Моделі та методи автоматизації управління обслуговуванням розосереджених парків засобів вимірювань складних технічних комплексів

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність теми досліджень. Розвиток галузей народного господарства, науки й техніки характеризується ростом рівня їх технічної оснащеності та значимості використовуваних ними складних технічних комплексів (СТК). Ефективність функціонування яких істотно залежить від їх технічного стану й умов експлуатації. При цьому значна кількість СТК є просторово рознесеними.

Такі складні технічні комплекси передбачають використання в їхньому складі розосереджених парків (РП) засобів вимірювання (ЗВ), які забезпечують одержання кількісної інформації про стан елементів і процеси, що протікають у них. У свою чергу, використання засобів вимірювань обумовлює необхідність їхнього обслуговування (періодичного планового або оперативного позапланового), що здійснюється шляхом повірки (калібрування, градуювання, юстировки, регулювання) або ремонту. Це вимагає управління обслуговуванням розосередженими парками засобів вимірювання складних технічних комплексів.

Проведення обслуговування засобів вимірювань передбачає їх тимчасове виключення зі складу СТК, що негативно позначається на ефективності їх функціонування, зокрема, призводить до зниження готовності цих комплексів. Зменшити тривалість відсутності ЗВ можна, в тому числі, проведенням їхнього обслуговування мобільними операційними елементами (ОЕ) в місцях експлуатації - центрах обслуговування (ЦО)

У теперішній час управління обслуговуванням розсерджених парків ЗВ у місцях їхньої експлуатації недостатньо підкріплено відповідними моделями та методами. Існуючі моделі припускають рішення відповідних завдань управління в неавтоматизованому режимі, внаслідок чого реалізуються наближені моделі й методи, а самі рішення не є раціональними. Так методи визначення складу та формування планів використання ОЕ не передбачають їхнього комплексного застосування. Ці недоліки не дозволяють повністю реалізувати потенційні можливості управління обслуговуванням розсерджених парків ЗВ складних технічних комплексів.

Таким чином, розробка комплексу моделей, методів та інформаційної технології автоматизації управління обслуговуванням розосереджених парків засобів вимірювань складних технічних комплексів є актуальною науково-технічною задачею.

Мета й завдання дослідження. Метою роботи є підвищення оперативності обслуговування розосереджених парків засобів вимірювань та забезпечення заданого рівня готовності складних технічних комплексів шляхом узгодження планових завдань з фактичними можливостями засобів обслуговування (операційних елементів).

Для досягнення цієї мети вирішені наступні задачі:

1) проаналізувати існуючі моделі, методи й інформаційну технологію автоматизованого управління обслуговуванням розосереджених парків засобів вимірювання СТК;

2) розробити модель управління обслуговуванням розосереджених парків засобів вимірювання операційними елементами;

3) удосконалити метод обґрунтування вимог до складу операційних елементів для планового обслуговування розсерджених парків засобів вимірювань;

4) удосконалити метод визначення складу технологічного обладнання каналів обслуговування операційних елементів;

5) удосконалити метод формування оперативного плану обслуговування розосереджених парків засобів вимірювання;

6) впровадити результати роботи в практику автоматизованого управління обслуговуванням розосереджених парків засобів вимірювання.

1. Аналіз особливостей управління обслуговуванням засобів вимірювання складних технічних комплексів, а також стану автоматизації управління обслуговуванням ЗВ у місцях їхньої експлуатації

Розглядаються способи організації обслуговування розосереджених парків засобів вимірювання й особливості ОЕ як об'єкта управління. Визначено два режими обслуговування засобів вимірювань: періодичний плановий та оперативний позаплановий. Зокрема проаналізовані показники ефективності обслуговування ЗВ складних технічних комплексів. Для кожного режиму Визначено протиріччя, що виникають при управлінні обслуговуванням засобів вимірювання СТК у місцях їхньої експлуатації. Оцінено вплив складу ОЕ й плану їх використання на ефективність проведення такого обслуговування. Розглянуто шляхи розв'язування існуючих протиріч. Визначені задачі, які необхідно вирішити, і методи їх досліджень. Розкривається взаємопов'язаність наукових задач та доводиться необхідність їх комплексного розв'язання.

