Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ современного состояния и проблем организации планирования судоремонтного производства и подготовки флота к ремонту 12
1.1. Особенности организационной структуры малых судоремонтных предприятий 12
1.2. Особенности оформления ремонтной документации и документального сопровождения судоремонта 17
1.2.1 Анализ номенклатуры технологической и эксплуатационной документации судоремонтного предприятия и судоходной компании 17
1.2.2 Анализ существующей организации документооборота и путей её совершенствования 21
1.2.3 Анализ существующих программных продуктов, применяемых при планировании судоремонта 23
1.3. Проблемы организации планирования судоремонтного производства и подготовки флота к ремонту 28
1.4. Перспективы развития «нулевого» этапа судоремонта 32
1.4.1 Перспективные направления развития нулевого этапа судоремонта 32
1.4.2 Особенности организационного и технического планирования МСРП в рамках «нулевого» этапа производства 35
1.4.3 Актуальность проблемы прогнозирования объёмов ремонта в реализации «нулевого» этапа производства 36
1.5. Анализ существующих методов прогнозирования износов и повреждений корпусов судов 37
1.5.1 Существующие подходы к определению технического состояния корпусов судов 37
1.5.2 Методы прогнозирования износов корпусов судов 41
1.5.3 Перспективы применения элементов теории нейронных сетей при прогнозировании объёмов ремонтных работ 44
1.6. Выводы по главе. Цели и задачи исследований 45
ГЛАВА 2. Теоретическое обоснование путей совершенствования организации планирования объёмов судоремонта на основе прогнозирования технического состояния корпусов судов 48
2.1. Совершенствование организации и планирования объёмов судоремонта в рамках современной системы «Электронный паспорт флота/судна» 48
2.1.1 Обоснование применения «Электронного паспорта флота/судна» при организации технического документооборота и планировании судоремонта 48
2.1.2 Алгоритм «Электронного паспорта флота/судна» 51
2.1.3 Прогнозирование объёмов ремонта корпусов судов на
основе данных «Электронного паспорта флота/судна» 53
2.2. Обоснование доминирующих факторов для формирования прогноза объёмов ремонта на основе «Электронного паспорта флота/судна» 54
2.2.1 Факторы, определяющие скорость и характер изнашивания корпусных конструкций 54
2.2.2 Статистика повреждений элементов корпусов судов и анализ факторов, определяющих их возникновение 62
2.3. Разработка математической модели прогнозирования объёмов ремонта корпусов судов в рамках концепции «Электронный паспорт флота/судна» 65
2.3.1 Общие положения 65
2.3.2 Математическая модель прогнозирования износа связей и объёмов ремонта, вызванных износом 68
2.3.3 Математическая модель прогнозирования массы метал ла, заменяемого по причине повреждений 76
2.4. Математическая формализация автоматизированного прогнозирования объёмов ремонта на основе элементов теории нейронных сетей 80
2.5. Выводы по главе 84
ГЛАВА 3. Экспериментальное исследование математических моделей прогнозирования объёмов ремонта корпусов судов 86
3.1. Практическая обусловленность экспериментальных исследований 86
3.2. Исходные данные и задачи эксперимента 86
3.2.1 Постановка задач эксперимента 86
3.2.2 Планирование эксперимента 87
3.2.3 Выбор и обоснование значимых факторов 91
3.2.4 Определение границ экспериментальной области факторного пространства 92
3.2.5 Подготовка и ввод исходных данных 99
3.3. Экспериментальные исследования математической модели прогнозирования износа связей и объёмов ремонта, вызванного из носом 102
3.3.1 Исследование зависимости между объёмом ремонта и износом связей 102
3.3.2 Анализ результатов эксперимента 103
3.3.3 Проверка адекватности модели 104
3.4. Экспериментальное исследование математической модели объёмов ремонта, вызванных повреждениями 106
3.4.1 Исследование зависимости между объёмом ремонта и повреждениями связей 106
3.4.2 Анализ результатов эксперимента 113
3.4.3 Проверка адекватности модели 114
3.5. Определение скоростей изнашивания элементов корпусных конструкций 117
3.6. Выводы по главе 122
ГЛАВА 4 Методика планирования судоремонта на основе прогнозирования объёмов ремонта и совершенствования технического документооборота 124
4.1. Общая структура методики 124
4.2. Прогнозирование объёмов ремонта по массе металла, заменяемого вследствие износа связей 126
4.2.1 Метод прогнозирования скоростей изнашивания элементов днищевой обшивки в зависимости от продолжительности навигации и влияния мелководья 126
