Интегрированная система управления инженерными и эксплуатационными данными предприятий газотранспортного комплекса тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Берко, Николай Андреевич

• Берко, Николай Андреевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Берко, Николай Андреевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1: Методы и модели управления газотранспортной системой.

1.1 Анализ особенностей функционирования технологических объектов транспорта газа и критериев эффективности.

1.2 Структуризация методов и моделей управления ГТС и требования к инструментальным средствам моделирования.

1.3 Системный анализ языков объектно-ориентированного моделирования

1.4 Декомпозиционные модели системы информационной поддержки жизненного цикла объектов ГТК.

1.5 Анализ особенностей систем поддержки принятия решений для газотранспортных и газоэнергетических предприятий.

1.6 Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2: Методы и модели принятия решений в системе информационной поддержки управления предприятиями ГТК.

2.1 Задача управления потоками в газотранспортной системе.

2.2 Нейросетевые модели в задачах идентификации состояния ГТС.

2.3 Механизмы представления моделей знаний для динамической среды управления ГТС.

2.4 Формализованное описание задач диспетчеризации технологических процессов транспорта газа

2.6 Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3: РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДАННЫМИ. МОДЕЛЬ ДАННЫХ И ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ СИСТЕМЫ.

3.1 Система управления инженерными и эксплуатационными данными на жизненном цикле проекта для предприятий ГТК.

3.2 Разработка функциональной структуры СУД ГТК.

3.3 Методика работы с данными СУД ГТК.

3.4 Разработка подсистемы интеграции и создания о тчетов.

3.5 Выводы по главе 3.

Глава 4. Практическая реализация системы управления данными предприятий ГТК.

4.1 Функции и возможности системы управления данными

4.2 Порядок работы с системой.

4.3 Исследование практических возможностей и задач решаемых системой.

4.4 Реинжиниринг организационной структуры объекта внедрения СУДГТК.

4.5 Модель данных и основные компоненты системы управления данными газорегуляторного пункта

4.6 Основные компоненты системы управления данными газорегуляторного пункта

4.7 Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Интегрированная система управления инженерными и эксплуатационными данными предприятий газотранспортного комплекса»

В условиях интенсификации инновационного развития экономики России одной из важнейших задач является стабильность работы отечественных предприятий топливно-энергетического комплекса (ТЭК), а именно, газодобывающего и газотранспортного комплекса (ГТК), которые входят в группу стратегически важных предприятий Российской Федерации. Необходимым условием для этого является внедрение современных информационных технологий.

Целый ряд технологических процессов (электроснабжение, добыча и транспорт нефти и газа, транспорт нефтепродуктов, теплосети) характеризуется непрерывностью работы, как в штатном режиме, так и во внештатной ситуации, необходимостью постоянного контроля и управления процессом, включения в контур управления человека (диспетчера).

Автоматизация этих процессов является жизненно важной задачей. Современный уровень развития систем автоматизированного управления позволяет диспетчерам иметь обширную первичную информацию для решения задач управления, как в штатном, так и (правда, не всегда) в нештатном режимах. Однако это ещё не гарантирует правильность или наибольшую эффективность принимаемых решений. Для максимального исключения возможных ошибок диспетчеру необходимо иметь в структуре

АСУТП систему поддержки принятия решений (СППР). В диссертационной

1 < 1 работе объектом исследования являются технологические процессы магистрального транспорта газа, осуществляемые предприятиями по транспорту газа.

Основными задачами диспетчерской службы газотранспортных предприятий являются обеспечение безопасности эксплуатации и улучшение управления процессами транспорта газа путем минимизации энергозатрат на транспортировку при безусловном выполнении плана поставок. Для решения этих задач разрабатываются и вводятся в эксплуатацию системы АСУТП, включающие как системы диспетчерского управления, так и системы локальной автоматики и системы телемеханики. Системы телемеханики обеспечивают удаленный контроль за территориально-распределенными объектами, информационную поддержку работы диспетчера, обеспечивают ретрансляцию на исполнительные устройства поданных диспетчером команд телеуправления или телерегулирования. Системы автоматического управления газоперекачивающими агрегатами и компрессорными цехами дают информацию о работе агрегатов и цеховых систем и обеспечивают возможность управления. В штатном режиме работы объектов данные, полученные от этих систем, являются основой для анализа режима работы технологических объектов и принятия решений по его оптимизации. В аварийных ситуациях данные телемеханики позволяют диагностировать разрывы трубопроводов и другие аварийные ситуации, определять место аварии и осуществлять локализацию (отключение) аварийного участка.

При использовании «традиционной» системы управления задачу анализа ситуации и принятия решений решает человек-диспетчер. В условиях необходимости принятия ответственных решений в ограниченное время (особенно при локализации аварий) и на основе анализа многокритериальных данных нагрузка на диспетчера существенно возрастает. Задача принятия решений усложняется при необходимости анализа технологического объекта сложной структуры, например, закольцованной трубопроводной системы с перемычками и различными вариантами потоков газа.

Исходя из вышесказанного, особую роль приобретает автоматизация , . I. м поддержки принятия решений в задачах управления газопроводами и другими распределенными объектами. Системы, решающие подобные задачи, не должны быть запрограммированы жестко, они должны динамично развиваться, адаптироваться к новым, изменяющимся условиям, гибко и оперативно перестраивать алгоритмы функционирования, при этом возникает противоречие между задачами и средствами, которыми они могут быть решены. Следовательно, необходимо создать научно-методические основы разработки СППР.

