Главная » 2014 » Август » 29 » Скачать Алгоритмы и комплексы программ оптимального управления техническим обслуживанием сложных технологических систем с использованием бесплатно
7:15 AM
Скачать Алгоритмы и комплексы программ оптимального управления техническим обслуживанием сложных технологических систем с использованием бесплатно
Алгоритмы и комплексы программ оптимального управления техническим обслуживанием сложных технологических систем с использованием полумарковских моделей
Диссертация
Автор: Голунов, Роман Юрьевич
Название: Алгоритмы и комплексы программ оптимального управления техническим обслуживанием сложных технологических систем с использованием полумарковских моделей
Справка: Голунов, Роман Юрьевич. Алгоритмы и комплексы программ оптимального управления техническим обслуживанием сложных технологических систем с использованием полумарковских моделей : диссертация кандидата технических наук : 05.13.18, 05.13.07 Москва, 2002 156 c. : 61 03-5/1056-8
Объем: 156 стр.
Информация: Москва, 2002
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ СИСТЕМЫ ОБСЛУЖИВАНИЯ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
11 АСУ эксплуатационной надежностью как важнейшая компонента АСУТП
12 Пути повышения надежности сложных технологических систем
13 Оценка влияния параметров системы технического обслуживания и ремонта на функционирование СТС
14 Анализ моделей отказов сложных технологических систем
15 Анализ подходов к моделированию процесса технического обслуживания сложных технологических систем
15 Выводы
2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ СЛОЖНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ С ПОМОЩЬЮ ПОЛУ МАРКОВСКИХ ЦЕПЕЙ
21 Роль и место процедуры контроля состояния и технического обслуживания в АСУТП Выбор показателя эффективности функционирования сложных технологических систем
22 Полумарковская модель процесса технического обслуживания химико-технологических систем
23 Исследование влияния параметров системы обслуживания СТС на эффективность ее функционирования с использованием полумарковской модели
24 Алгоритм определения оптимального размера ЗИП для оборудования СТС
25 Выводы
3 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ СЛОЖНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
31 Алгоритмы определения оптимального срока технического обслуживания СТС при постоянном объеме контроля параметров СТС
32 Алгоритм совместной оптимизации полноты контроля и срока технического обслуживания СТС
33 Алгоритм прогнозирования периодичности проведения обслуживания при ограниченной информации о надежности СТС
34 Выводы
4 РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЛЕКСА ПРОГРАММ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ
41 Общая характеристика химико-технологических производств полимерных изделий как объекта технического обслуживания
42 Алгоритм и комплекс программ автоматизированного построения полумарковских моделей процесса обслуживания сложных химико-технологических систем
43 Применение разработанного комплекса программ для определения параметров технического обслуживания сложной технологической системы производства полимерной посуды
44 Выводы
Введение:
Современное технологическое оборудование предприятий химической и других видов промышленности представляет собой различные технические системы, которые по объёму выполняемых функций, конструктивным особенностям, количеству элементов и другим признакам (наличие иерархической структуры, свойства эмерджентности и т.п.) относятся к сложным техническим системам (СТС). Степень готовности СТС к выполнению возложенных на них задач во многом определяется уровнем их надежности. При этом следует различать потенциальный уровень надежности, заложенный в СТС при проектировании, и реально обеспечиваемый при использовании системы по назначению. Часто на практике эти уровни существенно различаются, что обусловлено воздействием ряда факторов.
Эти факторы носят как объективный, так и субъективный характер. К основным объективным факторам, влияющим на надежность СТС, относятся:
• ограниченность знаний о принципах, закономерностях и характеристиках физических процессов, которые рассматривались при проектировании и производстве СТС, о свойствах и физических характеристиках материалов, используемых для создания СТС, и особенно о деградационных процессах, происходящих в них при выполнении функциональных задач;
• уровень квалификации (и даже состояние) эксплуатирующего персонала и степень распределения функций между человеком и техникой (то есть человеческий фактор), которым обычно пренебрегают при построении модели процесса эксплуатации СТС в силу его слабой формализуемости.
К субъективным факторам, которые обычно учитываются при построении модели процесса эксплуатации СТС , можно отнести:
• введение в СТС различного рода избыточности (структурной, функциональной, режимной, временной, информационной и др.);
• организацию эксплуатации, качество которой существенно влияет на уровень реальной надежности СТС.
