Харківський національний університет радіоелектроніки

Сімкіна Раїса Артемівна

УДК 658:012.011.56+621.643/644.004.67

МОДЕЛІ І АЛГОРИТМИ СИСТЕМИ ПІДТРИМКИ ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ З РЕМОНТНОГО ОБСЛУГОВУВАННЯ ОБЛАДНАННЯ

05.13.06 - „Автоматизовані системи управління і прогресивні

інформаційні технології”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському національному університеті радіоелектроніки Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: | доктор технічних наук, професор

Левикін Віктор Макарович,

Харківський національний університет радіоелектроніки,

зав. кафедрою ІУС,

директор інституту КІТ |

Офіційні опоненти:

д-р техн. наук, професор, Федорович Олег Євгенович, Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського, „Харківський авіаційний інститут”, завідувач кафедри Інформаційних управляючих систем

канд. техн. наук, доцент, Танянський Сергій Станіславович, Національний університет внутрішніх справ МВС України, м. Харків, доцент кафедри Інформаційних систем і технологій в діяльності ОВС.

Провідна установа:

Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”, м. Київ, Міністерство освіти і науки України, кафедра технічної кібернетики.

Захист відбудеться “ 28 ” квітня 2004 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .052.01 Харківського національного університету радіоелектроніки за адресою пр. Леніна, 14, м. Харків, 61166; т. 702-14-59

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського національного університету радіоелектроніки за адресою пр. Леніна,14, м. Харків,61166; т. 702-14-46.

Автореферат розісланий “ 23 ” березня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Саєнко В.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Під час експлуатації стан енергомеханічного обладнання за фактичним зносом стає таким, що подальша його експлуатація стає економічно недоцільною та небезпечною. Достатню працездатність можна забезпечити дотриманням режимів експлуатації та своєчасним якісним проведенням планово-попереджувальних ремонтів (ППР) і технічних обслуговувань (ТО). Система ППР – це сукупність запланованих організаційно-технічних заходів з нагляду та ремонтного обслуговування (РО) з метою попередити знос та підтримати працездатність обладнання. Раціональне планування ППР для одиниці обладнання – це, в основному, визначення дат початку ремонтів за раціональними стратегіями планування. У більшості галузей промисловості планування ремонтів здійснюється за стратегією вироблення фактичного ресурсу, надійність, та стан одиниць обладнання не приймають до уваги. Таке РО вимагає зайвих витрат на ремонти обладнання, яке перебуває у задовільному стані, та на заміну обладнання, яке аварійно вийшло з ладу, та не було вчасно відремонтоване за погіршенням стану.

Загальну теорію капітального ремонту у межах теорії надійності механізмів почали створювати відомі вчені Сухарєв Е.А., Проніков А.С., Барлоу Р. Робились спроби перейти на РО за фактичним станом у газовій промисловості. Повна модель та алгоритми системи підтримки прийняття рішень (СППР) у складі функціональної моделі, алгоритмічного, інформаційного та програмного забезпечень не були створені. На відміну від окремих задач, запропоновано модель та алгоритми СППР, які дають можливість планувати РО раціонально, зі значним економічним ефектом, досягнутим завдяки зменшенню кількості ремонтів, підвищенню надійності та безпеки експлуатації обладнання, економії паливно-енергетичних ресурсів. Запропоновані моделі та алгоритми СППР РО теоретично та практично актуальні. Їх можна використовувати у промисловості України для раціоналізації РО обладнання довільного виду зі значним економічним ефектом.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Розроблення АСУ РО обладнання включено до галузевої “Програми науково-технічного прогресу ДК “Укртрансгаз” до 2030 р.”, яка є невід’ємною частиною Енергетичної стратегії України. Базовими для неї є 5 НДР, виконаних здобувачем у НДПІАСУтрансгаз (номери держреєстрації 0198U001538, 0199U001283, 0101U002496, 0102U002101, 0103U003158), найважливішими з яких були “Розробка і впровадження автоматизованої системи планування ремонтів всіх видів обладнання АГНКС і КС” та “Розроблення стандарту підприємства з планування і виконання ремонтів основного енергомеханічного обладнання КС”. Для вказаних НДР автор дисертації була керівником та виконавицею у розробленні методичного, алгоритмічного, інформаційного та програмного забезпечення.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є наукове обґрунтування і створення моделей та алгоритмів СППР РО з раціоналізацією планування ремонтів для одиниці обладнання за найкритичнішою стратегією планування, переведення РО на обслуговування за фактичним станом.

Задачі дослідження. Формалізування процесу РО та створення СППР; розроблення математичної моделі визначення нормованих інтегральних показників роботи одиниці обладнання за стратегіями планування ремонтів; логічне моделювання процесу прийняття керівних рішень щодо РО з розробленням бази алгоритмів (БА); моделювання бази даних (БД) за предметною областю; практична реалізація СППР РО для газоперекачувального обладнання; аналізування результатів впровадження СППР РО у газотранспортній галузі.

Об’єктом дослідження є система керування процесом ремонтного та технічного обслуговування обладнання. Предметом дослідження є моделі та алгоритми СППР РО з чисельним визначенням нормованих інтегральних показників стану одиниці обладнання за стратегіями планування ремонтів.