2. Модель управління обслуговуванням розосереджених парків засобів вимірювання, що ґрунтується на системному представленні управління операційними елементами, яка на відміну від існуючих передбачає декомпозицію загальної та агрегування складових задач

Також в цьому розділі розв'язуються задачі, що підлягають автоматизації при управлінні плановим обслуговуванням розосереджених парків засобів вимірювання СТК, які потребують доопрацювання, а саме:

- обґрунтування вимог до складу операційних елементів для планового обслуговування розосереджених парків засобів вимірювань;

- визначення складу технологічного обладнання каналів обслуговування операційних елементів.

У формальному виді задача визначення раціонального складу операційних елементів при обслуговуванні заданого парку засобів вимірювань формулюється наступним чином. Показником оптимальності є мінімальна кількість операційних елементів Nopt при раціональній спеціалізації каналів обслуговування й оптимальному складі технологічного обладнання для їхньої комплектації. Параметрами, що змінюються в цій задачі є маршрути руху операційних елементів, тобто ; обмеження найбільший час знаходження на маршруті кожного з ОЕ, який не повинен перевищувати нормативно заданого часу - .

, (1)

при виконанні обмежень:

, , , , , (2)

де - елементи триіндексної таблиці розміром , що визначають час, проведення обслуговування ЗВ в -м ЦО -м ОЕ від моменту завершення обслуговування ЗВ в -м ЦО; - кількість ЦО у маршруті -го ОЕ. Елементи цієї таблиці визначаються по формулі: , при , , , , , де - множина ЦО, що входять у маршрут руху -го ОЕ, М множина ЦО в яких зосереджені ЗВ, - тривалість згортання -го ОЕ - час від моменту закінчення обслуговування ЗВ до виїзду із ЦО; - тривалість руху -го ОЕ з -го в -й ЦО; - тривалість підготовки до роботи в ЦО -го ОЕ - час від прибуття в ЦО до початку обслуговування ЗВ, .-час проведення робіт безпосередньо по обслуговуванню ЗВ в j-м ЦО -м ОЕ.

Це мінімаксна задача теорії розкладів для її розв'язання застосовується метод на основі методу гілок та меж для чого будується дерево рішень кожний рівень якого відповідає включенню чергового ЦО в маршрут кожного ОЕ.

Задача визначення складу технологічного обладнання КО формулюється наступним чином: для заданої номенклатури ЗВ s=1,..,S, що обслуговується необхідно визначити такий склад технологічного обладнання КО, що забезпечує їхнє обслуговування й при цьому буде оптимальним по обраному показнику оптимальності _ загальна вартість технологічного обладнання (ТО).

У цьому випадку формалізована постановка завдання оптимізації складу ТО представляється в такий спосіб:

, (3)

де xu - кількість одиниць ТО u-го типу; U - кількість елементів множини всіх типів ТО, які можуть бути використані в складі КО. Сама ця множина визначається як перетин множини всіх типів ТО, які можуть використатися для обслуговування заданої номенклатури ЗВ, і множини типів ТО, які можуть бути виділені для комплектування ОЕ (тільки для етапу використання парку ОЕ).

Склад ТО повинен забезпечити виконання всіх операцій обслуговування для всіх типів ЗВ. Це обмеження задається за допомогою загальної функціональної схеми обслуговування (ФСО), що представляє у вигляді логічної функції:

, (4)

де - часткова ФСО, логічна функція, що визначає можливість обслуговування ЗВ s-го типу складом технологічного обладнання.