Комплексный учет влияния этих факторов при построении модели эксплуатации СТС поможет обеспечить требуемый уровень готовности СТС к использованию по назначению. Учёт названных факторов предполагает решение целого ряда задач. Так учет уровня квалификации обслуживающего персонала представляет собой решение задачи определения рационального (оптимального) соотношения между уровнем образования персонала и уровнем автоматизации функций, реализуемых СТС. Целесообразный уровень избыточности оборудования также всегда определялся как компромисс между требуемым качеством решения системой установленного перечня задач и размером материальных затрат, выделяемых на её разработку, производство и эксплуатацию, т.к. поддержание на предприятиях многочисленного и разнородного парка образцов технологического оборудования в работоспособном состоянии связано со значительными расходами.
Сказанное позволяет заключить, что разработка и использование математической модели, адекватно описывающей процесс эксплуатации СТС, во многом может определить надежность системы и качество её функционирования.
В настоящее время используются различные подходы к моделированию процессов эксплуатации оборудования различного назначения. В области моделирования процессов эксплуатации химико-технологического оборудования с целью повышения его надёжности известны работы академиков В.В. Кафарова, П.Д. Саркисова, професоров В.К. Дедкова, В.П. Мешалкина, Н.А Северцева., В.И Тихонова, Е.И. Сычёва, Н.А. Скляревича и др. Наиболее перспективными из них представляются марковские и полумарковские модели. Однако существующие модели не в полной мере позволяют учесть факторы и возможные состояния системы, оказывающие существенное влияние на определение оптимальных параметров процесса эксплуатации, что значительно снижает эффективность используемого оборудования. Особенно остро данная проблема стоит на предприятиях химической промышленности, для которых характерными являются непрерывный производственный цикл и повышенные требования к безопасности.
В этой связи разработка методов построения полумарковских моделей процесса эксплуатации СТС, позволяющих учитывать наиболее важные состояния системы в процессе функционирования и определять комплексные показатели эффективности её применения для рационального выбора оптимальных параметров системы эксплуатации (в первую очередь периодичности и объема проверок) с целью достижения заданного уровня надёжности, является актуальной задачей, имеющей существенное научное и практическое значение.
Основные разделы диссертации выполнялись в рамках комплексных программ социально-экономического развития г. Смоленска на 1997-1998 г.г., 1999-2000 г.г. и 2001-20002 г.г. и их содержание соответствует перечню критических технологий, определяемых политикой РФ в области науки и технологии на период до 2010 г.
Цели диссертационной работы. Разработать и исследовать полумарковскую модель процесса эксплуатации сложных технических систем, позволяющую рассчитывать комплексный показатель эффективности как функцию основных параметров этого процесса.
Разработать методы и алгоритмы расчета рациональных значений периодичности и объёма обслуживания в зависимости от имеющейся статистической информации о надежности СТС.
Применить разработанные методы и модели для определения рациональных сроков и объёмов обслуживания образцов технологического оборудования предприятий химической промышленности.
Для достижения вышеуказанной цели были поставлены и решены следующие задачи:
1) анализ существующих моделей процесса эксплуатации СТС;
2) выбор и обоснование показателя эффективности и параметров системы эксплуатации СТС;
3) разработка полумарковской модели процесса эксплуатации СТС, позволяющей рассчитать этот показатель;
4) разработка методов определения рациональной полноты контроля и сроков технического обслуживания СТС при постоянном и переменном объёме этого обслуживания, адаптированных к уровню статистической информации об их безотказности;
5) разработка комплекса программ, реализующего методы построения и использования полумарковских моделей процесса эксплуатации СТС;
6) применение разработанных методов и комплекса программ для обоснования предложений по совершенствованию системы эксплуатации образцов технологического оборудования предприятий химической промышленности.
Методы исследования в диссертации. Указанные задачи решены с использованием теории полумарковских процессов, системного подхода к исследованию системы эксплуатации СТС, применения методов логического анализа, математического моделирования, теории вероятностей и математической статистики.
Обоснованность научных результатов, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, определяется корректным применением теории полумарковских процессов, математического программирования, теории линейной алгебры и теории вероятностей.
Достоверность теоретических разработок обеспечивается учетом представительного количества факторов, обоснованным выбором представительных показателей, основных допущений и ограничений, использованием исходных методик и данных, адекватность которых уже доказана, и подтверждается совпадением частных результатов с результатами аналогичных исследований, полученными другими авторами, сходимостью полученных результатов на апробированных моделях.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Метод построения полумарковской модели процесса эксплуатации сложных технических систем, учитывающей влияние на их надежность основных эксплуатационных факторов.
2. Комплексные показатели эффективности процесса эксплуатации СТС.
3. Метод совместной оптимизации полноты контроля и сроков технического обслуживания сложных технических систем.
