автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Техническая эксплуатация морского радиоэлектронного комплекса контроля нефтетерминала с выносными причальными устройствами

Список сокращений и аббревиатуры Введение. Общая характеристика работы

Глава 1. Новая технология налива нефти в супертанкеры и проблема обеспечения радиоэлектронного контроля мореплавания в акватории нефтетерминала с выносными причальными устройствами

Глава 2. Природные особенности и климатические факторы района нефтетерминала и их влияние на качество функционирования и эффективность радиоэлектронных средств контроля

Глава 3. Обоснование вероятностной математической модели эксплуатационного процесса морского радиоэлектронного комплекса контроля

Глава 4. Оптимизация эксплуатационных параметров морского радиоэлектронного комплекса контроля

Развивающиеся экономические связи России с мировым сообществом стимулируют разработку и освоение современных технологий морской перевозки грузов, удовлетворяющих международным стандартам. В мировых транспортных потоках важную роль играет морской флот, осуществляющий крупномасштабные (по тоннажу и дальности) перевозки при более низких ценах по сравнению с другими способами транспортировки. Перевозки нефти в этих потоках имеют большой вес. Растущие масштабы этих перевозок порождают технические и экономические проблемы, из которых на первом месте оказалось обеспечение безопасности мореплавания при неуклонном снижении риска загрязнения окружающей среды (особенно разливами нефти).

Процесс освоения новых транспортных технологий выдвигает на первое место задачу обеспечения надёжности работы сложных систем и, в первую очередь, систем контроля и обеспечения безопасности мореплавания. Поддержание этих систем в постоянной готовности - первейшая задача служб технической эксплуатации. В особенности это относится к новейшим технологиям с выносными (в море) устройствами, имеющими весьма своеобразную структуру технологических операций в открытом море. Естественно, что необходимый практический опыт обращения с такими системами отсутствует. В такой ситуации возрастает значение теоретического исследования проблемы технической эксплуатации систем контроля над навигационной обстановкой в районе расположения выносных причальных устройств (ВПУ), динамикой взаимного положения танкера и ВПУ, а также положением самого причального устройства в целях обеспечения безопасности мореплавания и предотвращения экологических катастроф.

В нашей стране проблеме создания теоретических моделей и методик оптимизации эксплуатационного процесса в сложных системах посвящены труды таких видных ученых, как Барзилович Е.Ю., Герцбах И.Б.,

Северцев Н.А., Дружинин Г.В., Каштанов В.В., Баскин А.С. и др. Благодаря результатам, полученным этими учеными, удалось решить ряд актуальных задач, в частности, получить точные сроки межпрофилактического обслуживания с учетом затрат на внезапные и постепенные отказы с достаточно широким спектром функций распределений отказов во времени. Систематизированному марковскому подходу к определению эксплуатационных параметров посвящена монография Игнатова В.А., Манынина Г.Г., Трайнева В.А.

Современные подходы к проблеме организации эксплуатации сложных систем разрабатывают в своей недавно вышедшей монографии Александровский JT.H., Афанасьев А.П. и Лисов А.А.

Развиваемые подходы к поддержанию систем в наивысшей степени готовности в значительной мере относятся к технологиям обеспечения радиоэлектронного контроля перевалки нефти из нефтепроводов в супертанкеры через выносные причальные устройства (ВПУ). Первым таким объектом явился терминал с ВПУ, расположенный около поселка Ю. Озереевки в 12 милях северо-западнее Цемесской бухты с портом Новороссийск.

Актуальность проблемы. В настоящее время морские районы Юга РФ, Азовские и Черноморские порты приобрели статус "Южных ворот России" для выхода в Средиземное море. Порт Новороссийск оказался крупнейшим транспортным узлом РФ, сравнимым сегодня по масштабам грузопотоков с европейскими портами. В 2001 году к порту Новороссийск был подведён нефтепровод (КТК-Р) мощностью около 100 млн. тонн нефти в год. Накопители его выведены к первым двум выносным причальным устройствам в районе поселка Ю. Озереевки с производительностью в треть от указанной мощности нефтепровода КТК-Р; при постройке еще 4 планируемых ВПУ мощность его возрастет втрое. Из этого следует актуальность проблем обеспечения радиоэлектронного контроля за безопасностью мореплавания как в акватории неф-тетерминала, так и в открытом море, а, следовательно, и поддержание этих средств в плановом режиме непрерывной готовности.