Разработка и внедрение интегрированных систем управления данными позволит обеспечить взаимосвязанную работу всех организаций, участвующих в создании и эксплуатации предприятий газодобывающего газотранспортного энергетического комплекса.

Новые технологии, такие, например, как понимаемые в настоящее время под аббревиатурой CALS или ИПИ (Информационная, Поддержка жизненного цикла Изделий) призваны решить эту проблему. Базовой для ИПИ технологий стала идея информационной интеграции стадий жизненного цикла (ЖЦ) продукции (изделия). Развитие этой идеи предполагает полный отказ от «бумажной среды» как основной, в которой осуществляется традиционный документооборот, и переход к комплексным информационным системам (Интегрированная Информационная Среда), поддерживающим все стадии ЖЦ изделия.

Очевидно, что такой подход представляет собой своего рода новый этап в организации взаимодействия всех участников ЖЦ сложных наукоемких изделий.

Инновационный характер ситуации определяется тем, что многие поколения конструкторов, технологов, производственников воспитаны на основе совершенно другой культуры, базирующейся на сотнях стандартов ЕСКД, ЕСТД, СРПП, детально регламентирующих ведение дел с использованием бумажной документации. В условиях применения ИПИ технологий эта культура должна претерпеть коренные изменения:

- появляются принципиально новые средства инженерного труда;

- полностью изменяется организация и технология инженерных работ;

- должна быть существенно изменена, в частности дополнена и частично переработана, нормативная база;

- тысячи специалистов должны быть обучены работе в новых условиях и с новыми средствами труда.

I''f ■ !' 'I

В настоящее время в создании проектов энергетических производств можно отчетливо наблюдать три основные тенденции:

- повышение сложности и ресурсоемкое™ проектов;

- повышение конкуренции на рынке;

- развитие кооперации между участниками жизненного цикла (ЖЦ) изделия (в т.ч., появления «виртуальных предприятий»).

Важной проблемой, стоящей перед предприятиями сектора энергетики, является повышение их работоспособности, долговечности и конкурентоспособности.

Одним из основных способов такого повышения является повышение эффективности процессов ЖЦ объектов ГТК, т.е. повышение эффективности управления ресурсами, используемыми при выполнении этих процессов. В настоящее время существует большое количество методик, предназначенных для повышения эффективности управления ресурсами разного типа: материальными, финансовыми, кадровыми или информационными.

Современное предприятие газоэнергетического и газотранспортного комплекса состоит из двух равнозначных воплощений: физического воплощения изделия («физический продукт») и информационного изделия («интеллектуальный продукт»), т.е. данных об изделии. При этом физический продукт начинает появляться только на этапе производства строительства объекта и заканчивает существование на этапе вывода объекта к; из эксплуатации. В то же время, интеллектуальный продукт возникает в самом начале жизненного цикла создания предприятия, на этапе маркетинга и изучения рынка и может продолжать существовать (правда, в «замороженном» виде) даже после окончания фактического функционирования объекта. На начальных этапах ЖЦ изделия (маркетинг,

• .и,. проектирование, разработка процессов) интеллектуальный продукт тождественен самому изделию, так как физического воплощения продукта пока еще не существует[1,3,7].

Целью концепции реализуемой в работе интегрированной системы управления данными для топливно-энергетического производства, является повышение эффективности управления информацией об объекте производства, например газотранспортной системы или сети (ГТС) за счет преобразования ЖЦ изделия в высокоавтоматизированный процесс. Такой подход стал реальностью благодаря развитию новых технологий обработки, хранения, доступа и передачи информации в электронном виде вне зависимости от способа ее представления, количества и место I тахожде и и я. Новые информационные технологии, включающие в себя технологии хранилищ данных, технологии обмена информацией в глобальных сетях, объектно-ориентированный подход, методы искусственного интеллекта, являются основным средством реализации концепции, реализуемые данной системой.

Основными выгодами, получаемыми от применения интегрированной системы управления данными, являются:

- сокращение времени создания проекта и ввода объекта в эксплуатацию (сокращение временных издержек);

- сокращение стоимости ЖЦ (сокращение материальных издержек);

- повышение качества.

И, как следствие, повышение конкурентоспособности изделия на рынке.

Стратегией интегрированной системы управления данными является создание единого информационного пространства (ЕИП) для всех участников ЖЦ изделия, включая потребителя изделия (Рис.1).

Создание ЕИП позволяет преодолеть информационный хаос и коммуникационные барьеры между участниками ЖЦ изделия. Это приводит к повышению эффективности процессов,ЖЦ и улучшению взаимодействия между его участниками.

Результатом такого повышения становится снижение временных и материальных издержек в течение ЖЦ изделия и повышение степени удовлетворения потребностей заказчика, что, в свою очередь, приносит повышение конкурентоспособности и более высокое позиционирование предприятия на рынке.

