Исследование и разработка автоматизированной подсистемы управления научным экспериментом в задачах программированной эксплуатации корпусов судов

В В Е Д Е Н И Е В материалах ХХУ1 съезда Ш Ю С в качестве главной цели поставлена задача повышения материального благосостояния советского народа. На отрасль рыбной промышленности возлагается задача обеспечения населения страны белковым продуктом, причем в «Основных направлениях экономического и социального развития ССХР на I98I1985 годы и на период до 1990 года» в качестве контрольных цифр указывается увеличение товарной пищевой рыбной продукции на 10−12 процентов* Продовольственная программа, принятая на Пленуме ЦК КПСС в мае 1982 года, предусматривает меры по увеличению добычи рыбы и морепродуктов, повышению производительности промысла и эффективности использования флота ры (ной промышленности. В последнее время во флоте {шбной промышленности, который составляет большую часть основных фовдов отрасли, произошли существенные качественные и количественные изменения: увеличение количества судов, проектируются суда новых типов с высокими технико-экономическими показателями. Кроив того, осваиваются новые районы промысла и новые вцды морепродуктов. Однако, наряду с этим существуют объективные трудности, связанные с динамикой изменения сырьевой базы, ухудшением промысловой обстановки с введением 200-мильных зон в период I976-I977 гг. всеми прибрежными государствами. Существенным фактором является также увеличение среднего возраста судов, что является результатом объективного процесса физического старения судов. Характерным для текущего периода является переход от экстенсивного ведения рыбного хозяйства к интенсивному: поставленная перед отраслью задача должна решаться без существенного увелишения капитальных вложений за счет внутренних резервов, улучшения организации труда, повышения его производительности. Так, например, плановое количество судосуток на период I979-I985 гг. составляет 796,5 тыс* и остается неизменным, в то время как эксплуатационное время должно возрасти до 1990 г. на 61,3 тыс. судосуток* Это означает, что без изменения количественного состава промыслового флота число судов, находящихся на промысле, должно увеличиться в среднем на 168 единиц. На решение этой задачи направлена отраслевая Комплексная целевая программа «Ремонт», генеральной целью которой является повышение эффективности использования судов на основе совершенствования технического обслуживания, сокращения объемов и продолжительности ремонтных работ, в том числе за счет рационального расходования и восстановления ресурсов. Одним из путей решения данной проблемы является методология программированной эксплуатахщи судов флота рыбной промышленности как подход к оптимизации процессов функционирования объекта по достижению заданных целей. В Отраслевой лаборатории эксплуатационной прочности промысловых судов №нрыбхоза СССР и Институте кибернетики им. В. М. Глушкова АН УССР на протяжении реда лет ведутся совместные работы в этом направлении. При системном анализе особенностей эксплуатации промыслового флота в качестве одной из доминирующих подсистем судна по условию безопасности мореплавания и удельного веса затрат на восстановление ресурса в общем объеме ресурса ваделяется корпус. Применение методологии программированной эксплуатации к корпусу судна, с одной стороны, позволяет повысить эффективность эксплуатации судна в целом за счет снижения объемов и сроков ремонта и обоснованного выбора режимов эксплуатации, с другой стороны, вызывает необходимость решения целого комплекса проблем, б связанных с совершенствованием управления процессами расходования и восстановления ресурса, определения параметров ресурсной динамики на основании иедивидуального подхода к оценке технического состояния. Необходимо отметить, что применительно к промысловому флоту основы программированной эксплуатации разработаны недостаточно, В частности, необходимы исследования важнейшего аспекта научного сопровоящения и его взаимодействия с этапом эксплуатации. Реализация пргаципов программированной эксплуатации корпусов судов предопределяет необходимость разработки и внедрения в рамках автоматизированной системы управления процессами технического обслуживания и ремонта эффективных технических и программных средств сбора, регистрахцш и обработки информации, организованных в виде подсистемы управления научным экспериментом. В дополнение к традиционным аспектам создания АСУ это требует решения комплекса методических и практических задач с учетом специфики объекта автоматизации. В этой связи исследования по автоматизации управления научным экспериментом в задачах программированной эксплуатации корпусов судов являются актуальными. Целью данной работы является исследование и разработка методических, технических и программных компонентов автоматизированной подсистемы управления научным экспериментом, обеспечивающих повышение эффективности сбора, накопления и переработки информации при организации научного сопрововдения и его взаимодействия с программированной эксплуатацией корпусов судов. При этом в диссертации ставятся и решаются следующие задачи: обосновать необходимость и определить задачи научного сопрово-вдения на основе анализа методологических аспектов программированной эксплуатации и особенностей объекта эксплуатацииисследовать функциональную структуру автоматизированной подсистемы управления научным экспериментом в рамках системы управления техническим обслуживанием и ремонтом, и ее взаимодействие с