Управление техническим состоянием судовых технических средств в процессе их эксплуатации требует достоверной оценки технического состояния объектов (судна, судовых технических средств и т. п.) которые должны рассматриваться с точки зрения того, насколько параметры и эксплуатационные показатели объекта соответствуют установленным нормативам и нормам, что в свою очередь позволяет сделать вывод о том, насколько и в течение какого времени исследуемый объект будет способен выполнять возложенные на него функции, удовлетворяя заданным требованиям. При этом задача определения технического состояния сводится либо к оценке вероятности безотказного функционирования, остаточного ресурса, надежности объекта.
Техническое состояниесовокупность подверженных изменениям в процессе производства или эксплуатации свойств объекта, характеризуемых в определённый момент времени признаками установленными технической документацией на этот объект.
Техническое диагностированиепроцесс определения технического состояния с определённой точностью.
Определяющий параметрпараметр изделия, использующийся при контроле для определения вида технического состояния изделия.
Вспомогательный параметрпараметр изделия или его части, используемый для поиска места отказа.
Одним из основных определяющих параметров является надёжность. Надёжность любого объекта определяется четырьмя составными частями: безотказностью, долговечностью, сохраняемостью и ремонтопригодностью.
Практически каждая из них характеризует свойство объекта сохранять работоспособность при тех или иных условиях. Другими словами, допуская некоторую условность, надёжностьсвойство объекта сохранять работоспособность в процессе эксплуатации.
С течением времени при использовании технического средства постепенно происходят изменения его параметров вплоть до предельных, что закономерно приводит к снижению надёжности и росту числа отказов. Граница предельного состояния (состояния при котором дальнейшая эксплуатация объекта невозможна или нецелесообразна по каким-либо соображениям) в нормальных условиях должна устанавливаться на границе работоспособности. В некоторых случаях допускается эксплуатация и в зоне неработоспособного состояния, но с наложением определённых ограничений.
Такая эксплуатация, как правило, связана с аварийными режимами, но следует учитывать, что в процессе использования граница характеризующая уровень технического состояния объекта должна постоянно находится в зоне работоспособности, которая обеспечивается различными видами обслуживания и освидетельствования.
Расчёт надёжности сложных технических систем (СТС) является обязательным этапом их проектирования. Определяется показатель надёжности системы (как правило, вероятностная характеристика) по аналогичным показателям надёжности её элементов. В процессе эксплуатации СТС надёжность рассчитывают на основе статистических данных с учётом режимов и условий использования и восстановления элементов системы.
При этом имеют место особенности, влияющие на эффективность принятия решений по использованию судовых технических средств, в том числе надёжностных расчётов для рациональной организации эксплуатации и ремонта технических систем. Эти особенности связаны с организацией технического обслуживания. Вероятностные характеристики элементов системы, являющиеся исходными данными для расчёта надёжности самой СТС, сами по себе являются не первичными величинами, а результатом с той или иной степенью достоверности усреднения. Поэтому вероятностный расчёт надёжности СТС сопряжён с серьёзными теоретическими и вычислительными сложностями, причём расчёт представляет собой многоступенчатую оценку различных величин, взаимосвязанных между собой. 6.
Система технического обслуживания судов и судовых технических средств характеризуется многослойной топологиеймножеством сетевых структур различной природы: сети судостроительных заводов, сети судоремонтных (береговых, плавучих) мастерских, сети материальнотехнического обеспечения судов, сети технического обслуживания судовых средств в местах базирования со стороны заводовизготовителей и т. д. Многослойная топология сетевых структур системы технического обслуживания с учётом рынка услуг имеет общие точки коммутации материальных, энергетических и информационных потоков, которыми являются технические отделения и управления судовых акционерных обществ, фирм регионов, объединений и флотов. В этих органах как в узлах происходит не только переключение потоков ремонтных работ с одних предприятий на другие, но должны осуществляться функции их рационального распределения. Таким образом, система технического обеспечения судов с его сетевой структурой и многослойной топологией является той средой, в которой формируется процесс поддержания технической готовности судов с учётом возможных расходов их ресурсов.