Создание ЕДИНОГО ИНФОРМАЦИОННОГО ПРОСТРАНСТВА

Повышение эффективности управления информацией

Преодоление коммуникационных барьеров

Повышение эффективности процессов ЖЦ

Повышение эффективности взаимодействия между участниками ЖЦ г 1

Снижение временных и материальных издержек

Повышение степени удовлетворения потребностей заказчика

Рис. 1. Стратегия интегрированной системы управления данными

ЕИП предполагает отказ от прямого взаимодействия и передачи данных между участниками ЖЦ (Рис.2). Все коммуникации между ними должны осуществляться через ЕИП, основными свойствами которого являются:

- информация представлена в электронном виде, преимущества которого перед бумажным способом представления информации очевидны: большая эффективность создания, хранения, изменения и доступа к данным;

- ЕИП охватывает всю информацию, созданную об объекте участником ЖЦ на всех этапах ЖЦ;

- ЕИП выступает единственным источником данных для любого участника ЖЦ, предоставляя (в соответствии с правами доступа) нужную информацию в нужное время в нужном виде;

ЖЦ изделия

Проектный институт

Подрядчик строительства

Поставщик оборудования

Компания оператор

Рис. 2. Единое информационное пространство

- для интеграции программно-аппаратных средств участников ЖЦ в ЕИП используются международные, государственные и отраслевые стандарты, поддерживаемые подавляющим большинством производителей прикладных систем. Эти стандарты регламентируют вопросы представления и обмена данными об изделии, а также процессы взаимодействия прикладных систем между собой;

- для создания ЕИП используются существующие на предприятиях программно-аппаратные средства. Это означает, что предприятиям не нужно отказываться от уже используемых прикладных систем и таким образом, терять сделанные в них инвестиции. Стоит задача только по адаптации этих систем к работе в рамках ЕИП;

- ЕИП, как схема взаимодействия между собой участников ЖЦ, должно, в соответствии с бизнес-идеей непрерывного развития, улучшаться в течение ЖЦ изделия, используя новейшие достижения в области вычислительной техники и информационно-коммуникационных технологий [14,40].,

На развитых предприятиях создание и, в основном, внедрение ЕИП вызывало определенные проблемы, связанные с необходимостью связать между собой множество, казалось бы, на первый взгляд, несовместимых между собой компьютерных систем, созданных ранее для автоматизации локальных задач ЖЦ. Предприятия же, уровень автоматизации которых не столь высок, (многие процессы ЖЦ еще не автоматизированы), могут избежать значительной части этих проблем. Этого можно достичь за счет учета требований ЕИП при автоматизации отдельных процессов ЖЦ, что позволит относительно безболезненно интегрировать точечные решения в рамках ЕИП.

Адаптированная к современным условиям концепция внедрения предусматривает двухэтапный переход к ЕИП:

- автоматизация отдельных процессов (или этапов) ЖЦ изделия и представление данных для них в электронном виде в соответствии с требованиями ЕИП;

- интеграция автоматизированных процессов и относящихся к ним данных, уже представленных в электронном виде, в рамках ЕИП.

Основными преимуществами ЕИП являются:

- обеспечение целостности данных;

- возможность организации доступа к данным географически удаленных участников ЖЦ изделия;

- отсутствие искажений в данных при переходе между этапами ЖЦ изделия;

- однажды измененные данные становятся доступны для всех участникам ЖЦ изделия;

- повышение скорости поиска данных и доступа к ним по сравнению с бумажной документацией;

- возможность использования различных (возможно, ранее несовместимых) компьютерных систем для работы с данными [8].

ЕИП может быть создано для организационных структур разного уровня: от отдельного подразделения до виртуального предприятия или корпорации. При этом различается и эффект, получаемый от создания ЕИП.

Таблица 1. Эффект от создания ЕИП

Организационная структура Повышение эффективност и управления процессами Повышение эффективности управления данными Повышение эффективности обмена данными вну I ри структуры

Подразделение предприятия Среднее Высокое Низкое

Отдельное предприятие Высокое Высокое Среднее

Вир1уальное предприятие (корпорация) Высокое Высокое Высокое

Эксплуатирующая организация Среднее Высокое Среднее

Интегрированная система управления данными позволит обеспечить взаимосвязанную работу всех организаций, участвующих в создании и эксплуатации предприятий газодобывающего и газотранспортного комплекса (ГТК). Результатом внедрения данных технологий должно явиться создание так называемых виртуальных предприятий, устойчивых к различным кризисным ситуациям.

Важнейшим аспектом системы поддержки жизненного цикла наукоемких изделий является архитектура построения информационной системы управления предприятием, которая должна обеспечивать не только эффективность процесса проектирования и разработки, но и давать возможность гибко реализовывать различные модели управления, а также механизмы о траслевой и масштабируемой настройки.

Таким образом, задача создания и реализации архитектуры интегрированной системы управления данными для обеспечения эффективной работы предприятий ГТК на основе анализа разработанной комплексной методики является актуальной.

Во введении выполнено обоснование актуальности проблемы, сформулирована цель и задачи исследования, приведено краткое описание содержания глав диссертации.

В первой главе рассматривается прикладная область исследований -транспорт газа и его автоматизация, дан системный анализ моделей и методов управления процессом, обосновывается необходимость системы поддержки принятия решений (СППР), рассматриваются также проблемы, возникающие при ее создании.

Транспорт газа осуществляется газотранспортными обществами (ГТО) - т.е. предприятиями ГТК, осуществляющими транспорт газа по магистральным газопроводам на определенной территории, распределение природного газа на этой же территории, а также поставку непосредственно потребителям или подачу в газораспределительные сети муниципальных или областных предприятий.

В работе в качестве целевой предлагается функция, позволяющая учитывать капитальные и эксплуатационные затраты на создание АСУТП и отказоустойчивость системы, при соблюдении ограничений на ресурсы, время выполнения функций, потери эффективности от нереализации функции и ряд других.

Выбор рациональной структуры АСУТП, можно считать, напрямую связан с эффективностью решаемых ею задач, в том числе задач диспетчеризации.

Именно создание полноценной системы поддержки принятия решений (СППР) позволит повысить эффективность диспетчерских задач, минимизировать риски от неправильных (неточных) решений.