Ця задача вирішується методом блокового 0-1-програмування. Для чого ФСО розбивається на частини з незалежними змінними и для кожної частини застосовується алгоритм бінарного пошуку на дереві рішень.

Задача оптимального розподілу КО по видах вимірів в ОЕ формулюється в такий спосіб: задані маршрут руху операційних елементів (склад ЦО, у яких проводиться обслуговування ЗВ) ; відомі необхідні трудовитрати часу на обслуговування ЗВ g-го виду вимірів в i-м ЦО ; відомо загальна кількість каналів обслуговування R. Потрібно визначити кількість КО для g-го виду вимірів, щоб при цьому час завершення роботи на маршруті Tp був мінімальним. При цьому загальна кількість каналів обслуговування в ОЕ не повинна перевищувати (з урахуванням особливостей завдання завжди буде дорівнювати) R. Тоді задача оптимального розподілу КО по видах вимірювань у формалізованому виді записуються в таким чином. Знайти такі , щоб:

, (5)

де - тривалість обслуговування ЗВ в i-м ЦО, при дотриманні обмеження на загальну кількість КО:, де G - кількість груп КО.

Розв'язання цієї задачі здійснюється методом повного перебору, приймаючи на увазі невелику кількість варіантів розподілу КО.

3. Метод формування оперативного плану обслуговування розосереджених парків засобів вимірювання

Задача формування раціонального плану обслуговування розосереджених парків засобів вимірювання формулюється наступним чином. Визначити для кожного ОЕ множину ЦО і порядок їхнього обслуговування , а також час роботи операційного елементу в кожному із ЦО , при яких кількість ЗВ, що обслуговуються з урахуванням їх пріоритетності, буде максимальною.

Математична модель, що описує раціональний план обслуговування ЗВ на основі формування оперативного плану використання ОЕ, може бути представлена у вигляді співвідношень:

(6)

при обмеженнях

; ; ; (7)

де ; ; - час, протягом якого k-й ОЕ проводить обслуговування ЗВ в i-м ЦО свого маршруту; - сумарна кількість ЗВ, обслужених всіма ОЕ; - сумарна кількість ЗВ, обслужених k-й ОЕ; - елемент тривимірної таблиці, що визначає час переїзду з i-го в j-й ЦО (i=0..М, j=1..М) для k-го ОЕ від моменту закінчення обслуговування ЗВ в i-м ЦО до початку їхнього обслуговування в j-м ЦО. Цей елемент характеризує невиробничі витрати часу ОЕ, пов'язані з переїздом між ЦО; - функція часу, що визначає кількість обслужених ЗВ в i-м ЦО k-м ОЕ. Кожна з них - елемент матриці розміру .

Для прийнятих допущень знаходження раціонального плану використання ОЕ припускає:

- вибір оптимального порядку обслуговування ЗВ у кожному ЦО шляхом визначення ;

- призначення для кожного ОЕ раціонального маршруту руху ;

- розподіл сумарного часу роботи кожного ОЕ між ЦО, що входять у його маршрут .

Таким чином, план застосування ОЕ визначає для кожного елемента склад і послідовність відвідування ЦО, а також тривалість обслуговування ЗВ у кожному із цих пунктів.

Для досягнення максимуму обраного показника ефективності, порядок обслуговування ЗВ повинен бути таким, щоб з моменту початку роботи ОЕ в ЦО до довільного моменту t кількість обслужених ЗВ було в середньому не менше, ніж при будь-якому іншому порядку обслуговування. Формально таке правило може бути записане так:

, (8)

де - оптимальний план обслуговування ЗВ; П - множина всіх можливих планів обслуговування засобів обслуговування.

Формування плану буде циклічним і багатоетапним:

- підготовчий етап - підготовка вихідних даних, конкретизація черговості обслуговування ЗВ і табулювання по t елементів ;

- перший етап - синтез плану використання операційних елементів для обслуговування засобів вимірювань у ЦО На цьому етапі здійснюється випадкове формування маршруту ОЄ доповнене процедурою його локального поліпшення з подальшою оптимізацією часу обслуговування засобів вимірювань в ЦО;

- другий етап - порівняння знову отриманого рішення із кращим, знайденим у попередніх циклах ("рекордом").