В общем случае функционирование системы технического обеспечения, как единого целого с позиций системной методологии и её декомпанизация на подсистемы и элементы зависит от характера решаемых задач [93, 94, 97]. В одних случаях в качестве элементов могут выступать суда, в других случаях объединения судов, в третьих — в качестве элементов или подсистем могут выступать отдельные системы технического обслуживания (материально-техническое снабжение, консервация и др.) Многомерность пространства отношений, даже для построения комплекса моделей и решения системных задач требует упорядочения его за счёт структуризации.
Структура, как способ организации элементов и подсистем в единую систему, позволяет выделить в пространстве отношений наиболее значимые группы и на этой основе существенно сократить многомерность этого пространства. На основе аксиологических и системологических закономерностей и принципов системного анализа, с учётом рыночных отношений на первый план выходят законодательно-правовые и финансовоэкономические отношения элементов 7 системы технического обслуживания и обеспечения, как внутри её, так и её отношений в пространстве флотских организаций страны. Очевидно, что законодательно-правовые отношения преследуют цель внесения определённой стабильности и создания некоторых «рамочных» условий протекания процессов функционирования всех элементов системы технического обеспечения.
Основой организационной структуры законодательно-правовых отношений, действующих в рамках системы технического обеспечения, является совокупность законодательных актов, приказов, положений и правил, регламентирующих функционирование судоремонтных подразделений, систем материально-технического обеспечения, систем технического обслуживания, консервации и других подразделений обеспечивающих задачи технического обеспечения судов. Физическим носителем законодательно-правовой организацией структуры системы технического обеспечения всех типов можно считать технические подразделения соединений и объединений судов в рамках которых происходит реализация поддержания всех правовых отношений с помощью разветвлённой сети административно—правовых учреждений (технические отделения, отделы, управления) и других, различного рода организаций, составляющих нормативно-целевую основу рекреационного процесса для судов и их технических средств.
Таким образом, организационная структура законодательно-правовых отношений, интервалы времени стабильности которых достаточно продолжительны, отражает нормативные показатели качества поддержания технической готовности судов при эксплуатации.
Другая группа лидирующих отношений, отражающая финансовоэкономические и социально-технические взаимосвязи, имеющие место в системе технического обеспечения, представляет организационную структуру, которая имеет своей целью представить быстроменяющийся спрос и предложение восстановительных работ в условиях рынка со стороны заказчика (руководства соединений и объединении судов и их технических подразделений). Изменчивость финансово-экономических отношений рынка восстановительных работ для судов требует гибкой, адаптивной организационной структуры, не противоречащей 8 принципам самоорганизации судоремонта или технического обслуживания (в том числе консервации, различных видов освидетельствований и др. работ) и отражающей количественные показатели ремонтно-технического процесса (например, ремонтно-технический потенциал).
Как видно имеют место две противоречивые организационные структурыодна из которых должна обеспечивать стабильность и устойчивость технического обеспечения объектов (судов), другая, входящая в первую и действующая в ней, должна стимулировать изменчивость, как необходимое условие всякого развития.
Проблема состоит в том, чтобы найти рациональное решение в соотношении этих двух организационных структур, которое удовлетворило бы разрешению этого диалектического противоречия между стабильностью с одной стороны и изменчивостью с другой. Трудности решения этой проблемы состоят в том, что найти аналитическое решение не представляется возможным из-за многомерности пространства отношений, которые связывают элементы системы технического обслуживания и обеспечения, а применение и использование вероятностного (стохастического) аппарата весьма проблематично, в силу наличия существенного организующего начала, которое вносится большим количеством людей участвующих в системе технического обеспечения судов на всех иерархических уровнях управления и действующими регистрами, инструкциями и наставлениями.
Следует также отметить, что никакие натурные эксперименты в масштабе такой объемной и сложной системы невозможны и опасны. Остается единственно возможный путь поиска решений — модельно-предсказательный метод исследования подобного рода больших организационно — технических систем [93, 97]. Кроме этого необходимо иметь в виду, что создание полной модели для сложной системы вообще невозможно, так как в силу теоремы Тьюринга, такая модель будет столь же сложной, как и сама система. Выходом является представление сложной системы конечным множеством узкоориентированных упрощенных моделей, каждая из которых отражает определённую грань её сущности.