Методи дослідження: системний аналіз, метод найменших квадратів (МНК) для апроксимування значень показників за стратегіями планування ремонтів, об’єктне програмування клієнтських застосувань за технологією клієнт-сервер.

Наукова новизна одержаних результатів. Наукова новизна моделей та алгоритмів СППР з ремонтного обслуговування обладнання полягає у тому, що:

1) Вперше запропоновано клас нелінійних та безперервних математичних моделей тренду на осі часу показників одиниці обладнання за стратегіями планування ремонтів, які забезпечують побудову моделей, адекватних для всіх типів обладнання, з вирахуванням параметрів моделей за даними фактичної експлуатації після останнього КР на відміну від якісної оцінки тренду окремих показників для одиниці обладнання, що уможливлює інтерполяцію значень показника на початок горизонту планування.

2) Вперше запропоновано математичну модель визначення нормованого інтегрального показника для одиниці обладнання за стратегією планування ремонтів, як чисельної міри наближення до межі неможливості подальшої експлуатації на відміну від якісної оцінки стану одиниці обладнання. Модель дозволяє знизити абсолютну похибку визначення дат ремонтів, запланованих за стратегією, порівняно з похибкою для окремого показника.

3) Вперше запропоновано метод визначення найкритичнішої стратегії планування ремонтів для одиниці обладнання за найменшим значенням нормованого інтегрального показника на початок горизонту планування на відміну від планування ремонтів за виробленням фактичного ресурсу. Планування за найкритичнішою стратегією дає змогу уникнути аварійних ситуацій та попередити погіршення стану одиниці обладнання.

4) Вперше запропоновано метод раціонального формування несталих, неповних та несиметричних, незалежних від виду обладнання ремонтних циклів одиниці обладнання поглиненням ремонтів меншої періодичності ремонтами більшої періодичності на відміну від використання сталих, повних та симетричних нормативних РЦ властивих марці обладнання. Стискаючи часу міжремонтного пробігу можна досягти поглинення деяких ремонтів меншої періодичності, а у разі його розтягування - до структури ремонтного циклу додаються ремонти меншої періодичності, тоді як ремонти більшої періодичності пересуваються на майбутнє, що збільшує економічну ефективність РО.

Практичне значення одержаних результатів. Представлена робота має науково-прикладне значення, її результати використано для створенні та впровадження АСУ РО обладнання газотранспортного підприємства. У період 1999 - 2003 рр. у ДК “Укртрансгаз” та її філіях впроваджено в промислову експлуатацію методичне, алгоритмічне, інформаційне та програмне забезпечення планування ремонтів, підтверджене актами впровадження. Економічна ефективність впровадження раціонального РО полягає у зменшенні кількості виконуваних ремонтів за рахунок зсуву на майбутнє ремонтів одиниць обладнання, які знаходяться у задовільному стані, та виконанні дострокових ремонтів одиниць обладнання, які знаходяться у поганому стані з метою запобігання аваріям та руйнуванню обладнання. Впроваджені розробки зареєстровані у: Державному агентстві України з авторських та суміжних прав, про що 12.08.1997 видане “Свідоцтво ВП № 92 про державну реєстрацію виключної правомочності особи на твір на “Комп’ютерну програму “Чотирьохрівнева система аналізу роботи АГНКС АТ Укргазпром”; 27.07.2000 - “Свідоцтво ВП № 563 на “Комп’ютерну програму “Автоматизована система ремонтного обслуговування всіх видів обладнання КС і АГНКС”; 26.04.2002 - “Свідоцтво ВП-№ 5289 на “Комп’ютерну програму “Автоматизована багаторівнева система планування і виконання ремонтів основного енергомеханічного обладнання компресорної станції (методичне, інформаційне та програмне забезпечення)”; 15.07.2003 - “Свідоцтво № 7969 на р “Комп’ютерну програму та базу даних з перегляду та друку інформації щодо обладнання компресорних станцій”; 28.08.2003 - “Свідоцтво ВП-№ на “Програму науково-технічного прогресу Дочірньої компанії „Укртрансгаз” до 2030 року”; Деклараційний патент України на винахід № А “Пристрій для визначення раціонального періоду технічного обслуговування енергомеханічного обладнання газотранспортної системи” надрукований у бюлетені № 9 від 16.09.2002 р.

