Проектно-орієнтоване управління життєвим циклом ремонтоздатних технічних систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Одеський національний морський університет

Спеціалізована вчена рада д 41.060.01

УДК 62 "56": 629.12-8:65.014

Спеціальність 05.13.22 - Управління проектами та програмами

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

ПРОЕКТНО-ОРІЄНТОВАНЕ УПРАВЛІННЯ ЖИТТЄВИМ ЦИКЛОМ РЕМОНТОЗДАТНИХ ТЕХНІЧНИХ СИСТЕМ

Шахов Анатолій Валентинович

Одеса - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеському національному морському університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий консультант: доктор технічних наук, професор Євдокімов Вадим Дмитрович, Одеський національний морський університет Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри "Судноремонт".

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Бушуєв Сергій Дмитрович, Київський національний університет будівництва і архітектури, завідувач кафедри "Управління проектами";

- доктор технічних наук, професор Гогунський Віктор Дмитрович, Одеський національний політехнічний університет, завідувач кафедри "Управління системами безпеки життєдіяльності";

- доктор технічних наук Чернов Сергій Костянтинович, Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, завідувач кафедри "Управління проектами".

Захист відбудеться 27 вересня 2007 р. о 13.30 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.060.01 Одеського національного морського університету за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Мечникова, 34.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Одеського національного морського університету за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Мечникова, 34.

Автореферат розісланий "___" _____________ 2007 р.

Вчений секретар Спеціалізованої вченої ради Д 41.060.01 кандидат технічних наук, доцент Лукаш Е.П.

Анотації

Шахов А.В. Проектно-орієнтоване управління життєвим циклом ремонтоздатних технічних систем. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.22 - "Управління проектами і програмами". - Одеський національний морський університет. - Одеса, 2007.

Дисертація присвячена розробці методології проектно-орієнтованого управління в проектах розробки, створення і функціонування ремонтоздатних технічних систем (РТС). Визначено місію і систему цілей проекту з удосконалення РТС - визначення сполучення робочих і компоновочних параметрів РТС на стадії проектування, режимів роботи в експлуатації, періодичності й обсягів ремонтних робіт, при яких власних несе мінімальні витрати, забезпечуючи виконання системою всіх необхідних функцій і дотримуючись вимог надійності і безпеки протягом усього життєвого циклу. У дисертації розроблені основи теорії "старіння" РТС. Вперше введено у розгляд комплексний критерій оцінки стану системи в процесі споживання - "функціональний стан" (FS). Розроблено метод планування термінів і номенклатури виконання ремонтних робіт, що дозволяє максимізувати сумарний ефект, одержаний від функціонування РТС за весь період його служби.

Ключові слова: управління проектом, життєвий цикл проекту, теорія "старіння", функціональний стан, стратегій функціонування.

Шахов А.В. Проектно-ориентированное управление жизненным циклом ремонтопригодных технических систем. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.13.22 - "Управление проектами и программами". - Одесский национальный морской университет. - Одесса, 2007.

Диссертация посвящена решению научной проблемы совершенствования ремонтопригодных технических систем (РТС) с позиций социотехнического подхода, то есть максимального удовлетворения потребностей пользователя. Работа направлена на создание новых методологий управления проектами РТС и вносит существенный вклад в развитие этой отрасли науки. Она также является теоретической основой совершенствования ремонтопригодных технических систем в качестве средств преобразования окружающей среды в заданном направлении.

Доказана обоснованность применения методологии управления проектами к решению задачи совершенствования РТС на протяжении всего жизненного цикла системы. Разработана структура такого проекта, состоящая из подпроекта "Разработка РТС", в состав которого входят фазы моделирования, проектирования и продуцирования, и подпроекта "Функционирование РТС", включающего процессы эксплуатации и проекты ремонта и утилизации. Определена миссия и система целей проекта по совершенствованию РТС - определение сочетания рабочих и компоновочных параметров РТС на стадии проектирования, режимов работы в эксплуатации, периодичности и объемов ремонтных работ, при которых владелец несет минимальные затраты, обеспечивая выполнение системой всех необходимых функций и соблюдая требования надежности и безопасности на протяжении всего жизненного цикла.

Разработы основы теории "старения" РТС. Впервые введен в рассмотрение комплексный критерий оценки состяния системы в процессе потребления - "функциональное состояние" (FS). Предложена методика определения и прогнозирования изменения значения параметра FS в процессе эксплуатации для отдельных элементов и РТС в целом.

В диссертационном исследовании разработана экспертная система оценки и прогнозирования изменения функционального состояния РТС в процессе эксплуатации по результатам безразборного диагностирования. На основании анализа различных подходов к оптимизации срока службы РТС разработана методика определения оптимального периода нахождения системы в эксплуатации. Оптимальным сроком службы технического объекта предложено считать период между двумя моментами: временем, когда интенсивность роста суммарного эффекта достигает максимального значения, и временем максимального значения функции суммарного эффекта.

Предложен метод планирования сроков и номенклатуры выполнения ремонтных работ, позволяющий максимизировать суммарный эффект, получаемый от функционирования РТС за весь период его срока службы.

На основе применения общей методологии проектного менеджмента и учета особенностей процессов управления производством и ремонтом технических систем, разработана методика проектирования технологических процессов и модель комплексной системы управления сроками, стоимостью и качеством ремонта РТС.

Обоснована целесообразность использования методологии проектно-ориентированного управления для разработки стратегии развития судоремонтной отрасли Украины. Исходя из особенностей судоремонтного производства, анализа текущего состояния действующих СРЗ и прогноза изменений рынка судоремонтных услуг сформулирована миссия и определены долгосрочные и краткосрочные цели развития производства.

Ключевые слова: управление проектом, жизненный цикл проекта, теория "старения", функциональное состояние, стратегия функционирования.

