автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Система информационной поддержки принятия решений для технического обслуживания и ремонта оборудования

005006264

МЕЛЬНИК Владислав Юрьевич

СИСТЕМА ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ОБОРУДОВАНИЯ

05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 5 ЛЕК 2011

Волгоград-2011

005006264

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Камаев Валерий Анатольевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Аверченков Владимир Иванович

доктор технических наук,

профессор Финогеев Алексей Германович

Ведущая организация: Астраханский государственный технический университет

Защита диссертации состоится 29 декабря 2011 г. в 09.00 часов на заседании диссертационного совета Д.212.028.04 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400131, Россия, Волгоград, пр. Ленина, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета. Автореферат диссертации размещен на сайте университета www.vstu.ru.

Автореферат разослан 29 ноября 2011г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Водопьянов В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время большинство предприятий нашей страны по-прежнему находятся в сложной ситуации, возникшей из-за «резкого» перехода нашей экономики из административно-командной в рыночную, что болезненно сказалось на производстве и производственных мощностях. Это, в частности, оказало очень большое влияние на сферу технического обслуживания и ремонта (ТОиР) оборудования на предприятиях в целом, т.к. оставшаяся без прежнего финансирования система регламентного обслуживания оборудования теперь не могла нести столь большие затраты на ремонт. Во время планово-профилактических работ предприятия уже не предупреждают будущие поломки, а устраняют уже имеющиеся. Длительные и непрогнозируемые простои, нечеткость организации ремонтной деятельности, отсутствие необходимых запчастей -все это приводит к снижению объемов производства и качества продукции. По некоторым независимым оценкам, изношенность оборудования на большинстве российских предприятиях составляет 40-60%.

На сегодняшний день в области технического обслуживания и ремонта, экспертной оценки технического состояния оборудования для поддержки принятия управленческих решений накоплен достаточно большой опыт. Исследованием этих проблем занимались многие отечественные и зарубежные ученые, такие как: A.A. Овсянникова, C.B. Микони, В.В. Дудкина, Ю.В. Кандырин, Н.Ф. Ревенко, А. Келли, П. Контри, Т. Вайрмена и Др.

Существуют отечественные и зарубежные системы программно-

информационной поддержки технического обслуживания и ремонта

оборудования. К ним относятся: «Галактика», TRIM-PMS, 1С, Global-EAM,

IBS и SAP. Однако они организованны по методике использования

метрических интегральных методов поддержки принятия решений или

планирования на основе регламентных работ, из этого следует, что î

\

полученные с помощью этих систем результаты не обладают достаточной^ "

3

достоверностью при сравнении с реальными планами работ по техническому обслуживанию и ремонту.

Таким образом, разработка методов и средств информационной поддержки принятия решений при планировании ремонтов и технического обслуживания оборудования, обеспечивающих объективность и достоверность получаемых результатов, является актуальной задачей.

Цель данной работы - повышение эффективности принятия решений при выстраивании очередности работ по техническому обслуживанию и ремонту оборудования предприятия.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи:

анализ факторов, влияющих на эффективность планирования технического обслуживания и ремонта, методов и моделей, применяемых в производстве для планирования ремонтных работ, инструментов разработки автоматизированных систем;

анализ существующих средств поддержки принятия решений в сфере технического обслуживания и ремонта, а также предложение способов улучшения качества подобных систем;

- разработка комплекса критериев оценки оборудования на основании обработки мнений экспертов, которые оказывают влияние на вывод оборудования для технического обслуживания и ремонта;

разработка математического и алгоритмического обеспечения принятия решений по построению очередей технического обслуживания и ремонта оборудования;

разработка и апробация проблемно-ориентированной автоматизированной системы поддержки принятия решений при построении очередей технического обслуживания и ремонта оборудования, реализующей разработанные модели и алгоритмы.

Методы исследования. Для решения поставленных задач

использовались следующие методы: системного анализа, теории принятия

4

решений, экспертного логического анализа, экономическо-хозяйственного анализа, математической статистики, объектно-ориентированный и эвристический метод проектирования систем.

Научная новизна результатов исследования. На основе

проведенных исследований создана методология построения очередей постановки оборудования на техническое обслуживание и ремонт, в том числе:

1. Разработан комплекс критериев на основе технического состояния оборудования, экономических показателей, человеческих ресурсов и эффектов от производства, которые могут оказать влияние на последовательность технического обслуживания и ремонта оборудования;

2. На основе комплекса критериев разработана информационная модель паспорта оборудования и подразделения, учитывающая мнения экспертов с использованием бальных оценок;

3. Разработано математическое и алгоритмическое обеспечение системы принятия решений по выводу оборудования на техническое обслуживание и ремонт с использованием информационной модели паспорта оборудования и неметрических методов принятия решений Парето и лексикографического критерия;

4. Разработана проблемно-ориентированная автоматизированная система поддержки принятия решений для определения очередности вывода оборудования на техническое обслуживание и ремонт с учетом реалий сегодняшнего дня.

Достоверность и обоснованность научных положений и результатов, приведенных в диссертационной работе, обеспечивается использованием методов системного анализа, теории принятия решений, экспертного логического анализа, экономическо-хозяйственного анализа. Достоверность подтверждается удовлетворительным совпадением результатов функционирования системы при решении тестовых задач.

Практическая значимость.