При этом СППР в свою очередь не может функционировать без системы мониторинга АСУ с высокой степенью отказоустойчивости и в полном объеме представляющей СППР достоверные данные для проведения расчетов и принятия решений.

Рассматривается двухуровневая система координации диспетчерского управления. Показано, что при проектировании АСУ ГТК должна быть достигнута ее способность осуществлять четкое согласование и координацию происходящих во время ее функционирования процессов: формирование и исполнение заказов, регулирование отправки газа поставщиком, рациональная маршрутизация газовых потоков, доставка и распределение их потребителю. Такая координация должна проводиться в направлении достижения наибольшей эффективности технологического процесса транспорта газа.

Во второй главе разработаны модели и методы синтеза на основе СППР. Модель исследуемой системы становится составляющей локального поведения в одном или нескольких состояниях задающего алгорита управления гибридного автомата.

Проведенный анализ показателей качества, имеющих наибольшее значение для эффективного функционирования АСУТП, показал, что в качестве важнейших можно выделить критериальные, стоимостные и надежностные показатели при ограничении на временные и точностные показатели. При этом из надежностных показателей для такой цели можно выделить те показатели, которые характеризуют отказоустойчивость системы, иначе говоря, способны выполнять, даже и с некоторой потерей качества, основные функции при отказах отдельных частей.

АСУТП следует быть параметризованной человеческим фактором для выработки управляющих воздействий на основе сформированного функционала управления.

Технологические и технико-экономические кри терии характеризуют в той или иной степени объективную сторону процессов, происходящих при транспорте газа, практически не учитывая влияние субъективных факторов, воздействию которых сложно дать оценку. Применение метода экспертных оценок для выбора оптимальных режимов работы и вариантов развития ГТС обусловлено необходимостью учета причин, не поддающихся априорной формализации или неформализуемых вообще. Использование формализованной эвристики человеческого мышления при оперативном планировании и управлении дает лучший результат при меньших стоимостных и временных затратах, чем построение стохастических имитационных моделей, так как позволяет учесть влияние лишь реально существующих в данный момент факторов.

В качестве одного из вариантов параметризации таблиц истинности продукций предлагается модель классификации и идентификации состояний ГТС на основе аппарата нейронных сетей.

Третья глава посвящена разработке методики повышения эффективности управления предприятий ГТК на основе автоматизации информационной поддержки средствами системы управления данными.

Система управления инженерными и эксплуатационными данными предприятий газотранспортного комплекса (СУД ГТК), включая документооборот и электронный архив, позволяет собирать, хранить и управлять данными об объекте (предприятии ГТК), а также использовать эти данные для контроля и оптимизации процессов, связанных с этим объектом, на всем его жизненном цикле. Функциональные особенности СУД ГТК непосредственно вытекают из целей по улучшению эффективности управления предприятиями ГТК за счет контроля за качеством, целостностью и доступностью актуальных данных, организации общего подхода к управлению данными, организации эффективного доступа к информационному хранилищу «знаний» для принятия управляющих решений по ликвидации нештатных ситуаций, ремонтов оборудования и его модернизации или замены.

СУД ГТК обеспечивает решение следующих задач:

- управление инженерными и эксплуатационными данными, включая архив и технический документооборот;

- контроль и управление материалами на стадиях инжиниринга и строительства и эксплуатации;

- контроль и управление графиком работ и ресурсами по проекту.

- контроль и управление изменениями на всем жизненном цикле проекта;

- обеспечение среды взаимодействия и согласования документов между всеми участниками проекта на всех этапах жизненного цикла, начиная от проектирования и заканчивая эксплуатацией;

- создание информационного хранилища «знаний» по предыдущим проектам, для дальнейшего использования и оптимизации последующих проектов;

- выработка решения для тесной информационной интеграции в процессе проектирования, строительства, производства и эксплуатации (транспорта и потребления) [14].

В материалах данной главы дается детальное описание функциональной направленности системы управления инженерными и эксплуатационными данными (СУД ГТК), а именно как и каким образом должно проводиться управление инженерными данными, включая документооборот и электронный архив. Применение СУД ГТК позволит компаниям улучшить эффективность работы и уменьшить временные издержки при реинжиниринге и эксплуатации объектов предприятий ГТК за счет контроля за качеством, целостностью и доступностью актуальных данных.

Проводится детальное описание модели структуризации данных о предприятии ГТК. Формулируется необходимость использования единой системы кодирования данных и описываются основные функциональные особенности системы СУД ГТК.

Четвертая глава посвящена вопросу практической реализации программного комплекса системы управления инженерными и эксплуатационными данными газотранспортного комплекса (СУД ГТК), построенного на основе теоретических положений, разработанных в предыдущих разделах диссертации.

В данной главе описываются общая архитектура системы, процессы работы с данными из различных систем проектирования и офисных систем, приводится описание работы с пользовательским интерфейсом и системой поиска.

Разработанный программный комплекс обеспечивает решение практических задач, актуальных для современных предприятий ГТК. Также в данной главе сформулированы требования и приведены этапы развертывания системы на реальном предприятии, полученные в результате изучения практической реализации данных систем на предприятиях ГТК.

В заключении представлены основные выводы и результаты работы.

Целыо диссертационного исследования является повышение эффективности управления технологическими процессами магистрального транспорта газа за счет разработки интегрированной системы управления инженерными и эксплуатационными данными предприятий газотранспортного комплекса с целыо обеспечения повышения эффективности их работы, а, следовательно, и для обеспечения их работоспособности, долговечности и конкурентоспособности.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Системный анализ методов и моделей управления ГТС, специфики непрерывных технологических процессов транспорта газа, диспетчерского управления, проблем выбора структуры АСУТГТ.