Достигнутый на сегодня уровень надёжности работы радиоэлектронных средств, используемых при судовождении, навигации по узким фарватерам, руслам рек, каналам, фиордам, соответствует наработкам на отказ до 20-30 лет на судовой комплект. В то же время с каждым судном случаются различные происшествия гораздо чаще, и в статистике имеют место события, аварии и катастрофы, число которых достигает единиц, а иногда и десятка раз в год. К числу неблагоприятных обстоятельств, способствующих аварийности, следует отнести действие дестабилизирующих факторов, снижающих надёжность работы систем управления судами в целом и, особенно, на участках сильного стеснения маневров судов, где важную роль играют как природные и климатические факторы, так и человеческий фактор, выступающий посредствующим элементом, поддерживающим технические системы на должном уровне. В настоящей работе рассмотрены меры обеспечения безопасности мореплавания путём совершенствования структуры средств технического контроля, а также технического обслуживания и технической эксплуатации радиоэлектронной техники путем оптимизации времени обслуживания при заданном уровне функции готовности с учетом действия неблагоприятных внешних факторов. Очевидно, что эта тема никогда не потеряет актуальности.

Объектом исследования является береговой комплекс радиотехнических средств контроля и наземных сооружений, объединённых в морском терминале КТК-Р с выносными глубоководными нефтеналивными плавающими причальными устройствами.

Предмет исследования включает следующие компоненты: а) эксплуатационный процесс, обеспечивающий поддержание в постоянной готовности технической системы безопасности мореплавания при подходе судов к границам района дислокации ВПУ; б) процесс совершенствования системы контроля за состоянием загрузки судов на ВПУ и успешным ее окончанием; в) системную сборку радиоэлектронных средств для информационного контроля за обстановкой на всей акватории, прилегающей к КТК-Р.

Цель исследования:

- разработка методики технической эксплуатации радиоэлектронных средств контроля, размещенных на терминалах с ВПУ в условиях Новороссийской климатической зоны;

- оптимизация процессов технической эксплуатации и выработка обоснованных времен технического обслуживания контролирующей радиоэлектронной аппаратуры;

- разработка соответствующих алгоритмов оптимальных решений технической эксплуатации с применением современных программных средств.

Научная новизна работы характеризуется следующими достижениями:

- разработаны структура и состав морского радиоэлектронного комплекса контроля за безопасностью мореплавания и экологической обстановкой (на базе разнодиапазонных радиолокационных станций (PJIC) в районе нефтетерминала с ВПУ;

- проведен анализ географических и климатических особенностей и выявлены соответствующие закономерности работоспособности радиоэлектронного комплекса;

- обоснована математическая модель идентификации параметров процесса технической эксплуатации комплекса контроля;

- разработан алгоритм решения оптимизационной задачи с использованием методов нелинейного программирования;

- развита рабочая методика определения параметров эксплуатационного процесса, внедренная в практику работы компании - оператора ВПУ.

Практическая значимость полученных научных результатов состоит в том, что рассмотрены актуальные вопросы обеспечения безопасности мореплавания путем поддержания радиоэлектронной системы контроля с наивысшим коэффициентом готовности в конкретных климатических и погодных условиях Новороссийского порта путем оптимизации ее основных эксплуатационных параметров. При этом учитывался опыт технической эксплуатации функционирующих на Чёрном море служб управления движением судов и возможности расширения зоны действия Новороссийской СУДС на район дислокации нефтетерминала около Южной Озереевки. Ряд научных результатов работы используется в учебном процессе НГМА (снят учебный фильм по функционированию и техническому обслуживанию PJIC «Рейтеон»), результаты работы используются в дипломном проектировании и подготовке аспирантов.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на региональных научно-технических конференциях и семинарах в НГМА в 1998 - 2001 годах. Результаты работы были использованы в трех НИР НГМА.

Публикации. Представленная совокупность научных результатов и технических решений опубликована автором в 7 работах и 3 отчётах НИР. Основная часть научных результатов, представленных в диссертации, получена лично автором, а часть - в соавторстве с научными сотрудниками НГМА.

На защиту выносятся:

1. Комплексированная структура технических средств контроля (радиоэлектронный комплекс контроля на базе разнодиапазонных PJIC), учитывающая специфику эксплуатации нефтетерминала.

2. Математическая вероятностная модель функционирования эксплуатационного процесса и определение его оптимальных параметров.

3. Алгоритм оптимизации эксплуатационных показателей морского радиоэлектронного комплекса контроля, уточненный применением метода нелинейного программирования.