Shahov A.V. The project-oriented management by the life cycle of the repairable technical systems. - Manuscript.

Doctoral Thesis. Speciality 05.13.22 - Project and Programs Management. - Odessa National Maritime University. - Odessa, 2007.

Dissertation is devoted to development of methodology of the project-oriented management in the projects of creation and functioning of the repairable technical systems (RTS). A mission is definite and sistem purposes of project from the improvement RTS - determination of connection of working and expensing parameters RTS on the stage of planning, modes of operations in exploitation, periodicity and volumes of repair works, at what own bears minimum expenses, providing implementation by the system of all necessary functions and adhering to the requirements of reliability and safety during a life cycle. In dissertation there are the developed bases of theory of "senescence" RTS. The complex criterion of estimation of the state of the system in the process of consumption is first entered in consideration - the "functional state" (FS). The method of planning of terms and nomenclature of implementation of repair works is developed, that allows to maximize the total effect got from functioning RTS for all period of his service.

Keywords: project management, life cycle of project, theory of "senescence", functional state, strategies of functioning.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми дисертаційної роботи. Торговельне судноплавство - це сфера економіки, що дозволяє найбільш повно реалізувати експортний потенціал держави, сприяти підвищенню конкурентноздатності його товарів на світовому ринку. У той же час судноплавство саме може стати істотним джерелом надходжень у державний бюджет.

У спадщину від СРСР Україна отримала могутній морегосподарський комплекс і мала можливість стати третьою у світі державою (після Норвегії і Греції), для якої експорт послуг, пов'язаних з перевезенням вантажів морем, є однією з основних статей фінансових надходжень у державний бюджет. Однак економічно необгрунтовані дії по реорганізації галузі призвели до швидкої втрати всіх потенційних можливостей. Одним з основних завдань, що стоять сьогодні перед морегосподарським комплексом, є забезпечення проблем проектування, будівництва й експлуатації суден сучасних типів, що могли б на рівних конкурувати з провідними "морськими" державами на фрахтовому ринку. Його вирішення можна одержати шляхом розробки ефективної моделі усього життєвого циклу системи. Створення такої моделі сьогодні являє собою наукову проблему вищого рівня складності.

Інтенсивний розвиток інформаційних технологій, який намітився в останні десятиріччя, докорінно змінив процес моделювання при проектуванні технічних виробів. На зміну науково-технічному підходу до побудови моделей прийшов соціотехнічний, який полягає в тому, що вихідним пунктом моделювання є ситуація людських потреб. Індивідууми або соціальні групи потребують такого стану навколишнього середовища, якого немає в даний момент. Відповідно до цього знаходження бажаного стану визначається як мета. При цьому технічна система виступає як засіб, управляючи яким удається реалізувати перетворення навколишнього середовища в запланованому напрямку.

Перехід до постіндустріального суспільства змусив проектантів і виробників розглядати будь-який технічний засіб з позицій інтересів споживача. Іншими словами, необхідно розробити таку методологію, яка дозволить уже на стадії проектування отримати прогноз всіх етапів життєвого циклу, аж до утилізації агрегату.

В останні десятиріччя, завдяки зусиллям українських і іноземних учених С.Д. Бушуєва, В.А. Рача, І.В. Кононенка, К.В. Кошкіна, А.І. Рибака, Х. Решке, В.Д. Шапіра й ін., у світовій практиці одержала бурхливий розвиток наука управління проектами, яка суттєво впливає на стабільний динамічний розвиток економіки.

У даній роботі ця методологія вперше застосована в процесі проектування, виробництва і функціонування ремонтоздатних технічних систем РТС з метою підвищення ефективності їхнього використання.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота пов'язана з науково-дослідною тематикою судномеханічного факультету і факультету транспортних технологій і систем Одеського національного морського університету. Автор у період з 2001 по 2006 роки безпосередньо брав участь у розробці 16 госпдоговірних і держбюджетних НДР, основними з яких є "Розробка проекту концепції державної морської політики України" і "Розробка проекту стратегії розвитку морського і річкового транспорту на період до 2011 року".

Мета дослідження: оптимізація управління РТС на всіх стадіях її життєвого циклу для максимізації ефекту, отриманого в процесі функціонування системи, на основі синтезу методологій управління проектами, спеціальних знань, стандартів і закономірностей перебігу процесів у конкретній предметній області.

Задачі дослідження:

1. Розширення області застосування методологій управління проектами шляхом розробки уніфікованих методів управління створенням і функціонуванням складних РТС, для чого необхідно:

1.1. Встановити життєвий цикл проекту, проаналізувати його фази та взаємозв'язок із життєвим циклом РТС.

1.2. Визначити місію (генеральну мету) проекту і підцілі окремих фаз.

1.3. На основі створеної теорії "старіння" елементів РТС і систем у цілому розробити стратегію функціонування РТС, яка містить методики:

- визначення показників конструктивно-технологічного рівня РТС і їхніх елементів;

- моделювання життєвого циклу системи;

- розрахунку оптимального терміну служби РТС з урахуванням проектних фаз ремонту;

- планування термінів ініціації проектів ремонту і номенклатури ремонтних робіт;

- визначення необхідної кількості змінно-запасних частин і матеріалів в процесі експлуатації і ремонту системи;

- вибору оптимального технологічного процесу відновлення працездатності РТС;

- прогнозування й оцінки ризиків реалізації усіх фаз проектів на стадії проектування РТС.

1.4. Розробити експертну систему визначення фактичного стану РТС і прогнозування його зміни в процесі експлуатації.

1.5. Розробити систему стратегічного управління ремонтними підприємствами з урахуванням галузевих особливостей виробництва.

2. Виявлення спеціальних закономірностей моделювання, проектування, виробництва і функціонування суднових енергетичних установок шляхом:

2.1. Розробки методики комплексної оптимізації СЕУ на стадії проектування.

