Развитие технической эксплуатации судовых энергетических установок на базе информационных технологий

Техническая эксплуатация судовых энергетических установок неотделима от эксплуатации морских судов. История мореплавания насчитывает тысячи лет, и столько же лет решаются основные задачи технической эксплуатации судна и его энергетической установкитехнического использования, обслуживания и ремонта.

Отличия в типе энергетической установки и виде используемого энергоносителя: ветродвижительная установка, дизельная, паротурбинная или газотурбиннаяиспользование энергии ветра, каменного угля, нефти или сжиженного газа — не меняют самих задач выбора режима, предотвращения внезапных отказов, прогнозирования постепенных отказов, оптимизации сроков технического обслуживания или ремонта судовых технических средств и т. д.

Со временем изменяются технологические процессы технической эксплуатации. Управление парусами, ремонт такелажа и рангоута и техническое обслуживание блоков и канатов парусных судов ничем не напоминают процессов управления автоматизированной энергетической установкой современного теплохода и, тем более, атомохода, обслуживания и ремонта ее многочисленных технических средств и систем.

Тем не менее, несмотря на коренные отличия технологических процессов технической эксплуатации СЭУ, относящихся к различным периодам их развития, в них присутствует определенная общность. И капитан древнего парусного судна должен был решать задачу выбора основного эксплуатационного режима, определяя, сколько и каких парусов способно нести судно при свежей погоде без серьезного риска внезапного отказа парусного вооружения. И современный старший механик должен решать задачу предотвращения внезапного отказа главного двигателя, выбирая режим его работы с учетом загрузки судна, обрастания его корпуса, погодных условий и технического состояния самого двигателя. И тот, и другой должны решать задачу своевременного обслуживания и ремонта судовых технических средств с учетом изменения их технического состояния.

Анализ показывает, что эта общность обусловлена информационными процессами, необходимыми для решения задач технической эксплуатации СЭУ. До недавнего времени технологические процессы сбора и анализа информации, и тем более, принятия решений, по сути оставались прерогативой интеллектуальной деятельности и интуиции судовых специалистов. Даже постепенное увеличение количественной составляющей в исходной информации за счет все более широкого применения контрольно-измерительных приборов, систем централизованного контроля и систем технического диагностирования до сих пор не приводило к качественным изменениям в осуществлении этих процессов.

Современное развитие информационных технологий, использующих новые поколения вычислительной техники, компьютерные сети, системы спутниковой связи, новейшие достижения измерительной техники, создает предпосылки для реализации информационных процессов технической эксплуатации СЭУ на качественно новом уровне.

Необходимость такого перехода определяется нарастанием противоречия между увеличением сложности СЭУ и уменьшением численности судовых экипажей. В конечном итоге и то, и другое связано с необходимостью обеспечения конкурентоспособности судна на фрахтовом рынке. Увеличение сложности СЭУ в первую очередь определяется стремлением к повышению их экономичности и надежности, т. е. к снижению топливной и ремонтной составляющих эксплуатационных расходов, к. снижению расходов на страхование судна и к уменьшению риска огромных убытков от последствий аварий и экологических катастроф из-за отказов СЭУ. Сокращение численности экипажа позволяет существенно уменьшить эксплуатационные расходы за счет экономии средств на его содержание.

Развитие методов технической эксплуатации СЭУ на базе информационных технологий требует высокого уровня формализации процедур сбора, обработки и анализа исходной информации и ее эволюции вплоть до получения нужного решения, т. е. качественно другого уровня организации информационной среды.

В условиях рыночной экономики широкое использование таких информационных технологий в технической эксплуатации СЭУ будет жизнеспособным только в том случае, если оно обеспечит судовладельцам увеличение прибыли. Поэтому одной из важных задач является реализация возможности перспективных информационных технологий для получения оптимальных с этой точки зрения решений.

Однако для получения системного эффекта, выходящего за рамки отдельного судна или судоходной компании, недостаточно реализовать возможности использования прогрессивных информационных технологий в решении задач технической эксплуатации СЭУ. Для этого необходимо пересмотреть ее концепцию в целом, начиная от технических условий на поставку оборудования при постройке судна и кончая комплексом организационно-технических решений в сфере диагностирования, обслуживания и ремонта судовых технических средств.

Предлагаемая работа посвящена комплексному рассмотрения наиболее важных аспектов разработки такой концепции развития методов технической эксплуатации СЭУ на базе прогрессивных информационных технологий.

Актуальность проблемы. Создание энергосберегающих и ресурсосберегающих технологий является одним из важнейших направлений.

— и научно-технического прогресса. Реализация этого направления применительно к судовым энергетическим установкам (СЭУ) прямо связана с повышением эффективности их технической эксплуатации.

Подавляющее большинство морских судов оборудовано дизельными СЭУ. В последние годы условия их эксплуатации существенно изменились: практически на всех режимах главные двигатели должны работать на низкокачественных тяжелых топливах, применение во все больших масштабах средств автоматизации и диагностирования сопровождается сокращением численности экипажей, переходом на безвахтенное обслуживание и уменьшением объемов ремонтно-профилактичес-ких работ, выполняемых силами машинной команды.