1. Создана программная система поддержки принятия решений по планированию технических обслуживаний и ремонтов оборудования, обеспечивающая объективную постановку оборудования в очередь на обслуживание на основе критериальных оценок.

2. Разработана база данных по технологическому оборудованию и ресурсам предприятия, необходимым для планирования технического обслуживания и ремонта оборудования.

3. Разработанные модели и методы принятия решений, алгоритмы информационной поддержки принятия решений в системе планирования ремонтов и технического обслуживания оборудования обеспечивают эффективное выполнения ремонтных работ, что подтверждается актами внедрения на производственном предприятии ОАО «ПО «Баррикады».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались

и обсуждались на научных семинарах кафедры «САПР и ПК» ВолгГТУ, а

также на Международных и Всероссийских научных и научно-практических

конференциях: «Инновационные технологии в управлении, образовании,

промышленности» (Астрахань, 2007); «Интеллектуальные системы (AIS).

Интеллектуальные САПР (CAD)» (Дивноморское, 2007, 2011); «Городу

Камышину - творческую молодежь: материалы первой региональной научно-

практической студенческой конференции» (Камышин, 2007);

«Информационные технологии в образовании, технике и медицине»

(Волгоград, 2007); Региональная конференция молодых исследователей

Волгоградской области (Волгоград, 2007); «Инновационные технологии в

управлении, образовании, промышленности» (Астрахань, 2007, 2009);

Международной научно-технической конференции «Системные проблемы

надёжности, качества, информационно-телекоммуникационных и

электронных технологий в управлении инновационными проектами»

(Инноватика-2011); Международной научно-технической конференции

IT+SE'll, (Ялта-Гурзуф, 2011) и других научно-технических и научно-

6

практических конференциях. По программе У.М.Н.И.К. получен грант по теме «Разработка автоматизированной системы построения очередей и планирования ремонта оборудования» (Астрахань, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе 4 публикации в изданиях из перечня ведущих научных журналов ВАК, 5 тезисов докладов на конференциях.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации 128 страниц, в том числе 31 рисунок, 25 таблиц, список литературы из 81 наименования.

Автор выражает глубокую признательность доц. Шкуриной Г.Л. и проф. Кандырину Ю.В. за консультации по теоретическим и методологическим основам принятия решений и доц. Кизиму A.B. за оказанные содействия и помощь в подготовке диссертационной работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении показана актуальность темы диссертации, определены цели и задачи исследования, сформулирована научная новизна, практическая значимость диссертационной работы, приведены данные об апробации работы.

В первой главе выполнен анализ состояния проблемы управления производством ремонтных работ на ряде производственных площадок для реализации комплекса мероприятий по обеспечению безотказной и рациональной эксплуатации производственного оборудования на предприятиях. При этом проанализированы: методы подготовки оборудования и планирования проводимых ремонтных работ, разработанные ранее системы планово-предупредительного ремонта, существующие подходы к выбору показателей состояния оборудования, основные направления по разработкам и совершенствованию систем технического обслуживания и ремонта.

Система планово-предупредительного ремонта (ППР) на исследованных предприятиях осуществляется на основе регламентного обслуживания оборудования. При этом сроки регламентного обслуживания (техническое обслуживание, текущий и капитальный ремонт) определяются для каждого отдельного наименования оборудования, исходя из его технических характеристик и общей наработки. Как следует из вышесказанного, используемая методика имеет ряд недостатков, основные из которых - отсутствие учета режимов эксплуатации, финансовых и хозяйственных характеристик конкретного экземпляра оборудования.

Рассмотренные информационные системы ТОиР являются преимущественно системами программного сопровождения процессов технического обслуживания и ремонта, в них реализовано планирование либо на основе регламентных работ, либо на метрических методах поддержки принятия решений, поэтому имеющиеся аналоги не подходят для решения задачи качественной оценки постановки оборудования на предупредительное обслуживание.

Таким образом, для устранения выявленных недостатков предлагается применение системы информационной поддержки, основанной на многокритериальном планировании, которое наряду с экспертным формированием целевых постановок высококвалифицированными специалистами, способно к объективному и формализованному решению задач, т.е. установлению очередности постановки однородных групп оборудования на обслуживание по заранее принятым критериям.

Вторая глава диссертации посвящена разработке теоретических основ формирования информационной поддержки для процесса принятия решений по планированию технического обслуживания и ремонта оборудования.

Рассмотрены основные принципы неметрических методов принятий решений, таких как Парето и лексикографический критерий, с учетом результатов анализа имеющихся критериальных подходов.

8

На основании обобщенных экспертных мнений сформирован комплекс критериев оценки состояния оборудования (Рис. 1), включающий конструктивные и эксплуатационные показатели. В процессе их систематизации в работе было выделено четыре группы однородных по характеру показателей: нормативно-техническая, технологическая, экономическая и организационная. Значения показателей участков предложено формировать методом экспертных оценок, используя при этом бальную оценку, позволяющую непосредственно и полно использовать знания эксперта о состоянии конкретного оборудования.

Рис. 1 - Распределения комплекса критериев по группам Построение очередей обслуживания ведется на основе предварительного установления частичного порядка самих показателей качества для однородных объектов. Таким образом, условием применения того или иного метода является степень информированности пользователя о расстановке критериев по приоритетам. Условием применения лексикографического критерия является наличие частичной или полной информации о приоритетах, в противном случае, когда приоритеты пары критериев равны или отсутствуют, расчет производится исключительно по методу Парето. На рисунке 2 отображен общий алгоритм расчета очередности вывода оборудования на ремонтные работы.