2.2. Моделювання процесу "старіння" СЕУ.

2.3. Управління проектами ремонту СЕУ.

2.4. Створення стратегії управління судноремонтними підприємствами в умовах проектно-орієнтованого управління.

Об'єктом дослідження в дисертації виступає ремонтоздатна технічна система.

Технічна система - це сукупність взаємопов'язаних елементів, яка використовується для цілеспрямованої зміни стану і властивостей навколишнього середовища.

Ремонтоздатна технічна система - це технічна система з тривалим життєвим циклом, в якій дефекти, що виникли в процесі експлутації і перешкоджають нормальному виконанню обумовлених функцій, можуть бути усунуті шляхом ремонту.

Предмет дослідження - методології управління проектами розробки і функціонування ремонтоздатних технічних систем.

Методи дослідження. У процесі роботи використані три системи знань і відповідних цим системам методи:

- загальні знання, інструменти і методи, що використовуються в управлінні проектами (аналіз критичного шляху, визначення життєвого циклу проекту, управління ризиками, управління ресурсами);

- знання, і методи в області загальної теорії менеджменту (стратегічний, тактичне й оперативне планування, виробництво, організація закупівель, постачань і продаж, інформаційні технології);

- спеціальні знання і стандарти, що відносяться до прикладної області (суднові енергетичні установки).

Розрахункові алгоритми, представлені в дисертації, побудовані на підставі елементів теорії управління проектами, теорії "старіння", теорії графів, теорії управління запасами, теорії масового обслуговування тощо.

Наукова новизна отриманих результатів. Основним науковим результатом дисертаційного дослідження є нова методологія проектно-орієнтованого управління в проектах розробки, створення і функціонування ремонтоздатних технічних систем. Теоретичну основу вирішеної в дисертації наукової проблеми складають такі наукові положення:

- здобувачем вперше:

- сформульовано соціотехнічний підхід до моделювання ремонтоздатних технічних систем, який дозволив створити нову методологію управління проектами розробки і функціонування РТС;

- створена методологія управління проектами створення й експлуатації РТС на основі гіпотези, що "життєвий цикл проекту" включає всі фази життєвого циклу технічної системи від побудови моделі до її утилізації;

- визначена місія проекту удосконалення технічної системи, як сполучення робочих і компоновочних параметрів на стадії проектування; режимів роботи в експлуатації; періодичності й обсягів ремонтних робіт, при яких власник несе мінімальні витрати за умови забезпечення виконання системою всіх необхідних функцій й вимог надійності та безпеки протягом всього життєвого циклу;

- розроблена модель життєвого циклу ремонтоздатної технічної системи, що дозволяє ініціювати, планувати і управляти фазами проектування, виробництва, експлуатації, ремонту й утилізації РТС;

- розроблено оригінальні методики:

визначення оптимального терміну служби РТС з урахуванням фаз ремонту;

розрахунку термінів проведення і номенклатури ремонтних робіт;

оптимізації технологічних процесів відновлення працездатності РТС;

- удосконалено:

- теорію "старіння" ремонтоздатних технічних систем. Вперше введено комплексний критерій "функціональний стан" для оцінки стану системи в процесі споживання. Запропоновано методику визначення і прогнозування зміни значення критерію функціонального стану в процесі експлуатації для окремих елементів і системи в цілому. Розроблено метод кількісної оцінки таких якісних характеристик технічних систем як рівноміцність елементів, стабільність регулювань, довговічність, ремонтоздатність, питомий функціональний стан;

- алгоритм і структура експертної системи оцінки і прогнозування зміни критерію функціонального стану ремонтопригодных технічних систем у процесі експлуатації за результатами безрозбірного діагностування;

- методики визначення оптимального терміну служби технічних систем, термінів і обсягів ремонтних робіт і проектування технологічних процесів ремонту з урахуванням особливостей ремонтного підприємства;

- система управління матеріально-технічними ресурсами ремонтних підприємств із метою мінімізації витрат на їхнє придбання і збереження з урахуванням недоотриманого прибутку від утрати клієнта, яка викликана дефіцитом ресурсу;

- одержали подальший розвиток:

- теорія і практика моделювання суднових енергетичних установок, що враховує прогноз витрат на всі елементи і потоки енергоносіїв установки протягом всього життєвого циклу СЭУ;

- методологія управління ризиками проекту, на основі якої розроблена методика обліку погрішностей моделювання і розрахунків, викликаних невірогідністю прогнозної інформації.

Обґрунтованість і вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій, що містяться в роботі, забезпечена системним підходом до дослідження життєвого циклу РТС, використанням достовірних і коректних математичних моделей і ефективних чисельних методів рішення задач.

Особистий внесок автора підтверджує більше 40 публікацій, включаючи 2 монографії та 22 статті, що опубліковані в спеціалізованих наукових виданнях, які входять до затвердженого ВАК України переліку з профілю дослідження.

Практичне значення результатів дисертаційної роботи базується на можливості підвищення ефективності використання РТС протягом усіх фаз життєвого циклу шляхом застосування методології проектно-орієнтованого

управління. У дисертаційному дослідженні розроблена стратегія функціонування технічної системи як послідовність періодів її безпечної експлуатації, технічного обслуговування і ремонту на протязі прийнятого терміну служби, що націлена на досягнення користувачем системи максимального сумарного ефекту. Практичні рішення, отримані в процесі дослідження, дозволяють:

- скоротити витрати і терміни проектування без шкоди для якості проектно-конструкторських робіт з розробки нових типів технічних систем;

- підвищити ефективність функціонування існуючих РТС за рахунок вибору оптимальних експлуатаційних режимів, термінів і номенклатури проведення ремонтних робіт;

- удосконалити стратегію управління ремонтними підприємствами шляхом впровадження на них "управління через проекти".