Диссертация написана на 125 страницах, состоит их общей характеристики работы, четырех глав, заключения, списка литературы из 49 литературных источников и Акта внедрения.

Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований, проведенных в диссертационной работе, состоят в следующем:

- разработана структурная схема и состав комплекса радиоэлектронных средств контроля на основе разнодиапазонных (10 см, 3 см, 8 мм) радиолокационных средств с целью контроля безопасности технологических операций на выносных причальных устройствах, в Черноморском бассейне РФ;

- выявлены закономерности изменения качества параметров радиоэлектронного комплекса в зависимости от погодных условий: а) при осуществлении операций в тумане, б) при осадках в виде дождей различной интенсивности, с) при волнении моря различной балльности;

- осуществлены аппроксимации полученных эмпирических зависимостей основных параметров (дальности обнаружения PJ1C различных диапазонов) от погодных факторов;

- обоснована вероятностная модель оценки интервалов профилактического обслуживания для случая постепенного изменения определяющего параметра системы с использованием а- распределения;

- обоснована марковская модель эксплуатационного процесса, в основу определения интенсивностей (относительных скоростей) переходов которой, положен метод пересечений предельного уровня работоспособности системы, за которым следует ухудшение состояния системы, а в дальнейшем - и отказ ее;

- обоснован метод определения относительной скорости изменения обобщенного определяющего параметра радиоэлектронного комплекса контроля технологических операций;

- разработан алгоритм оптимизации эксплуатационных параметров коэффициента готовности радиоэлектронного комплекса, включающего три разнодиапазонных PJIC с использованием методов нелинейного программирования и программных средств MathCad 2001.

- практическая значимость работы состоит в том, что рассмотрены актуальные вопросы обеспечения безопасности мореплавания путем поддержания радиоэлектронной системы контроля с наивысшим коэффициентом готовности в конкретных климатических и погодных условиях Новороссийского порта, причем, достигнуто это оптимизацией основных эксплуатационных параметров системы контроля. При этом учитывался опыт технической эксплуатации функционирующих на Чёрном море служб управления движением судов и проект расширения зоны действия Новороссийской СУДС на район дислокации нефтетерминала около Южной Озереевки.

Заключение

1. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы теории надежности. - М.: Наука, 1965г.

2. Игнатов В.А. Об одном методе оценки надежности и эффективности.-В кн.: Труды XVI Украинской НТК. М, «Знание», 1966, с. 52.

3. Игнатов В.А., Манынин Г.Г. Марковская аппроксимация и анализ качества изделий. «Изв. АН БССР, сер. ФТН», 1970, № 3, с. 58-64.

4. Козлов Б.А., Ушаков И.А. Справочник по расчету надежности. М., «Советское радио». 1966.

5. Игнатов В. А. Об одном методе оценки надежности и эффективности. «Вопросы авиационной радиотехники», КНИГА, 1968, вып.4, с. 95109.

6. Морская радиолокация. Под ред. д-ра техн. наук проф В.И. Винокурова. Л., "Судостроение", 1986. 256 с.

7. Консон А.С. Экономика приборостроения. М., «Высшая школа», 1970.

8. Игнатов В.А., Манынин Г.Г., Трайнев В.А. Статистическая оптимизация качества функционирования электронных систем.-М. «ЭНЕРГИЯ», 1974

9. В.В. Демьянов, А.П. Лицкевич, В.В. Попов. Проблемы обеспечения качества больших морских информационных систем связи. -Новороссийск.: НГМА, 1997.

10. Мясников С.В. Математическая модель для определения оптимальной интенсивности технического обслуживания сложных информационно-измерительных морских систем. /Сб.научных трудов НГМА, 2000. Вып. 4.

11. Мясников С.В. Особенности эксплуатации морских информационно-измерительных систем в Новороссийском районе. /Сб.научных трудов НГМА, 2000. Вып. 4.

12. Лицкевич А.П., Мясников С.В., Демьянов В.В. Обоснование и выбор модели для определения численности эксплуатационного персонала сети ГМССБ юга России. /Сб.научных трудов НГМА, 1999. Вып. 3.

13. Лицкевич А.П., Мясников С.В., Демьянов В.В. Выбор стратегии и разработка структуры службы технического обслуживания сети ГМССБ Юга России. /Сб.научных трудов НГМА, 1999. Вып. 3.

14. Лицкевич А.П., Мясников С.В., Демьянов В.В. Определение параметров технического обслуживания сети ГМССБ Юга России. /Сб.научных трудов НГМА, 1999. Вып. 3.

