CC BY
111
УДК 004.94: 621.6
Шитикова Е. В.1, Табунщик Г В.2
1 Аспирант, Запорожский национальный технический университет, Украина,
E-mail: helenshitikova@gmail.com 2Канд. техн. наук, доцент, Запорожский национальный технический университет, Украина,
E-mail: tabunshchik@ieee.org
ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ИСПЫТАНИЙ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК НАЗЕМНОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Рассмотрена проблема повышения эффективности управления процессом испытаний газотурбинных установок наземного применения посредством формализации процессов испытаний газотурбинных установок наземного применения. В работе была выполнена декомпозиция данного процесса. Построенные бизнес-модели процессов испытаний и модель предметной области в комплексе образуют информационную модель процесса испытаний ГТУ НП. Авторами предложена архитектура системы мониторинга процесса испытаний и реализованы подсистемы обработки данных по результатам испытаний.
Ключевые слова: газотурбинная установка наземного применения, испытания, информационная модель, диаграмма связей, нотация ВРМЫ, диаграмма классов ЦМЬ, система мониторинга.
ВВЕДЕНИЕ
Процесс испытаний газотурбинных установок наземного применения (ГТУ НП), начиная от подготовки технической документации до обработки результатов испытаний, характеризуется большим объемом решаемых задач, многоуровневостью этапов испытаний, неоднородностью информационных потоков, многообразием оцениваемых характеристик, большими материальными затратами и требует высокой точности обработки результатов [1]. С позиции системной инженерии ГТУ НП является сложной технической системой, а испытания -процесс жизненного цикла этой системы [2]. Для обеспечения управления процессом должным образом стандартом 180 9000:2005 рекомендовано использование процессного подхода [3].
Значительно повысить качество контролируемой информации, оперативность ее получения, а также снизить риски учета ошибочной информации, связанные с человеческим фактором, возможно за счет автоматизации организационно-функциональной поддержки процессов испытаний ГТУ НП при помощи системы мониторинга. Мониторинг является составной частью системы управления безопасностью и риском сложных технических систем.
Таким образом, повышение эффективности управления процессом испытаний ГТУ НП за счет использования моделирования и информатизации является актуальной задачей.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Для оценки качественных свойств и количественных значений параметров изделий на стадиях разработки, производства и эксплуатации широко используются различные виды испытаний.
© Шитикова Е. В., Табунщик Г. В., 2013
Обязательные виды испытаний ГТУ НП регламентированы соответствующими ГОСТ или ТУ для конкретного вида установки. В общем случае испытания опытных образцов стационарных ГТУ можно подразделить на следующие виды: доводочные (научно-исследовательские); предварительные и межведомственные приемочные (в Украине согласно ДСТУ ГОСТ 15.001 [4], а для Российской Федерации ГОСТ Р 15.201 [5]); эксплуатационные.
При серийном производстве проводятся приемо-сдаточные, эксплуатационные и периодические испытания. Общие требования к испытаниям и приемке серийной продукции регламентированы ГОСТ 15.309 [6].
Для повышения эффективности проведения испытаний было принято решение рассмотреть данный процесс жизненного цикла ГТУ НП с использованием методик управления проектами, поскольку они представляют ряд инструментов, позволяющих планировать работы в условиях ограниченных ресурсов и времени [7].
Испытания реализуются на различных стадиях жизненного цикла системы и могут быть описаны строгой структурой, основой которой служит информационная модель, характеризующая существенные свойства и состояния данного процесса, а также взаимосвязь с внешним миром.
Цель работы - разработка моделей и информационных технологий повышения эффективности процесса испытаний ГТУ НП.
Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи: выполнить формализацию процесса испытаний ГТУ НП, построить информационную модель и разработать систему мониторинга процесса испытаний.
РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ИСПЫТАНИЙ ГТУ НП
Для разработки информационной модели процесса испытаний ГТУ НП были проанализированы следующие средства:
1) диаграммы связей, известные также как ассоциативные карты, которые реализуются в виде древовидной схемы с изображением слов, идей, задач или других понятий, связанных ветвями, отходящими от центрального понятия или идеи;
2) документация для качественного инжиниринга требований;
3) диаграммы бизнес-процессов. Наиболее популярные их разновидности - IDEF, EPC (eEPC), диаграммы BPD (Business Process Diagram), определённые спецификацией BPMN, и диаграммы UML.
Для дальнейшей работы были выбраны ассоциативные карты, нормативная документация ГТУ НП, диаграммы бизнес-процессов и диаграммы классов UML.
Ассоциативная карта, представленная на рис. 1, позволила выделить основные понятия, виды используе-
мои документации, контролируемые элементы в процессе испытаний.
Далее была определена базовая документация перечисленных нормативных документов (ГОСТ, ТУ и т. д.) и разработан словарь предметной области.
Во всех видах испытаний можно выделить следующие этапы: инициация, планирование, исполнение, мониторинг и управление, завершение [7]. Исходя из этого, была построена бизнес-модель основных этапов испытаний, которая представлена на рис. 2 с использованием нотации ВРМЫ 2.0.
Этап инициации для каждого из видов испытаний ГТУ НП различный, но всегда является результатом изменения внешний условий.