Перший і другий етап виконуються циклічно. Висновок про закінчення обчислень приймається за критерієм середньої близькості до оптимального варіанта. Ця близькість пов'язана з відношенням загальної кількості циклів до кількості циклів , при яких відбувалося поліпшення рішення . При середнє відхилення становить близько 1%. Пошук припиняється, коли виконується умова .

4. Інформаційна технологія рішення задач управління обслуговуванням розосереджених парків засобів вимірювання, яка ґрунтується на моделях та методах, що розроблені на попередніх етапах

Запропоновані структури інформаційних залежностей у моделі управління обслуговуванням РП засобів вимірювання СТК для планового та оперативного обслуговування.

Запропоноване АРМ «Управління обслуговуванням розосереджених парків засобів вимірювань», яке реалізоване за допомогою середовища програмування «DELPHI». До його складу входять наступні складові. Інтерфейсна частина складається з декількох пунктів, що відповідають частковим задачам управління обслуговуванням: підготовці вихідних даних, управління обслуговуванням РП засобів вимірювань у різних режимах (плановому та оперативному). Розрахункова частина, в якій реалізовані як запропоновані в попередніх розділах так и відомі раніше моделі та методи автоматизації управління обслуговуванням засобів вимірювань.Размещено на http://www.allbest.ru

Обгрунтування вимог до складу ОЕ Використання АРМ дозволяє також проводити попередній аналіз варіантів обслуговування розосереджених парків ЗВ.

В рамках запропонованого науково-методичного апарату розглядається приклад його використання для планування обслуговування розосередженого парку засобів вимірювань східного регіону для 21 центру обслуговування. Показано різницю для управлінських рішень при обслуговуванні парку ЗВ з урахуванням його розподілу по центрам обслуговування та без такого урахування. Доведено, що управлінські рішення, що отримані з використанням запропонованого математичного апарату дозволяють зменшити у середньому на 5-7 % час обслуговування розосереджених парків засобів вимірювань. Максимальне скорочення часу обслуговування складає 28%.

Висновки

розосереджений технологічний інформаційний

У дисертаційній роботі вирішено актуальну науково-технічну задачу розробки комплексу моделей, методів та інформаційної технології автоматизації управління обслуговуванням розосереджених парків засобів вимірювання складних технічних комплексів.

Ця задача має важливе значення для планування та організації обслуговування розосереджених парків засобів вимірювань в місцях їх експлуатації за допомогою операційних елементів, що забезпечить узгодження задач обслуговування з можливостями засобів обслуговування.

Основні результати досліджень:

1. Проведено аналіз моделей, методів та інформаційної технології управління обслуговуванням розподілених парків засобів вимірювань складних технічних комплексів. Обґрунтовано вибір методів дослідження, а саме системний аналіз, методи дослідження операцій, зокрема дискретної оптимізації, теорії розкладів та розподілу обмежених ресурсів.

2. Створена модель управління обслуговуванням розосереджених парків засобів вимірювань операційними елементами, що грунтується на системному представленні такого управління, яка на відміну від існуючих передбачає декомпозицію загальної та агрегування складових задач управління, що дозволяє узгодити задачі обслуговування з можливостями операційних елементів для прийняття обгрунтованих рішень. Декомпозиція задачі управління обслуговуванням розосереджених парків засобів вимірювань свідчить про наявність двох режимів обслуговування: планового та оперативного. Подальший аналіз кожного з цих режимів дозволив визначити задачі управління, які потребують удосконалення методів їх вирішення в рамках створеної моделі.