15. Венскаускас К.К., Ильин.А.А. Принципы построения глобальной морской связи при бедствиях и для обеспечения безопасности мореплавания. М.: Мортехинформреклама, 1988.

16. В.В. Блауберг, Э.Г, Юдин. Становление и сущность системного подхода. М.: Наука, 1973.

17. А.П. Лицкевич, В.В. Демьянов. Системный подход к анализу сложных информационных систем, распределения по географическому району// Сборник трудов НГМА, (вып.З),-Новороссийск, 1998.

18. А.П. Лицкевич, В.В. Демьянов. Концепция оценки априорной вероятности работоспособного состояния морских информационных систем безопасности мореплавания// Сборник трудов НГМА, (вып. 3),-Новороссийк, 1998.

19. А.П. Лицкевич, В.В. Демьянов. Особенности эксплуатации "внешних" устройств морских информационных систем связи вусловиях Новороссийского региона // Сборник трудов НГМА, (вып.З),-Новороссийк, 1998.

20. А.И. Раков. Надежность радиорелейных и спутниковых линий передач. М.: Радио и связь, 1981.

21. Г.В. Дружинин. Надежность автоматизированных производственных систем. М.: Энергоиздат,1986.

22. Теория надежности радиоэлектронных систем в примерах и задачах. Под редакцией Г.В. Дружинина. М.: Энергия, 1976.

23. JI.K. Горский. Статистические алгоритмы исследования надежности. -М.: Наука, 1970.

24. А.С. Проников. Надежность машин. М.: "Машиностроение", 1978.

25. Б.С. Сотсков. Основы теории и расчет надежности элементов и устройств автоматики и вычислительной техники. М.: Высшая школа, 1970.

26. М. Аинбиндер. Шумы радиоприемника. М.: Связь, 1974.

27. З.Н. Музыка. Чувствительность радиоприемных устройств на полупроводниковых приборах. М.: "Радио и связь" 1981.

28. С.И. Баскаков. Радиотехническое цепи с распределенными парамерами. М.: "Высшая школа" 1980.

29. А.И. Клемин, B.C. Емельянов, В.Б. Морозов. Расчет надежности ядерных энергетических устройств. Марковская модель. М.: Энергоиздат, 1982.

30. А.И. Андрющенко. Анализ отказов, возникающих в энергоагрегатах и в системах автоматизации. М. "Машиностроение" 1971.

31. В.О.Шварцман, Д.Г. Михалев. Расчет надежности характеристик трактов передачи данных. М.: "Связь", 1975.

32. Горшков В.В., Логико-вероятнотные метод расчета живучести сложных систем. «Кибирненика» №3, 1992, АН УССР.

33. Дунаев Б.Б. Оптимальное управление хозяйственной системой . «Кибирненика» №5, 1984, АН УССР

34. Левин В.И. Логическая теория надежности сложных систем -М.: Энергоатомиздат, 1985

35. Рябинин И.А., Черкесов Г.Н., Логико-вероятностные методы исследования надежности структурно-сложных систем. Л., Судостроение, 1984.

36. Гадасин В.А., Ушаков И.А. Надежность сложных информационно-управляющих систем, М. Сов. Радио, 1975.

37. Голинкевич Г.А. Прикладная теория надежности. М.: «Высшая школа», 1977

38. Чернесов Г.Н. Анализ надежности сложных систем при помощи вероятностной логики. М.: Сов. Радио, 1979

39. Калашников В.В. Количественные оценки в теории надежности. М.: Знание, 1989.

40. Кабашкин И.В. Проектирование оптимальных систем диагностирования сложных технических объектов. «Надежность и контроль качества» №11, 1990.

41. Алтарев В.П., Шакун Г.П., Трофимов П.И. Процессы отказов и восстановлений в системах передачи данных. М.: «Радио и связь», 1980

42. Пяткова С.И. О надежности системы с программным резервированием. «Надежность и контроль качества» №1, 1990.

43. Конев В.В. Об оптимальном включении резервных элементов. «Техническая кибернетика» №4, 1984.

44. Г. Б. Мороз Приближенное определение ожидаемого числа восстановлений многорежимных систем. «Киберненика» №1, 1987.

45. Международная Конвенция по охране труда, человеческой жизни на море. Консолидированый текст. СПб, ЦНИИМФ, 1993

46. Сборник резолюций ИМО, касающихся морской системы связи при бедствии и для обеспечения безопасности (ГМССБ). СПб, АОЗТ ЦНИИМФ, 1993