4.2.2 Метод прогнозирования технического состояния других элементов корпуса по остаточным толщинам 132
4.3. Прогнозирование массы металла, заменяемого по причине повреждений 133
4.4. Автоматизация прогнозирования объёмов ремонта методом нейронных сетей 139
4.5. Метод формализации оборота технической документации судоремонтного предприятия 141
4.6. Методика применения «Электронного паспорта флота/судна»
при организации планирования объёмов ремонта корпусов судов... 145
4.7. Выводы по главе 149
Общие выводы и заключение 152
Список использованных источников
- Анализ номенклатуры технологической и эксплуатационной документации судоремонтного предприятия и судоходной компании
- Обоснование применения «Электронного паспорта флота/судна» при организации технического документооборота и планировании судоремонта
- Определение границ экспериментальной области факторного пространства
- Метод формализации оборота технической документации судоремонтного предприятия
Анализ номенклатуры технологической и эксплуатационной документации судоремонтного предприятия и судоходной компании
Схема управления МСРП также имеет ряд отличий от заводской. Выражается это в первую очередь в отсутствии заводоуправления в классическом для крупного промышленного предприятия понимании. Собственно структура управления для различных МСРП также может значительно различаться. В качестве объекта анализа выбрана схема управления типового МСРП Нижегородской области и специализирующегося на технической эксплуатации грузового флота. Сферу деятельности судоремонтного предприятия составляет в первую очередь ремонт приписанного флота, принадлежащего судоходной компании, ремонт малых судов и текущий ремонт прочих судов. Схема управления данным предприятием представлена на рисунке 1.3.
Для МСРП характерно совмещение обязанностей по разным должностям для одного штатного работника. В частности, в состав технического отдела входит один или несколько технологов, которые совмещают свою работу с работой конструктора и дефектоскописта. Основное производство представлено одним цехом (плавучей мастерской), разделённым на несколько производственных участков.
Так как создание судоремонтных мастерских или РЭБ флота практикуется судоходными компаниями с целью обеспечения возможности своевременного проведения ремонтов и экономии средств на работах по обслуживанию флота, весь технический документооборот и контроль за техническим состоянием флота и его снабжением реализуется специалистами МСРП. В случае обращения судоремонтной компании за услугами по ремонту и отстою флота в сторонние организации необходимо предоставление ряда документов и информации о техническом состоянии судна, ранее проведённых ремонтах и дефектациях специалистам завода-исполнителя планируемого ремонта.
Большое значение при технической эксплуатации флота имеет планирования объёмов ремонта с целью прогнозирования и планирования расходов эксплуатирующих организаций. Все эти работы отличаются высокой трудоёмкостью, требуют разработки большого числа различной конструкторской, технологической и иной документации и выполняются силами технических работников РЭБ. Особенности оформления ремонтной документации и документального сопровождения судоремонта
Анализ номенклатуры технологической и эксплуатационной документации судоремонтного предприятия и судоходной компании. Широкая номенклатура финансовой, технологической, конструкторской и эксплуатационной документации, разрабатываемой в процессе судоремонта, определяет сложность структуры его организации и формирует высокие требования к организации документооборота.
На крупных судоремонтных предприятиях за каждый вид документации отвечают отдельные специалисты или целые специализированные отделы (производственно-технический отдел, конструкторский отдел, планово-экономический отдел и т.д.) [20]. То есть имеет место чёткое разделение труда по разработке и ведению различных видов документации.
При разработке документации и ведении документооборота на МСРП, как правило, имеет место совмещение нескольких видов работ одним специалистом предприятия. Более того, на типовом МСРП каждый отдел представлен лишь 1-3 специалистами, а сами отделы объединяют в себе функции нескольких, объединённых в одно подразделение. Ниже, в таблице 1.2, приведены основные подразделения МСРП, входящие в состав судоремонтного предприятия, средняя численность их работников и виды документации, разрабатываемой каждым отделом [21].