4. Метод определения периодичности проведения технического обслуживания сложных технических систем при ограниченной информации об их безотказности.
5. Программная реализация разработанных методов построения и использования полумарковских моделей эксплуатации СТС на персональных компьютерах.
Научная новизна работы заключается в следующем.
1. Впервые были обоснованы требования к комплексному показателю эффективности эксплуатации сложных технических систем, в качестве которого был использован коэффициент готовности, который в отличие от традиционного, зафиксированного в ГОСТ, уточнен для обслуживаемых систем и представлен в виде функции, зависящей как от объективных факторов эксплуатации (уровня безотказности образца и средств контроля, продолжительности обслуживания и восстановления и др.), так и субъективных (полноты контроля, интенсивности эксплуатации, уровня заложенной при проектировании избыточности, достоверности контроля, назначенного срока службы).
2. Разработана полумарковская модель процесса эксплуатации, которая в отличие от известных позволяет определять значение коэффициента готовности СТС как функцию основных параметров системы эксплуатации.
3. Показано, что коэффициент готовности как функция периодичности обслуживания и достоверности проверок имеет ярко выраженный унимодальный характер. На основании этого был предложен метод определения оптимальной периодичности технического обслуживания при постоянном объёме проверок, позволяющий повысить надёжность и эффективность функционирования СТС.
4. Разработан метод определения рациональной полноты контроля и сроков технического обслуживания СТС, основное содержание которого составляет обоснование рационального распределения операций по проверке параметров оборудования между видами контроля, отличающимися сроками и полнотой.
5. С помощью оптимизационного метода континуального линейного программирования разработан способ прогнозирования необходимой периодичности проведения технического обслуживания СТС при ограниченной информации об их безотказности, позволяющий обосновать показатель периодичности обслуживания при известных оценках двух первых моментов распределения времени безотказной работы системы. С помощью этого метода доказано, что оптимальным периодом обслуживания системы является период, равный математическому ожиданию времени безотказной работы.
Научная значимость работы. Разработанные в диссертации методы построения полумарковских моделей процесса эксплуатации СТС, принципы их компьютерной реализации могут являться основой для исследования сложного технологического оборудования и других технических систем.
Практическая значимость работы.
1. На основе предложенных методов и алгоритмов с использованием среды визуального программирования BORLAND DELPHI 6.0 разработан комплекс программ PROMOD для решения задач построения и использования полумарковской модели процесса эксплуатации СТС, включающий в себя универсальные и специализированные программные модули.
2. Проведена серия вычислительных экспериментов по проверке работоспособности комплекса PROMOD, результаты которых показали возможность повышения эффективности процесса эксплуатации СТС.
3. Эксплуатационная проверка программного комплекса PROMOD в составе АСУ надежностью оборудования по переработке пластмасс ОАО «ИСКРА» (г.Смоленск) показала, что его использование позволяет повысить уровень готовности к применению широкого класса технологического оборудования
4. Разработанные модели и методы могут являться основой программного обеспечения АСУ техническим состоянием оборудования при внедрении самой перспективной системы эксплуатации - системы эксплуатации по состоянию.
Реализация результатов работы. Разработанные методы, программный комплекс и научно-обоснованные рекомендации по их применению практически используются в АСУ техническим состоянием оборудования ОАО «Искра», что позволило за счет рационального распределения проверок между текущим и плановым видом обслуживания увеличить срок службы и повысить коэффициент готовности технологического оборудования к применению.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 2-м региональном межвузовском научно-техническом семинаре «Актуальные вопросы современной теории управления» (Смоленск, 2000); межвузовской научно- методической конференции, посвященной 50-летию РГОТУПС «Совремнные информационные технологии в научных исследованиях, образовании и управлении» (Смоленск, 2001), межвузовском семинаре «Актуальные вопросы управления техническими и экономическими системами» (Смоленск, 2000), областной конференции «Современные проблемы энергетики» (Смоленск, 2001), а также на семинарах в РХТУ им Д.И. Менделеева, филиале
Московского энергетического института в г. Смоленске и Военном университете общевойсковой ПВО МО РФ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ. В работах, написанных в соавторстве, Годунову Р.Ю. принадлежат все результаты, касающиеся теоретических и методических аспектов построения полумарковских моделей процесса эксплуатации СТС, а также результаты, относящиеся к практической реализации и применению разработанных моделей в системах АСУ техническим состоянием химико-технологического оборудования.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 111 наименований, и приложений. Общий объем диссертационной работы составляет 156 листов машинописного текста.