Модельное представление системы технического обслуживания судов с помощью ограниченного комплекса проблемно и предметно-ориентированных моделей для решения системных задач является вполне реальным путём, имеющим прецеденты в практике моделирования сложных систем, но трудности его осуществления также весьма существенны. Эти трудности связаны с выбором и использованием аппарата построения ориентированных моделей с учетом характера решаемых системных задач. Для одной группы задач может быть использован аппарат тензорного анализ сетей Г. Крона, для другой группы задач могут быть использованы методы имитационного моделирования или логико-вероятностные методы, для задач системной структуризации наиболее приемлимым является аппарат структурных матриц, предложенный Л. Г. Шатихиным и аппарат структурного синтеза Дж. Клира [44,93,97].
Системная методология располагает двумя основными методами поиска организационных структур. Первый метод сводится к анализу существующих структур и на их основе порождению новых с учетом новых требований, базирующихся на определённом опыте использования старых структур.
Второй метод основан на выдвижении гипотез новых структур, которые постулируются, а затем их правильность подтверждается непротиворечивостью определённому ряду критериев. Если эти гипотезы не подтверждаются проверкой, основанной на определённой совокупности критериев правильности (критерии согласия и совпадения), то они отвергаются и постулируются новые гипотезы. Второй метод более радикален и использует достоинства естественного интеллекта к выдвижению гипотез, что составляет прерогативу искусства, однако требует больших затрат.
Первый метод основан на использовании опыта административной системы, т. е. не рыночной системы, что может привести к необходимости достаточно «жестких» организационных структур. Их объективность или целесообразность может быть обоснована путем проверки непротиворечивости выдвинутых концептуальных моделей системы технического обслуживания судов и обеспечения их соответствия таким концептуальным законам, как закон необходимой иерархии, закон необходимого многообразия, принцип внешнего дополнения С. Бира, принцип целенаправленности и ряда других законов.
Кроме информационного обеспечения системы управления техническим состоянием СТС определяющим фактором является процедура (алгоритм) принятия решений, которые чаще всего основаны на использовании математических моделей различных уровней технического обслуживания (обеспечения).
Учитывая сложность получения объективной модели из-за необходимости:
— учёта большого числа факторов, в том влияющих на вышестоящие уровни;
— наличия большого количества конкурирующих критериев и систем приоритетов;
— необходимости сопряжения и согласовывания информационных потоков в теории управления сложными объектами (ремонтными фирмами) получило развитие «общесистемное» направление повышения эффективности регламентных работ на судах, которое основано на использовании теоретико-предсказательных подходов и организации планирования, развития и управления процессами технического сопровождения и соответствующих информационных систем.
Это направление в общей теории систем формировалось в фундаментальных работах Богданова А. А., Поспелова Г. С., Бусленко Н. П., Дж. Клира, Варшапетяна А. Г., Советова Б. Я., Яковлева С. А., Попова С. А., Шатихина Л. Г. 9, 19,32,81,97].
Исследования в области управления организационно-техническими системами для судовых комплексов весьма широко рассмотрены в работах Рябинина Н. А., Гаскарова Д. В., Смолкина A.M., Халилулина Ю. М. [14, 75, 93, 97] и других.
Современный уровень состояния технического обеспечения судов на фирмах, объединениях и технических центрах характеризуется принципиально новыми требованиями к обеспечению эффективности технологических процессов обслуживания судовых технических средств в условиях рыночных отношений и возрастающих объёмах информации, учитывающих все особенности восстановительных услуг.
В таких условиях традиционные, т. е. естественно-научные методы, основанные на экспериментально-измерительном подходе к принятию решений, не соответствуют уровню предсказания процессов, происходящих в рассматриваемых областях, что требует разработки качественно новых подходов к решению базовых (типовых) проблемных задач управления, модернизации и развития технологических услуг по обслуживанию судовых технических средств.