С^^ Начало

Выбор оборудован очередное! ля дм определения и ремонте«

< г

Выбор коэффициента» ремонтопригодности оборудования

1

Расчет л о методу Парето

Конец

Рис. 2 - Алгоритм расчета очередности ремонта Алгоритм планирования обслуживания по методу Парето представлен на рисунке 3. При данном методе выполняется следующая последовательность действий: выбор оборудования, построение матрицы ассоциативности для каждого из критериев показателей ремонтопригодности, построение результирующей ассоциативной матрицы для пары критериев (табл. 1), последующее ухудшение альтернатив результирующей ассоциативной матрицы. Ухудшение производится до тех пор, пока начальная результирующая матрица и текущая не будут совпадать.

Таблица 1

Ассоциативная матрица фактор-множеств П|к|

Альтернативы \ 1 - окрестности 01<\у,/к,) 02(W2/k|) 0П(wП/k,)

\У| 0 В,2 в,„

щ в21 0 В2п

wn Вп1 Вп2 0

Рис. 3 - Алгоритм метода Парето Элемент В у ассоциативной матрицы определяется как:

(О, > е £(Я|&г), £=*=/ = {1, А'}, I = {1, М}> Зу=»{ ' 0. £=/

(г, w¡ < е ¿(л|ЛГ), 1Ф] = {1,Л'}, I = {1,/чГ}. ^

где к; - критерий, показатель качества узла оборудования; СО] - альтернатива, оборудование; О; - окрестности.

В случае, когда альтернативы несравнимы, элемент В у принимает значение «1». В результате пересечения фактор-множеств по каждому из показателей качества может быть получена результирующая ассоциативная матрица (РАМ) более высокого порядка для совокупности показателей качества, представленная в таблице 2.

Таблица 2

Результирующая ассоциативная матрица (РАМ)

Альтернативы \ 1 - окрестности 01(\у,/к,) 02(\у2/к,)

АК', 0 012 бш

с21 0 о2п

бм Оы2 0

Элемент Су результирующей ассоциативной матрицы определяется

как:

с» =

1, I

О, о

Так как «О» окрестности (Бу) однозначно определяют я - оптимальные варианты, то после их удаления, для дальнейшего структурирования П, можно переходить к поиску второго слоя. В нашем случае применяется метод ухудшения альтернатив, как наилучший для применения на ПК. Каждый последующий я - слой будет содержать более худший вариант из оставшегося множества, не включающего альтернативы предыдущих слоев. Задача решена, когда результирующая ассоциативная матрица на л, - слое будет идентична начальной РАМ, в результате чего строится линейный порядок, на основе которого может быть составлена очередь на ремонт оборудования.

Рис. 4 - Алгоритм лексикографического критерия Алгоритм лексикографического критерия, представлен на рисунке 4. Метод реализуется на основе установления линейных порядков объектов, для использования которого ЛПР должен предварительно установить приоритеты показателей качества: < кь к2, ... >. Подразумевается следующая последовательность действий: выбор оборудования, определение критерия с наивысшим приоритетом, сравниваются значения критериев пар оборудований. Анализ происходит до тех пор, пока все пары оборудований не будут подвержены сравнению.

На основании данных методов принятия решений и комплекса параметров состояния оборудования построена математическая модель

13

планирования обслуживания оборудования. Основным результатом является методика обеспечения информационной поддержки принятия управленческих решений, формирования очереди вывода в ремонт оборудования с использованием количественных и качественных оценок.

Третья глава диссертационной работы посвящена описанию концептуальной и функциональной модели системы поддержки принятия решений для задачи ремонта и технического обслуживания оборудования.

эксплуатирующей организации

Рис. 5 - Концептуальная модель работы автоматизированной системы

поддержки принятия решений Концептуальная (содержательная) модель системы поддержки принятия решений по планированию технического обслуживания и ремонта оборудования, представленная на рисунке 5, разработана как абстрактная модель, отражающая общие характеристики моделируемой системы, ее свойства и причинно-следственные связи.

Концептуальная модель использовалась для дальнейшей разработки: расширенной функциональной структуры системы ППР, общей архитектуры системы и детального описания входных и выходных данных, как всей системы в целом, так и по подфункциям.

Функциональная модель системы поддержки принятия решений, предназначенной для информационной поддержки определения очередности ремонта оборудования, построена с использованием методологии ШЕРО, как одного из основных инструментов моделирования сложных систем. Функциональная модель системы строилась начиная с общего представления

о назначении системы с последующей поэтапной декомпозицией. На рисунке 6 представлена ГОЕРО - диаграмма второго уровня, дающая полное представление о характере системы.

Ь&^ссэтэгш 5ср иишш

Рис. 6 - Функциональная модель системы поддержки принятия решений Задания на ТОиР в системе формируются или автоматически, или вводятся ответственным лицом. Задание может генерироваться и в ответ на запрос о неполадке, сформированный любым пользователем системы. Необходимые материалы и ресурсы определяются нормативами. Просчитывается продолжительность выполнения задания и каждой операции. Ремонтники получают бланк, в котором подробно расписано, кто, что и когда должен сделать, какие детали использовать, какие инструкции или чертежи применять. Остается зафиксировать выполнение операций и задания в целом, отразить фактическое количество использованных материалов и ресурсов, возможно, применить процедуры контроля качества и занести текущие показания измерителей. Узлы, подлежащие ремонту, могут быть заменены, и на работу по устранению дефектов в них формируется свое задание.

