CC BY
33
Электронное периодическое издание «Вестник Дальневосточного государственного технического университета» 2010 год № 3 (5)
05.00.00 Технические науки
УДК 629.5.078.4
В.А.Кулеш, О.Э.Суров, А.В.Житников
Кулеш Виктор Анатольевич - д-р техн. наук, профессор кафедры конструкции судов ДВГТУ. E-mail:[email protected]
Суров Олег Эдуардович - канд. техн. наук, доцент кафедры теории и проектирования корабля ДВГТУ. E-mail:[email protected]
Житников Антон Вадимович - канд. техн. наук, заместитель директора по производству ООО «Ригель-ДВ».
СИСТЕМА DEFHULL - ИННОВАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ ФЛОТА
Рассмотрена одна из актуальнейших проблем обратной связи в проектировании и техническом наблюдении за эксплуатацией судов. Дана общая характеристика разработанной системы DEFHULL (дефекты корпусов) и опыта её применения. Приведены сведения об объёме банка данных корпусов судов на начало 2010 г. и его структуре, указаны особенности заполнения банка, содержание входной и выходной информации, сведения о разработанных экспертных и сервисных функциях для работы с банком данных, опыте функционирования, примерах использования системы DEFHULL.
Ключевые слова: банк данных корпусов судов, система DEFHULL, допускаемые изно-сы, оценка технического состояния.
Viktor A. Kulesh, Oleg E. Surov, Anton V. Jitnikov SYSTEM DEFHULL, INNOVATIVE MANAGEMENT TECHNOLOGY OF FLEET TECHNICAL OPERATION
The article considers «feedback» problems in two spheres - ship designing and technical supervision of ship operation. A general characteristic of DEFHULL (defects of hulls) system and experience of its application are given. Volume information, structure, formation peculiarities, peculiarities of input and output data of the databank at the beginning of 2010 are described. We also cover the expert and service functions developed for the databank. Experience of functioning is analyzed.
Key words: hull ships databank, DEFHULL system, wear allowance, structural assessment.
Наличие обратной связи - важнейшее условие развития процессов и систем управления. Это в полной мере относится к судостроению и технической эксплуатации флота. Непременным звеном такой связи является статистика из-носов и повреждений корпусов судов (дефектов), отражающая их реальную надёжность и дающая возможность её регулирования как путём принятия конкретных решений о ремонте, так и путем развития нормативной базы для проектирования, постройки и эксплуатации судов.
В середине 90-х гг. прошлого века компьютеризация деятельности и формирование масштабных банков данных корпусов судов, в том числе и накопления статистики по дефектам, стали одним из приоритетных направлений Российского морского регистра судоходства (РМРС). Частные попытки решения этой задачи предпринимались в г. Санкт-Петербурге, Калининграде, Одессе и Владивостоке, но их нельзя назвать успешными, т.к. общей концепции формирования банка дефектов и отказов корпусов в России в то время не было.
В настоящее время замеры остаточных толщин хотя и ведутся, но скорости износа связей конструкций корпуса не определяются. Проблема статистики деформационных повреждений, разрывов, трещин и замен стоит острее. Под влиянием унифицированных требований Международная ассоциация классификационных обществ (МАКО) ослабила внимание к деформационным повреждениям на всех уровнях освидетельствования и оценки технического состояния корпусов судов. На фоне старения флота и углубления проблем технического состояния судов растет негативное влияние «человеческого фактора» на принятие решений. Все вышесказанное позволяет рассматривать вопросы компьютерных технологий формирования банков данных и оперативность принятия решений как актуальные.
В 1996 г. по заказу РМРС была разработана базовая версия системы DEFHULL, предназначенная для формирования компьютерного банка данных по техническому состоянию корпусов судов [5].