Практична частина роботи базується на впровадженні у виробництво програмного комплексу "Моделювання", розробленого в ОНМУ під керівництвом автора і який дозволяє вирішувати задачі, сформульовані у вигляді блоків-модулів:

- моделювання процесу функціонування системи;

- експертна система оцінки і прогнозування зміни фактичного стану РТС і її окремих елементів на основі результатів безрозбірного діагностування;

- автоматизована система проектування технологічних процесів у процесі ремонту РТС.

Запропонований комплекс може використовуватися організаціями, що проектують і експлуатують технічні системи, ремонтними підприємствами й у навчальному процесі студентами технічних і економічних спеціальностей ВНЗ.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи доповідались й обговорювались на 16 науково-практичних конференціях, семінарах, круглих столах, у тому числі на:

- III Міжнародній конференції "Управління проектами в умовах глобалізації знань". Київ, 25 - 27 травня 2006 р.;

- IV Міжнародній конференції "Управління проектами в умовах глобалізації знань". Київ, 25 - 27 травня 2006 р.;

- I Міжнародній науково-практичній конференції "Управління проектами: стан і перспективи". Миколаїв, 21 - 24 вересня 2005 р.;

- II Міжнародній науково-практичній конференції "Управління проектами: стан і перспективи". Миколаїв, 21 - 24 вересня 2005 р.;

- II Міжнародній науково-практичній конференції "Морські технології: проблеми і рішення". Керч, 13 - 15 жовтня 2004 р.;

- Міжнародній науково-теоретичній конференції "Удосконалювання системи підготовки кадрів для морського транспорту". Ніцца (Франція), 22 - 23 жовтня 2000 р.;

- 1 Міжнародній науково-практичній конференції "Сучасні порти - проблеми і рішення" Одеса, 15 - 16 лютого 2007 р.;

- Міжнародній науково-технічній конференції "Одеський національний морський університет і морегосподарський комплекс у ХХІ сторіччі". Одеса, 21 - 22 жовтня 2005 р.;

Публікації. По темі дисертації опубліковані 42 наукові праці. Основні результати досліджень викладені в двох монографіях (1 без співавтора); 22 статтях у наукових спеціалізованих виданнях (13 без співавторів). Основні публікації, у яких додатково викладені положення роботи, включають 3 наукові статті (2 без співавторів), 6 навчальних посібників (2 без співавторів) і 9 тез доповідей.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, 6 розділів, висновків, списку літератури з 180 найменувань і додатків. Загальний обсяг роботи - 330 стор., у тому числі 290 стор. основного тексту, 17 стор. списку використаної літератури, 49 малюнків, 18 таблиць, а також 7 стор. додатків.

Основний зміст роботи

У першому розділі показана необхідність розвитку в Україні морського транспорту для забезпечення фрахтової незалежності зовнішньої торгівлі і поповнення державного бюджету. Виходячи з кризової ситуації, що склалася в галузі в останні роки, основна задача бачиться в рішенні комплексної проблеми проектування, будівництва й експлуатації суден сучасних типів, що могли б на рівних конкурувати з провідними "морськими" державами на фрахтовому ринку.

У створенні флоту нового покоління необхідно приділити увагу в першу чергу питанням удосконалення суднових енергетичних установок (СЕУ), оскільки витрати на енергоносії є визначальними в оцінці економічної ефективності використання того або іншого судна. Проведений у роботі аналіз удосконалення СЕУ в другій половині ХХ століття показав, що рушійною силою розвитку суднової енергетики в ці роки виступав нафтовий ринок.

В останні два десятиліття кардинальних змін у техніко-економічних параметрах СЕУ не відбулося. Не стала поштовхом для розвитку суднової енергетики і нова нафтова криза (за останні 2 роки ціна на сиру нафту знову зросла більш, ніж у 3 рази і досягла 70 дол. за 1 барель). Мабуть, проектувальниками і суднобудівними фірмами досягнутий певний рубіж, перебороти який у рамках використання сучасних матеріалів і технологій не вважається можливим. Тому слід змінити методологію, відмовившись від ідеї підвищення експлуатаційної економічності, як єдиного критерію удосконалення СЕУ.

Із середини минулого сторіччя поширюється переконання, що зростаюча спеціалізація і роздробленість дослідницьких областей переборюється за допомогою узагальнюючої методології, що охоплює різні спеціальності, побудови моделей технічних систем. Загальна теорія систем і кібернетика виникли незалежно одна від одної, проте розвиваються в єдиному руслі, тим самим додаючи нове життя старим філософським концепціям. Саме вони обґрунтували раціонально уточнену холістську парадигму "постсучасної науки". Вихідний пункт такого моделювання - ситуація людських потреб. Задача соціотехнічного моделювання полягає в подоланні розбіжностей між існуючим дійсним станом навколишнього середовища та бажаним цільовим станом.

Під технічною системою (ТС) відповідно до принципів соціотехнічного моделювання прийнято розуміти сукупність взаємопов'язаних елементів, яка використується для цілеспрямованої зміни стану і властивостей навколишнього середовища. Сучасний стан науки і техніки не дозволяє при прийнятних витратах на проектування і виробництво створювати ТС, які б не вимагали проведення робіт з технічного обслуговування і ремонту в процесі експлуатації. Крім того, не виключена можливість аварій та виникнення ушкоджень, для усунення яких необхідні ремонтні роботи. Тому одним з основних вимог до систем є їх ремонтоздатність - властивість, яка полягає в пристосуванні до попередження і виявлення причин виникнення відмовлень, ушкоджень і усуненню їхніх наслідків шляхом проведення ремонтів і технічного обслуговування.

Ремонтоздатну технічну систему (РТС) можна визначити як технічну систему з тривалим життєвим циклом, у якій дефекти, що виникли в процесі експлуатації і які перешкоджають нормальному виконанню обумовлених функцій, можуть бути усунуті на основі проектів ремонту.