Особистий внесок здобувача. У [1] визначено перелік та модель розраховування показників надійності та вперше запропоновано адитивні моделі інтегральних показників стану за стратегіями планування ремонтів. У [2] представлено 4 стратегії планування РО зі сталими, повними та симетричними РЦ однакової структури. Визначені види планування ремонтів, структура алгоритмів функціонального та програмного забезпечення комплексної багаторівневої системи планування ремонтів газоперекачувальних агрегатів (ГПА). Вперше запропоновано комплексний підхід до планування ремонтів. У [3] розроблено математичні моделі інтерполяції значень показників технічного стану та надійності та підходи до формування неповних, несталих та несиметричних РЦ обладнання. У [4] визначено перелік, поведінка та діапазони змінювання показників, які впливають на стан одиниці обладнання за стратегіями планування. Визначено методи формування РЦ з поглиненням ремонтів меншої періодичності ремонтами більшої періодичності. АСУ РО оформлено окремою підсистемою на базі задач планування ремонтів. Визначено основні терміни РО, уточнено поняття несиметричних та неповних РЦ, методи визначення економічності РО, інтегральних показників за технічним станом та надійністю, граничних значень цих показників, після досягнення яких не можна зсувати дати ремонтів на майбутнє. Запропоновано визначення найкритичнішої стратегії планування. У [5] виконано розподіл інформаційного забезпечення (ІЗ) на центральну інформаційну схему та предметні області. Запропоновано підходи до типізації марок та одиниць обладнання, формування тезаурусу назв. Сформульовано контексти вживання інформації. Удосконалено багатовимірну логічну модель ІЗ з множинним наслідуванням властивостей та методи формування деревоподібних сутностей з марок та одиниць обладнання, структури підприємств для предметної області РО. У [6] запропоновано методи зниження похибки математичної моделі визначення інтегрального показника порівняно з окремими показниками за стратегією планування ремонтів. Запропоновано стратегію планування ремонтів за випрацюванням ресурсу вузлами обладнання. Сформульовано підходи та вимоги до створення загальної структури, моделі та БА СПРР РО. У [7] запропоновано обчислювальні моделі визначення нормованих інтегральних показників за стратегіями планування ремонтів та метод формування несиметричних ремонтних циклів з поглиненням ремонтів меншої періодичності ремонтами більшої періодичності, процедури та пакети серверної частини БД. У [8] запропоновано пристрій визначення оптимального періоду ТО обладнання.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, включені до дисертації, оприлюднено на наукових конференціях: IV-я Всесоюзная научно-техническая конференция "Опыт создания специального программного обеспечения АСУ ТП"; Отраслевой научно-технический семинар "Основные направления совершенствования систем автоматизированного управления процессами транспорта газа", 1989р.; Научно-техническая конференция "Автоматизация управления объектами газовой промышленности", 1991 р.; Науково-практична конференція "Нафта і газ України", 1994р.; Первая международная конференция "Энергодиагностика", 1995р.; Научно-практическая конференция "Нефть и газ Украины", 1995р.; Науково-практична конференція "Нафта і газ України 1996"; Міжнародної конференції “Нафта-газ України 1998”; 6-а Міжнародна науково-практична конференція “Нафта і газ України-2000”; Международная научно-техническая конференция “Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования”, 2003 р.

Публікації. Результати дисертації опубліковані у 8 друкованих роботах, з них 7 статей у наукових журналах за профілем і фахом відповідно до списку ВАК, оприлюднені на 10 конференціях, 5 свідоцтвами зареєстрована у Державному департаменті інтелектуальної власності Міністерства освіти і науки України виключна правомочність особи на твір, депоновані у Харківському центрі науково-технічної інформації (ХЦНТИ) 4 інформаційні листки, узгоджені з замовником 4 заключних звіти з НДР за тематикою РО, отриманий 1 патент.

Структура дисертації: Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновку, списку використаних джерел з 107 найменувань та 12 додатків. Обсяг дисертації – 303 сторінки, з них додатки - 118 сторінок, 4 таблиці на 4 стор., 47 рисунків на 27 повних сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, окреслено зв’язок роботи з державними науковими програмами, сформульовано мету, об’єкт, предмет, методи та задачі дослідження, наукова новизна та практичне значення отриманих результатів дослідження.

У першому розділі викладено огляд проблеми та постановка задачі дослідження РО. Планування ремонтів на більшості підприємств не автоматизовано повною мірою щодо обсягу функцій. Для планування ремонтів використовують сталі, повні та симетричні РЦ, не зважаючи на фактичний стан одиниці обладнання, використовуючи нераціональну стратегію планування за виробленням фактичного ресурсу. Для прийняття обґрунтованих, раціональних рішень з РО необхідно розробити функціональну модель СППР РО.

Задачею запропонованого дослідження є розроблення СППР РО циклічно обслуговуваного обладнання довільного виду. На відміну від окремих задач планування ремонтів за стандартною стратегією, орієнтованих на марку обладнання, які розраховують дати ремонтів з великою похибкою, запропоновано СППР РО, яка дозволить: чисельно визначати нормований інтегральний стан одиниці обладнання за стратегіями планування ремонтів, раціонально планувати ремонти за найкритичнішою стратегією, формувати неповні несиметричні РЦ за значеннями нормованих інтегральних показників за стратегіями планування для одиниці обладнання. Така СППР підвищить надійність, поліпшить екологічний та технічний стан, економічність експлуатації обладнання.

Для автоматизації розроблювання функціональної схеми, схеми потоків даних, логічної та фізичної схем ІЗ та БА СППР РО використано CASE-засіб Designer/2000. Для вирішення задачі дослідження необхідно: вивчити процес циклічного РО обладнання різних видів; розробити загальну структуру СППР відповідно до цілей та функцій РО; визначити підходи до створення БД та БА; створити клас математичних моделей тренду окремих показників та математичну модель визначення нормованих інтегральних показників одиниці обладнання за стратегіями планування ремонтів; визначити методи формування сутностей предметної області; розробити алгоритми раціонального планування РО; виконати логічне та фізичне проектування БД СППР, результатом якого повинні стати фізична структура БД; розробити модель прийняття рішень з РО обладнання; реалізувати СППР для газоперекачувального обладнання у вигляді інформаційного та програмного забезпечень; проаналізувати результати раціонального планування ремонтів ГПА, визначити його економічну ефективність.