2. Формализация модели управления ГТС с учетом специфики непрерывных технологических процессов транспорта газа и иерархической системы управления ГТС.

3. Разработка архитектуры и функциональной модели интегрированной системы управления данными для предприятий ГТК.

4. Разработка модели системы информационной поддержки жизненного цикла объектов ГТК.

- 5. Разработка адаптивного программного комплекса реализации системы управления инженерными данными в моделях иерархического управления.

6. Апробация методов и моделей информационной поддержки системы управления ГТС, интегрированных в систему поддержки принятия решений.

В качестве теоретической основы для создания системы в условиях реального функционирования, многочисленных неопределенных факторов и неодинаковой степени информированности органов управления разных уровней для разработки формализованных моделей исследуемых процессов использовалась общая теория иерархических многоуровневых систем, теория нечетких множеств, теория возможностей и классический теоретико-множественный аппарат. Для решения поставленных в диссертационной работе задач использовались современные информационные технологии систем управления данными о предприятии, методы системного анализа, теории информации, общей теории систем.

Научную новизну диссертационного исследования, проведенного в настоящей работе составляют модели, методы и алгоритмы информационной поддержки жизненного цикла объектов ГТС на основе интегрированной системы управления инженерными и эксплуатационными данными, включающей в свой состав систему поддержки принятия решений по выбору режимов управления диспетчеризацией, что обеспечивает повышение эффективности их функционирования и конкурентоспособности.

Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов, изложенных в работе, обеспечивается современными математическими методами, корректно используемыми в работе при анализе и оптимизации разрабатываемых алгоритмов и систем управления, проверкой согласования результатов эквивалентных по формализации аналитических и имитационных моделей исследуемых процессов предприятий ГТК. Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения результатов работы в ряде предприятий топливно-энергетического производства.

Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до практического использования на предприятиях топливно-энергетического комплекса. Разработанная система информационной поддержки жизненного цикла объектов ГТК обеспечивает эффективную работу СППР АСУТП транспорта газа.

Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения в ЗАО «Атлантиктрансгазсистема», ООО «Техноком», а также используются в учебном процессе на кафедре «Автоматизированные системы управления» МАДИ.

Апробация работы. Основные результаты работы, содержание разделов и диссертации в целом было доложено и получило одобрение на Российских, межрегиональных и международных научных конференциях, симпозиумах и семинарах (2007-2011 г.г.), а также на заседании кафедры «Авюматизированные системы управления» Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). Публикации. Основные научные результаты работы изложены в девяти опубликованных статьях.

Объем и структура работы

Работа состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения, библиографического списка (100 наименований). Работа содержит 222 страниц машинописного текста, 76 рисунков, 3 таблиц.

1. МЕТОДЫ И МОДЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМОЙ

Под транспортом газа в настоящей работе понимается транспортировка природного газа по трубам под давлением в газообразном состоянии. Сжижение газа, транспорт сжиженного газа, а также транспорт газа в баллонах и т.п. не относится к области исследования.

Проводится системный анализ моделей и методов управления газотранспортной системой, -анализ особенностей систем поддержки принятия решений для газотранспортных предприятий, обосновывается необходимость системы информационной поддержки жизненного цикла объектов ГТК.

Предлагаемые разработки являются развитием результатов исследований, проводимых отечественными и зарубежными научными школами. В том числе научно-прикладные работы в области создания СГШР по выбору режимов управления непрерывными технологическими процессами, возглавляемые Л.И.Бернером [2,20,22,23], а также подходы к все более широкому использованию технологий и систем CALS [7,9].

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Берко, Николай Андреевич

Основные результаты и выводы работы

В рамках диссертации была проведена следующая теоретическая и практическая работа.

1. Рассмотрены вопросы организации и управления транспортом газа. Показано, что при транспорте газа возникают два основных варианта изменений — изменить маршруты транспортировки (в том числе по причине перекрытия участков газопровода при проведении ремонтных работ или при локализации и затем ликвидации аварий на газопроводе) и изменить сами газовые потоки.

2. Рассмотрены проблемы автоматизации транспорта газа, иерархическая структура диспетчерского управления газотранспортных обществ. Разработана последовательная процедура координации диспетчерского управления, обеспечивающая получение решения задачи согласованного управления элементами технологического процесса транспорта газа, что позволяет достичь его максимальной эффективности с точки зрения своевременного выполнения календарного план-графика добычи и транспорта газа при минимальных материальных потерях. Разработана двухуровневая система координации диспетчерского управления. Показано, что при проектировании АСУ ГТК должна быть достигнута ее способность осуществлять четкое согласование и координацию происходящих во время ее функционирования процессов: формирование и исполнение заказов, регулирование отправки газа поставщиком, рациональная маршрутизация газовых потоков, доставка и распределение их потребителю. Такая координация должна проводиться в направлении достижения наибольшей эффективности технологического процесса транспорта газа.

3. Проведен анализ методов многокритериальной оптимизации и процедур принятия решений по управлению ГТС. В задачах управления и перераспределения потоков транспорта газа в большинстве случаев не бывает единственного критерия оценки рациональности принимаемого решения, что приводит к необходимости рении ь многокритериальную задачу, что обусловлено наличием разнообразных целен и задач для различных режимов функционирования.

4. Проведен анализ моделей представления знаний в системах управления ГТС. Модели представления знаний могут быть разделены на логические и эвристические. В основе логических моделей представления знаний лежит понятие формальной системы (теории), например, такие как исчисление предикатов и любая конкретная система продукций.