Как видно из таблицы 1.2, на технический отдел МСРП возлагается значительная нагрузка в части разработки различных видов документов и ведения документооборота. И это при том, что в таблице приведены лишь основные работы, выполняемые технологами предприятия. Как правило, в процессе осуществления трудовой деятельности им приходится тесно взаимодействовать с планово-производственным отделом в лице экономиста, с производственными мастерами и мастерами ОТК, механиком-наставником, электромехаником-наставником и капитаном-наставником, экипажами судов и бухгалтерией. Кроме того на представителей технических отделов зачастую возлагается разработка документации в классических схемах организации производства выполняемая другим отделам. Подобное положение дел обусловлено тенденцией к максимально возможному сокращению штата МСРП, обуславливающему необходимость совмещения трудовых функций работниками. В большинстве случаев технолог предприятия, являясь грамотным специалистом во многих областях, осуществляет ведение документооборота всех видов документации за исключением бухгалтерской и некоторых видов экономической.
Таким образом, выявляется необходимость для судоремонтного предприятия в организации структурированного документооборота всех видов документации, позволяющего узкому штату сотрудников осуществлять ведение документооборота с минимальными затратами времени и средств вследствие высокой загруженности. Для СК также следует выделять регламентированную номенклатуру документации [22].
При эксплуатации флота возникает необходимость в прогнозировании объёмов и стоимости ремонтных работ [23] - [25]. Как правило, данную задачу осуществляет планово-экономический отдел. Тщательное прогнозирование объёмов ремонта требует высокой компетенции экономиста в области технологических процессов судоремонта и прогнозирования износа каждой из судовых подсистем (элементов). По этой причине СК со 20 держат ставку специалиста, курирующего ремонтные работы и техническое обслуживание. Эти работы, как правило, выполняет директор по флоту или иной технический специалист. Данный работник осуществляет взаимодействие с планово-экономическим отделом СК и заводами, осуществляющими ремонт флота. Таким образом удаётся достичь более тщательного планирования затрат на ремонтные работы и формирования выгодной для судовладельца стратегии ремонта.
Для структурирования информации, полученной на основании анализа функции технического отдела, автором разработаны таблицы 1.3 и 1.4 [21], отражающие виды документации, разрабатываемой техническими работниками СК и МСРП и функции этих специалистов.
Обоснование применения «Электронного паспорта флота/судна» при организации технического документооборота и планировании судоремонта
Род перевозимого груза и наличие балласта влияет на конструкции, взаимодействующие с ним. Путём анализа известных данных о скоростях изнашивания грузовых зон при перевозке различных видов груза необходимо получить величину надбавки к скорости износа элементов.
Выбор характерных поясов и сечений. Математическая модель в рамках диссертации составляется только для днищевой обшивки в средней части корпуса. В модели должны быть формализованы выражения для следующих элементов средней части корпуса:
Основные ограничения и допущения модели. Изнашивание элементов конструкций корпусов судов является крайне сложным процессом. В общем случае на него оказывают воздействие более 15 факторов [64], учесть которые в рамках математической модели представляется крайне сложным. Кроме того, многие из факторов невозможно установить при проведении прогнозов по составленным выражениям. Эта особенность может спровоцировать появления ошибок, вызванных влиянием субъективности подходов оператора, составляющего прогноз [86]. Для упрощения разработки модели изнашивания корпуса судна и дальнейшего её применения для целей прогнозирования введены следующие допущения.
Будем считать, что поправка на язвенный износ при определении прогнозируемых остаточных толщин учитывается за счёт значений t (фактическая толщина), полученных в рамках замеров, выполненных во время последней дефектации с учётом язвенного износа. Пренебрежём спецификой распространения язв на дельнейшем этапе, руководствуясь тем, что интенсивная язвенная коррозия происходит только в первые (4...7) лет эксплуатации элемента в составе корпуса, а далее рост язв замедляется [37]. Их воздействие учитывается в рамках расчёта средней остаточной толщины. Риск возникновения сквозной коррозии учитывается в рамках определения рисков возникновения повреждений исходя из глубины язв и характера среды.
Будем считать, что общий износ элемента зависит от суммы изменений толщины с каждой его стороны.