В этих условиях недостаточная эффективность решений основных задач технической эксплуатации сдерживает реализацию потенциальных возможностей повышения доходности и конкурентоспособности судов.

До недавнего времени наибольшее внимание уделялось научному обеспечению проектно-конструкторских разработок и технологических процессов изготовления судовых технических средств и гораздо меньшее — научно-методическим проблемам их технической эксплуатации.

Обширные исследования, проведенные в этой области в последние десятилетия д. т.н. А. С. Баевым, д. т.н. Г. А. Басалыгиным, д. т.н. В. Ф. Большаковым, д. т.н. Р.В.Васильевым-Южиным, д. т.н. Д.В.Гаска-ровым, к. т.н. П. М. Гацаком, д. т.н. С. И. Горбом, д. т.н. Г. А. Давыдовым, д. т.н. Н. И. Денисенко, д. т.н. С. Н. Драницыным, д. т.н. В.И.Ени-ным, д. т.н. С. В. Камкиным, д. т.н. Ф. М. Кацманом, д. т.н. E.H. Климовым, д. т.н. Г. А. Конаковым, д. т.н. В. В. Лоханиным, к. т.н. В.В.Мас-ловым, к. т.н. А. Н. Нееловым, д. т.н. М. К. Овсянниковым, д, т.н. А. С. Пилюгиным, д. т.н. И. С. Полипановым, д. т.н. В. Н. Половинкиным, к. т.н. Г. С. Розенбергом, д. т.н., Л. А. Самсоновым, д. т.н. В. С. Семеновым, д. т.н. Д. А. Скороходовым, д. т.н. Ю. В. Сумеркиным, д. т.н. В. Н. Темновым, д. т.н. Л. В. Тузовым, д. т.н. А. А. Фокой, д. т.н. Ю. Я. Фоминым, д.т.н. Г. С .Исаковым, и многими другими блестящими учеными Петербургской и Одесской научных школ в значительной мере восполнили этот пробел. Однако проблема далеко не исчерпана. Об этом свидетельствует, в частности, неиссякающий поток публикаций и диссертационных работ.

Таким образом можно констатировать наличие научной проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение, заключающейся в необходимости концептуального преобразования системы технической эксплуатации судовых энергетических установок на базе информационных технологий применительно к условиям рыночной экономики.

Цель работы. Обеспечение конкурентоспособности и рентабельности российского морского флота за счет повышения эффективности технической эксплуатации судовых энергетических установок.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие основные задачи:

— определить наиболее перспективные типы энергетических установок морских судов и основные тенденции развития их технической эксплуатации;

— рассмотреть системные критерии оценки эффективности работы морских судов и их энергетических установок, определить глобальный критерий эффективности их технической эксплуатации в условиях рыночной экономики;

— проанализировать взаимосвязь технологических и информационных процессов технической эксплуатации через эволюцию данных в ее информационной среде;

— оценить состав и достаточность существующей измерительной базы технической эксплуатации СЭУ, приемлемость метрологических характеристик используемых КИП, СЦК, СТД и специальных средств измерения для реализации основных процедур эволюции данных на базе информационных технологий;

— определить объекты технической эксплуатации СЭУ, для которых необходимо получение математических моделей, методы моделирования и проверить их реализуемость в реальных условиях эксплуатации;

— определить концептуальные направления развития технической эксплуатации СЭУ на базе информационных технологий в условиях рыночной экономики.

Методы решения поставленных задач. Основные научные результаты получены с использованием методов системного анализа, математического моделирования, теории планирования экспериментов и их реализации в натурных условиях.

Личное участие автора заключается в получении научных результатов, отраженных в опубликованных работах (в том числе и в соавторстве), в разработке и определении направлений, задач и принципиальных методических положений, в проведении теоретических и экспериментальных исследований, их анализе, обобщении и использовании на различных этапах от постановки задач до экспериментальной проверки в лабораторных и судовых условиях.

Научная новизна. В результате выполненных исследований получены научные результаты, которые выносятся на защиту:

— концепция развития методов технической эксплуатации судовых энергетических установок на базе информационных технологий, направленная на повышение эффективности решения ее основных задач в условиях рыночной экономики;

— анализ и обобщение эволюции данных в информационной среде технической эксплуатации пропульсивных комплексов, судовых энергетических установок и их главных двигателей, а также результаты выполненных исследований по получению и использованию локальных и интегральных статистических моделей судовых технических средств;

— единая методология и частные методы оптимальных решений основных задач технической эксплуатации судовых энергетических установок по глобальному критерию оптимизации — максимальной среднесуточной прибыли судна за рейс, апробированные на реальных эксплуатационных данных ;

— методы оценки эффективности использования транспортного потенциала отдельных транспортных средств и видов транспорта, эффективности преобразования энергии в энергетических цепях судовых пропульсивных комплексов, удельной энергоотдачи главных двигателей судовых энергетических установок различных типов;

