Применение имитационного моделирования для обеспечения надежности и безопасности судовых

Учебное пособие для вузов по направлению 
«Техника и технологии кораблестроения 
и водного транспорта»

В.В. Медведев

ПРИМЕНЕНИЕ ИМИТАЦИОННОГО 
МОДЕЛИРОВАНИЯ 
ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ 
НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ 
СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ 
УСТАНОВОК

СТРАТА
Санкт-Петербург
2018

В.В. МЕДВЕДЕВ 

ПРИМЕНЕНИЕ ИМИТАЦИОННОГО 
МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ 
НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ СУДОВЫХ 
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК 

Страта 

Санкт-Петербург 

2018 

Учебное пособие для вузов

УДК 621.43 
ББК 31.365 
        М42 

Рецензенты: 
доктор технических наук, профессор Ю.Н.Мясников; доктор 

технических наук, профессор А.М.Никитин; доктор технических 
наук, профессор А.Л.Кузнецов. 

    Медведев В.В. 
М42  Применение имитационного моделирования для обеспече
ния надежности и безопасности судовых энергетических установок: учебное пособие. – СПб.: Страта, 2013. – 352 с. 

ISBN 978-5-906150-04-2 

В учебном пособии рассмотрены вопросы, связанные с 
применением имитационного моделирования для обеспечения 
надежности и безопасности судовых энергетических установок на 
разных этапах их проектирования. Особое внимание уделено 
разработке методик и алгоритмов, используемых при подготовке и 
реализации имитацион-ного моделирования функционирования 
компонентов «машина» и «рабочая среда» системы «человекмашина-среда». 

Предназначено для студентов, обучающихся по направлению 
"Техника и технологии кораблестроения и водного транспорта" по 
программам 
"Судовые 
энергетические 
установки", 
"Судовое 
оборудование, "Двигатели внутреннего сгорания", а также для 
специалистов, 
занимающихся 
разработкой, 
модернизацией 
и 
эксплуатацией судовых энергетических установок.

Ил. 122. Табл. 18. Библиогр.: 338 назв. 
УДК 621.43 
ББК 31.365 

©   В.В.Медведев, 2013 
©   ООО «Страта», 2013 

ISBN 978-5-906150-04-2   

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА 

Учебное пособие В.В. Медведева «Применение имитационного 
моде-лирования для обеспечения надежности и безопасности 
судовых 
энергетических 
установок» 
является 
исключительно 
востребован-ным научным материалом. Востребованность более 
глубокого уяс-нения широчайших возможностей имитационного 
моделирования для обеспечения надежности и безопасности 
сложных технических систем в первую очередь определяется 
универсальным характером данного метода исследования. 

Сегодня мы может сказать, что решение сложнейших проблем 

обеспечения надежности и безопасности во многом возможно, если 
нормы строгого мышления, нормы и принципы имитационного моделирования станут нормами повседневного мышления, если логика, 
как главный атрибут имитационного моделирования превратится из 
науки для избранных в науку для большинства исследователей. Имитационное моделирование по праву должно стать интеллектуальным 
ядром научных исследований проблем надежности и безопасности 
любых сложных систем. Для этого крайне необходимо чтобы имитационное моделирование стало непременным элементом, как высшего 
образования, так и востребованным практическим инструментом 
исследователя и проектанта. 

В условиях чрезвычайного усложнения техники имитационное 

моделирование практически в равной степени необходимо и для того, чтобы умело проектировать, и чтобы технически грамотно эксплуатировать сложные человеко-технические системы. К сожалению, феномен сложности современных технических систем специалистами до конца не познан в научном плане и не решен удовлетворительно в практическом смысле. Анализ отказов, поломок, аварий, 
катастроф выявил существенную роль и значимость имитационного 
моделирования для целей их предупреждения. Именно с целью передачи современных знаний и практических рекомендаций в области 
имитационного моделирования инженерам-практикам и была задумана автором данная монография. 

Привлекательность и полезность имитационного моделирования 

для инженеров заключается в основном в его исключительной четко

сти, однозначности и больших возможностях при оценке влияния 
любого элемента на надежность, живучесть и безопасность всей 
сложной системы. Однако на практике существуют определенные 
трудности на пути активного овладения этим универсальным методом. Одной из таких проблем является недостаточное освещение 
закономерностей имитационного моделирования, принципов и правил его применения в широкой технической литературе. 