Сучасна РТС являє собою єдиний технічний комплекс різнорідних елементів устаткування зі складною схемою технологічних зв'язків. У цьому комплексі одночасно протікають і тісно взаємодіють різні механічні, фізико-хімічні, біологічні й інші процеси, спільно застосовуються різні види і фази енергоносіїв, різноманітні матеріали. РТС може мати безліч технологічних схем; у ній можуть знайти застосування різноманітні типи конструкцій і компонувань устаткування. Тому вибір оптимальних параметрів будь-якої РТС означає повне охоплення всіх зовнішніх і внутрішніх технічних і економічних факторів з урахуванням численних факторів, що діють у конкретній сукупності елементів устаткування РТС.

У роботі показана доцільність використання методологій управління проектами при пошуку конструкторських, технологічних і управлінських шляхів рішення задачі удосконалення технічної системи. Підставою для такого висновку послужили результати проведеного аналітичного огляду дефініцій і ознак "проект" і "управління проектами" у вітчизняній та іноземній науковій літературі.

Виходячи із загальних принципів проектно-орієнтованого управління й особливостей задачі, яка розв'язується, пропонується розглядати задачу оптимізації РТС як проект, що складається з двох підпроектов: "Розробка РТС" і "Функціонування РТС". У перший підпроект входять такі фази життєвого циклу продукту, як проектування і виробництво, а в другий - експлуатація, ремонт і утилізація. При цьому серед фахівців проектного управління відсутня єдність поглядів з питання, чи можна вважати проектом стадію експлуатації, або це - операція по використанню корисних властивостей продукту. На рис. 1 запропонована структура проекту, що являє собою струнку, ієрархічну його декомпозицію на складові частини (підпроекти, фази), необхідні і достатні для планування і контролю здійснення проекту учасниками й іншими зацікавленими особами. Прийнята структуризація виправдана ще й тривалістю підпроектів, перший з яких можна вважати короткостроковим, тоді як підпроект "Функціонування РТС" триває іноді десятиліттями. Протягом цього часу міняються власники системи і ринок, на якому використовуються РТС, підходи і методи рішення окремих задач, але місія (генеральна мета) проекту залишається незмінною.

Генеральною метою проекту з удосконалення РТС є визначення такого сполучення робочих і компоновочных параметрів РТС на стадії проектування, режимів роботи в експлуатації, періодичності й обсягів ремонтних робіт, при яких власник одержує максимальний сумарний ефект, забезпечуючи виконання системою всіх необхідних функцій при умові виконання вимог з надійності і безпеки протягом усього життєвого циклу РТС.

Величина сумарного ефекту може бути визначена із виразу:

де - період функціонування системи;

- первісна вартість системи;

- сумарний зведений дохід за весь термін служби;

- сумарні витрати на ремонт системи;

- залишкова вартість системи до кінця періоду функціонування з урахуванням утилізаційних витрат.

Рис. 1. Структура проекту оптимізації РТС

При розрахунку сумарного ефекту доцільно використовувати безрозмірні величини, віднесені до вартості нової системи на момент її придбання. У цьому випадку сумарний ефект складе:

З огляду на той факт, що життєвий цикл судна є тривалим, аналіз його ефективності неможливий без використання концепції зміни вартості коштів у часі (дисконтування). Формула для визначення приведеної суми витрат PV з урахуванням дисконтування має такий вид:

де - норми прибутку в 1-й, 2-й, 3-й, -й роки відповідно;

Е_t - величина ефекту за t років функціонування РТС;

- термін функціонування судна.

Наприкінці першого розділу сформульовані основні задачі, що потребують вирішення на різних стадіях життєвого циклу СЭУ, у рамках досягнення загальної мети проекту:

під час фази проектування:

- розробка моделі життєвого циклу суднової енергетичної установки;

- визначення критерію комплексної оцінки системи і її елементів;

- вибір показників конструктивної і технологічної досконалості проектуємих виробів;

- оптимізація робочих параметрів і режимів роботи СЭУ;

- прогнозування зміни стану системи і її окремих елементів в процесі експлуатації;

- розробка стратегії функціонування РТС, що включає визначення оптимального терміну служби системи, планування термінів проведення і номенклатури ремонтних робіт, розрахунок необхідної кількості змінно-запасних частин;

під час фази виробництва:

- оптимізація технологічних процесів виготовлення деталей і вузлів суднових технічних засобів і їхнього монтажу;

- проектно-орієнтоване управління бюджетом, термінами і якістю виробництва;

- корегування стратегії функціонування з урахуванням результатів фази виробництва;

під час процесу експлуатації:

- визначення оптимальних робочих параметрів і режимів роботи СЭУ;

- моніторинг процесу "старіння" системи і її елементів;

- коректування стратегії функціонування на основі аналізу фактичного стану суднових технічних засобів;

під час фази ремонту:

- оптимізація технологічних процесів відновлення властивостей і розмірів деталей і вузлів суднових технічних засобів і їхнього монтажу;

- проектно-орієнтоване керування бюджетом, термінами і якістю ремонту системи;

- корегування стратегії функціонування з урахуванням результатів фази ремонту.

Другий розділ дисертації присвячено розробці моделі проактивного управління судновою енергетичною установкою на основі теорії графів. СЕУ являє собою єдиний складний комплекс різнорідних елементів устаткування і споруджень, призначений для вироблення теплової й електричної енергії шляхом одночасного безперервного здійснення різних взаємозалежних процесів реального циклу.

У загальній постановці задача комплексного удосконалювання СЭУ включає оптимізацію:

виду теплової схеми;

термодинамічних, видаткових, конструктивних і компоновочних параметрів на етапі проектування судна;

технології монтажу СЕУ і її окремих елементів при будівництві судна;

режимів роботи установки;

стратегії технічного обслуговування і ремонту в період експлуатації;

термінів і технології модернізації або утилізації СЕУ.