— впервые предложенным, разработанным и реализованным надежным методом постоянного эксплуатационного контроля технического состояния судовых дизелей по температуре подвижных деталей ци-линдро-поршневой группы (поршней и подшипников) с помощью бесконтактного устройства, позволившим получить в натурных условиях уникальные данные о развитии процессов задира деталей ЦПГ малооборотных двигателей и возможностях их предотвращения;

Практическая ценность работы заключается в разработке комплекса технических и организационных решений и программных продуктов, обеспечивающих повышение эффективности и надежности СЭУ при реализации потенциальных возможностей судов для повышения их рентабельности в конкретных условиях эксплуатации, а также в обосновании перспективной концепции формирования АСУ ТП СЭУ по модульному принципу с использованием современных информационных технологий, позволяющей на этапе разработки выбирать наиболее рациональные системные и компоновочные решения.

Реализация полученных результатов. Основные результаты исследования используются в Институте проблем транспорта Российской Академии наук (ИПТ РАН) при разработке фундаментальных проблем энергоиспользования в транспортных комплексах.

Разработанная в ИПТ РАН система контроля режимов работы судовых дизелей на основе использования отечественных датчиков давления ЛХ-412М и персональных компьютеров IBM PC АТ/286 используется в АО «Балтийское морское пароходство» .

Система оценки технического состояния малооборотного дизеля по параметрам индикаторного процесса, данным постоянного эксплуатационного контроля температур поршней и крейцкопфных подшипников с помощью бесконтактных устройств использована в Новороссийском морском пароходстве и в Новороссийскрыбпроме.

Система контактного контроля теплового состояния поршней главных двигателей, успешно использованная на судах типа «Маршал Буденный» в НМП, прошла конструктивную доработку для использования на судах БМП.

Опубликованные результаты анализа неисправностей судовых дизелей и способов их предотвращения" а также разработанные методы получения статистических моделей судовых энергетических установок в условиях эксплуатации и оценки их основных эксплуатационных параметров при изменении технического состояния или условий работы используются в учебном процессе курсантами и слушателями курсов и факультетов повышения квалификации морских, вуз’ов.

Апробация работы. Основные положения работы по мере ее выполнения представлялись на отечественных и международных выставках, конференциях, семинарах и симпозиумах, в том числе: на Всероссийских научно-технических конференциях «Параметры перспективных транспортных систем России» (Москва, 1994 г.), «Диагностика, информатика и метрология — 94» (Санкт-Петербург, 1994 г.), «Диагностика, информатика и метрология — 95» (Санкт-Петербург, 1995 г.), «Разработка и внедрение новых технологий на транспорте» (Москва, 1993 г.), «Проблемы экологии,. энергетики, безопасности транспорта. Результаты исследований, практика их применения» (Москва, 1992 г.) и др., а также на Международной выставке транспортных отраслей с участием России и республик СНГ «TRANSTEC 94» (Санкт-Петербург, 1994 г.), на международной выставке по судостроению и судоходству «Нева-93» (Санкт-Петербург, 1993 г.) — на семинаре «Двигатели внутреннего сгорания» при кафедре ДВС МВТУ им. Баумана Н. Э. (Москва, 1981 г), 19.85 г.- на семинаре «Проблемы совершенствования техничесской эксплуатации транспортных энергетических установок на базе информационных технологий» при Секции энергетических установок Санкт-Петербургского Дома Ученых им. М.Горького РАН (1996 г.) — на Международном симпозиуме «Энергетика-95» (Санкт-Петербург, 1995 г.- на Международно научно-технической конференции «Диагностика, информатика и метрология — 95» (Санкт-Петербург, 1995 г.) и др.

Структура и объем работы. Диссертация представлена в форме рукописи, состоящей из введения, семи глав, заключения и списка публикаций по теме из 259 позиций. Общий объем работы составляет 342 страницы, в том числе 69 рисунков, 29 стр. список публикаций.

6.5. Выводы по главе.

1. Рассмотренные примеры решения основных задач технической эксплуатации СЭУ с использованием информационных технологий, показывают, что уровень разработки методов их использования в эксплуатационных условиях достаточен для получения практических результатов от отдельных технических реализаций.

2. Для широкомасштабного применения апробированных методов, технических и технологических решений, должны быть решены проблемы контролепригодности СТС, тиражирования измерительных систем контроля режимов работы СЭУ и технического состояния СТС, соответствующей подготовки судовых и береговых специалистов.

3. Получение системных эффектов от комплексного решения задач технической эксплуатации СЭУ на базе информационных технологий требует концептуального пересмотра технологических и органи-зацонно-технических процедур создания и использования СТС СЭУ на протяжении всего их жизненного цикла.

Глава 7. Концепция развития технической эксплуатации СЭУ на базе информационных технологий.

7.1. Общие положения.