Программная система имеет следующие подфункции:

1) подфункцию управления базой данных с возможностью ее последующего просмотра, редактирования, удаления и добавления новых записей;

2) подфункцию построения очередности вывод оборудования в ремонт или техническое обслуживание по лексикографическому критерию или методу Парето на основании внесенных ранее данных о ремонтопригодности и приоритетах;

3) подфункцию формирования отчетов по выполняемым работам, с возможностью их создания, редактирования и удаления.

Входными данными и соответствующими источниками внешних данных для программной системы построения очередей и планирования ремонта оборудования являются:

1) информация по обслуживаемому оборудованию, его технические характеристики, производственное назначение, тип оборудования, нормативные данные, время ввода в эксплуатацию и наработку. Данная информация, которая позволяет создать паспорт оборудования и наиболее полно отображать все имеющиеся данные, вводится в систему ее пользователями (сотрудниками предприятия), осуществляющими ввод данных по оборудованию и его узлам, по участкам и подразделениям эксплуатирующей оборудование организации, а также по используемым на предприятии нормативам;

2) данные по структурам и подразделениям эксплуатирующей организации, в частности информация по имеющимся трудовым и техническим ресурсам, позволяющие оперативно получать доступ по загрузке ремонтных служб. Информация поступает также от пользователей (сотрудников предприятия) системы;

3) экспертные оценки ремонтопригодности оборудования, на

основании которых производится попарное сравнение критериев с

последующим формированием очереди на ремонт и техническое

обслуживание оборудования. Информация об имеющихся приоритетах того

16

или иного критерия ремонтопригодности относительно друг друга заносится экспертами, предоставляющими информацию по результатам оценки оборудования по каждому имеющемуся критерию ремонтопригодности и эксплуатации.

На основании входных данных системой формируются паспорта подразделений и паспорта оборудования, включающие в себя информацию по идентификации (наименование, инвентарный и заводской номера и т.п.), техническим характеристикам и значениям его коэффициентов ремонтопригодности, задаваемым экспертами.

Выходными данными является сформированная очередь (график ППР) на ремонт и техническое обслуживание на основании имеющихся паспортов оборудования и отобранных критериев ремонтопригодности, необходимых для оценки. Разработанная программная система формирует все необходимые экономико-технические отчеты и заявки, применяемые организацией для последующего информационного сопровождения ремонтных работ. Данные оцениваются пользователями (сотрудниками предприятия) системы, производящими анализ результатов расчета и формирование графика планово-предупредительных работ по техническому обслуживанию и ремонту оборудования на основании данных полученных системой.

Организация данных в системе осуществляется в виде реляционной базы данных, основным назначением которой является осуществление доступа к имеющейся информации, а также ее хранение, редактирование, удаление и добавление. Данные, в базе данных, вносятся конечным пользователем на основании имеющейся информации: паспортизация оборудования на основании его технико-экономической и нормативной документации, значения критериев ремонтопригодности, задаваемые и оцениваемые экспертами, данные по структурам и подразделениям организации,

В результате анализа поставленной задачи сформирована

концептуальная модель, на основании которой определена структура

17

обрабатываемых данных, архитектурная и функциональная структура проектируемой системы.

Четвертая глава диссертации посвящена разработке структуры и функциональных возможностей системы поддержки принятия решений для построения очередей по выводу оборудования в ремонт.

Для написания автоматизированной системы решено использовать среду разработки Visual studio и язык программирования С#. Критерием выбора данного языка является то, что в настоящий момент это один из самых мощных языков проектирования программных продуктов, позволяющих реализовать все функции проектируемой системы. База данных реализована с использованием Microsoft SQL Server.

На основе разработанной концептуальной модели и алгоритмов осуществлена реализация методов поддержки принятия решений. Постановка оборудования на ремонт в системе осуществляется с помощью многокритериального анализа состояния объектов эксплуатации и на основе вычислительных алгоритмов, использующих неметрические методы поддержки принятия решений. Данные методы основываются на данных экспертных оценок об оборудовании и на их приоритетах относительно друг друга.

Использование системы информационной поддержки принятия решений дало результаты, приведенные на рисунках 7 и 8, где к - это критерии ремонтопригодности, w - оборудование подверженное сравнительному анализу и последующему постановки в очередь на техническое обслуживание и ремонт.

чуЗ \У4 w8 wl w2 -\У5 w7

Ц кг к,

6 7 8 8

7 10 6 3

10 9 8 6

6 6 10 8

10 3 5 7

8 0 7 6

7 10 8 5

На рисунке 7 представлены тестовые данные и результат построения очереди вывода оборудования на техническое обслуживание и ремонт, при этом все критерии равны по приоритетам, следовательно, весь расчет очередности производился по методу Парето. Результатом является очередь на техническое обслуживание и ремонт: {\уЗ}; {\у4, \у8}; {\у1}; {\у2}; {\у5}; №

\у6 \уЗ w8 wl у/7 w5

к, К ц к4

6 1 8 8

7 10 6 3

10 9 8 6

6 6 10 8

10 3 5 7

10 7 9 10

8 0 7 6

7 10 8 5

На рисунке 8 показана корректировка очередности технического

обслуживания и ремонта за счет аварийной поломки оборудования \у .