В 1997-1998 гг. базовая версия системы по заданию Главного управления РМРС в рамках НИР была дополнена экспертным блоком HULLEXPERT, включающим экспертные функции для оперативного решения вопросов в отношении находящихся в банке данных о судах:
анализ состояния корпуса на предмет получения класса Регистра; прогноз состояния корпуса во времени;
экспертиза состояния корпуса при сокращении периода между очередными освидетельствованиями;
экспертиза состояния корпуса при снижении ледового класса; экспертиза состояния корпуса на предмет обновления; комбинации вышеуказанных условий экспертизы.
В период 1999-2000 гг. было продолжено развитие сервисных функций системы DEFHULL [4] и создан блок DEFHULL-MAKO, предназначенный для трансформации отчетов о дефектации, уже сформированных в DEFHULL, в формат унифицированных таблиц МАКО. В 2001 г. разработан сервисный блок DEFHULL-XLS для формирования отчетов по дефектации в виде таблиц, требуемых Правилами РМРС [3].
Сервисные блоки системы DEFHULL были дополнены функциями, обеспечивающими визуализацию (графическое отображение) цифровой информации о техническом состоянии судовых конструкций. Для всех конструкций дополнительно можно отобразить
скорости коррозионного износа; проценты общего (среднего) износа; проценты местного износа.
Формирование компьютерного банка дефектаций корпусов судов DEFHULL производится по нескольким предпосылкам: по инициативе и при желании судовладельцев; по рекомендациям инспекций Регистра; по указаниям Главного управления Регистра.
Первая предпосылка - основная - позволила сформировать большую часть банка. Несмотря на практическое отсутствие рекламы, популярность системы DEFHULL у судовладельцев дальневосточного региона постоянно растет. Этому способствуют возможность визуального представления состояния корпуса и консультаций квалифицированных специалистов. Одновременно растет потребность владельцев в качественной и объективной дефектации, т.к. искаженная под влиянием «человеческого фактора» и сиюминутных проблем информация ведет к потере смысла в экспертизе и консультациях.
Вторая предпосылка формирования банка данных является редкой из-за недостаточной информированности инспекторов Регистра о системе. Она вступает в силу при решении вопросов отсрочки освидетельствований, получении класса на ограниченный период времени или с эксплуатационными ограничениями. При этом, как правило, оперативно решались задачи отсрочки или минимизации объёмов текущего ремонта корпуса.
Третья предпосылка применяется последовательно для старых судов при намерении судовладельцев пройти процедуру реклассификации или реновации (обновления) старого судна. В этом случае зафиксированные в банке данных материалы последней дефектации корпуса не решают проблему в целом, т.к. потребность разработки и согласования с Регистром проекта реализации процедуры сохраняется. Но судовладелец получает возможность достаточно объективно оценить производственные затраты на реализацию своего намерения, соизмерить свои реальные возможности с потребностями и, в крайнем случае, отказаться от разорительной процедуры содержания судна или списать (продать) его.
В настоящее время в банке содержатся материалы 690 дефектаций по 415 судам дальневосточного бассейна или около 1000000 замеров остаточных толщин и деформаций. На 2010 г. это крупнейший банк о состоянии судов в Российской Федерации (рис. 1, 2).
Рис. 1. Динамика пополнения банка DEFHULL по годам
а б
Рис. 2. Распределение судов, содержащихся в банке DEFHULL, по водоизмещению (а), возрасту (б) и типам (в)
При разработке системы DEFHULL главной задачей была её адаптация к условиям работы технологов-дефектовщиков, которые собирают информацию
о дефектах, позволяющую формировать банк данных. Структура компьютерного банка древовидная (рис. 3) и включает ряд уровней: суда (21 характеристика по каждому из них); дефектации (13 характеристик по каждой); конструкции (только фактически отдефектованные); элементы (листы, балки и соединительные элементы); замеры (остаточные толщины и деформации); примечания (дополнительные сведения дефектовщика).
Файлы по конструкциям содержат:
*.dat - данные по дефектации;
*.cod - кодовый файл, определяющий место, положение и связи, ответственность и т.д.;
- примечания пользователя
Рис. 3. Структура банка DEFHULL Система DEFHULL использует оригинальную схему районирования связей корпуса, учитывающую как специальные усиления (рис. 4 а), так и участие связей в обеспечении общей продольной прочности корпуса с учетом длины судна (рис. 4 б).