Выполненный во второй главе с позиций исследуемой проблемы анализ современной системы технической эксплуатации СЭУ позволяет выделить в качестве ее концептуальной особенности преобладающее использование традиционных средств и способов переработки информации при фрагментарном использовании элементов информационных технологий.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод о перспективности широкого использования современных информационных технологий для повышения эффективности решения основных задач технической эксплуатации СЭУ на основе предложенной методологии. Однако для полной реализации потенциальных возможностей развития технической эксплуатации СЭУ в этом направлении необходимы концептуальные изменения во всей ее системе, сложившейся к настоящему времени.

По определению1} новая концепция развития технической эксплуатации СЭУ должна отражать основное направление и главный принцип этого развития.

Главным противоречием между существующей системой технической эксплуатации СЭУ и изменением ее информационных аспектов мож.

1}Концепция — (от лат. сопсерИо — понимание, система), определенный способ понимания, трактовки какого-либо предмета, явления, процесса, основная точка зрения на предмет и др., руководящая идея для их систематического освещения. Термин «концепция» употребляется также для обозначения ведущего замысла, конструктивного принципа в научных, художественных, технических, политических и других видах деятельности.

Большая Советская Энциклопедия", т.13., М.: с. 94.

— 291 но считать нарастание объемов и сложности информации о технического состоянии и правильности функционирования СТС и судна в целом, с одной стороны, и, с другой стороны, — ухудшением возможностей судовых специалистов объективно оценивать информацию об условиях работы и техническом состоянии СТС и принимать адекватные решения по обеспечению рациональной эксплуатации СЭУ.

В условиях рыночной экономики при жесткой конкурентной борьбе за фрахтовый рынок это противоречие обостряется в связи с необходимостью для судовладельцев сокращать эксплуатационные расходы за счет уменьшения численности судовых экипажей и совмещения профессий палубной и машинной команды.

В современных российских условиях эта общая ситуация усугубляется фактическим распадом существовавшей ранее системы ТЭ СЭУ, ориентированной на возможности крупных судовладельческих компаний и централизованную систему государственного планирования и управления морским транспортом.

Характерно, что технологические аспекты ТЭ СЭУ с переходом к рыночной экономике не претерпевают существенных изменений, если не считать тенденции к перераспределению объемов технического обслуживания и ремонта в сторону уменьшения их доли, выполняемой судовыми специалистами, и увеличения доли работ отечественных БТОФ и СРЗ, а также зарубежных фирм и компаний. Однако и в этой области резко увеличиваются требования к объему и качеству информационных процессов.

Одновременно с нарастанием этих противоречий возникли и развиваются возможности и пути их преодоления. Эти возможности определяются современным уровнем и тенденциями развития прогрессивных информационных технологий, основанных на использовании специализированных и персональных компьютеров, компьютерных сетей, новейших измерительных средств и систем, а также спутниковыми системами телекоммуникаций. Можно сказать, что понятие ноосферы, введенное академиком В. И. Вернадским, материализуется сегодня в таких компьютерных сетях как «INTERNET». Это создает предпосылки для разработки новой концепции развития ТЭ СЭУ на базе прогрессивных информационных технологий.

Разработка такой концепции в первую очередь должна основываться на четких системных предпосылках, определяющих ее цель, объем и глубину, границы концептуального объекта, структуру и характеристики его внутренней и внешней среды, а также на выявлении важнейших особенностей концептуального периода.

Целью разработки концепции должно быть повышение эффективности технической эксплуатации энергетических установок судов российского морского флота для обеспечения его конкурентоспособности и рентабельности в условиях рыночной экономики, а также поддержания устойчивого функционирования транспортной системы страны, как в нормальных, так и в экстремальных условиях.

Объем и глубина разработки концепции определяются условиями единства содержания концепции как основного замысла и цельности концептуального объекта, которым является техническая эксплуатация СЭУ,.

В главе 3 она была рассмотрена с системных позиций, при этом были определены ее ближайшие нади подсистемы, а также показано, что критерием эффективности ТЭ СЭУ в нормальных условиях функционирования судна должна быть среднесуточная прибыль. Это позволяет определить глубину проработки тремя уровнями: судно как транс-портно-экономический объект, его пропульсивный комплекс и главный двигатель.

Разработка такой концепции в полном объеме представляет со.

— 293 бой большую и серьезную задачу, масштабы которой выходят далеко за рамки настоящего исследования. Поэтому необходимо ограничиться определением ее принципиальных положений.

Что касается концептуального периода как времени полного развития ТЭ СЭУ на базе информационных технологий, то с учетом средней продолжительности эксплуатации судов 20−25 лет и огромной фондоемкости судостроения и судоремонта, его можно в первом приближении оценить в 30−50 лет.

Такая концепция позволила бы объединить решение всех основных задач технической эксплуатации СЭУ в единую автоматизированную систему управления соответствующими технологическими процессами с последующим дополнением ее экспертными системами различных уровней на базе прогрессивных информационных технологий.

Для реализации потенциальных возможностей этих технологий необходимо решить ряд организационно-технических, конструкторс-ко-технологических и информационно-методических проблем.

7.2. Аппаратурное обеспечение.