6

Выставлены экспертные оценки по его ремонтопригодности, задан приоритет к3 относительно других критериев. На выходе получилась очередь: {\у4, \у6}; {■*уЗ}; {ш8}; {\у1}; {\у7}; {w5}. По результатам расчета видно, что первоочередным в очереди на ремонт стоит аварийное оборудование. Также

следует отметить, что в последнем случае расчет производился как по методу Парето, так и лексикографическому, т.к. определены приоритеты между критериями.

Выполнена опытно-промышленная апробация системы поддержки принятия решения по постановке оборудования на ремонт и техническое обслуживание. При анализе 300 наименований оборудования металлорежущего цеха №4 ОАО «ПО «Баррикады», определено около 45 наиболее приоритетных узлов, включенных в план ремонта, что подтверждается соответствующими актами о совпадении модели планирования ТОиР с имеющимся графиком ППР, а также актами внедрения.

На основе результатов исследования, разработки информационной системы поддержки принятия решений и апробации были подготовлены рекомендации по использованию и внедрению результатов исследования на аналогичных предприятиях.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Основные научные и практические результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Разработан комплекс критериев на основе техническо-экономических показателей, человеческих ресурсов и эффектов от производства, которые могут оказать влияние на вывод оборудования на обслуживание, сформированных на основе бальных оценок экспертами, имеющими наиболее полное представление о процессе производства и

состоянии оборудования;

2. Разработаны информационная модель паспорта оборудования, учитывающая мнения экспертов, с использованием количественных оценок и информационная модель паспорта подразделения;

3. Разработаны математическое и алгоритмическое обеспечение

системы принятия решений по выводу оборудования на обслуживание и

ремонт, с использованием информационной модели паспорта оборудования и

неметрических методов принятия решений, Парето и лексикографического,

20

учитывающие степень информированности пользователя о приоритетах критериев ремонтопригодности, что позволило уменьшить трудоемкость и продолжительность принятия решения.

4. На основе полученных результатов разработана проблемно-ориентированная автоматизированная система планирования ремонта оборудования, позволяющая достоверно производить построение очередей на вывод оборудования на ремонт и техническое обслуживание, исходя из его показателей ремонтопригодности.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Всего по теме диссертации опубликовано 15 работ и сделано 5 докладов на международных, российских и региональных конференциях, получен грант по теме «Разработка автоматизированной системы построения очередей и планирования ремонта оборудования» по программе У.М.Н.И.К. (Астрахань, 2009). Ниже приведены наиболее значимые работы.

Статьи в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, включенных в список ВАК РФ

1. Мельник, В.Ю. Задачи прогнозирования и планирования для программно-информационной поддержки технического обслуживания и ремонта оборудования / A.B. Кизим, Е.В. Чиков, В.Ю. Мельник // Открытое образование. - 2011. - № 2. - С. 224-227.

2. Программно-информационная поддержка технического обслуживания и ремонта оборудования с учётом интересов субъектов процесса / A.B. Кизим, Е.В. Чиков, В.Ю. Мельник, В.А. Камаев // Информатизация и связь. - 2011. - № 3. - С. 57-59.

3. Мельник, В.Ю. Применение неметрического метода Парето для задачи планирования технического обслуживания и ремонта/ В.Ю. Мельник, В.А. Камаев, A.B. Кизим//ИзвестияВолгГТУ, 2011.-№ 12.- С. 103-106.

4. Мельник, В.Ю. Поддержка принятия решений при формировании очередей работ с помощью средств автоматизации планирования

технического обслуживания и ремонта оборудования/ В.Ю. Мельник, В.А. Камаев, A.B. Кизим // Известия ВолгГТУ, 2011. - № 12. - С. 107-110.

Статьи в материалах международных, всероссийских конференциях, в сборниках

5. Мельник, В.Ю. Computer-aided system of order constructions and planning of repairing equipment / В.Ю. Мельник II Intelligent Systems (AIS'07). Intelligent CAD's (CAD-2007), Divnomorskoe (Russia), September, 3-10: proc. (abstr. = тез. докл.) of Int. Scientific Conference / Юж. Федерал, ун-т [и др.]. -М., 2007. - Vol.4. - С. 99.- Англ. .

6. Мельник, В.Ю. Автоматизация построения очередей и планирования ремонта оборудования / В.Ю. Мельник, Г.Л. Шкурина // Городу Камышину - творческую молодёжь: матер, первой регион, науч.-практ. студ. конф., г. Камышин, 26-27 апреля 2007 г. / КТИ (филиал) ВолгГТУ. -Волгоград, 2007. - Т.2. - С. 95-98.

7. Мельник, В.Ю. Автоматизированная система построения очередей и планирования ремонта оборудования / В.Ю. Мельник // Интеллектуальные системы (AIS'07). Интеллектуальные САПР (CAD-2007): тр. междунар. н.-т. конф-ций, Дивноморское, 3-10 сент. 2007 / Технол. ин-т ФГОУ ВПО "Южный федеральный ун-т" [и др.]. - М., 2007. - Т.П. - С. 85-87.

8. Мельник, В.Ю. Автоматизация планирования ремонта оборудования на предприятиях / В.Ю. Мельник // Современные информационные технологии в науке, образовании и практике : матер. VII всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием / ГОУ ВПО "Оренбургский гос. ун-т". - Оренбург, 2008. - С. 395-396.