Большинство типовых практических задач из области управления техническим состоянием судовых комплексов и обеспечением необходимых технологических операций технического обслуживания относятся к поисковым задачам выбора решения в условиях неопределённости (не всегда полных) как исходных данных, так и целей, с множеством ограничений и необходимостью учёта большого количества различных критериев качества и показателей эффективности функционирования. Примерами таких задач являются задачи, связанные с выбором организации для выполнения технического обслуживания, определения комплекса диагностических и восстановительных средств, включающих задачи оценки состояния элементов СТС, распределения ресурсов на проведение восстановительных работ, задачи планирования сетевых графиков восстановления технических характеристик.
Решение указанных выше задач требует не только развития технологической базы обслуживания СТС, но и максимально-возможного использования новых информационных технологий, а счёт более эффективного использования информационных систем, так как при этом возможна унификация программных и аппаратных модулей для создания центра обработки данных по принятию решений по управлению техническим состоянием систем информационной и интеллектуальной поддержки судовых специалистов.
Анализ выполненных исследований и действий по внедрению новых информационных технологий в указанных направлениях, убедительно свидетельствует, что для повышения эффективности внедрения в практику деятельности судостроительных и судоремонтных фирм этих работ необходимо сформировать единый научно-обоснованный методологический подход к решению вопросов повышения конкурентоспособности фирм путём внедрения и развития менеджмента качества восстановительных услуг.
Сложность систем управления техническим состоянием СТС на судах и технических центрах определяется следующими причинами: сложность проблемы повышения качества восстановительных услуг, сложностью управления и развития процессов технического обеспечения судов, сложностью обеспечения гибкости конечного результата в зависимости от уровня ремонтопригодности СТС и их количества, сложностью описания взаимосвязи отдельных подсистем восстановительного цикла комплекса СТС, сложностью программного обеспечения.
Сложность проблемы повышения качества восстановительных услуг.
Основная задача менеджеров предприятий и управленцев состоит в создании иллюзии простоты, защищающей исполнителей технологического процесса с использованием информационных систем от сложности описываемого процесса (фирма). Объём исходных данных, программного обеспечения при принятии решений по управлению качеством восстановительных услуг не входит в число её главных достоинств, поэтому стараются делать их наиболее компетентными или простыми, используя при этом существующие методы и новые научные разработки в этой области. Например, универсальность создаваемых информационных систем для реализации технического обслуживания СТС по управлению качеством очевидна.
Сложностью обеспечения гибкости конечного результата в зависимости от уровня технического обслуживания судов и их количества могут быть решены путём интеллектуализации информационного обеспечения АСУ фирмы и других предприятий. Программное обеспечение решаемых инженерных, технических, экономических задач также должно обладать максимальной гибкостью для любого уровня абстракции (сбор данных, статистический анализ рынка, сравнение, регистрация, контроль, прогнозирование, интегральные и частные оценки эффективности, генерация решений. Такая гибкость, однако, требует создания для управленческого звена блоков будущего документального, информационного, программного обеспечения, из которых составляются и элементы более высоких абстрактных уровней. В связи с отсутствием или присутствием в малом количестве в программной индустрии таких стандартов, программные разработки становятся достаточно трудоёмким процессом.
Сложность описания взаимосвязи отдельных подсистем восстановительных работ вызвана достаточной независимостью подсистем друг от друга и внешних воздействий, а также не предсказуемой количественной оценкой их эффективности по качеству услуг.
Полагая, что поведение одной подсистемы не должно оказывать существенное влияние на поведение другой на практике при управлении качеством услуг находят применение процедуры согласования, которые в свою очередь могут быть реализованы как полностью, так и модельно-предсказательно с оценкой уровня доверия к системе.