5. Программные аспекты создания систем поддержки принятия решений ГТС показывают, что при автоматизации управления ГТК и моделей функционирования его деятельное! и большое значение приобретают вопросы формализации решающих правил принятия управленческих решений. Опыт автоматизации показывает, что процесс создания работоспособной системы правил очень фудоемкий и на практике составленное множество правил чаще всего не оказывается полным.

6. Показано, что при моделировании синтеза и управлении объектами газотранспортной системы на основе гибридно-автоматного представления необходимо учитывать взаимосвязь всех компонентов и параметров процессов в рамках единой модели.

7. Разработаны модели и методы синтеза систем информационной поддержки обьектов - элементов газотранспортного комплекса (ГТК). При этом модель исследуемой системы становится составляющей локального поведения в одном или нескольких состояниях гибридного автомата, задающего алгоритм управления.

8. Сформулирована содержательная постановка задачи управления потоками в газотранспортной системе. При управлении режимами транспорта газа одной из задач является обеспечение за счет выбора конфигураций сети 1максимального перемещения потока, проходящего через сеть за заданное число тактов управления. Выполняя аналогичные части программы управления для всех узлов (кроме узлов стоков), в которых имеется ненулевое значение потока, обеспечивается увеличение суммарного значения потока в узлах-стоках до тех пор, пока не будет выполнено терминальное условие.

9. Для реализации механизмов нейронных сетей в задачах идентификации состояния ГТС предлагается использовать процесс обучения слоя Гроссберга, для которого входами является выход слоя Кохонена.

10. Для формирования решающих правил по выбору диспетчерских решений предлагается использование темпоральной логики. Также необходимо построение немонотонной логики, для которой нужно определить отношение вывода, позволяющее получать заключения, подтверждаемые не во всех моделях.

11. Определена функциональная направленность системы управления инженерными и эксплуатационными данными для предприятий ГТК.

12. Функциональная структура СУД ГТК разработана 1 с использованием объектно-ориентированной модели данных, которая позволяет управлять всеми объектами, сохраненными с большим объемом идентификационной информации. Такой уровень обеспечения контроля включает ЗБ модели, физические элементы и документы.

13. Составлена модель структуризации данных предприятия ГТК. С ее использованием возможно предоставление конечному пользователю интуитивно понятного инструмента, который позволяет получать оперативную информацию по текущей задаче.

14. Описаны функциональные возможности подсистемы «Инженерный портал» с описанием процессов работы с данными из внешних

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Берко, Николай Андреевич, 2011 год

1. Технологии интегрированной логистической поддержки изделий машиностроения / Е.В. Судов, А.И. Левин, A.B. Петров, Е.В. Чубарова М.: ООО Издательский дом "ИнформБюро". 2006. - 232 с.

2. Балабанов A.A., Рощин A.B. Особенноеги технологии газовой отрасли как объектов автоматизации управления // Методы прикладной информатики в автомобильно-дорожном комплексе. Сб. науч. тр. МАДИ (ГТУ), 2007 с. 94-100.

3. Балавин М.А., Назаров О.В., Продовиков С.П., Яковлев В.Б. и др. Автоматизация процессов газовой промышленности. Спб.: Наука, 2003.

4. Информационное обеспечение, поддержка и сопровождение жизненного цикла изделия, Бакаев В.В., Судов Е.В., Гомозов В.А. и др. / под редакцией Бакаева В.В. М.: Издательство "Машиностроение-1", 2004

5. Судов, Е.В. Интегрированная информационная поддержка жизненного цикла машиностроительной продукции. Принципы. Технологии. Методы. Модели./ Е.В.Судов М.: ООО Издательский дом "МВМ", 2003. - 264 с.

6. Информационные технологии поддержки жизненного цикла машиностроительной продукции: Сборник научных трудов ЭНИМС/ Под ред. А.И. Левина.-М., 2003- 103с.

7. Концепция развития CALS-технологий в промышленности России./ Е.В. Судов, А.И. Левин, А.Н. Давыдов, В.В. Барабанов М.: НИЦ CALS-технологий "Прикладная логистика", 2002- 205с.

8. Управление жизненным циклом продукции./ А.Ф. Колчнн, М.В. Овсянников, А.Ф. Стрекалов, C.B. Сумароков М.: Анахарсис. 2002. -304с.

9. Искусственной интеллект: Применение в интегрированных производственных системах / Под. ред. Э.Кыосиака; пер. с англ. А.П. Фомина. -М.: Машинстроеиие ,1991.-544 с.

10. Кэй M. XSLT. Справочник программиста. / М.Кэй. -М.Символ-Плюс, 2003. -1016с.

11. Клир Д. Системология. Автоматизация решения системных задач: / Д.Клир Пер. с англ.-М.: Радио и связь, 1990,- 544с.

12. Бернер Л.И., Илюшин С.А., Ковалев A.A., Лазаревич C.B., Мостовой A.B. Многоуровневая интегрированная автоматизированная система диспетчерского управления газотранспортным предприятием // Промышленные АСУ и контроллеры 1999№ 3 с. 11-14.

13. Ойхман Е.Г., Попов Э.В. Реинжиниринг бизнеса: Реинжиниринг организаций и информационные технологии. / Е.Г. Ойхман, Э.В. Попов -М.: Финансы и статистика, 1997. -336 с.

14. Бляхман Л.С. Основы функционального и антикризисного менеджмента: учеб. пос. / Л.С.Бляхман СПб., 2000. 380 с.