9. Мельник, В.Ю. Автоматизация построения очередей и планирования ремонта оборудования / В.Ю. Мельник, Г.Л. Шкурина // XII региональная конференция молодых исследователей Волгогр. обл., г. Волгоград, 13-16 нояб. 2007 г.: тез. докл. / ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2008. -С. 231-233.

10. Мельник, В.Ю. Проблема автоматизации ремонта оборудования на предприятиях / В.Ю. Мельник // Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании' 2008 : сб. науч. тр. по матер, междунар. науч.-практ. конф. (15-25 дек. 2008 г.). Т. 3. Технические науки / Одесский нац. морской ун-т [и др.]. - Одесса, 2008. - С. 16-18.

11. Мельник, В.Ю. Автоматизация процесса построения очередей и планирование ремонта оборудования / В.Ю. Мельник // Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности "АСТИНТЕХ-2009": матер, междунар. науч. конф. (11-14 мая 2009 г.) / Астраханский гос. ун-т [и др.]. - Астрахань, 2009. - С. 64-67.

12. Мельник, В.Ю. Многокритериальное планирование ремонтов и техническго обслуживания / В.Ю. Мельник, В.А. Камаев, A.B. Кизим // Инновационный малый бизнес как основа модернизации региональной экономики : [матер.] межрегион, молодёжной науч. конф. (11-12 марта 2011 г.) / ГОУ -ВПО "Калмыцкий гос. ун-т" [и др.]. - Элиста, 2011. - С. 68-71.

13. Программно-информационная поддержка технического обслуживания и ремонта оборудования с учётом интересов субъектов процесса / A.B. Кизим, Е.В. Чиков, В.Ю. Мельник, В.А. Камаев // Технологии разработки информационных систем ТРИС-2011 : матер. И междунар. науч.-техн. конф. (19 сент.) / ФГАОУ ВПО "Южный федеральный ун-т", Технологический ин-т в г. Таганроге. - Татанрог, 2011. - Т. I. - С. 100-102.

14. Разработка программной системы автоматизации планирования ремонтных работ для отдела главного механика ОАО "ПО "Баррикады" [Электронный ресурс] / A.B. Кизим, В.А. Камаев, Е.В. Чиков, В.Ю. Мельник, В.В. Пантелеев // Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. Инфо-2011 : матер, междунар. науч.-практ. конф. (г. Сочи, 1-10 окт. 2011 г.) / МИЭМ [и др.]. - М., 2011. -1 электрон, опт. диск (CD-ROM). - С. 279-281.

Подписано в печать 2 Я. //.2011 г. Заказ № 7?/?. Тираж 100 экз. Печ. л. 1,0 Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Типография ИУНЛ Волгоградского государственного технического университета. 400005, г. Волгоград, просп. им. В.И. Ленина, 28, корп. №7.

61 12-5/1702

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет

МЕЛЬНИК ВЛАДИСЛАВ ЮРЬЕВИЧ

СИСТЕМА ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И

РЕМОНТА ОБОРУДОВАНИЯ

05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации

(промышленность)

На П1

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Камаев В.А.

Волгоград - 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................6

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ В СИСТЕМЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ОБОРУДОВАНИЯ............................................................................13

1.1 Основные понятия и принципы организации технического обслуживания и ремонта................................................................................................................13

1.2 Анализ ремонтных служб предприятий и отраслевых систем технического обслуживания.................................................................................20

1.3 Анализ аналогов систем технического обслуживания и ремонта..............30

1.4 Анализ подходов и методов анализа технического состояния оборудования..........................................................................................................36

1.5 Анализ существующих методов принятия решений в условиях многокритериального ранжирования альтернатив............................................43

1.5.1 Анализ принципа Парето-оптимальности.................................................43

1.5.2 Анализ метода анализа иерархий................................................................44

1.5.3 Анализ метода субъективных представлений...........................................46

1.5.4 Анализ методов бинарных сравнений........................................................47

1.5.5 Выбор метода принятий решений...............................................................48

1.6 Выводы по первой главе.................................................................................48

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ ФОРМИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ПРОЦЕССА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПО ОЦЕНКЕ РЕМОНТОПРИГОДНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ......................50

2.1 Применение экспертного метода для оценки ремонтопригодности оборудования........................................................................................................50

2.2 Определение комплекса показателей для оценки вывода оборудования

на техническое обслуживание или ремонт......................................................54

2.2.1 Показатели ремонтопригодности оборудования..................................54

2.2.2 Показатели качества работы оборудования...........................................61

2.3 Разработка информационных моделей данных........................................69

2.3.1 Разработка модели паспорта оборудования...........................................69

2.3.2 Разработка модели паспорта подразделения.........................................74

2.4 Математическое описание методов поддержки принятия решений ....75

2.4.1 Описание метода Парето...........................................................................75

2.4.2 Описание лексикографического критерия.............................................78

2.5 Описание алгоритма построения очередей по методам поддержки принятия решений................................................................................................81

2.6 Выводы по второй главе...............................................................................86

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ МОДЕЛЕЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ..............................................................................................................87

3.1 Концептуальная модель системы информационной поддержки принятия решений................................................................................................87

3.2 Функциональная структура системы информационной поддержки принятия решений................................................................................................88

3.3 Функциональное моделирование системы информационной поддержки принятия решений...........................................................................89

3.4 Структура базы данных системы информационной поддержки принятия решений................................................................................................99