Принадлежность связи к району специальных усилений корпуса (слеминга, льда или швартовок в море) указывается пользователем. Такие связи относятся к особой категории, к ним автоматически предъявляются соответствующие требования. Все связи корпуса жестко делятся на две группы - листы и набор. По-
следний дополнительно подразделяется по признаку его непроницаемости. Связи, относящиеся к крайним пояскам эквивалентного бруса (включая скулу и ширстрек), в зависимости от их расположения относительно миделя, подразделяются на три категории - высокую, среднюю и обычную (рис. 4 б). Категория автоматически определяет соответствующие требования к связям.
149 138 127 116 105 94 83^72 61 50 39 28 17 8 0
Рис. 4. Районирование корпуса: а) □ - ледовые усиления; □ - слеминг; □ - швартовка; б) - участие в обеспечении общей прочности; - переходные районы; - другие
районы
Система ВЕБНИ^ достаточно дружественна к пользователю. Она имеет широкий набор комментариев и подсказок для него. Для решения различных вариантов экспертных задач по каждой связи корпуса в банке формируется строка, содержащая до 60 единиц информации, включающая:
толщины: So - построечную; Бр - по Правилам РМРС; Б; - остаточные; прогибы: f - наибольший замеренный; 1 - оценка прогибов «в среднем»; шпация/пролет: а - шпация для пластин; 1 - пролет/длина для балок; смещение точки замера f от ближайшей опоры; стрелку выпучивания стенок/панелей набора; стрелку завала/отклонения стенок/панелей элементов набора; стрелку кривизны (прогиб на базе измерения 300 мм); материал связи;
фактический и допускаемый общий износ связи;
фактический и допускаемый полосовой износ или пятнами; прогнозируемый (расчетный) и допускаемый язвенный износ; допускаемые глубины язвин и канавок; фактический и допускаемый прогиб;
среднегодовое уменьшение толщины связи (скорость износа).
Базовый программный блок компьютерной системы ВЕБНИ^ определяет расчетные остаточные толщины, скорости износа, допускаемые остаточные толщины и деформации. Определение допусков производится непосредственно в процессе занесения данных дефектации. По результатам сопоставления фактических и допускаемых параметров дефектов программа дает заключение о годности по каждой связи отдельно.
Оригинальная нумерация связей, используемая в системе ВЕБНИ^ (рис. 5), позволяет быстро и точно идентифицировать элемент конструкций и выводить на принтер и экран монитора графические протоколы, сокращая время анализа и принятия решений.
На рис. 6 приведен фрагмент экспертного решения системы ВЕБНИ^ для обновления корпуса реального рыбопромыслового судна, из которого следует, что объемы возможных ремонтных затрат по разным конструкциям значительны. Это решение приведено для случая, когда владелец желает избежать эксплуатационных ограничений и сохранить все спецификационные параметры своего судна после 30 лет его службы. Последнее маловероятно, и владельцы, трезво оценивающие ситуацию, принимают ограничения. Снижение ледовой категории и ограничения по швартовкам судна в море позволяют в несколько раз уменьшить объемы обновления корпуса, относительно указанных на рис. 6. Система ВЕБНИ^ использовалась для разработки проекта реновации большинства судов, зафиксированных в банке.
Опыт применения системы показал, что результаты экспертизы несколько завышают объем дефектации и ремонта, что приемлемо для судовладельцев и большинства операторов, планирующих затраты.
набор
Рис. 5. Нумерация связей (элементов) в системе БЕБНиЬЬ
Рис. 6. Экспертное решение по обновлению корпуса СРТМ пр. 502 а) настил палубы юта и бака; б) настил главной палубы; в) наружная обшивка; | Щ - проблемные районы; | | - сомнительные зоны
Результаты дефектаций банка DEFHULL и их статистическая обработка могут использоваться для экспертиз и консультаций судовладельцев в части технической эксплуатации флота, а также для изучения закономерностей изно-сов судовых конструкций во времени и для теоретических и методических основ систем CAS [6, 7] и SAFEDOR (Design, Operation and Regulation for Safety) [2], которые активно развиваются в Европе.