Примем, что подверженность коррозии для рассматриваемых марок стали может быть учтена путём ввода поправочного коэффициента к скорости изнашивания от действующей среды.
Примем нормальную продолжительность навигации - 220 сут.
Допустим упрощение расчёта некоторых элементов связей корпуса за счёт введения поправочного коэффициента на специфику изнашивания связи к аналогичному элементу корпусной конструкции.
Включим показатели солёности и температуры воды в условия, характеризующие район эксплуатации.
При выполнении операций по получению коэффициентов и слагаемых скоростей изнашивания примем нормальный закон распределения погрешности, задаваясь тем, что каждый из неучитываемых в рамках расчёта факторов даёт малую погрешность результатов измерений.
Блок-схема математической модели прогнозирования остаточных толщин элементов корпусных конструкций представлена на рисунке 2.8. Она включает 9 блоков, в том числе 6 функциональных, представляющих этапы построения математической модели. В блоке 2 осуществляется ввод исходных данных. В блоке 3 осуществляется корреляционный анализ данных, позволяющий определить правильность подбора исходных данных.
Блок 4 направлен на проведение регрессионного анализам, в результате которого получаются множители для линейной зависимости. В рамках блока 5 производится проверка адекватности модели по критерию Фишера [87 - 90]. Если в результате проверки выявляется, что модель не адекватна, то используется блок 7, в рамках которого производится ввод дополнительных исходных данных. Если модель адекватна, то в блоке 6 выводятся функции для прогнозирования.
Представленный алгоритм направлен на получение уточнённого (в соответствии с известными методиками [15, 37]) прогнозного значения остаточных толщин корпусных конструкций для судна внутреннего плавания. Математическая модель зависит от задаваемой целевой функции, которая, в свою очередь определяется задачей моделирования. Рассматриваемая модель направлена на решение следующих задач:
С учётом отмеченного скорость изнашивания листа обшивки днища в районе балластного отсека можно представить следующим образом: слагаемое скорости изнашивания с наружной стороны элемента в зависимости от района эксплуатации, мм/год; кэ - коэффициент, учитывающий продолжительность навигации; V0 - слагаемое скорости изнашивания элемента во время холодного отстоя, мм/год; V - слагаемое скорости изнашивания элемента с наружной стороны в зависимости от влияния мелководья, мм/год; /Сф - коэффициент, учитывающий продолжительность эксплуатации судна в условиях мелководья; V6 - слагаемое скорости изнашивания внутренней поверхности элемента в зависимости от приёма балласта в прямом и обратном рейсе; /сб - коэффициент, учитывающий продолжительность эксплуатации судна в балласте.
Из формулы (2.3) видно, что скорость изнашивания элемента зависит от скорости изнашивания с наружной стороны (зависит от района эксплуатации, влияния мелководья, качества покрытий и других факторов) и с внутренней стороны (зависит от влияния продолжительности эксплуатации судна в балласте в течение навигации). Подобным образом могут быть описаны скорости изнашивания для каждой группы рассматриваемых элементов. То есть, скорость изнашивания погруженной части обшивки борта будет равна:
Определение границ экспериментальной области факторного пространства
Основная функция блока - формализация оборота технической документации судоремонтного предприятия. Помимо данных, необходимых для прогнозирования, в нём собрана техническая документация, включающая проектные документы, технологии ремонта и изготовления деталей, сведения о ремонтах, сведения о снабжении судна инвентарем, дельными вещами, СЗЧ и т.д. и другую необходимую информацию. Её оборот осуществляется в рамках предприятия за счёт сетевого принципа использования «Электронного паспорта флота/судна». На основании этих данных определяются доли остаточных толщин групп связей на нулевой отметке прогнозирования.
Блок 3 включает алгоритм метода прогнозирования скоростей изнашивания элементов днищевой обшивки, в зависимости от продолжительности навигации и влияния мелководья и метода прогнозирования технического состояния других элементов корпуса по остаточным толщинам. В нём на первом этапе производится прогнозирование технического состояния обшивки днища судна по остаточным толщинам. На втором, на основании полученных данных по днищу производится прогнозирование технического состояния прочих элементов корпусных конструкций.