3.5 Выводы по третьей главе............................................................................104

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА ОБОРУДОВАНИЯ...................................106

4.1 Методологические основы разработки программного обеспечения для технического обслуживания и ремонта..........................................................106

4.2 Проектирование интерфейса пользователя автоматизированной системы................................................................................................................109

4.3 Апробирование автоматизированной системы поддержки принятия решений на массиве тестовых данных...........................................................113

4.4 Выводы по четвертой главе.......................................................................118

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЯ..................................................120

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................................................122

ТОиР

кэио

ППР

ОГМех

ТО

Т

К

МАИ

AM

РАМ

ГОСТ

IDEF

DFD СИППР БД ПО

УСЛОВНЫЕ ОБОРЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

- техническое обслуживание и ремонт

- коэффициент эффективного использования оборудования

- планово-предупредительный ремонт

- отдел главного механика

- текущее обслуживание

- текущий ремонт

- капитальный ремонт

- метод анализа иерархий

- ассоциативная матрица

- результирующая ассоциативная матрица

- государственные отраслевые стандарты

- ICAM DEFinition (методология функционального моделирования)

- Data Flow Diagrams (диаграммы потоков данных)

- система информационной поддержки принятия решений

- база данных

- программное обеспечение

ВВЕДЕНИЕ

Ранее выполнение технического обслуживания и ремонта регламентировалось системой государственных и отраслевых нормативов, которые определяли планы - как, когда, в каком объеме и кем должны выполняться работы. Система планово-предупредительных ремонтов носила затратный характер, не обладала достаточной гибкостью, но обеспечивала эксплуатацию оборудования в соответствии с отраслевыми нормами и стандартами безопасности. При переходе от плановой экономики к рынку, предприятия не смогли нести расходы на техническое обслуживания и ремонт (ТОиР) в прежнем объеме, что привело во многих отраслях к постоянному невыполнению планов по ремонтам, потере надежности работы оборудования, старению основных фондов и увеличению ресурсов, необходимых для поддержания работоспособности оборудования в будущем. Кардинально изменились и задачи предприятий. Сегодня задачи предприятию ставит не Госплан, а Собственник, который в свою очередь подчинен конъюнктуре рынка, самостоятельно разрабатывает стратегию развития [56, 67, 72, 73, 78]. Для собственника предприятия ТОиР является одним из проектов, выполняемых на предприятии, и прямо влияющем на эффективность работы в целом.

Обеспечение работоспособности основных производственных фондов предприятия определяет необходимость своевременного проведения мероприятий по обслуживанию и ремонту. Внедрение специализированной системы управления в области ТОиР является экономически обоснованным с точки зрения сокращения затрат на ремонты, снижения потерь от простоев оборудования. Внедрение модуля ТОиР позволяет руководителям технологических служб интегрироваться в корпоративную систему, получать и предоставлять более точную и своевременную информацию по всем задачам, связанным с планированием и учетом ТОиР. Решение ТОиР предназначено для автоматизации процессов планирования, управления и учета деятельности, связанной с техническим обслуживанием, ремонтом,

послепродажным обслуживанием основных фондов [58,59, 74, 75, 77]. Решение особенно востребовано на предприятиях со значительными производственными мощностями, повышенными требованиями к надежной и безотказной работе оборудования. Сотрудники таких предприятий ежедневно обрабатывают огромные объемы данных, что значительно усложняет планирование, подготовку и учет ремонтной деятельности. В рыночных условиях без автоматизации этих задач успешно вести бизнес не представляется возможным.

В настоящее время автоматизированные системы технического обслуживания и ремонта оборудования широко применяются за границей в различных отраслях, что нельзя сказать о российской промышленности, которая только в последнее время начала внедрять информационные технологии в процесс производства. Из-за этого многие российские компании заметно отстают по этому показателю от западных, оборудование слишком часто ломается, простаивает и неразумно эксплуатируется.

Зачастую сфера технического обслуживания и ремонта [14,69, 70, 71] оборудования практически неподконтрольна руководству. Предприятиям не хватает объективной информации о состоянии оборудования, неизвестно, когда и где будут простои, сколько времени и средств потребуется на устранение тех или иных неисправностей. Многие промышленные предприятия нашей страны имеют низкий коэффициент эффективности использования оборудования (КЭИО), который значительно ниже, чем в развитых странах. По независимым оценкам, КЭИО, например, российских металлургических предприятий составляет 55—60%, тогда как в развитых странах этот показатель достигает 80—85% (рис. 1). Планы ремонтов оборудования на предприятиях формируются исходя из среднестатистических показателей, которые не всегда объективно описывают существующую ситуацию. Кроме того, ремонты часто проводятся нерегулярно и в пожарном режиме, во время планово-профилактических работ не предупреждаются будущие поломки, а устраняются уже

происшедшие. Длительные и непрогнозируемые простои, нечеткость организации ремонтной деятельности, отсутствие необходимых запчастей — все это приводит к снижению объемов производства и качества продукции [51, 64, 65], а также недостаток систем способных принимать адекватные и обоснованные решения по ремонту оборудования, исходя из этого, можно

Развитые страны

15%

Россия

45%

85%

55%

Активная эксплуатация

■ Поломки, простои, нерациональн ая

эксплуатация

подчеркнуть, что появляется необходимость в разработке методики оптимального планирования ремонтов оборудования.