У другому розділі досліджено процес РО обладнання щодо створення СППР РО, сучасний стан та проблеми РО обладнання; проаналізовано причини високої вартості ремонтів. Запропоновано структуру СППР РО, яка містить: функціональну модель СППР РО, інформаційне, математичне, алгоритмічне та програмне забезпечення. На відміну від стратегії планування ремонтів за фактичним виробленням ресурсу, за якою планують ремонти для одиниць обладнання без урахування їх стану, вироблення ресурсу складовими вузлами, обмежень на планування ремонтів, запропоновано використання найкритичнішої стратегії планування. Серед сукупності відомих стратегій планування (“За фактичним наробітком”, “За приведеним наробітком”, “За технічним станом”, “За випрацюванням ресурсу вузлами”) та запропонованих стратегій (“За показниками надійності”, “За екологічним станом” та “За економічною доцільністю подальшої експлуатації”) запропоновано обирання найкритичнішої стратегії планування ремонтів за найменшим чисельним значенням нормованого інтегрального показника за стратегією планування для одиниці обладнання.

Для планування ремонтів визначальним є стан одиниці обладнання. Для його інтерпретації запропоновано клас нелінійних та безперервних математичних моделей визначення нормованих інтегральних показників одиниці обладнання за стратегіями планування з переліком показників, притаманних виду обладнання [3, 4, 7]. Залежно від виду обладнання до БА запропоновано включити за стратегіями планування переліки складових безрозмірних показників. Для одиниці обладнання значення і-го показника (Кі) за стратегією планування є функцією часу Kі(t)=Fі(t). Для математичної формалізації моделей тренду показника виконано їх порівняльний аналіз з визначенням значення показника на початок горизонту планування за результатами експлуатації. Визначення параметрів математичних моделей здійснене МНК. Порівнянню підлягали експоненціальна, показникова та поліноміальна моделі апроксимації тренду і-го показника для виявлення найбільш придатної математичної моделі для апроксимування та інтерполяції значень і-го показника.

Апроксимуючу функцію експоненціальної моделі тренду і-го показника одиниці обладнання за стратегією планування ремонтів запропоновано представляти як:

, (1)

де: t - час у добах; Кі1 – оцінка і-го показника на початкову дату після останнього КР; Ві – оцінка показника ступеня в експоненціальній моделі як швидкості старіння та деградації. Ві>0 для показників, що зростають, Bi <0 для показників, що зменшуються. Оцінку показника ступеня Ві запропоновано розраховувати МНК, для чого запропоновано функціонал Jі, що має зміст суми квадратів відхилень фактичних оцінок і-го показника від його значень, що розраховані функцією Fі(t) у заданих точках tn, у вигляді:

, (2)

де для і-го показника за стратегією планування ремонтів одиниці обладнання після останнього КР: n - номер значення із вибірки з N відомих значень у межах передісторії; - значення у передісторії на n-й момент часу tn; Кі1 - початкове (n=1) значення. Оцінку значення параметра Ві розраховуватимемо за рівнянням (2).

Апроксимуючу функцію показникової моделі тренду і-го показника одиниці обладнання за стратегією планування ремонтів запропоновано представляти як:

, (3)

де Аі, Ві, Сі - параметри апроксимації. t > Сі. Оцінку значень параметрів запропоновано визначати МНК за умови мінімуму функціоналу у частинних похідних за системою рівнянь.

Апроксимуючу функцію поліноміальної моделі тренду і-го показника одиниці обладнання за стратегією планування ремонтів запропоновано представляти як:

Fі(t)=Aі t2 + Bі t + Ci , (4)

де Аі, Ві,Сі - параметри апроксимації, які розраховують за даними передісторії МНК.

Оцінки фактичних значень розглядають як реалізації процесу старіння одиниці обладнання, визначені з однаковою похибкою, що дає можливість створити модель прогнозування тренду показника. Розглянемо клас математичних моделей тренду і-го показника Fi(t), до якого запропоновано включити експоненціальну (1), показникову (3) та поліноміальну (4) моделі. На n-й момент часу tn оцінку значення і-го показника запропоновано представити як: , де: аіn - похибка визначення істинного значення показника як залишкова похибка моделі. Із припущення нормальності розподілу показника слідує, що похибки аіn мають нормальний закон розподілу, тобто , де – дисперсія помилки оцінки значення і-го показника на момент часу tn. Оцінка прогнозованих значень і-го показника як сукупність відхилень значень показника від математичного очікування на момент часу tn визначається виразом , mKіn - математичне очікування, а ?2Kіn - дисперсія значення і-го показника. Із припущення нормальності розподілу значень показника Кі у часі, справедливе припущення , де 1...N - номери значень показника із вибірки. Незсунута оцінка і-го показника асимптотично еквівалентна оцінці при заданій кількості оцінюваних параметрів моделі (mі) та зростанні розмірності вибірки N. Використаємо її як точкову оцінку для середньоквадратичного відхилення за виразом: для і-го показника за стратегією планування ремонтів одиниці обладнання. Прогнозування виконується у розраховуваних межах довірчого інтервалу для n-го значення показника [,]. Для довірчого інтервалу визначається вірогідність ? того, що у його межах міститься невідоме істинне значення показника . Для і-го показника задаємо число ?і, 0 < бі < 1 та знаходимо два інші числа та , які залежать від дисперсії оцінки значення показника таким чином, що вірогідність перебування значення у довірчому інтервалі визначається за виразом: . Значення довірчих меж , залежать від вибіркового розподілення для . Kіn, які є випадковими величинами, що змінюються від вибірки до вибірки. Чим вище довірчий рівень, тим ширше довірчий інтервал. Межі довірчого інтервалу для нормального розподілу з відомим ?і визначатимуться з вірогідністю Р=0,997, що відповідає інтервалу вірогідності [,]. Із збільшенням розмірності вибірки точкова оцінка та ширина довірчого інтервалу зменшуються. Значення показників змінються у часі з різною швидкістю та досягають граничного значення у різний час. Запропоновано вираз для оцінювання вірогідності досягнення розрахованим за моделлю показником граничного значення (потрапляння випадкового значення показника у межі можливих значень визначають) за законом нормального розподілу похибки визначення показника:

та аналогічний вираз Рі(Кі?Кіmax), де ?(Кі) – щільність розподілу показника Кі в інтервалі можливих значень [Kіmin, Kіmax]. Функція розподілу вірогідності підтверджує зроблене раніше припущення щодо нормального розподілу похибки визначення параметра. Вірогідність досягнення граничного значення змінюється від нуля до одиниці у різний час для різних показників залежно від швидкості їх тренду. Моніторинг значень показників за стратегіями планування ремонтів протягом періоду подальшої експлуатації підтвердив відповідність значень показників, визначених за класом моделей, фактичним значенням. Визначені МНК параметри ідентифікації математичних моделей відповідають поставленій задачі інтерполяції значень показників на початок горизонту планування.

За окремим показником неможливо достовірно оцінювати загальний стан одиниці обладнання за стратегією планування. У [3, 7, 8] запропоновано математичну модель визначення нормованих інтегральних показників до стратегії планування ремонтів. Ураховуючи поведінку показників (зростання або зменшення з часом) для підвищення точності математичної моделі запропоновано розраховувати інтегральні показники для показників, що зростають (S1), та для показників, що зменшуються (S2). За стратегіями планування ремонтів та типом обладнання, до БД включені переліки показників, що зростають, та показників, що зменшуються. Інтегральний показник для показників, що зростають, запропоновано визначати за адитивною моделлю з урахуванням впливу складових показників: , де для одиниці обладнання за стратегією планування ремонтів: і - номер показника у границях від номера показника іп’ до ік’; K’вi - значення коефіцієнта впливу на показник Кі. Інтегральний показник для показників, що зменшуються, запропоновано визначати за аналогічною моделлю (рис. 1).

Запропоновано узагальнений підхід до розраховування коефіцієнтів впливу адитивних показників на інтегральний показник з урахуванням зростання або зменшення значень показників з часом [3, 7]. Для показників, що зростають, коефіцієнт впливу розраховують за моделлю , де для і-го показника до стратегії планування ремонтів одиниці обладнання: A’ - константа для розраховування коефіцієнта впливу, для показників, що зростають; Kі - фактичне, Kіmах - максимально можливе значення показника. Для визначення коефіцієнтів впливу показників, що зменшуються, запропоновано математичну модель , де для і-го показника одиниці обладнання: A’’ - константа для розраховування коефіцієнта впливу, для показників, що зменшуються; Kіmin – відоме мінімально можливе значення і-го показника. Константи A’ та A’’ є мірилом зростання впливу показника на інтегральний показник при його наближенні до граничного значення, розраховані так, що значення показника впливу зростає з наближенням до граничного значення. Для моделі визначення складових показників ширина довірчого інтервалу менше 1% від діапазону можливих значень інтегрального показника і є достатньою для планування ремонтів. Критичним запропоновано вважати таке значення інтегрального показника, при досягненні якого вірогідність виходу інтегрального показника за граничні значення перевищить 50 % та зсув ремонту на майбутнє стане неможливим. Розраховані критичні, максимальні та мінімальні значення інтегральних показників за стратегіями планування ремонтів з урахуванням вірогідності досягнення інтегральним показником граничного значення. Для планування ремонтів має значення лише різниця між розрахованим значенням інтегрального показника та граничним значенням для показника. Інтегральні показники за стратегіями мають різні абсолютні значення. Для їх порівняння запропоновано модель нормування показників відносно границь їх можливих значень. Нормоване значення інтегрального показника за стратегією планування ремонтів (S1норм) у границях від 0 до 1 для показників, що зростають, визначають для одиниці обладнання за моделлю: , де за стратегією планування ремонтів одиниці обладнання на довільний момент часу для показників, що зростають: S1кр - критичне , S1max – максимальне та S1min - мінімальне значення інтегрального показника. Аналогічно, нормоване значення інтегрального показника за стратегією планування ремонтів (S2норм) для показників, що зменшуються, визначають для одиниці обладнання за моделлю: , де за стратегією планування ремонтів одиниці обладнання на довільний момент часу для показників, що зменшуються S2кр - критичне, S2max – максимальне та S2min - мінімальне значення інтегрального показника. Нормований інтегральний показник змінює значення від додатного на від’ємне у момент часу, пізніше якого неможливо планувати ремонти за станом одиниці обладнання. Точкова оцінка для значень визначення нормованого інтегрального показника складає менше 1% від інтервалу можливих значень.

