Проектно-орієнтоване управління життєвим циклом ремонтоздатних технічних систем

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.

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.

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).

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.

- 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 конкурентоздатності 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.

Висновок

У результаті виконаного дослідження здійснено теоретичне узагальнення і рішення наукової проблеми удосконалення РТС з позицій соціотехнічного підходу, тобто максимального задоволення потреб користувача. Робота спрямована на створення нових методологій управління проектами РТС і вносить істотний вклад у розвиток цієї галузі науки. Вона також є теоретичною основою удосконалення ремонтоздатних технічних систем як засобів перетворення навколишнього середовища в заданому напрямку. Справедливість результатів теоретичного вивчення продемонстрована на прикладі системи «судно» і її підсистеми - суднова енергетична установка.

Висновки, що відносяться до сукупності вирішених у дисертації задач, полягають у такому.

1. Показано обґрунтованість застосування методології управління проектами до вирішення задачі удосконалення РТС протягом усього життєвого циклу системи. Розроблено структуру такого проекту, який складається з підпроекту «Розробка РТС», до складу якого входять фази моделювання, проектування і продукування, і підпроекту «Функціонування РТС», що включає процеси експлуатації і проекти ремонту й утилізації.

2. Визначено місію і система 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 власник несе мінімальні витрати, забезпечуючи виконання системою всіх необхідних функцій і дотримуючись вимог надійності і безпеки протягом усього життєвого циклу.

3. Як цільову функцію оптимізації РТС запропоновано використовувати ефект, отриманий користувачем від цілеспрямованої зміни властивостей навколишнього середовища протягом заданого періоду часу шляхом експлуатації системи (різниця між отриманими доходами і понесеними витратами з урахуванням дисконтування).

4. Для рішення задачі оптимізації функціонування суднової енергетичної установки розроблена математична модель, що включає в себе такі блоки: систему балансових рівнянь, систему обмежень, обумовлену характеристиками елементів устаткування, цільову функцію. На підставі теорії графів розроблена математична модель СЕУ й алгоритм розрахунку її термодинамічних параметрів.

5. Проаналізовано джерела й орієнтовані значення похибок, що виникають у ході рішення задачі моделювання СЕУ. Доведено, що основною причиною помилок є відсутність інформації про можливу зміну значень вихідних даних протягом життєвого циклу проекту. Запропоновано методику урахування похибок і невизначеності вихідних даних на підставі використання теорії критичних ланцюгів у проектах удосконалення РТС.

6. Розроблені основи теорії «старіння» РТС. Вперше введений у розгляд комплексний критерій оцінки стану системи в процесі споживання - «функціональний стан» (FS). Запропоновано методику визначення і прогнозування зміни значення параметра FS у процесі експлуатації для окремих елементів і РТС у цілому.

7. Запропоновано метод кількісної оцінки таких якісних характеристик технічних систем як рівноміцність елементів К_С, стабільність регулювань К_ТОР, довговічність К_Д, ремонтоздатність К_Р, питомий функціональний стан _д.уд.

8. Запропоновано алгоритм і розроблена експертна система оцінки і прогнозування зміни функціонального стану РТС у процесі експлуатації за результатами безрозбірного діагностування.

9. На підставі аналізу різних підходів до оптимізації терміну служби РТС розроблена методика визначення оптимального періоду перебування системи в експлуатації. Оптимальним терміном служби технічного об'єкта запропоновано вважати період між двома моментами: часом, коли інтенсивність зростання сумарного ефекту досягає максимального значення, і часом, який відповідає максимальному значенню функції сумарного ефекту.

10. Розроблено метод планування термінів і номенклатури виконання ремонтних робіт, що дозволяє максимізувати сумарний ефект, одержаний від функціонування РТС за весь період його служби.

11. На підставі аналізу різних методів рішення оптимізаційних задач розроблена послідовність розрахунку параметрів роботи СЕУ, що включає:

- вибір типу установки (двигун внутрішнього згоряння, паротурбінна установка, газотурбінна установка тощо);

- складання системи балансових рівнянь, з рішення яких визначаються оптимальні склад, термодинамічні і видаткові параметри роботи СЕУ;

- моделювання життєвого циклу СЕУ: визначення оптимального терміну служби, прогнозування зміни техніко-економічних параметрів роботи установки в процесі експлуатації, планування термінів і обсягів ремонтних робіт;

- розрахунок коефіцієнтів цільової функції і сумарної величини витрат на забезпечення функціонування СЕУ на всіх етапах життєвого циклу.

12. На основі застосування загальної методології проектного менеджменту з урахуванням особливостей процесів управління виробництвом і ремонтом технічних систем, розроблена методика проектування технологічних процесів і модель комплексної системи управління термінами, вартістю і якістю ремонту РТС.

13. Обґрунтовано доцільність використання методології проектно-орієнтованого управління для розробки стратегії розвитку судноремонтної галузі України. Виходячи з особливостей судноремонтного виробництва, аналізу поточного стану діючих СРЗ і прогнозу змін ринку судноремонтних послуг сформульовані місія і визначені довгострокові і короткострокові цілі розвитку виробництва.

14. Результати досліджень знайшли відображення в проектах «Концепції державної морської політики України» і «Стратегії розвитку морського і річкового транспорту до 2011 року», розроблених фахівцями ОНМУ, використані на Одеському припортовому заводі, ДП НВКГ «Зоря» - «Машпроект», Іллічівському і Одеському СРЗ, інших підприємствах галузі.

стратегічний управління моделювання ремонтний

Размещено на Allbest.ru