Опыт работы с материалами дефектаций из банка DEFHULL на примере танкеров [1] позволяет установить не только параметры законов распределения износов, но и выявить важнейшие закономерности износов танков по длине, ширине и высоте корпуса (рис. 7). На примере судов ледового плавания на рис. 8 представлено распределение скоростей износов наружной обшивки корпуса.
а
б
Рис. 7. Закономерности износов танков по длине (а), ширине (б) и высоте (в) корпуса
Другое направление использования банка БЕБНиЬЬ - контроль качества замеров (исключение негативного влияния «человеческого фактора») и помощь контролирующим организациям в оценке результатов дефектации. На рис. 9 в качестве примера представлены распределения отклонений остаточных толщин от осредненных толщин связей двух однотипных судов со сверхнормативным сроком эксплуатации.
го И 16 14 12 10 8 6 4 2 парщп -------,------, . -------.------,-----,------.---. ■
в 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 георпш
о
Рис. 8. Закономерности износов наружной обшивки судов ледового плавания: а) малый сейнер (L = 22 m, Ice2); б) рыболовный сейнер (L = 22 m, Ice2); в) средний траулер (L = 46 m, Ice3); г) лесовоз (L = 95 m, Arc4); д) буксир (L = 52 m, Arc5); е) танкер (L = 125 m, Arc5); ж) сухогруз (L = 125 m, Arc7); з) ледокол (L = 115 m, Icebreaker8)
ld гч m ш tn
ri ri ^ ^ ^
Отклонения от средней остаточной толщины S -Sj, мм
0.9-I 0.8-
I07'
I °'6'
= 0.5-
Я
- 0.4-<я
I 0.3-
и
§ 0.2 -0.1 ■
41 П (J) ш п
Ы Ы ч- т- ч-
- т- т- oqoooo^^--
Отклоненияот средней остаточной толщины Scp-S|, мы
Рис. 9. Качественная картина результатов дефектации однотипных судов: а) независимая дефектация; б) влияние «человеческого фактора» на результаты дефектации
Разработанная система позволяет успешно формировать банк технического состояния корпусов судов, она апробирована на практике и может быть
б
рекомендована к широкому внедрению при условии обучения пользователей в других регионах России.
Результаты дефектаций и статистическая обработка банка DEFHULL могут использоваться для исследования износов судовых конструкций с целью совершенствования проектирования судов и повышения безопасности их эксплуатации.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Житников А.В. Имитационное моделирование жизненного цикла корпусов танкеров для судоремонта: дис. ... канд. техн. наук. Владивосток, 2009. 213 с.
2. Завершающая конференция SAFEDOR. Новости, события, факты // Морской флот. 2009. №3-4. С. 48.
3. Кулеш В.А., Кутейников М.А., Суров О.Э. Инновационные компьютерные технологии в управлении технической эксплуатации морских судов // Роль науки, новой техники и технологий в экономическом развитии регионов: материалы Дальневосточного инновационного форума. Ч. 2. Хабаровск: Изд-во ХГТУ, 2003. С. 164-167.
4. Кулеш В.А., Кутейников М.А., Суров О.Э. Развитие компьютерной системы Регистра DEFHULL в Дальневосточном регионе // S0PP'01. Кораблестроение и океанотехника. Проблемы и перспективы: междунар. конф. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2001. С. 293-299.
5. Кулеш В.А., Пичугин О.Г., Суров О.Э. Компьютерный банк данных и экспертиза технического состояния флота (DEFHULL) // Безопасность мореплавания и ведения промысла. СПб.: Гос. Комитет по рыболовству РФ, 1997. Вып. 1 (105). С. 57-61.
6. Soares C.G. Ship Corrosion Software // CAS. Task 5.1.2. 2006 (технический отчет).
7. Stadie-Frohbos G. Risk based inspection and life extension // CAS. 2008 (технический
отчет).