Предлагаемая концепция совершенствования технической эксплуатации СЭУ основывается на широком использовании измеренных значений всех параметров, контролируемых штатными системами централизованного контроля, встроенными и переносными диагностическими системами и устройствами, в качестве исходной информации, вводимой в компьютеры соответствующего уровня, объединенные в единую информационную сеть.

Такая сеть в пределах судна может быть построена на разных принципах: на принципе централизованной обработки всей информации в едином компьютерена принципе рассредоточенных автоматизиро.

— 294 ванных рабочих мест (АРМ) с обработкой информации по заведованиям судовых специалистов на персональных компьютерахна модульном принципе с автоматической переработкой максимального объема измерительной и управляющей информации в унифицированных локальных компьютерных модулях, объединенных с АРМ в общесудовую сеть.

ОБъем и способы получения измерительной информации о техническом состоянии и режимах функционирования СТС и ФСО СЭУ должны выбираться в зависимости от их типа и конструктивных особенностей. Определение этих вопросов на, концептуальном уровне вряд ли целесообразно. Однако обеспечение контролепригодности СТС должно рассматриваться как важнейший вопрос, который в рамках рассматриваемой концепции должен решаться по принципу избыточности: места для установки датчиков должны закладываться в конструкцию СТС при ее разработке не из условия минимального количества датчиков, уже имеющихся на рынке, а из условия целесообразности контроля того или иного параметра для обеспечения надежности и эффективности функционирования объекта. За время его службы, как показывает опыт, появляются новые типы и модификации датчиков, более надежных, с новыми метрологическими возможностями.

Анализ принципиальных направлений развития судовых компьютерных сетей как аппаратурной базы использования информационных технологий в технической эксплуатации СЭУ приводит к выводу о наибольшей перспективности направления, ориентированного на автоматическую обработку максимально возможных объемов информации о режимах функционирования и техническом состоянии СТС СЭУ в локальных компьютерных модулях, соединенных с АРМ оператора.

В рамках предлагаемой концепции это направление должно реализоваться в АСУ ТП СЭУ, построенных по иерархическому принципу на основе АРМ и четырех типов программно-функциональных модулей: локальных, моделирующих, оптимизационных и диагностических.

Локальный модуль (рис. 7.1) рассматривается в качестве элементарного первичного звена структуры АСУ ТП СЭУ, исходя из необходимости сокращения объемов передаваемой от СТС информации и сохранения возможности автономного управления отдельными объектами в случае отказа вышестоящих управляющих структур или сетей передачи данных. При работе в автономном режиме управления в локальном модуле сохраняются последние значения уставок, полученных от вышестоящего уровня АСУ до момента его отключения.

Моделирующий модуль (рис. 7.2) предназначен для выполнения процедур моделирования многопараметрических сложных объектов с получением эталонных моделей и их последующей адаптацией к изменяющемуся состоянию объекта. В результате выполнения процедур адаптации в этом модуле постоянно поддерживаются текущие модели.

Оптимизационный модуль (рис. 7.3) реализует выбор оптимальных режимов работы соответствующих объектов. Он вводится при условии экономической и технической целесообразности такого решения. При этом выработка критериев оптимизации осуществляется на более высоких иерархических уровнях АСУ ТП СЭУ за пределами этого модуля.

Диагностический модуль (рис. 7.4) осуществляет процедуры диагностирования технического состояния контролируемого объекта на основе использования информации, получаемой от локального модуля, а также текущих и эталонных моделей, формируемых в моделирующем модуле.

В персональном компьютере АРМ обеспечивается хранение и использование необходимой информации общего характера (баз данных нормативно-технической документации, экспертных системы судового уровня и др.).

Предлагаемый принцип использования унифицированных модулей.

-•ыработка оптимального •ровня гонтролируемогс параметра X системе правления высшего ранга.

Анализ диагностической информации уточнение X 'с учетом изменения технического состояния объекта.

Принятие решения об изменении режима или отключении управляемого объекта в системе управления высшего ранга.

Аварийное отключение.

Рис. 7.1. Структурная схема функционирования локального модуля ацекватност;

Структурная схема функционировала моделирующего мо,.

Ограничения по предельным значени.

Локальный модуль.

Имитация возможных режимов.

Поиск оптимального сочетания Ц-X.

Условие оптимальности выполнено.

Текущая модель.

Ограничения по глобальному критерию оптимизации.

Рис. 7.3. Структурная схема функционирования оптимизируют* его модуля ис•-•4• СтРУКтурная схема функционирования диагностирующего модуля.

— 300 позволяет подойти к решению основных задач технической эксплуатации СЭУ с единых методологических позиций на базе прогрессивных информационных технологий.

7.3. Научно-методическая база.

Представленные в настоящей работе результаты теоретических и экспериментальных исследований могут рассматриваться как единая методология решения основных задач технической эксплуатации судовых энергетических установок, объединяющая частные методы оптимизации их решения по глобальному критерию — максимальной среднесуточной прибыли судна за рейс. Их совокупность представляется достаточной научно-методической базой дальнейшего развития ТЭ СЭУ с использованием прогрессивных информационных технологий.