Для вирішення комплексної задачі оптимізації функціонування енергетичної установки її математична модель розділена на такі блоки:

систему балансових рівнянь;

систему обмежень, яка обумовлена характеристиками елементів устаткування;

цільову функцію.

У систему балансових рівнянь входять:

- закон збереження енергії;

- закон збереження мас (витрат) для кожного з енергоносіїв;

- рівняння гідравлічного (аеродинамічного) балансу для енергоносіїв у кожному елементі устаткування;

- рівняння зміни ентальпії енергоносіїв у кожному з елементів устаткування.

Між параметрами і технологічними характеристиками окремих елементів устаткування енергетичної установки мають місце складні залежності різного роду. Визначення цих залежностей є задачею спільного теплового, гідравлічного, аеродинамічного і міцністного розрахунків елементів. Як основні характеристики для теплосилової частини установки приймаються:

характеристики зміни тиску, ентальпії і середньої швидкості потоку енергоносіїв у кожному з елементів устаткування;

характеристики найбільшої допустимої температури і мінімальної товщини стінок для кожного елемента устаткування в залежності від матеріалу, з якого даний елемент виготовлений;

- характеристики витрати матеріалів для кожного з елементів устаткування.

Термодинамічні, видаткові і конструктивні параметри установки не можуть приймати довільні значення, а можуть змінюватися лише в межах фізично можливих і технічно здійсненних станів енергоносіїв і конструкцій, а також у межах технічно припустимих початкових і експлуатаційних станів матеріалів в елементах устаткування. Зазначені обмеження для різних елементів устаткування, матеріалів і енергоносіїв відбиваються у виді нерівностей, що характеризують область припустимих значень відповідних параметрів. ремонтоздатний технічний витрати надійність

Система балансових рівнянь і система обмежень визначають у багатомірному просторі перемінних область припустимих рішень проектів СЕУ. Термодинамічні, видаткові і конструктивні параметри в процесі оптимізації можуть приймати лише такі значення, що знаходяться усередині або на межі даної області. Геометрично припустима область у силу розмаїтості характеру обмежень має досить складну структуру.

Цільова функція вибору оптимального рішення з області припустимих рішень має вигляд:

де i - етап життєвого циклу СЕУ;

j - потоки енергоносіїв;

k - елемент СЕУ;

С_ik - складові витрат на елементи СЕУ;

С_ij - складові витрат на енергоносії СЕУ;

Е - загальні витрати судновласника за весь період життєвого циклу.

На підставі розгляду достоїнств і недоліків існуючих методів рішення нелінійних багатофакторних екстремальних задач запропонована така послідовність моделювання життєвого циклу суднової енергетичної установки:

- на підставі експертного аналізу типу й основних характеристик судна (швидкість ходу, вантажомісткість і ін.) вибирається тип установки (двигун внутрішнього згоряння, паротурбінна установка, газотурбінна установка);

- складається модель системи балансових рівнянь і обмежень, з рішення якої визначаються склад, термодинамічні і видаткові параметри роботи СЕУ;

- моделюється життєвий цикл СЕУ: визначається оптимальний термін служби, прогнозується зміна техніко-економічних параметрів роботи установки в процесі експлуатації, плануються терміни й обсяги ремонтних робіт;

- розраховуються складові цільової функції і сумарна величина витрат на забезпечення функціонування СЕУ на всіх етапах життєвого циклу.

У дисертаційній роботі проаналізовані джерела й орієнтовані значення похибок, що виникають у ході рішення задачі моделювання СЭУ. Показано, що основною причиною помилок є відсутність інформації про можливу зміну значень вихідних даних протягом життєвого циклу проекту. Запропоновано методику обліку погрішностей на підставі використання методу критичних ланцюгів Голдратта.

Третій розділ дисертаційної роботи присвячений розробці основ теорії "старіння" технічних систем у процесі функціонування. Для комплексної оцінки стану технічної системи з погляду її споживчих властивостей запропоновано використовувати критерій "функціональний стан системи" (FS).

Під функціональним станом (узагальненою характеристикою службових властивостей) системи розуміється її здатність і потенційні можливості виконання своїх функцій у межах припустимих відхилень по якості й економічності протягом терміну служби за умови дотримання оптимальної стратегії фаз ремонту.

Значення функціонального стану системи, що знаходиться в сфері споживання, визначається часом її використання FS = f (t) і залежить від стану окремих елементів системи. У будь-який момент часу t чисельне значення функціонального стану елемента дорівнює відношенню значення поточної залишкової вартості даного елемента до його первісної вартості.

У кожній системі слід виділити дві групи елементів:

конструктивні - усі деталі, що окремо виготовляються і входять до складу системи, незалежно від матеріалу виготовлення, розмірів і форми;

неконструктивні - невідокремлювані елементи, що забезпечують активний зв'язок або нормальне функціонування всіх елементів при експлуатації системи.

Таким чином, перша складова критерію функціонального стану системи виражає суму функціональних станів її конструктивних, а друга - її неконструктивних елементів:

(1)

де FS_{Ki -} значення параметра стану i-го конструктивного елемента;

n - кількість конструктивних елементів;

_кi - коефіцієнт впливу функціонального стану i-го конструктивного елемента на стан системи;

FS_{Hj -} значення параметра стану j-го неконструктивного елемента;

m - кількість неконструктивних елементів;

_нj - коефіцієнт впливу функціонального стану j-го неконструктивного елемента на стан системи.

Значення коефіцієнтів впливу _кi і _нj визначаються відношенням вартості елемента до вартості системи на момент її виробництва.