Сложность проблемы управления качества восстановительных услуг для любых СТС обусловлена также характером задач:
— необходимость анализа большого количества возможных вариантов решения и определения и них наиболее предпочтительных;
— невозможность точной аналитической оценки ожидаемых результатов принятого варианта решения;
— отсутствие надежной статистики по фактическим затратам на выполнение однотипных задач на различных ремонтных предприятиях;
Сложность процессов управления качеством технического обслуживания судов при выполнении восстановительных работ предъявляет повышенные требования к методам моделирования, среди которых считается целесообразным использовать модельно-предсказательные подходы, вероятностные методы, методы имитационного моделирования, ситуационных моделей и экспертных систем, также CASE и CALS технологий ля автоматизации документооборота в обеспечении процессов управления техническим обслуживанием СТС.
Методы имитационного моделирования позволяют включить в анализ и принятие решений, при управлении качеством услуг и соответственно технологического и бизнес процессов при настройке и наладке судовых средств, повышения международных стандартов качества продукции, неполноту.
1Н исходной информации, стохастические свойства рассматриваемых восстановительных услуг на судах.
Решение задачи моделирования позволяет более обоснованно принимать решения по управлению качеством восстановительных услуг фирмой и группой компаний в целом. При этом используется меньший объём затрат для выполнения необходимого количества решаемых технических услугпри более высоком уровне конкурентоспособности, рентабельности и эффективности фирм технического обслуживания.
Для построения моделей управления техническим состоянием судовых технических средств в процессе функционирования гарантийной службы, как сложной организационно — экономической и организационнотехнической системы целесообразно применение различных видов и способов моделирования. Наиболее часто используется аппарат логико-дифференциальных уравнений[3, 50, 94], сетевых моделей[47, 94], методы оптимизационных задач[6, 35, 81, 87], имитационные модели[24, 57, 65, 94], методы менеджмента качества[74], теория расписаний[22, 69], ситуационные модели[39, 94], методы экспертных оценок и теории игр[26, 30, 47, 77], методы и способы информационных технологий[11, 13,31,100].
В последнее время достаточно активно используются методы системного анализа сложных организационнотехнических комплексов в условиях рынка[74, 94, 97] к которым относятся метод структурных матриц, теория активных систем, методы развивающихся и адаптивных систем, объектно-ориентированные методы анализа сложных объектов (систем).
Исследование и решение научнотехнических и экономических задач с недостаточно определёнными качественными оценками при выборе решения приводит ко многим методологическим трудностям. Как правило, преобразование качественных параметров в количественные можно осуществлять различными путями и соответственно общая оценка альтернативы также оценивается по-разному.
В общем случае не существует объективной математической модели, отражаемой основные свойства рассматриваемой сложной системы (система.
ID технического обслуживания + рынок). Поэтому при принятии решений используют субъективные оценки экспертов, учитывая, что системный анализ является методом, позволяющим рационально использовать субъективные суждения для слабоструктурированных проблем.
При системном анализе для принятия решений широко используют различные способы, а именно: структурный, процедурно-ориентированный, логически-ориентированный и др. Каждый из известных способов системного анализа целесообразно применять для определённых областей и объектов исследований. Исходя из сказанного исследования в предметной области совершенствования процессов управления техническим состоянием судовых технических средств должны базироваться на комплексном использовании различных подходов в соответствии с решаемыми задачами.
Взаимосвязь различных факторов влияющих на техническое состояние судовых технических средств и их противонаправленность при воздействии на структуру судового комплекса и его элементов вызывает необходимость максимальной формализации способов принятия решений при эксплуатации судов в условиях рынка. Поэтому разработка и развитие эффективных современных методов при управлении качеством услуг реализуемых на судах позволяет принимать решения по эксплуатационным, технологическим и бизнес — процессам использования судов, как один из резервов снижения затрат на проведение технического обслуживания судов и соответственно увеличить конкурентоспособность судовых компаний.
Исходя из сказанного разработка информационного обеспечения процессами управления техническим состоянием судовых технических средств на основе системного использования комплекса моделей для количественной оценки изменений эффективности функционирования судов с учётом реализации новых информационных технологий является актуальной для транспорта научнотехнической задачей.
Цель диссертационной работы: повышение эффективности технологических, бизнес и информационных процессов обеспечения технического состояния судов на основе новых информационных технологий, ю как средства обеспечения требуемых качества и управления в процессе эксплуатации.