При этом анализ и обобщение эволюции данных в информационной среде технической эксплуатации пропульсивных комплексов, судовых энергетических установок и их главных двигателей может служить единой методологической основой для дальнейшего развития исследований по получению и использованию локальных и интегральных статистических моделей судовых технических средств.

Как было показано в главах 5 и 6, за методическую базу программно-алгоритмического обеспечения выбора режима работы СЭУ (с учетом реальных условий плавания и технического состояния главного двигателя и пропульсивного комплекса), а также оптимальной периодичности, объемов и последовательности технического обслуживания и ремонта основных элементов СЭУ можно принять методы статистического моделирования. При этом для выбора режима работы главного двигателя должны постоянно поддерживаться текущие модели, адекватность которых обеспечивается процедурами адаптации, а при.

— 301 решении задач ТО и Р используются как текущие, так и эталонные модели.

Использование статистических методов моделирования в унифицированных модулях, рассмотренных в предыдущем разделе, позволяет значительно упростить задачи их разработки, изготовления и использования в рамках локальных судовых сетей.

Дальнейшее развитие научно-методической базы применения информационных технологий в ТЭ СЭУ должно быть направлено на создание экспертных систем, ориентированных на уровень потребностей судовых специалистов и особенности СТО конкретных СЭУ, и на уровень профессионально подготовленных береговых специалистов в области технической эксплуатации СЭУ определенных типов и модификаций. Важным направлением развития такой базы должно стать создание и поддержание баз данных по опыту эксплуатации СЭУ и СТС как основы для целенаправленного конструирования их новых более совершенных вариантов.

Важной особенностью предлагаемой научно-методической базы совершенствования ТЭ СЭУ является возможность ее включения в качестве одной из основных подсистем в общую систему управления технологическими процессами судна, направленную на получение судовладельцем максимальной на заданном временном интервале прибыли. Необходимо заметить, что выбор этого временного интервала имеет важное значение. Обоснование этого выбора должно стать предметом самостоятельного экономического анализа.

7.4. Организационно-техническое обеспечение.

Эффективность использования потенциальных возможностей предлагаемой концепции будет в значительной мере определяться выбором стратегии ее реализации и организационной структуры.

На стратегическом уровне представляется очевидным, что возможности развития ТЭ СЭУ на базе информационных технологий для судов, находящихся в эксплуатации, и для судов новой постройки различны.

Для повышения эффективности технической эксплуатации СЭУ действующих судов российского морского флота могут быть рекомендованы следующие мероприятия:

— создание информационно-диагностических центров ТЭ СЭУ в Санкт-Петербурге, Новороссийске, Мурманске и Владивостоке;

— создание передвижных диагностических комплексов для проведения диагностического обследования повышенной глубины и сложности во время стоянки судов в порту или с выходом в рейс;

— создание сети информационного обслуживания судов в портах и в рейсах по проблемам диагностирования СТС;

— создание на судах информационно-технологической и приборной базы в объеме, необходимом (и возможном по экономическим и техническим соображениям) для решения основных задач ТЭ СЭУ силами судовых специалистов (персональные компьютеры" электронные системы индицирования судовых дизелей, программное обеспечение, комплекты переносных диагностических приборов" цифровые магнитографы и др.);

— организацию на базе диагностических центров подготовки судовых специалистов к решению диагностических задач.

Для повышения эффективности технической эксплуатации СЭУ судов новой постройки дополнительно к вышеперечисленным могут быть предложены следующие мероприятия:

— включение в заказы на поставку судовых технических средств обязательного требования обеспечения их контролепригодности и характеристик эталонных параметров (моделей);

— включение в АСУ ТП судна подсистемы АСУ ТП СЭУ с соответствующим аппаратурным и приборным обеспечением диагностических задач;

— включение в программы стендовых, швартовных и ходовых испытаний режимы, необходимые для получения эталонных моделей и характеристик технического состояния СТС и пропульсивного комплекса.

Для создания информационно-диагностических центров в базовых портах России имеется достаточная кадровая и научная база: морские академии, научно-исследовательские институты, диагностические лаборатории пароходств. Такие центры могут создаваться в виде акционерных обществ, частных фирм и других юридических лиц. Очевидно, что основой их деятельности должны быть платные услуги судовладельцам и заводам-изготовителям СТС.

В этих центрах должна собираться и обобщаться информация об опыте технической эксплуатации энергетических установок судов соответствующего бассейна, сведения о характерных неисправностях судовых технических средств и возможностях их предотвращения с помощью средств и методов информационных технологий.

Первоосновой для получения и использования полезной информации, характеризующей условия работы и техническое состояние СЭУ, останутся суда. Сбор и обработку данных об условиях функционирования судна и его подсистем с регулярной передачей информации через спутниковые системы связи для накопления и анализа в береговые информационные центры целесообразно осуществлять через судовые накопители информации ограниченного объема. При соответствующем конструктивном оформлении такие накопители могут использоваться в качестве аварийного «черного ящика» .