программированной эксплуатациейразработать обеспечивающую часть автоматизированной подсистемы управления научным экспериментом, включающую в себя внутримашинное информационное обеспечение и программное обеспечениеразработать технические средства автоматизации экспериментальных исследований в задачах программированной эксплуатации, обеспечивающие повышение эффективности прикладных исследований. Практическая реализация полученных в работе результатов обеспечивает снижение неопределенности при принятии решений в области управления и планирования процессов технического обслуживания и ремонта корпусов судов, а также совершенствование информационного сопровождения программированной эксплуатации. Кроме того, становится более действенной обратная связь этапов эксплуатации и проектирования на основе средств автоматизации сбора и систематизации информации о ресурсной динамике объекта эксплуатации. Работа состоит из введения, четырех глав, o6ipx выводов, списка использованной литературы и приложений. В первой главе рассмотрены методологические аспекты программированной эксплуатации корпусов промысловых судов, на основе анализа особенностей объекта эксплуатации обоснована необходимость и сформулированы задачи научного сопровождения. Анализируются принципы организации и классификация систем автоматизации научных исследований, обеспечивающих повышение эффективности исследований в задачах программированной эксплуатации* Во второй главе исследована функциональная ч&стъ автоматизированной системы управления техническим обслуживанием и ремонтом, включающей подсистему згправления научным экспериментом, как инструментарий реализации принципов программированной эксплуатации. Разработана двухуровневая структура автоматизированной подсистемы управления научным экспериментом, первый уровень которой обеспечивает сбор, накопление и обработку информации о техническом состоянии элементов корпуса судна, а функциональным назначением второго уровня является автоматизация экспериментальных исследований по оценке параметров ресурсной динамики с учетом индивидуальных особенностей объекта эксплзгатации. Предложена структурная модель нижнего уровня подсистемы и на ее основе исследовано функционирование при организации экспериментальных исследований. В третьей главе разработаны элементы обеспечивающей части автоматизированной подсистемы управления научным экспериментом. Предложена структура данных, характеризующих элементы корпуса судна, включающая в себя структурные модели двух видов и обеспечивающая хранение как общей для типа судов информации, так и информации об иццивидуальном техническом состоянии элементов конкретных судов. Разработаны алгоритм и программное обеспечение двух уровней подсистемы, реализующие информационно-справочные функции по оценке технического состояния корцусных конструкций и автоматизацию экспериментальных исследований в рамках научного сопровождения программированной эксплуатации корпусов судов. В четвертой главе исследованы и разработаны технические средства автоматизации ввделенных классов экспериментальных исследований. Разработаны автоматический быстродействующий тенэометрический комплекс для изучения напряженно-деформированного состояния конструкций и автоматический анализатор случайного процесса для проведения натурных испытаний корпусов судов, исследованы их методические и аппаратурные погрешности, разработаны вопросы автоматизации ресурсных стеедовых испытаний* Выводы содержат обобщение полученных в работе результатов. В приложениях приведены справочные материалы и тексты программ, Научная новизна проведенных исследований состоит в том, что на основе комплексного рассмотрения задач программированной эксплуатации и научного сопровождения обоснована необходимость и сформулированы функции автоматизированной подсистемы управления назгчным экспериментом в рамках АСУ, реализущей методологию программирования жизненша циклов судов флота рыбной промышленности. Впервые разработана структура автоматизированной подсистемы, алгоритм функционирования, обеспечивающий информационно-справочные функции при организации взаимодействия прикладных исследований и программированной эксплуатации, структурные модели информации о техническом состоянии элементов корпусов судов* Созданы новые технические и программные компоненты автоматизированной подсистемы управления научным экспериментом, а также типовые средства автоматизации, защищенные авторским свидетельством на изобретение, обеспечивающие повышение эффективности прикладных исследований на этапе эксплуатации* Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на У1 НТК Калининградских вузов Шнрыбхоэа СССР (Калининград, 1978), I и П НТК «Совершенствование эксплуатации и ремонта корпусов судов» (Калининград, 1979, I98I) — ХХХУП НТК профессорско-преподавательского состава, сотрудников и аспирантов Харьковского авиационного института (Харьков, 1980), У1 объединенном семинаре «Системные методы в программировании жизненных циклов объектов новой техники» (Калининград, I98I) — НТК профессорско-преподавательского состава Николаевского кораблестроительного института (Николаев, I98I), У Всесоюзной НТК «Экспериментальные исследования инженерных сооружений» (Таллин, I98I) — школе-семинаре «Аппарат системного проектирования, методы и модели современных САПР» (Киев, I98I) — НТК профессорско-преподавательского состава Калининградского технического института (Калинингргщ, I975-I982). Исследования по теме диссертации проводились в рамках отраслевой Комплексной целевой программы «Ремонт» .