За характером змін функціонального стану конструктивні елементи можна розділити на чотири групи:

незмінювані неремонтоздатні конструктивні елементи, тобто конструктивні елементи, що за період експлуатації системи не потрібно ні заміняти, ні ремонтувати;

змінювані неремонтоздатні конструктивні елементи, що за період експлуатації системи потрібно заміняти n_i - 1 раз;

незмінювані ремонтоздатні конструктивні елементи, що виконують свої службові функції протягом усього періоду експлуатації, але за умови їхнього періодичного ремонту m_i -1 раз;

змінювані ремонтоздатні конструктивні елементи, що за період експлуатації системи n_i - 1 раз заміняють і крім того ремонтують кожний з них m_i -1 раз.

Графік зміни значення функціонального стану окремого елемента в процесі функціонування системи названо графіком "старіння" відповідного елемента системи. На рис. 2 наведено приклад побудови графіків "старіння" конструктивних елементів РТС різних груп. В дисертаційній роботі показано приклад побудови графіка "старіння" циліндро-поршневої групи суднового ДВЗ.

Використання параметра функціонального стану як критерія для аналізу зміни технічного стану системи в процесі функціонування дозволив ввести ряд додаткових коефіцієнтів, які інтегрально описують такі показники системи, як надійність, довговічність, ремонтоздатність тощо. До таких техніко-економічних експлуатаційних показників віднесені:

- коефіцієнт рівноміцності;

- коефіцієнт стабільності регулювань;

- коефіцієнт довговічності;

- коефіцієнт ремонтоздатності;

- питомий функціональний стан системи.

Рис.2. Графіки "старіння" конструктивних елементів РТС

В дисертації отримані залежності, які дозволяють кількісно визначити значення показників, що визначають конструктивну і технологічну досконалість конструктивних і неконструктивних елементів складних технічних систем.

Закон зміни значення параметра функціонального стану РТС в процесі функціонування задається на підставі аналізу процесу "старіння" елементів аналогічних РТС. У дійсності реальна картина зміни стану окремих елементів і всієї системи унікальна. Навіть, якщо РТС виготовляються за одним проектом, умови виробництва, режими функціонування і багато інших факторів призведуть до того, що після невеликого періоду експлуатації ці системи будуть значно відрізнятися одна від іншої. В той же час для забезпечення управління проектом функціонування РТС необхідні дані про реальний стан системи і її елементів у процесі експлуатації. Для досягнення цієї мети доцільно використання експертних систем прогнозування зміни функціонального стану РТС.

Запропонована в роботі експертна система працює в двох режимах: реального часу і детальної діагностики. В режимі реального часу виконується введення і розрахунок основних експлуатаційних параметрів, після чого проводится їхня оцінка і видача висновку про задовільний технічний стан агрегату з записом даних у базу або, при незадовільному стані, перехід до режиму детальної діагностики.

У режимі детальної діагностики користувачеві надається отримана на підставі обробки всіх попередніх результатів діагностування інформація про кількість порушень технічного стану механізму і найбільш ймовірних вузлах, у яких могла виникнути несправність. Здійснивши вибір одного з запропонованих експертною системою вузлів, користувач уводить додаткові діагностичні параметри, що характеризують стан даного вузла. У результаті розрахунку проводиться оцінка стану вузла і вибір причини несправності з запропонованої матриці. Надалі результати діагностування заносяться в базу знань.

Розроблено алгоритм експертної системи, що дозволяє визначати значення функціонального стану окремих елементів і всієї системи в цілому, використовуючи результати безрозбірного діагностування без виведення установки з експлуатації. У будь-який момент часу t можна визначити параметр FS функціонального стану системи за формулою (1). З іншого боку, якщо в цей момент зробити безрозбірну діагностику, то прогнозованому значенню функціонального стану системи буде відповідати n-мірний вектор значень діагностичних параметрів D_n. Отже, функціональний стан РТС можна представити у виді функції діагностичних параметрів:

Сьогодні відома безліч чисельних методів автоматичного пошуку структури апроксимуючого полінома при регресійному описі об'єкта дослідження. У дисертації запропонований оригінальний алгоритм визначення коефіцієнтів регресії і парної кореляції на підставі методу малих відхилень.

Як приклад розроблена модель, що дозволяє прогнозувати зміну ефективної витрати палива на СЕУ в залежності від зміни її стану в процесі експлуатації. Перевірка моделі на реальних даних показала, що похибка розрахунку збільшення норми витрати палива складає 0,4 % при зміні аргументу (значення параметра функціонального стану) до 25 - 30 %.

Четвертий розділ присвячений питанням проектування життєвого циклу РТС і містить у собі рішення таких задач:

визначення оптимального терміну служби системи;

вибір термінів і призначення номенклатури ремонтних робіт;

розрахунок необхідної кількості змінно-запасних частин.

Існує велика кількість підходів до визначення оптимальних термінів експлуатації машин і механізмів, але усі вони зводяться до визначення терміну, після якого механізм не підлягає ремонтові або його ремонт економічно недоцільний. У роботі запропоновано розглядати оптимальний термін функціонування РТС не як єдиний момент часу, а як період між максимальним значенням інтенсивності одержуваного ефекту (точка t₁) і максимумом самого ефекту (точка t₂) (див. рис. 3).

Рис. 3. Визначення оптимального строку служби РТС

У даному інтервалі часу користувач повинен визначити момент виведення системи з експлуатації на підставі додаткових факторів (стан ринку, можливість швидкого придбання нової системи тощо).

Для вирішення проблеми визначення оптимальних термінів проведення і визначення номенклатури ремонтних робіт в процесі функціонування РТС пропонується метод, названий "методом полюсів". Проведення ремонтних робіт пов'язано з виведенням системи з експлуатації, необхідністю виконання супровідних робіт (розбирання-збирання, дефектація тощо). Тому до часу проведення ремонту як до магнітного полюса "притягуються" елементи, ресурс яким ще цілком невичерпаний.