15. Шапот М. Интеллектуальный анализ данных в системах поддержки принятия решений. / М.Шапот. М.: Открытые Системы № 1, 1998 с 30-35

16. Информационная поддержка жизненного цикла изделий машиностроения. Принципы, системы и технологии CALS/ИПИ / А. Н. Ковшов, А. Н. Назаров, А. Н. Ибрагимов, А. II. Никифоров М.: Академия, 2007.- 303с.

17. Бухалков М.И. Внутрифирменное планирование. / М.И.Бухалков-М., «Инфра-М», 1999. 213 с.

18. Информационное обеспечение, поддержка и сопровождение жизненного цикла изделий. Справочпо-учебное пособие. / Под редакцией В.В. Бакаева -М.: Машиностроение 1, 2005, 624 с.

19. Вилкас Э.И. Решения: теория, информация, моделирование. / Э.И. Вилкас, Е.З. Майминас М.: Радио и связь, 1981. - 328 с.

20. Управление техническим документооборотом на основе CALS-технологий. :Учебное пособие. 2-е изд. Перераб. и доп. / С.Г.Емельянов, М.В.Овсянников, А.Г.Схиртладзе, И.С.Захаров,

21. A.Ф.Колчин, Л.М.Червяков, И.А.Короткое М: Славянская школа, 2005 - 295с.

22. Теория выбора и принятия решений. / М.М.Макаров, Т.Н.Виноградская, С.В.Федоров и др.- М.: Наука, 1982.- 327с.

23. Горемыкин В.А. Планирование па предприятии. / В.А.Горемыкин — М. «Филинъ», 2003.-210 с.

24. Горохов М.Ю. Бизнес-планирование и инвестиционный анализ: как привлечь деньги. / М.Ю.Горохов, В.В.Малеев М. «Филинъ» 1999. -42 с.

25. Глухов В.В. Математические методы и модели для менеджмента. /

26. B.В.Глухов, М.Д.Медников, С.Б.Коробко. С116., 2000. - 254 с.

27. Норенков И.П. Информационная поддержка наукоемких изделий. CALS-технологии. / И.П.Норенков, П.К.Кузьмик М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана,.2002.

28. Друри К. Введение в управленческий и производственный учет / К. Друри Пер. с англ. М.: ЮНИТИ, 1998. 365 с.

29. Дубов Ю.А. Многокритериальные модели формирования и выбора вариантов систем. / Ю.А.Дубов, С.И.Травкин, В.Н.Якимец М.: Наука, 1986.-296 с.

30. Егоров Ю.Н., Варакута С.А. Планирование на предприятии. / Ю.Н.Егоров, С.А.Варакута,- М., «Инфра-М» 2001. 23 с.

31. Мак-Лоун P.P. Математическое моделирование искусство применения математики. Сб. "Математическое моделирование". / P.P. Мак-Лоун - М.: Мир, 1979.- с. 9-20.

32. Жданов С.А. методы и рыночная технология экономического управления. / С.А.Жданов М., издательство «Дело и сервис». 2000. -52 с.

33. Жуковин В.Е. Многокритериальные модели принятия решений с неопределенностью. / В.Е.Жуковин. Тбилиси: Мецниереба, 1983. -104 с.

34. Месарович М., Теория иерархических многоуровневых систем. / Месарович М., Мако Д., Такахара И. М.: Мир. 1973,- 342с.

35. Месарович М. Общая теория систем: математические основы. / Месарович М., Такахара И. М.:Мир,1978,- 344с.

36. Ильин А.И. Планирование на предприятии. / А.И.Ильин. Минск, ООО «Новое знание» 2002. - 321 с.

37. Вильсон А.Дж. Энтропийные методы моделирования сложных систем. / А.Дж.Вильсон М.: Наука, 1978.,с.83-91.

38. Касьянов А.И. Экономическая оценка и стимулирование результатов промышленного производства. / А.И.Касьянов. М., Экономика, 1986. - 142 с.

39. Вермишев Ю.Х. Методы автоматического поиска решений при проектировании сложных технических систем. / Ю.Х.Вермишев -М.: Радио и связь, 1982.-152с.

40. Кивачук B.C. Оздоровление предприятия: экономический анализ. /

41. B.С.Кивачук. М.: Издательство деловой и учебной литературы. Mil: Алмафея, 2002. - 321 с.

42. Бернер Л.И., Зельдин Ю.М., Ковалев A.A., Ланчаков Г.А., Никаноров В.В. Система поддержки принятия диспетчерских в АСУТП реального времени // Газовая промышленность. № 5, 2007 с. 35-37.

43. Белов Е.Г. Об одной многокритериальной задаче распределения заданий. Маршрутно-распределителг.ные задачи: Уральский государственный технический университет. - Екатеринбург. 1995.1. C.4-9.

44. Подиновский В.В. Оптимизация по последовательно применяемым критериям. / В.В.Подиновский, В.М.Гаврилов. М.: Сов. Радио, 1975.-192с

45. Поспелов Д.А. Ситуационное управление, теория и практика. / Д.А.Поспелов. М.: Наука, 1986,- 288с.

46. Пшеничный Б.Н. Численные методы в экстремальных задачах. / Б.Н.Пшеничный, Ю.Н.Данилин. М.: Наука, L975.- 319с.

47. Козелецкий Ю. Психологическая теория принятия решений. / Ю.Козелецкий. М.: Прогресс, 1979. - 504 с.