— 304.

Главной базой формирование такой единой информационной области, должны стать информационно-диагностические центры базовых портов, крупных судостроительных верфей и фирм, производящих СТО.

Интернациональная природа мореплавания, международный характер производства, обслуживания и ремонта судов, их энергетических установок и судовых технических средств требуют обеспечить. возможность доступа к этой информационной области любого абонента, как для получения, так и для сообщения полезной информации через спутниковые системы связи и системы компьютерных сетей типа «Интернет» .

Таким образом предлагаемая концепция развития технической эксплуатации судовых энергетических установок на базе прогрессивных информационных технологий должна основываться на формировании самостоятельной области в глобальном информационном пространстве.

— 305 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В результате выполненного комплекса исследований получены следующие основные научные результаты:

1. Разработана и апробирована на статистических данных методология комплексной оценки эффективности использования потенциальных возможностей отдельных транспортных средств и основных видов транспорта по единому критерию — коэффициенту использования транспортного потенциала: для морского транспорта этот критерий составляет около 20%, для речного — около 4%- за счет повышения эффективности ТЭ СЭУ этот критерий может быть увеличен в 1.5−2 раза (при полном использовании паспортной скорости).

2. На основании сопоставления основных типов СЭУ по критерию удельной энергоотдачи и эффективности энергетических цепей при использовании традиционных и альтернативных энергоносителей установлено, что с учетом относительно небольшой доли морского флота в общем объеме энергопотребления- (3−4% от энергопотребления транспорта или около 0.5−1.0% общего энергопотребления) в обозримом будущем сохранится преобладающее использование нефтяных топ-ливиз альтернативных энергоносителей, по мере дальнейшего увеличения цен на эти виды топлив, наиболее вероятно применение в СЭУ морских судов синтетических жидких топлив. При этом сохранится доминирующее положение дизелей как главных двигателей СЭУ.

3. Проведенный анализ содержания и взаимосвязей организационных, информационных и технологических аспектов технической эксплуатации СЭУ показал, что сложившаяся на российском морском флоте система технической эксплуатацией СЭУ не отвечает требованиям функционирования судоходных компаний в рыночных условиях. В этих условиях технологические процессы не претерпевают существенных изменений, а информационные процессы характеризуются нарастанием объемов и сложности информации, необходимой для контроля технического состояния и правильности функционирования СЭУ. При использовании традиционных информационных технологий в условиях совмещения профессий палубной и машинной команды возможности судовых специалистов адекватно воспринимать и объективно оценивать информацию об условиях работы и техническом состоянии СТС приближаются к физиологическим пределам, что приводит к нерациональным решениям.

4. Выполненный анализ информационных процессов технической эксплуатации СЭУ показал, что взаимосвязь между информационными и технологическими процессами при использовании информационных технологий реализуется через формализованные процедуры эволюции данных от нижнего уровня в виде статистически значимых оценок контролируемых параметров к верхнему уровню в виде норм и правил. При этом в информационной среде ТЭ СЭУ на уровне судна образуются три взаимосвязанные области: область баз данных параметров, программная область и область баз данных моделей. Коммуникация этой информационной среды с внешней средой реализуется через измерительные каналы контролируемых параметров и пульт оператора.

Разработанная единая методология анализа и организации структуры информационной среды технической эксплуатации СЭУ, эволюции данных и формализованного решения ее основных задач в виде алгоритмов: выбора режима работы главного двигателя, предотвращения внезапных и прогнозирования постепенных отказов, оптимизации сроков и очередности технического обслуживания и ремонта СТС, — позволяет получать их эффективные решения с использованием прогрессивных информационных технологий.

5. На основе выполненного анализа взаимосвязей между показателями технической эксплуатации СЭУ и финансово-экономическими показателями работы судна предложен глобальный критерий оценки эффективности технической эксплуатации СЭУ в условиях рыночной экономики — среднесуточная прибыль за рейс. Моделирование влияния скорости судна на изменение среднесуточной прибыли на основе фактических данных рейсовой отчетности выявило реальную возможность оптимизации скорости по критерию максимума среднесуточной прибыли в условиях рейсового чартера и тайм-чартера, с последующей оптимизацией решения основных задач ТЭ СЭУ.

6. Экспериментальная проверка использования показаний штатных КИП, СЦК и СТД, а также созданных в ходе исследования специальных измерительных средств и систем (бесконтактных устройств контроля температуры поршней и подшипниковсистемы контроля режима работы судовых дизелей) подтвердила, что их метрологические возможности достаточны для получения статистически достоверных оценок контролируемых параметров при использовании их в качестве фактических и режимных значений в процедурах решения задач технической эксплуатации СЭУ на базе информационных технологий.

При этом установлено, что для оценки режимных значений контролируемых параметров с доверительной вероятностью 95% и ошибкой 0.58 в качестве репрезентативной выборки требуются небольшие серии из 13−15 последовательных измерений каждого из них с шагом не более 15 мин, а для решения задачи предотвращения внезапных отказов в буфер фактических значений на первой ступени оценивания должны заноситься математические ожидания каждого из контролируемых параметров по выборке из 13 — 15 измеренных значений с шагом дискретизации 60 с.