3. Удосконалений метод обґрунтування вимог до складу операційних елементів для планового обслуговування розсерджених парків засобів вимірювань, в частині урахування впливу їх структури на порядок обслуговування, що забезпечує підтримання заданого рівня готовності СТК. Метод заснований на комплексному використанні послідовного перебору та методу гілок та меж, що дозволяє отримувати необхідну кількість операційних елементів та їх раціональних маршрутів.

4. Удосконалений метод формування оперативного плану обслуговування розосереджених парків засобів вимірювань, доопрацьований в частині спільного урахування пріоритетності та порядку обслуговування засобів вимірювань, що забезпечує формування раціонального плану використання операційних елементів. Метод заснований на сукупному використанні методу випадкового пошуку з локальним поліпшенням плану та методу оптимізації з обмеженнями.

5. Дістал подальшого розвитку метод визначення складу технологічного обладнання каналів обслуговування операційних елементів, в частині пов'язаній з інтеграцією та оптимізацією операцій обслуговування засобів вимірювань, що забезпечує обґрунтування складу обладнання з урахуванням заданої номенклатури засобів вимірювань, які обслуговуються. Він базується на методі бінарного пошуку з використанням блокової оптимізації.

6. Запропоновано структуру та програмний інструментарій АРМ "Управління обслуговуванням розосереджених парків засобів вимірювань", що базується на запропонованих моделях та методах управління обслуговуванням засобів вимірювань.

7. Практичне значення наукових результатів підтверджується їхнім впровадженням у організаціях, що займаються управлінням обслуговуванням засобів вимірювань, а також в учбовому процесі Харківського військового університету.

8. Розроблені моделі та методи можуть бути використані при аналізі та синтезі підсистеми управління обслуговуванням розподілених систем, формуванні планів використання операційних елементів.

Практичне використання результатів дисертаційної роботи дозволяє:

_ здійснити формування обґрунтованих управлінських рішень для планового та оперативного обслуговування розподілених парків засобів вимірювань;

_ формувати раціональні вимоги до складу операційних елементів та плани їх використання для обслуговування розосереджених парків засобів вимірювань з урахуванням структури цих парків;

_ підвищити оперативність обслуговування розосереджених парків засобів вимірювань та забезпечити заданий рівень готовності складних технічних комплексів.

Література

1. Морозов А.А. Определение необходимого количества подвижных лабораторий измерительной техники для метрологического обслуживания войсковой измерительной техники регионов / А.А. Морозов, А.Б. Чернов // Украинский метрологический журнал. - 1999. - № 1.- С. 58-59.

2. Морозов О.О. Вибір способу обслуговування засобів вимірювального контролю для систем з підвищеними вимогами до готовності / О.О. Морозов, А.Б. Чернов // Системи озброєння і військова техніка. - 2007. - № 1(9). - С. 50-52.

3. Морозов А.А. Формирование требований к операционным элементам системы обслуживания средств измерительного контроля / А.А. Морозов, А.Б. Чернов // Системи обробки інформації. - Харків: Харківський університет повітряних сил, 2007. - Вип. 2(60). - С. 58-62.

4. Морозов А.А. Оптимизация планов использования подвижных метрологических лабораторий / А.А. Морозов, А.Б. Чернов // Системи обробки iнформацii. - Харків: Харківський військовий університет, 2000.- Вип. 2(8).- C. 30-33.

5. Морозов А.А. Способ распределенной поверки средств измерений / А.А. Морозов, А.Б. Чернов // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства “Проблеми енергозабезпечення та енергозбереження в АПК України”. - Харків, ХДТУСГ, 2003.- . Т 2., Вип.19. - С. 111-115.

6. Морозов А.А. Метод оптимального распределения рабочих мест по видам измерений выездной метрологической группы / А.А. Морозов, А.Б. Чернов // Збірник наукових праць Харківського університету Повітряних Сил. - Харків: ХУПС, 2006. - Вип. 1(7). - С.96-98.

Размещено на Allbest.ru