Нам кажется, что автору в значительной степени удалось вос
полнить пробел в этой важнейшей области знаний за счет удачной 
систематизации известного материала, дополненной большим объемом примеров оценки надежности и безопасности, доведенных до 
конкретных чисел, а также наличием разработанных и апробированных аналитических и статистических зависимостей. Это особенно 
важно, так как, единственным практически реальным и доступным 
путем для проектирования и исследования надежных сложных 
структурных систем является моделирование. При этом имитационное моделирование, являясь универсальным средством, с помощью 
которого могут изучаться любые системы, занимает в числе таких 
методов моделирования особое место. 

В монографии автору удалось показать, что сильной стороной 

имитационного моделирования является его строгая доказуемость и 
объективность, а слабой – большая идеализация и упрощенность 
предмета исследований. Не меньшая заслуга автора состоит и в том, 
что ему удалось представить имитационное моделирование, как 
комплекс взглядов, представлений и идей, направленных на объяснение потенциального возникновения той или иной опасности с её 
количественной оценкой. 

Автору монографии принадлежат целый ряд публикаций по 

обоснованию использования методов имитационного моделирования 
для решения проблем обеспечения надежности и безопасности 
сложных систем. Данная монография является логическим обобщением выполненных им многолетних исследований. 

В монографии рассмотрены вопросы, связанные с применением 

имитационного моделирования для обеспечения надежности и безопасности судовых энергетических установок на разных этапах их 
проектирования. Особое внимание уделено разработке методик и 
алгоритмов, используемых при подготовке и реализации имитацион

ного моделирования функционирования компонентов «машина» и 
«рабочая среда» системы «человек-машина-среда». 

Отличительной особенностью монографии является то, что в ней 

впервые системно представлено обоснование возможности использования имитационного моделирования для обеспечения надежности 
и безопасности СЭУ. Особое место также уделено разработке методик и рекомендаций по организации процедуры имитационного моделирования применительно к СЭУ, а также основным принципам и 
предпосылкам применения имитационного моделирования для прогноза и оценки надежности и безопасности главного судового дизеля. Отличаются достаточной оригинальностью подходы автора к выбору основных соотношений для прогноза ресурсных показателей 
двигателя по различным критериям, установленным им в ходе опыта 
их эксплуатации и к расчету характеристик надежности дизеля как 
сложной системы. 

Обосновывая универсальный характер имитационного модели
рования, автор убедительно представляет основные принципы и 
предпосылки применения имитационного моделирования для прогноза и оценки уровней вибрации и шума, для прогноза и оценки 
теплового состояния деталей различных тепловых двигателей. 

Особое уважение вызывает наличие в монографии огромного 

объема экспериментальных исследований, подтверждающих все теоретические положения разработанные автором. 

Вместе с тем автор отдает себе отчет в том, что этот труд не ис
черпывает всей проблематики надежности и безопасности сложных 
систем. 
 

Доктор технических наук, профессор,  

заслуженный деятель науки РФ  

В.Н. Половинкин 

THE FOREWORD OF THE EDITOR 

V.V. Medvedev's monography «Application of imitating modelling 

for maintenance of reliability and safety of ship power installations» is 
exclusively demanded scientific material. The demand of deeper explanation of the broadest possibilities of imitating modelling (IM) for maintenance of reliability and safety of difficult technical systems first of all is 
defined by universal character of the given method of research. 

Today we can tell, that the decision of the most complicated problems 

of maintenance of reliability and safety is in many respects possible, if 
norms of strict thinking, norms and principles of IM become norms of 
daily thinking, if logic as the main attribute of IM will turn from a science 
for the elite to a science for the majority of researchers. IM by right 
should become an intellectual kernel of scientific researches of problems 
of reliability and safety of any difficult systems. For this purpose it is extremely necessary that IM became an indispensable element as higher 
education, and the demanded practical tool of the researcher and проектанта. 

In the conditions of extreme complication of technics IM practically 

equally is necessary and for that skilfully to project and technically competently to maintain difficult person-technical systems. Unfortunately, the 
phenomenon of complexity of modern technical systems up to the end is 
not learnt by experts in the scientific plan and not solved well in practical 
sense. The analysis of refusals, breakages, failures, accidents has revealed 
an essential role and the importance of IM for their prevention. For the 
purpose of transfer of modern knowledge and practical recommendations 
in the field of IM to engineers-experts by the author, the given monography also has been conceived. 