48. Короткова Т.Н. Решение задачи многокритериальной оптимизации большой размерности / Т.И.Короткова // Автоматика и телемеханика. — 1983.-№3.-с. 92-100.

49. Кофман А. Введение в теорию нечетких множеств. / А.Кофман. -М.: Мир, 1982.-432 с,

50. Растригин J1.A. Современные принципы управления сложными объектами. / Л.А.Растригин. М.: Сов. Радио, 1980.- 232с.

51. Кузьмин В.Б. Построение групповых решений в пространствах четких и нечетких бинарных отношений. / В.Б.Кузьмин. М.: Наука, 1982.- 168 с.

52. Цурков В.И. Декомпозиция в задачах большой размерности. / В.И.Цурков. М.: Наука, 1984.- 352с.

53. Юревич Е.И. Теория автоматического управления. / Е.И.Юревич. -М.: Энергия, 1975,-416с.

54. Юрчик П.Ф. Принятие решений на ранних стадиях проект!iрования в условиях неопределенности и нечеткости информации./ П.Ф.Юрчик, В.Б.Голубкова //Сб. науч. Трудов- М:МАДИ(ГТУ), 1998.-C.27-35.

55. Первозванский A.A. Декомпозиция, агрегирование и приближенная оптимизация. / А.А.Первозванский, В.Г.Гайцгори. М.: Наука, 1979.-342с.

56. Модели принятия решений на основе лингвистической переменной/ А.Н. Борисов, A.B. Алексеев, Г.В. Меркурьев и др.- Рига: 3ипатне, 1982.-256 с.

57. Оценка бизнеса /Под ред. А.Г.Грязновой, М.А.Федо юной -М.:"Финансы и статистика", 1999. 85 с.

58. Пшеничный Б.Н., Данилин ЕО.Н. Численные методы в экстремальных задачах.- М.: Наука, 1975.- 319с.

59. Информационная поддержка жизненного цикла промышленных изделий. : Часть1: Создание и использование электронной технической документации. / А.Б.Николаев, П.Ф.Юрчик. О.Б. Рогова, В.Б.Голубкова М.:МАДИ(ГТУ), 2007 -86 с.

60. Методы построения современных систем обработки данных и знаний / А.Б.Николаев, П.Ф.Юрчик, A.B. Будихин, А.И.Бернер. -М:МАДИ (ГТУ), 1997 68 с

61. Нестеренко В.И. Автоматизация поддержки принятия решений по обеспечению бескризисной работы промышленного предприятия. / В.И. Нестеренко, Д.А. Павлов МАДИ Москва 2006 197с.

62. Автоматизация технологических процессов организации работ на протяжных объектах. / И.Н. Акиныпина. В.Б.ГолубковаЛ.Ф.Юрчик, А.Б.Николаев. М.:МАДИ(ГТУ), 2006 .-98с

63. Соболь И.М. Выбор оптимальных параметров в задаче со многими критериями. / И.М.Соболь, Р.Б.Стагников. -М.: Наука, 1981.- 1 Юс.

64. Клейнрок JI. Теория массового обслуживания. / Л.Клейнрогс М.: Машиностроение, 1979.- 432с.

65. Джордж Ф. Основы кибернетики. / Ф.Джордж. М.: Радио и связь, 1984.-272с.

66. Гиг Дж.Ван Прикладная общая теория систем. / Дж.Ван Гпг. -М.: Мир,1981.- Т 1- 336с.

67. Брахман Т.Р. Многокритериальность и выбор альтернанты в технике. / Т.Р.Брахман. М.: Радио и связь. 1984.- 288с.

68. Орловский О.Л. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации. / О.Л.Орловский М.:Наука, 1981,- 208с.

69. Системы: декомпозиция, оптимизация и управление./ Сост. М.Мингх, А.Титли; Сокр. пер. с англ. A.B.Запорожца,- М.: Машиностроение, 1986,- 496с.

70. Стратонович Р.Л. Теория информации. / Р.Л.Стратоиовпч М.: Сов. Радио, 1975,- 424с.

71. Искусственной интеллект: Применение в интегрированных производственных системах / Под. ред. Э.Кыосиака; пер. с англ. А.П. Фомина; Под ред. Дащенко,Е.В. Леввнера.-М.: Машинстроенпе .1991.544 с.

72. Фатхутдинов P.A. Организация производства. / Р.А.Фатхутдинов -М.: ИНФРА-М, 2001. 306с.

73. Самочкин В.Н. Гибкое развитие предприятия: Анализ и планирование. / В.Н.Самочкин. М., 2000. 65 с.

74. Симачев Ю.В. финансовое состояние и финансовая политика производственных предприятии / Ю.В.Симачев // российский экономический журнал, № 8, 1997. 3 с.

75. Теория и практика антикризисного управления: Учебник для вузов / Под редакцией Беляева С.Г. и Кошкина В.И. М., 1996. - 32 с.

76. Стратегическое планирование. / Под редакцией У ткина Э.А. М., Ассоциация авторов и издателей «Тандем», Издательство «ЭКМОС», 1998.-53 с.

77. Строкин И.И. Оценка эффективности использования ресурсов строительства.- М.: Стройиздат, 1989.- 289с.

78. Saaksvuori A. Product Liiecycle Management. / A.Saaksvuori, A.Immonen.- Springer, 2008. 503c.

79. Stark J. Product Lifecycle Management: 21st century Paradigm for Product Realisation. / J.Stark. Springer, 2005. - 308c.

80. Harold E.R. XML 1.1 Bible. /E.R. Harold. Hungry minds, 2001. -1220c.