экспресс-анализа для ускоренного опр деления параметров износа КК на основе, скоростей изменения толш ЛОК, как на уровне математического ожидания.случайной функции. , так и. на уровне односигмавого,. двухсигмавого и трехсигмавого от клонения случайной функции; в) надежностный метод прогнозирован путем вычисления закона распределения плотности вероятностей вр мени безотказной работы КК на основе вычисления среднего арифме ческого и дисперсии закона распределения времени безотказной ps боты.

7. Разработана информационная технология анализа и обрабоа ограниченной информации, основанная на совместном использование

d - функций различной формы (прямоугольной, треугольной, эллиптической и косинусойдальной) и:априорной информации, соотве! ствующей.той же форме с приведением математических моделей этю элементарных функций для формализованного вычисления функции ш тности распределения толщин.

8. На основе имитационного моделирования найдены оптималы параметры дельта-образной cL - функции: оСот , ßm , ¡Гт

в виде конкретных численных значений, которые обеспечивают дос^ точную близость статистических оценок распределений JN ( найденных по ограниченной информации, к истинным (sj .

9. Предложены алгоритмы вычисления статистических характеристик плотности распределения вероятностей, которые удовлетво]

* ют требованиям состоятельности, несмещенности и эффективности ] определяются на основе предварительно найденной функции плотно! ти распределения вероятностей толщин ЛОК.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Грйщенков A.A. и др. Оценивание остаточного ресурса те: нических объектов. Труды научно-технической конференции *2AVft

Qua,6ity of eBectcote-ckniCai Products " ,29 - 30 с тября, 1994 г. (Люблинский политехнический институт, г.Люблин, Польша).

2. Грйщенков A.A. и др. Об оценке среднего времени восста вления работоспособности состояния технического оборудования, сб. тезисов докладов научно-технической конференции "Управлени и информационные технологии на транспорте" ("ТРАНСКОМ-94") -СПб: СПбГУВК, 1994, с.68 - 69.

3. Грйщенков A.A. и др. Интерполяционное восстановление и

формационной базы данных. В сб. тезисов докладов научно-технической конференции "Управление и информационные технологии на транспорте" ("ТРАНСКОМ-94") - СПб: СПбГУВК, 1934, с.69 - 70.

4. Грищенков A.A. и др. Организация технического обслуживания и ремонта сложных технических объектов. В сб. тезисов докладов научно-технической конференции "Управление и информационные технологии на транспорте" ("ТРАНСКОМ-94") - СПб: СПбГУВК, 1994, с.76 - 78.

«