Математичну модель визначення нормованого інтегрального показника за стратегією планування для одиниці обладнання запропоновано у вигляді:

Інтегральний показник об’єднує інтегральні показники для показників, що зростають та зменшуються, чисельно характеризує, яку частку стану відносно нового обладнання складає фактичний стан обладнання за стратегією планування ремонтів у границях [0, 1].

За запропонованим методом визначення найкритичнішох стратегії планування ремонтів для одиниці обладнання із сукупності розрахованих на початок горизонту планування значень нормованих інтегральних показників обирають найменше, якому і відповідає найкритичніша стратегія планування ремонтів для одиниці обладнання. Її використовують як чисельну міру розтягування та стискання часу міжремонтного пробігу. Інтервал значень показників поділяють на 4 частини з властивою їм лінійною функцією розтягування (стискання) часу міжремонтного пробігу. Передаварійному стану відповідає вірогідність аварійної ситуації до 50%; поганому стану – близька до 5%. Запропонований метод визначення найкритичнішої стратегії планування за найменшим значенням нормованого інтегрального показника для одиниці обладнання після останнього капітального ремонту дає можливість планувати ремонти таким чином, щоб за жодною стратегією не була перевищена межа часу, після якої не можна відкладати початок ремонту. При використанні окремих стратегій планування, які ураховують лише притаманні їм показники, існує вірогідність запланувати початок ремонту, пізніше за критичну дату за однією зі стратегій. Тому для одних одиниць обладнання ремонт буде заплановано достроково з завищеною загальною кількістю ремонтів, а для інших - початок ремонту буде заплановано запізно і може виникнути аварія.

За стратегіями планування ремонтів запропоновано вирази для розраховування окремих показників та єдиний для всіх видів обладнання підхід до формування структури РЦ. Запропонований клас математичних моделей визначення значень нормованих інтегральних показників одиниць обладнання до раціональних стратегій планування дозволяє визначити для нормовані інтегральні показники технічного та екологічного стану, надійності, режиму роботи, середнього ресурсу, виробленого вузлами. На відміну від планування ремонтів за одним показником, фактичним наробітком, за цими об’єктивними чисельними значеннями можна обрати найкритичнішу стратегію планування та раціонально розрахувати графік ППР.

У третьому розділі розроблено БД та БА серверної та клієнтської частин програмного забезпечення, які є основою для створення СППР РО. Для розроблення СППР застосовано абстрагування сутностей та поведінки обладнання на ЖЦ. Сутності сформовано на основі деревоподібних типізацій з ієрархією “Is a” за відношенням “узагальнення-спеціалізація” для типізації марок та одиниць обладнання, станів та подій. У єдиному контексті можна використати сутності, похідні від однієї батьківської сутності з множинним наслідуванням властивостей.

В основу створення алгоритмів повнофункціональної СППР РО покладено метод раціонального формування несталих, неповних та несиметричних ремонтних циклів, узагальнену модель БД та БА. До складу БА входять алгоритми: „Формування несиметричних, несталих та неповних ремонтних циклів одиниць обладнання”; „Визначення нормованого інтегрального показника за стратегією планування ремонтів для одиниці обладнання”; „Раціональне планування ремонтів одиниці обладнання за найкритичнішою стратегією планування”; „Контроль виконання ремонтів та аналіз якості їх виконання за підвищенням технічного стану”.

Метод формування несиметричних, несталих та неповних ремонтних циклів (РЦ) з поглиненням ремонтів меншої періодичності ремонтами більшої періодичності дає змогу формалізувати розрахунок дат початку ремонтів. На відміну від відомих нормативних структур РЦ, поглинення ремонтів дозволяє розраховувати несиметричні, несталі та неповні РЦ таким чином, щоб час міжремонтного пробігу можна було розтягнути або стиснути, ураховуючи значення нормованого інтегрального показника за стратегією планування. У розрахованих РЦ деякі ремонти меншої періодичності можуть бути поглинені ремонтами більшої періодичності і навпаки, можуть бути заплановані додаткові ремонти меншої періодичності. Зміни структури РЦ з урахуванням фактичного стану одиниці обладнання, підвищують якість планування ремонтів та знижують загальну вартість РО. Раціональне визначення дат ремонтів за найкритичнішою стратегією планування для одиниці обладнання дає змогу ураховувати її стан та знижує абсолютну похибку визначення дат початку ремонтів. У БД СППР РО зберігається перелік подій РЦ марки обладнання з описом періодичності, виду та з власною глибиною ієрархії ремонтних подій. Алгоритм „Формування несиметричних, несталих та неповних ремонтних циклів одиниць обладнання” реалізує за ієрархією ремонтних подій процедуру поглинання ремонтів меншої періодичності ремонтами більшої періодичності та вкладення сформованих ремонтних циклів у межі ремонтів вищої ієрархії. Метод раціонального планування ремонтів запропоновано реалізовувати єдиним чином для всіх стратегій планування так:

- розраховують наробіток на початок горизонту планування після останнього КР для кожної одиниці обладнання за моделлю: TКР=T’КР+(Tгп - T’к)Kz, де T’КР - наробіток на дату, що передує початку горизонту планування Tгп; T’к - дата кінця останнього звітного періоду у границях передісторії, якій відповідає T’КР; Kz - середній за період передісторії коефіцієнт завантаження за часом, який розраховують для одиниці обладнання за виразом Kz=Троб/Ткаленд, де Троб – час у роботі за календарний час Ткаленд;

- розраховують номінальні дати ремонтів за фактичними наробітками запропоновано по ремонтах, що за розрахунком уміщаються у горизонті планування. Початком РЦ запропоновано вважати дату закінчення останнього КР або дату введення до експлуатації. Розрахункову дату початку і-го ремонту (Ті) розраховують за моделлю: Ті=T’i+P/24/Kz, де для одиниці обладнання і - номер поточного ремонту; і-1 - номер попереднього ремонту; Т’і-1 - дата закінчення попереднього ремонту; Р - міжремонтний пробіг у годинах. Для раціональних стратегій планування ураховують значення Sнорм у розрахунку Ті;

- у разі, коли часу міжремонтного пробігу для планування ще одного ремонту з меншим пріоритетом до часу планування ремонту з більшим пріоритетом не вистачає, планують ремонт з більшим пріоритетом, здійснюючи процедуру поглинання ремонтів меншої періодичності ремонтами більшої періодичності.

Інструментальний CASE-засіб створення компонентів СППР РО використано для зворотного проектування бізнес-процесів для раціоналізації розроблення основної функції СППР – підтримання працездатності обладнання. Для уніфікації логічних сутностей СППР необхідно надати їм такі властивості: типізація, наслідування, виділення об’єктів. На рис. 2. наведено узагальнену логічну структуру БД СППР РО. Фізична структура БД реалізує логічну структуру. Запропонована у розділі 2 структура СППР РО та розроблені у розділі 3 БД, БА та БП дозволяють впровадити раціональне РО у різних галузях промисловості для парку різнотипного обладнання.

У четвертому розділі досліджено практичні результати з впровадження СППР РО на газотранспортному підприємстві України, описаному з урахуванням різноманітності видів обладнання та видів обслуговування. На відміну від системи РО, яка існувала на підприємстві до впровадження СППР, РО набуло таких якісно нових властивостей як можливість: розрахувати нормовані інтегральні показники за стратегіями планування для одиниць обладнання з визначенням найкритичнішої стратегії за найменшим його значенням; раціонально планувати ремонтне обслуговування ГПА за найкритичнішою стратегією з розтягуванням міжремонтного періоду для ГПА у задовільному за стратегіями планування стані та стисканням часу для ГПА у критичному за стратегією планування стані; створювати та актуалізувати нормалізоване ІЗ (БД), реалізуючи багатовимірні властивості марок та одиниць обладнання, контексти, функції, процедури; використовувати програмне забезпечення, налагоджене ззовні, гнучке та незалежне від зміни структури БД, бази алгоритмів та програм, яке охоплює обчислювальні функції, виконувані на сервері, що робить програми незалежними від змін алгоритмічного забезпечення.

До складу програмного забезпечення СППР РО входять програми для супроводження паспортної інформації з використанням деревоподібних довідників; розрахунку графіків ППР за раціональними стратегіями планування; аналізування та друкування інформації стосовно РО. Програмне забезпечення розраховує раціональні графіки ППР для одиниць обладнання та інтерпретує їх у формі документів та стрічкових діаграм за календарним часом. Для запланованих ремонтів розраховують: вид ремонту, дату початку та закінчення ремонту, зсув ремонту відносно номінальної дати ремонту за фактичним виробленням ресурсу. Результатом промислового впровадження СППР є зсув 10запланованих ремонтів з плану поточного року, з річним економічним ефектом 650 тис. грн., що доводить актуальність та доцільність створення та впровадження СПРР РО.

У додатках містяться: опис та розрахунок трендів окремих та інтегральних показників за стратегіями планування, перелік елементів логічної та фізичної структури БД СППР РО енергомеханічного обладнання компресорних станцій, обмеження на дані у таблицях БД, результати розрахунків раціональних графіків ППР з використанням СППР РО, процедури серверної частини БП, SQL-запити для формування дерева перегляду, акти впровадження в експлуатацію СППР РО для газоперекачувального обладнання, свідоцтва про реєстрацію інтелектуальної власності, розрахунок економічного ефекту СППР тощо.