Рис. 1 - Коэффициент эффективного использования оборудования

Проектирование бизнес процессов построения очередей обслуживания и ремонтов - комплексный, системный процесс, который в своей основе должен базироваться на построении наиболее эффективных стратегий вывода в ремонт сложного стационарного оборудования. Изношенность оборудования в большинстве отраслей промышленности России сегодня составляет в среднем до 40% (рис. 2), поэтому разработка методики оптимального планирования ремонтов сложного стационарного оборудования является актуальной и своевременной.

s Изношенное оборудование

■ Работоспособное оборудование

Рис. 2 - Соотношение эксплуатации изношенного оборудования к

работоспособному

На сегодняшний день в области технического обслуживания и ремонта, экспертной оценки технического состояния оборудования для поддержки принятия управленческих решений накоплен достаточно большой опыт. Исследованием этих проблем занимались многие отечественные и зарубежные ученые, такие как: A.A. Овсянникова, C.B. Микони, В.В. Дудкина, Ю.В. Кандырин, Н.Ф. Ревенко, А. Келли, П. Контри, Т. Вайрмена и др.

Существуют отечественные и зарубежные системы программно-информационной поддержки технического обслуживания и ремонта оборудования. К ним относятся: «Галактика», TRIM-PMS, 1С, Global-EAM, IBS и SAP. Однако они организованны по методике использования метрических интегральных методов поддержки принятия решений или планирования на основе регламентных работ, из этого следует, что полученные с помощью этих систем результаты не обладают достаточной достоверностью при сравнении с реальными планами работ по техническому обслуживанию и ремонту [33].

Таким образом, разработка методов и средств информационной поддержки принятия решений при планировании ремонтов и технического обслуживания оборудования, обеспечивающих объективность и достоверность получаемых результатов, является актуальной задачей.

Цель данной работы - повышение эффективности принятия решений при выстраивании очередности работ по техническому обслуживанию и ремонту оборудования предприятия.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи:

- анализ факторов, влияющих на эффективность планирования технического обслуживания и ремонта, методов и моделей, применяемых в производстве для планирования ремонтных работ, инструментов разработки автоматизированных систем;

- анализ существующих средств поддержки принятия решений в сфере технического обслуживания и ремонта, а также предложение способов улучшения качества подобных систем;

- разработка комплекса критериев оценки оборудования на основании обработки мнений экспертов, которые оказывают влияние на вывод оборудования для технического обслуживания и ремонта;

- разработка математического и алгоритмического обеспечения принятия решений по построению очередей технического обслуживания и ремонта оборудования;

- разработка и апробация проблемно-ориентированной автоматизированной системы поддержки принятия решений при построении очередей технического обслуживания и ремонта оборудования, реализующей разработанные модели и алгоритмы.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались следующие методы: системного анализа, теории принятия решений, экспертного логического анализа, экономическо-хозяйственного анализа, математической статистики, объектно-ориентированный и эвристический метод проектирования систем.

Научная новизна результатов исследования.

1. Разработан комплекс критериев на основе технического состояния оборудования, экономических показателей, человеческих ресурсов и эффектов от производства, которые могут оказать влияние на последовательность технического обслуживания и ремонта оборудования;

2. На основе комплекса критериев разработана информационная модель паспорта оборудования и подразделения, учитывающая мнения экспертов с использованием бальных оценок;

3. Разработано математическое и алгоритмическое обеспечение системы принятия решений по выводу оборудования на техническое обслуживание и ремонт с использованием информационной модели паспорта оборудования и неметрических методов принятия решений Парето и лексикографического критерия;

4. Разработана проблемно-ориентированная автоматизированная система поддержки принятия решений для определения очередности вывода оборудования на техническое обслуживание и ремонт с учетом реалий сегодняшнего дня.

Достоверность и обоснованность научных положений и результатов, приведенных в диссертационной работе, обеспечивается использованием методов системного анализа, теории принятия решений, экспертного логического анализа, экономическо-хозяйственного анализа. Достоверность подтверждается удовлетворительным совпадением результатов функционирования системы при решении тестовых задач.

Практическая значимость.

1. Создана программная система поддержки принятия решений по планированию технических обслуживаний и ремонтов оборудования, обеспечивающая объективную постановку оборудования в очередь на обслуживание на основе критериальных оценок.

2. Разработанные модели и методы принятия решений, алгоритмы информационной поддержки принятия решений в системе планирования ремонтов и технического обслуживания оборудования обеспечивают эффективное выполнения ремонтных работ, что подтверждается актами внедрения на производственном предприятии ОАО «ПО «Баррикады».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «САПР и ПК» ВолгГТУ, а

также на Международных и Всероссийских научных и научно-практических конференциях: «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности» (Астрахань, 2007); «Интеллектуальные системы (AIS). Интеллектуальные САПР (CAD)» (Дивноморское, 2007, 2011); «Городу Камышину - творческую молодежь: материалы первой региональной научно-практической студенческой конференции» (Камышин, 2007); «Информационные технологии в образовании, технике и медицине» (Волгоград, 2007); Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 2007); «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности» (Астрахань, 2007, 2009); Международной научно-технической конференции «Системные проблемы надёжности, качества, информационно-телекоммуникационных и электронных технологий в управлении инновационными проектами» (Инноватика-2011); Международной научно-технической конференции IT+SE411, (Ялта-Гурзуф, 2011) и других научно-технических и научно-практических конференциях. По программе У.М.Н.И.К. получен грант по теме «Разр