Алгоритм "методу полюсів" полягає в наступному:

- визначається час настання ремонту елемента, який має мінімальний термін служби. Відповідна точка на вісі часу називається першим ремонтним полюсом системи Р₁. Область можливого притягання обмежена наступним ремонтом даного елемента;

- якщо перенос часу ремонту наступного елемента в точку Р₁ не збільшує загальну кількість таких ремонтів за весь період функціонування системи, вважаємо, що час ремонту такого елемента знаходиться в зоні абсолютного притягання і переносимо термін його проведення в полюс Р₁;

- якщо при переносі з'являється необхідність у проведенні додаткового ремонту, то доцільність переміщення даної ремонтної роботи в полюс Р₁ визначається за знаком критерію притяжіння К_пр

;

де - дохід від функціонування системи за 1 день експлуатації;

- первісна вартість системи;

- час проведення "баластних" робіт;

- сума відносин вартості ремонтних робіт у досліджуваний момент часу до початкової вартості системи.

Якщо критерій притяжіння виявляється позитивним, то дана ремонтна робота знаходиться в зоні відносного притяжіння до полюса, і ремонт цих елементів проводиться в момент Р₁. В противному випадку час настання даного дефекту стає новим ремонтним полюсом Р₂.

У роботі наведено аналіз прикладних програм, що дозволяють вирішувати ті або інші задачі управління технічним станом РТС. Показано, що жодна з існуючих програм не дає можливість вирішити проблему комплексної оптимізації технічної системи протягом всього життєвого циклу. Запропоновано схему алгоритма і створений програмний комплекс "Моделювання" з метою моделювання процесу експлуатації системи в режимі реального часу.

У п'ятому розділі розглянуті питання низки галузей знань управління проектами (управління змістом, вартістю, ресурсами, якістю) стосовно до двох фаз проекту удосконалення РТС - виробництва і ремонту. Об'єднання цих двох фаз пояснюється двома причинами:

- продуктом, одержуваним у результаті обох фаз, є система в працездатному стані, тобто такому, що готова для виконання запланованих функцій;

- в основі змісту фаз виробництва і ремонту лежать технологічні процеси - цілеспрямована діяльність по перетворенню вихідних сировини і матеріалів у товарну продукцію.

На основі застосування загальної методології управління проектами з урахуванням особливостей процесів управління виробництвом і ремонтом технічних систем у даному розділі розроблена методика проектування технологічних процесів.

У роботі запропонована модель комплексної системи управління термінами, вартістю і якістю фази ремонту РТС, що включає в себе такі етапи:

виходячи з технічних вимог до РТС і результатів дефектації формуються масиви технологічних процесів, що можуть бути реалізованими на даному підприємстві, у випадку успішної реалізації яких забезпечується необхідна якість ремонту даного елемента;

для кожного з відібраних технологічних процесів прогнозується трудомісткість і нормативним методом оцінюється собівартість кожної операції і процесу в цілому;

масиви технологічних процесів ремонту окремих елементів розподіляються по зростанню собівартості, з кожного масиву вибирається процес з найменшою собівартістю, розробляється сітьова модель ремонту РТС, розраховується тривалість ремонту системи, будується гістограма завантаження кожного з видів ресурсів;

якщо обрана модель технологічного процесу ремонту РТС не задовольняє обмеженням по термінах (розрахункова тривалість ремонту більше контрактної) або якості (значення функціонального стану будь-якого з елементів після ремонту нижче мінімально припустимого), цей варіант технології ремонту РТС виключається з розгляду. З матриці технологічних процесів, розташованих на критичному шляху в сітьовій моделі ремонту, вибирається наступний технологічний процес, після чого знову розробляється сітьова модель і повторюється розрахунок її параметрів;

якщо терміни і якість у розглянутому технологічному процесі ремонту РТС задовольняють умови контракту, розглянутий варіант приймається як основний.

В останні роки методологія управління проектами використовується усе ширше й охоплює усе більше число операцій і нові галузі економіки. Усе більше організацій переходять на спосіб "управління через проекти". Однак це означає, що вся операційна діяльність може або повинна підрозділятися на проекти. Прийняття підходу "управління через проекти" припускає також введення організаційної культури, що подібна до культури управління проектами. Такий підхід приводить до зміни стратегії і цілей підприємства, модернізує систему планування й оперативного управління трудовими і матеріальними ресурсами.

В шостому розділі показані особливості проектно-орієнтованого управління спеціалізованими ремонтними організаціями на прикладі судноремонтної галузі. Проаналізовані різні концепції організації системи технічного обслуговування і ремонту суден, які спрямовані на підвищення ефективності і конкурентноздатності судноремонтного виробництва і використовувались на СРЗ у 70 - 80 -і роки минулого століття. Обґрунтована доцільність застосування методології проектно-орієнтованого управління для розробки стратегії розвитку судноремонтної галузі України. Виходячи з особливостей судноремонтного виробництва, результатів аналізу поточного стану діючих СРЗ і прогнозу змін ринку судноремонтних послуг сформульовані місія і визначені довгострокові і короткострокові цілі розвитку виробництва.

Місія ремонтного виробництва визначена як організація і виконання в межах установленого бюджету часу робіт з відновлення працездатності РТС до рівня, що гарантує надійну і безпечну експлуатацію протягом міжремонтного періоду, використовуючи мінімум приведених сукупних витрат власника.

Запропоновано оригінальну методику моделювання процесу надходження і витрати матеріалів на складі ремонтного підприємства. Використання цієї методики дозволяє оптимізувати організацію матеріально-технічного постачання. Як критерій оптимізації виступає функція сумарних витрат від придбання і збереження матеріалів з урахуванням недоотриманого прибутку в зв'язку з можливою втратою клієнта.

Крім вирішених у дисертаційному дослідженні задач, її результати можна вважати теоретичним фундаментом для проведення досліджень у різних областях знань, спрямованих на підвищення ефективності використання технічних систем.

...