ВИСНОВКИ

У дисертації викладено теоретичне узагальнення та нове вирішення наукової задачі створення моделей і алгоритмів СППР РО обладнання. Задачею запропонованого дослідження є розроблення СППР раціонального РО циклічно обслуговуваного обладнання. На відміну від окремих задач планування ремонтів за стандартною стратегією, орієнтованих на марку обладнання, які розраховують дати ремонтів з великою похибкою, запропонована СППР РО дозволяє: визначати нормований інтегральний стан одиниці обладнання за стратегіями планування ремонтів, планувати ремонти за найкритичнішою з раціональних стратегій планування, розраховувати неповні та несиметричні РЦ для одиниці обладнання. Задача дослідження вирішена шляхом створення моделі та алгоритмів СППР РО. У складі створеної загальної структури СППР розроблені математичні моделі тренду показників та нормованого інтегрального показника за стратегіями планування для одиниць обладнання, БД та БА СППР. На відміну від відомих підходів до планування ремонтів за виробленням ресурсу за відсутністю моделей тренду показників роботи одиниць обладнання, запропонована СППР переводить РО на раціональне планування ремонтів одиниць обладнання за найкритичнішою стратегією планування, підвищує економічну ефективність РО.

Головними науковими та практичними результатами роботи є:

1. Відомі моделювання процесу ремонтного обслуговування залежать від виду та особливостей роботи обладнання. Процес планування та виконання ремонтів на більшості підприємств не є автоматизованим у повному обсязі виробничих функцій. Для планування ремонтів використовують сталі, повні та симетричні ремонтні цикли без огляду на стан обладнання з використанням нераціональної стратегії планування ремонтів за виробленням фактичного ресурсу.

2. Розроблено клас моделей (експоненціальна, показникова та поліноміальна) прогнозування тренду показників одиниці обладнання за стратегіями планування ремонтів з визначенням параметрів моделей методом найменших квадратів та вибором виду моделі розраховування показника за найменшим значенням залишкової похибки моделі.

3. Розроблено математичну модель визначення нормованого інтегрального показника стану одиниці обладнання за стратегією планування ремонтів як чисельної міри наближення до межі неможливості подальшої експлуатації. Для кожної стратегії добраний перелік показників, кожний з яких віддзеркалює властивості обладнання, визначені межі значень окремих та інтегральних показників, за результатами оцінювання вірогідності досягнення інтегральними показниками граничних значень розраховані критичні значення інтегральних показників. Інтегральний показник за стратегією, ураховує множину властивостей одиниці обладнання. Зменшена абсолютна похибка визначення дат планування ремонтів за стратегією з використанням нормованого інтегрального показника порівняно з похибкою при використанні одного показника.

4. Впроваджений метод визначення найкритичнішої стратегії планування ремонтів для одиниці обладнання за найменшим значенням нормованого інтегрального показника до раціональних стратегій на початок горизонту планування. Планування за найкритичнішою стратегією дало змогу уникнути аварійних ситуацій та попередити погіршення стану одиниць обладнання.

5. Розроблено функціональний алгоритм формування несталих, неповних та несиметричних ремонтних циклів, незалежний від виду циклічно обслуговуваного обладнання, який придатний для раціонального планування ремонтів для більшості галузей промисловості. Для реалізації алгоритму розроблено багатовимірну логічну модель інформаційного забезпечення СППР РО з множинним наслідуванням інформаційних властивостей. Впроваджено розроблення клієнтських програмних застосувань із зовнішнім налаштуванням на логічну структуру ІЗ.

6. Результатом виконаного дослідження є створення моделей та алгоритмів СППР раціонального планування ремонтів, яке досягнуте завдяки використанню стратегій раціонального планування за технічним та екологічним станом, показниками надійності, приведеним наробітком, виробленням ресурсу вузлів та економічною ефективністю експлуатації. Розроблено та налаштовано на логічну структуру БД процедури та функції у складі серверного програмного забезпечення. Клієнтське програмне забезпечення не залежить від змін структури БД.

7. Практична цінність методів та алгоритмів СППР раціонального ремонтного обслуговування полягає у можливості їх широкого використання у більшості галузей промисловості для раціонального планування ремонтів одиниць обладнання за їх фактичним станом за найкритичнішою для одиниці обладнання стратегією планування. Результатами впровадження алгоритмічного, інформаційного та програмного забезпечень СППР РО для газоперекачувального обладнання є підтверджений річний економічний ефект 650 тис. грн. СППР РО придатна для раціоналізації РО обладнання у більшості галузей промисловості.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ

1. Сімкіна Р.А. Аналіз надійності роботи технологічного устаткування нафтогазопереробних підприємств//Нафтова і газова промисловість. 1995.-№1.–С.51

2. Дубровський В.В., Сімкіна Р.А. Використання ПЕОМ для підвищення ефективності планування ремонтів газоперекачувального та допоміжного устаткування // Нафтова і газова промисловість. - 1998. № 2. С .

3. Сімкіна Р.А. Автоматизована система ремонтного обслуговування основного енергомеханічного обладнання КС за його фактичним технічним станом // Нафтова і газова промисловість. - 2000. № 4. - С 54-56.

4. Прищепо О.О., Соляник В.Г., Сімкіна Р.А., Старовойтов В.Г. Концепція створення єдиної системи ремонтного обслуговування всіх видів обладнання КС // Нафтова і газова промисловість. - 2002. - № 4. С. 41-43.

5. Левикін В.М., Сімкіна Р.А. Розроблення логічних схем баз даних автоматизованих систем керування // Автоматизированные системы управления и приборы автоматики. – 2003. Вып. 123. – С. 4-12

6. Сімкіна Р.А. Система ремонтного обслуговування основного енергомеханічного обладнання // Збірник наукових праць Інституту проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАНУ ”Совершенствование турбоустановок методами математического и