Центральным звеном этой научной задачи является развитие способов, алгоритмов и методов системного анализа функционирования судовых технических комплексов, моделирования технологических, технических и бизнес — процессов в условиях рынка и совершенствование информационных процессов управления техническим состоянием судов в процессе эксплуатации.
Объект исследования: системы технического обслуживания судов, Системы управления и принятия решений по оценке технического состояния судовых технических средств.
Предмет исследования: информационное, организационное и алгоритмическое обеспечение оценки технического состояния судовых технических средств при эксплуатации судов с учётом реализации математических моделей на основе использования системных методов управления сложными объектами и системами.
Методы исследований: методической основой и общетеоретической базой исследований являются принципы системного анализа процессов формального описания процессов управления технического обеспечения судов, а также инженерные методы использующие общение опыта управления и оценок технического состояния судовых технических средств.
Теоретической основой развития и совершенствования информационного обеспечения оценки технического состояния судовых средств является теория алгоритмов, теория управления, теория баз данных, теория структурных матриц, теории классификации системологии и др.
Задачи исследования:
1. Произвести анализ методов, способов и моделей технического состояния судовых технических средств в процессе эксплуатации.
2. Разработать комплекс алгебраических моделей выполнения регламентных процессов при техническом обслуживании и ремонте судовых технических средств.
3. Формализовать технологические процессы обеспечения требуемого уровня готовности технических средств.
4. Выполнить оценку безотказности функционирования пропульсивного комплекса с учётом резервирования.
5. Предложить и опробировать информационное обеспечение базы данных при управлении техническим обеспечением судов на основе CASE-технологии.
10. Результаты работы использовались на предприятиях и судовых компаниях в проектных и исследовательских организациях флота по изготовлению, ремонту и обслуживанию судовых технических средств, в том числе: буксирная компания ООО «Грифон», судоходная компания «Элиен», Канонерском заводе г. Санкт-Петербурга, НПФ «Меридиан», ИКО «Северо-Запад». Ы.
Заключение
.
Выполненные экспериментально-теоретические исследования по совершенствованию информационного обеспечения процессов управления и оценки технического состояния судовых технических средств в процессе эксплуатации путем анализа фактических числовых данных по обслуживанию судовых технических средств, а также на основе цифрового моделирования как технологических, так и бизнес — процессов позволили получить следующие научные результаты:
1. Проанализированы особенности изменения технического состояния судовых технических средств в процессе эксплуатации с учетом возможных восстановительных процедур по техническому обслуживанию в виде регламентных работ и сформулированы типовые недостатки, связанные с использованием судов в течение жизненного цикла.
2. Сформулированы пути совершенствования организационной системы при управлении эксплуатацией судовыми техническими средствами на основе реализации системы принятия решений по выбору вида технического обслуживания, использования информационных технологий и системного решения большинства задач, возникающих в процессе технического обслуживания.
3. Предложена и реализована методика использования структурных матриц для получения математических моделей, описывающих взаимосвязь выходных координат системы (оценки технического состояния СТС) от распределения ресурсов на входе системы с учетом технического обслуживания в процессе жизненного цикла.
4. Получен комплекс математических моделей восстановительных процессов судовых технических средств (главного двигателя) отражающих оценку необходимых ресурсов, как по времени, так и по стоимости услуг при различных вариантах исполнения.
5. Модель оценки безотказности технического состояния судовых технических средств и алгоритм управления судном с учетом решаемых типовых частных задач на судне, в том числе пропульсивного комплекса и дизель-генераторной установки.
6. Предложен и апробирован алгоритм сравнительного анализа эффективности видов технического обслуживания на основе игры с природой.
7. Сформулирована математическая модель задачи прогнозирования технического состояния (работоспособности) судового оборудования с использованием линейных регрессионных зависимостей.
8. Обоснованы пути совершенствования системы технического обеспечения судовых технических средств с использованием CASEтехнологий.
9. Теоретические результаты работы являются общими и могут быть распространены на другие типы технических средств.