— 124 -ВЫВОДЫ.

1"На основе анализа задач программированной эксплуатации, общих зависимостей ресурсной динамики и особенностей объекта эксплуатации обоснована необходимость и сформулированы задачи научного сопровождения, направленные на оценку параметров ресурсной динамики с учетом условий эксплуатации и фактического технического состояния элементов*.

2.Показано, что реализация функций АСУ техническим обслуживанием и ремонтом в части корпусов судов осуществляется на основе использования подсистемы управления научным экспериментом, исследованы ее функциональное назначение и пути интеграции систем управления, сопровождающих жизненный цикл судна за счет организации информационных связей*.

3.Предложена обобщенная функциональная структура автоматизированной подсистемы управления научным экспериментом, состоящая из двух уровней иерархии. На первом уровне осуществляется сбор, накопление и обработка информации о динамике изменения технического состояния элементов корпуса и координация научного сопровождения программированной эксплуатации с использованием базы данных «На втором уровне обеспечивается сбор и обработка экспериментальной информации на основе объединения средств автоматизации эксперимента и испытательных стеццов в единый программно-аппаратный комплекс, направленного на повышение эффективности прикладных исследований.

4. Разработана структурная модель второго уровня автоматизированной подсистемы на базе управляющего вычислительного комплекса, обеспечивающего измерительные преобразования, обработку информации в реальном масштабе времени, реализации заданной программы испытаний и содержащего в своем составе развитые средства для наглядного и сжатого представления результатов.

5. Предложены два вида структурных моделей информации о техническом состоянии элементов корпусов судов «представляющие собой ациклические конечные связные графы типа дерева. Статическая модель объединяет в своей структуре условно постоянную информацию по элементам корпуса судна определенной серии (проекта) «Динамическая модель отражает индивидуальное техническое состояние элементов корпуса конкретного судна и ее структура полностью определяется ресурсной динамикой объекта эксплуатации. Применение двух видов структурных моделей позволяет избежать избыточности информации и сократить потребный объем памяти информационно-справочной системы».

6,Разработан и реализован алгоритм, обеспечивающий информационно-справочные функции первого уровня автоматизированной подсистемы управления научным экспериментом при оценке эксплуатационной прочности корпусов судов с учетом коррозионного изнашивания.

7.Разработано программное обеспечение первого уровня автоматизированной подсистемы управления научным экспериментом с использованием средств организации и поддержания в актуальном состоянии иерархических структур данных" Разработано специальное программное обеспечение второго уровня подсистемы, обеспечивающее повышение эффективности экспериментальных исследований за счет сокращения времени между основными этапами эксперимента на основе диалогового режима" в. Созданы новые технические средства автоматизации экспериментальных исследований, в том числе быстродействующий тензоизмери-тельный комплекс для изучения напряженно-деформированного состояния корпусных конструкций и устройства автоматизации исследований силонагруженности корпуса судна, защищенные авторским свидетельством на изобретение* Исследованы их характеристики и разработаны методики применения в прикладных исследованиях".