Полученные данные сопоставляются со сведениями библиотеки информации блока 4, которая содержит данные требований Правил Российского Речного Регистра [47] к нормам и минимальным значениям остаточных толщин групп и элементов связей. На основании выполненного анализа производится выбраковка элементов по остаточным толщинам.
Параллельно работе блока 4 функционирует блок 5. Его действие основано на предопределённом, то есть описанном отдельно и функционирующем автономно от всей программы алгоритме, соответствующем методу прогнозирования массы металла, заменяемого по причине повреждений. На выходе из блока формируется прогнозное значение массы металла по каждой рассматриваемой группе связей по районам корпуса (оконечности, переходные районы, средняя часть). В итоге в блоке 6 формируется предварительный вариант акта дефектации, который может быть выведен на печать {блок 7) и использован при проведении заводской дефектации. При работе блока 6 формируются табличные формы акта, на основании которых автоматически заполняется растяжка наружной обшивки, настила второго дна, палуб и внутренних бортов.
После проведения заводской дефектации в блоке 8 оператором производится ввод в документ предварительного акта дефектации данных, отличных от прогнозных. В результате в блоке 9 формируется акт заводской дефектации, который выводится на печать {блок 10) и используется для организации производства на предприятии (составления графиков, расцехов-ки работ, составления сменных заданий и рабочих нарядов и т.д.). Готовый акт дефектации пополняет базу данных блока 2 и используется при прогнозировании на следующих этапах жизненного цикла судна.
Общие положения. Практическое применение метода направлено на определение характера зависимостей скорости изнашивания наружной стороны днищевой обшивки от продолжительности навигации и условий района эксплуатации, в том числе влияния мелководья. Общий алгоритм метода приведен на рисунке 4.2.
Понимание ха Предлагаемый автором метод основан на построении компьютерной модели изнашивания наружной поверхности днищевой обшивки в_средней части судна.
На основании обоснований, выполненных в главе 2, при разработке компьютерных моделей следует принимать, что изменение толщины эле рактера такой зави симости позволит судовладельцу и спе циалистам судоре монтного предпри ятия учесть условия эксплуатации при планировании объе мов ремонта и орга низации производст ва, а значит получать более точные про гнозы скоростей из нашивания элемен тов корпусных кон струкций. Кроме то го, выражение позво ляет выполнять рас чёт на интересующий промежуток времени с возможностью варьирования условий эксплуатации. мента связи, есть сумма изменения толщины с каждой сторон элемента. То есть, скорость изнашивания листа обшивки адекватно описывается формулой (2.4). Наличие балласта с внутренней стороны конструкции должно учитываться при получении зависимости скорости изнашивания от продолжительности навигации и времени эксплуатации на мелководье. В случае приема балласта в течение навигации в отсеки, контактирующие со связями, для которых выполняется прогнозирование, показатель времени продолжительности навигации должен быть увеличен на значение, соответствующее времени нахождения балласта на судне. В случае его отсутствия, прогнозирование выполняется по алгоритму, аналогичному описанному в главе 3.
В рамках метода рассматриваются зависимости, определяющие скорость изнашивания погруженной части наружной обшивки днища при различных условиях эксплуатации. Достоверность результатов прогнозирования скоростей изнашивания обеспечивается тем, что для различных условий района плавания, качества предыдущих ремонтов и защиты корпуса от коррозии должны производиться отдельные компьютерные исследования. При прогнозировании с использованием полученных выражений выбираются те, которые соответствуют условиям эксплуатации судна, для которого рассчитывается прогноз. Кроме того, отдельные исследования должны производиться для групп связей, лежащих в различных районах корпуса по длине судна.
Выбор источников исходных данных. Исходными данными при прогнозировании скоростей износов по данному методу являются акты дефектации судов и сведения об условиях их эксплуатации. При получении выражений для прогнозирования необходимо проводить исследования на примере судов одного проекта, эксплуатирующихся на одной линии или линиях с одинаковыми условиями эксплуатации (одинаковые солёность воды, среднегодовые температуры и т.д.). Для исследуемых судов должны варьироваться показатели продолжительности эксплуатации в течение года и время работы на мелководье.