7. Для первоочередного решения основных задач технического использования, обслуживания и ремонта СЭУ на базе компьютерных.

— 308 технологий необходимо и достаточно использование моделей трех уровней: судна, его пропульсивного комплекса и его энергетической установки. При этом основным методом моделирования судна как транспортного и экономического объекта выбран детерминированный метод, а основным методом моделирования пропульсивного комплекса и главного двигателя — метод статистического моделирования.

Предложенная методика реализации оптимальных планов активных экспериментов на главных двигателях, как показала ее апробация в судовых условиях, обеспечивает преодоление корреляционных связей параметров двигателя при его работе на винт фиксированного шага и получение адекватных эталонных моделей за время, удовлетворяющее условию неизменности технического состояния объекта.

Из рассмотренных видов моделей пропульсивного комплекса судна для использования в информационных технологиях наиболее предпочтительны статистические модели.

Разработанная имитационная модель судна позволяет решать как прямую задачу — определения режима работы СЭУ и показателей работы судна за рейс по заданной скорости, так и обратную задачуопределения скорости судна по заданной мощности главного двигателя, а также задачу оптимизации скорости судна и режима работы СЭУ по критерию максимума среднесуточной прибыли.

8. Апробация полученных теоретических положений и практических результатов на конкретных примерах решения основных задач технической эксплуатации СЭУ с использованием информационных технологий, позволяет сделать вывод о том, что уровень разработки методов их использования в эксплуатационных условиях уже сегодня достаточен для получения практических результатов от отдельных технических реализаций. Однако для получения системных эффектов от использования информационных технологий для комплексного реше.

— 309 ния задач технической эксплуатации СЭУ требуется концептуальный пересмотр информационных, технологических и организацонно-техни-ческих процедур создания и использования СТС СЭУ на протяжении всего их жизненного цикла.

9. Предложенная концепция развития технической эксплуатации судовых энергетических установок на базе информационных технологий позволяет определить в качестве стратегического направления этого развития постепенное формирование самостоятельной области в глобальном информационном пространстве, реализуемом через спутниковые системы связи и международные компьютерные сети типа «INTERNET», со свободным доступом к этой информационной области любого абонента, как для получения, так и для сообщения полезной информации.

Главной базой формирование такой единой информационной области, должны стать информационно-диагностические центры базовых портов, крупных судостроительных верфей и фирм, производящих СТС.

Первоосновой для получения и использования полезной информации об условиях функционирования и техническом состоянии СЭУ останутся суда. Сбор и обработку данных с регулярной передачей информации через спутниковые системы связи для накопления и анализа в береговые информационные центры целесообразно осуществлять через судовые накопители информации ограниченного объема. При соответствующем конструктивном оформлении такие накопители могут использоваться в качестве аварийного «черного ящика» .

10. Для последовательной реализации предлагаемой концепции на эксплуатируемых судах необходимо решить ряд научно-методичес-ких, конструкторско-технологических и организационно-технических задач, важнейшими из которых являются следующие:

— развитие предложенной методологии моделирования технологи.

— 310 ческих процессов до полного охвата СТС СЭУ, пропульсивного комплекса и судна в целом;

— развитие экспертных систем, ориентированных в качестве пользователей на судовых специалистов и специалистов базовых информационно-диагностических центров;

— создание информационно-диагностических центров ТЭ СЭУ в Санкт-Петербурге, Новороссийске, Мурманске, и Владивостоке;

— создание передвижных диагностических комплексов для проведения диагностического обследования повышенной глубины и сложности во время стоянки судов в порту или с выходом в рейс;

— создание сети информационного обслуживания судов в портах и в рейсах по проблемам ТЭ СЭУ;

— создание на судах информационно-технологической и приборной базы в объеме, необходимом (и возможном по экономическим и техническим соображениям) для решения основных задач ТЭ СЭУ силами судовых специалистов (персональные компьютеры, электронные системы индицирования судовых дизелей, программное обеспечение, комплекты переносных диагностических приборов, цифровые магнитографы и др.);

— организацию на базе диагностических центров и в морских учебных заведениях подготовки судовых специалистов к решению задач ТЭ СЭУ на базе информационных технологий.

Для повышения эффективности технической эксплуатации СЭУ судов новой постройки дополнительно к вышеперечисленным могут быть предложены следующие мероприятия:

— включение в заказы на поставку судовых технических средств обязательного требования обеспечения их контролепригодности и отражения характеристик эталонных параметров (моделей) в нормативно-технической документации;

— включение в АСУ ТП судна подсистемы АСУ ТП СЭУ с соответствующим аппаратурным и приборным обеспечением использования информационных технологий для решения задач ТЭ СЭУ;

— включение в программы стендовых, швартовных и ходовых испытаний режимов, необходимых для получения эталонных моделей и характеристик технического состояния СТС и пропульсивного комплекса.