Appeal and utility of IM to engineers consists basically in its exclu
sive clearness, unambiguity and the big possibilities at an estimation of 
influence of any element on reliability, survivability and safety of all difficult system. However in practice there are certain difficulties on a way 
of active mastering by this universal method. One of such problems is 
insufficient illumination of laws of IM, principles and rules of its application in the wide technical literature. 

It seems to us, that the author substantially managed to meet a lack in 

this major field of knowledge at the expense of the successful ordering of 

a known material added in great volume of examples of an estimation of 
reliability and safety, finished to concrete numbers, and also presence of 
the developed and approved analytical and statistical dependences. It is 
especially important, as, practically real and accessible by for designing 
and research of reliable difficult structural systems modelling is unique. 
Thus, imitating modeling, being a universal remedy due to its help any 
systems can be studied, takes a special place among such methods of 
modelling. 

In the monography the author managed to show, that the strong side 

of IM is its strict demonstrability and objectivity, and the weak side – the 
big idealisation and simplified nature of a subject of researches. Not the 
smaller merit of the author consists and that it managed to present IM as a 
complex of sights, representations and the ideas directed on an explanation of potential occurrence of this or that danger with its quantitative estimation. 

The variety of publications belongs to the author of the monography 

on a substantiation of use of methods of IM for the decision of problems 
of maintenance of reliability and safety of difficult systems. The discussed 
monography is a logic generalisation of the long-term researches executed 
by it. 

In the monography the questions connected with the application of IM 

for maintenance of reliability and safety of ship power installations at different stages of their designing are considered. The special attention is 
given to working out of techniques and the algorithms used by preparation 
and realisation of IM of functioning of components "car" and "working 
environment" of system "person-car-environment". 

Distinctive feature of the monography is that the system for the first 

time the substantiation of possibility of the use of IM for reliability and 
safety ship power installation (SPI) maintenance is presented. The special 
place also is given working out of techniques and recommendations about 
the organisation of procedure of IM with reference to SPI, and also to 
main principles and preconditions of application of IM for the forecast 
and an estimation of reliability and safety of the main ship diesel engine. 
Approaches of the author to a choice of the basic parities for the forecast 
of resource indicators of the engine by the various criteria established by 
it during experience of their operation and to calculation of characteristics 

of reliability of a diesel engine as difficult system differs sufficient originality. 

Proving universal character of IM, the author convincingly represents 

main principles and preconditions of application of IM for the forecast 
and an estimation of levels of vibration and noise, for the forecast and an 
estimation of a thermal condition of details of various thermal engines. 

The special respect causes presence in the monography of huge vo
lume of the experimental researches confirming all theoretical positions 
developed the author. 

At the same time the author realises that this work does not settle all 

problematics of reliability and safety of difficult systems. 

Dr.Sci.Tech., the professor,  
The honoured worker of a science of the Russian Federation 
V.N.Polovinkin 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА 

После выхода из печати монографии [147] прошло несколько 

лет. За это время появились новые работы в области формализованной оценки безопасности (ФОБ – Formal Safety Assessment – FSA), 
которые развивают, дополняют и конкретизируют изложенные в монографии идеи. Между тем, наметилась и новая тенденция перехода 
от ФОБ в чистом виде, оказавшейся, по мнению некоторых экспертов, сложной для массового примения (в частности из-за необходимости высокой квалификации реализующих данный метод специалистов), к ускоренному развитию идеи создания целевых стандартов 
постройки судов, которые будут естественно затрагивать и вопросы 
связанные с надежностью и безопасностью судовых энергетических 
установок (СЭУ). Учитывая изложенное выше, а также основываясь 
на анализе результатов нескольких конференций посвященных вопросам применения имитационного моделирования (ИМ), в которых 
принимал участие автор, появилась идея переработать и дополнить 
предыдущую монографию, сделав акцент на показе перспективности 
применения ИМ при проектировании СЭУ с целью обеспечения ее 
надежности и безопасности. Поэтому изменилось и название книги. 
Автор признателен всем, кто способствовал появлению данной 
монографии. Особенно хочется поблагодарить д.т.н., профессора 
В.Н. Половинкина и рецензентов за труд по прочтению рукописи. Их 
замечания и предложения оказались весьма полезными.