Выборка и подготовка исходных данных. Для применения метода не практике выбираются акты дефектации за два и более освидетельствования нескольких судов одного проекта, эксплуатирующихся на одной линии. Производится расчёт изменения толщин каждого листа обшивки днища в отдельности за промежутки времени между освидетельствованиями для каждого из судов. На основании этих данных рассчитывается среднегодовое изменение толщины групп связей для каждого судна при неизменной продолжительности навигации и работы на мелководье.
Метод формализации оборота технической документации судоремонтного предприятия
Использование базы данных в рамках концепции «Электронного паспорта флота/судна» должно допускать отслеживание технического состояния судна, продвижения проводимых ремонтных работ, осуществление контроля их качества. Подобная возможность представляет интерес для и контролирующих организаций (Российский Речной Регистр, Российский Морской Регистр Судоходства и др.).
4.6. Методика применения «Электронного паспорта флота/судна» при организации планирования объёмов ремонта корпусов судов
Структура и функциональные возможности методики комплексной организации планирования объёмов ремонта приведена на рис. 4.10.
Основу методики, как и других предложенных, составляет концепция «Электронного паспорта флота/судна». На первом этапе, перед внедрением концепции в работу судоходной компании или судоремонтного предприятия, руководство и инженерно-технический состав работников должны определить приемлемую структуру оборота документации: номенклатуру вкладок, интересующие функции, количество специалистов, которые будут обслуживать систему в дальнейшем. На основании принятых решений базовая структура системы «Электронный паспорт флота/судна», приведенная на рис. 4.8, может быть откорректирована под условия конкретного предприятия или компании. Применение системы воз 146 можно сразу после наполнения баз данных и библиотек справочной информации, уже имеющимися на предприятии документами.
Структура и функциональные возможности методики применения ЭПФ при организации планирования объёмов ремонта корпусов судов
Доступ к модулю «Электронный паспорт судна» осуществляется через модуль «Электронный паспорт флота», который содержит переходы к каждому типу судов приписного флота и, далее, к проекту судна и к каждому конкретному судну. Для единиц флота вся накопленная информация разбивается на блоки по элементам судна (корпус, системы, механизмы, устройства, электро- и радиооборудование). Блок каждого из элементов насыщается информацией по предыдущим ремонтным работам, дефекта-циям, снабжению и проч.
Повышению качества планирования ремонтных работ на интересующий период способствует блок прогнозирования. Его работа основана на методах, описанных в п.п. 4.2-4.4 настоящей главы диссертации. Имея в базе данных акты дефектации за предшествующие периоды и зная условия эксплуатации судна оператор может получать прогноз технического состояния корпуса судна в виде чернового акта дефектации, а также прогнозное значение массы заменяемого металла по каждой группе связей корпуса. После расчёта прогнозных значений и получения черновых актов дефектации может быть выполнена их корректировка в соответствии с фактическими значениями остаточных толщин. Сформированные таким образом акты пополнят базу данных модуля «Паспорт судна».
Особенностью применения «Электронного паспорта флота/судна» на практике является не только упрощение оборота всей технической документации, но и процессов её создания. Этот эффект достигается за счёт насыщения библиотек справочной информации формами для разработки различных актов, заявок и отчётов, благодаря чему на предприятии формируется культура единообразия оформления документации.
Доступ к данным, хранящимся и разрабатываемым на базе «Электронного паспорта флота/судна» может быть обеспечен всем или только некоторым специалистам предприятия. Предусматриваются несколько режимов доступа, обеспечивающие сохранность электронного архива :
Элементы разработанной методики внедрены на ряде судоремонтных предприятий и судоходных компаний: ЗАО СК «БашВолготанкер», ОАО «Чкаловская судоверфь», ООО «Борская судоремонтная компания», ООО «Ярбункер». Использование элементов методики на этих предприятиях как в тестовом, так и в рабочем режимах, показало хорошие результаты. На основании анализа результатов внедрения составлена таблица сравнения временных затрат на планирование, дефектацию и техническую подготовку производства, представленная ниже.
Из приведённой таблицы следует, что применение предложенной концепции позволяет в значительной мере сократить сроки проведения технологической подготовки судоремонта и его организации. Кроме того, благодаря частичной автоматизации функций, выполняемых техническими работниками предприятия (компании), удаётся избежать ошибок, обусловленных влиянием человеческого фактора.