Результатом этапа «Планирование» выступают разработанные программа и технология испытаний, а также график проведения испытаний. Программа испытаний включает в себя цель и задачи испытаний; описание объекта испытаний; порядок проведения и материального обеспечения; объем, последовательность и методики испытаний; процесс обработки полученных результатов; форму и порядок отчетности. Технология испы-
Рис. 1. Ассоциативная карта ГТУ НП
Программа
О
Завершение
Рис. 2. Бизнес-модель основных этапов процесса испытаний ГТУ НП
таний разрабатывается на основании программы и является последовательным комплексом организационных мер, операций и приемов, направленных на выполнение процесса испытаний.
Так как задача «Изготовление образца» не относится к процессу испытаний, но является необходимым условием для начала следующего этапа, то на диаграмме она отображается в виде получаемого сигнала о готовности.
Само проведение испытаний связано с реализацией программы испытаний в строгом соответствии с технологией испытаний и графиком проведения работ. Этап «Мониторинг и управление испытаниями» неотрывно связан с этапом «Проведение испытаний» и, предполагает сбор и отслеживание результатов испытаний и, при необходимости, внесение управляющих воздействий.
Завершающий этап - это «Обработка и анализ результатов испытаний», который служит для преобразования и систематизации полученных во время испытаний данных, проведения оценки технического состояния установки, анализа затрат и анализа рисков, оформляется соответствующая отчетная документация.
Следует отметить, что этап планирования для каждого из видов испытаний проводится единожды за весь жизненный цикл конкретной модификации ГТУ НП, тогда как все последующие этапы могут повторяться в зависимости от изменения внешних условий.
Далее бизнес-модель основных этапов процесса испытаний ГТУ НП была детализирована, рис. 3.
При разработке детализированной информационной модели событие «Изготовление образца» было условно опущено. Этап «Проведение испытаний, мониторинг и управление» разделен на два подэтапа: «Подготовительные работы перед испытаниями» и «Проведение испытаний». Во время подготовительных работ формируется комиссия, ответственная за проведение испытаний, проводится подготовка документации самой установки и всех стендовых или объектовых систем к испытаниям.
Последний этап также был логически разделен на «Обработку результатов» и «Анализ результатов». Обработка результатов включает в себя преобразование и систематизацию полученных во время испытаний данных, а при анализе результатов проводится оценка технического состояния установки, анализ затрат, анализ рисков и подготовка итогового документа.
Модели взаимодействия позволяют детально отобразить потоки данных между участниками процесса испытаний. Поэтому на основе детализированной бизнес-модели были разработаны модели взаимодействия (Collaboration models) между подразделениями, участвующими в процессе проведения испытаний для всех этапов. На рис. 4 представлена модель взаимодействия для этапа «Планирование».
Как видно из рисунка, на данном этапе взаимодействуют трое участников процесса: «Руководство», «Конструкторское бюро» и «Испытательный цех».
Инициирующим событием всего этапа является разработка нового ГТУ, после которого «Конструкторское
бюро» разрабатывает программу испытаний, направляемую в «Испытательный цех» для согласования и «Руководству » для утверждения. Завершающее событие всего этапа инициируется «Испытательным цехом» после подготовки производства к испытаниям по указанию «Руководства».
На основе полученных моделей процесса испытаний ГТУ НП также была разработана модель предметной области системы мониторинга, которая представлена на рис. 5 при помощи диаграммы классов UML.
В комплексе бизнес-модели процесса испытаний ГТУ НП и модель предметной области образуют информационную модель процесса испытаний ГТУ НП.
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ПРОЦЕССА ИСПЫТАНИЙ ГТУ НП
В результате модельно-ориентированного анализа предметной области была выполнена декомпозиция процесса испытаний ГТУ НП и получена информационная модель данного процесса, на основе которой выполнена автоматизация системы документооборота испытаний ГТУ НП.
Были выделены основные функции системы мониторинга, структура и формат электронных документов.
Так как рассматриваемая система должна поддерживать многопользовательский режим, ее разработка выполнена с использованием архитектуры «клиент-сервер» со следующими функциональными требованиями:
- загрузка данных о работе ГТУ НП во время испытаний производится по сети непосредственно из САУ;
- поддержка централизованного архива данных с иерархической системой хранения;
- хранение результатов испытаний в течение всего жизненного цикла ГТУ НП;
- разграничение доступа к данным для различных групп пользователей (по ГТУ НП, испытанию, видам работ);
- проведение анализа возможных нештатных ситуаций;
- визуализация информации о параметрах установки;
- картографическое представление всех установок, находящихся в эксплуатации.
Была разработана архитектура системы, предусмотрен загрузчик данных.
На рис. 6 представлена диаграмма компонент системы мониторинга.
Разработана структура базы данных. Для обеспечения взаимодействия с существующими на предприятии системами в качестве СУБД была выбрана Oracle 119 Express.
Система хранения данных состоит:
1) со стороны сервера из базы данных для хранения всей необходимой информации, разработанной на основании информационной модели процесса испытаний;
2) со стороны клиента из структуры на основе файловой системы, которая использует единый формат хранения данных языка разметки XML. При загрузке данных с других форматов используются конвертеры в указанный формат.
Рис. 3. Детализированная бизнес-модель зтапов процесса испьітаний ГТУ НП
Рис. 4. Модель взаимодействия для этапа «Планирование»
Рис. 5. Модель предметной области системы мониторинга
Для обеспечения межплатформенного взаимодействия
Опираясь на информационную модель процесса ис-
с базой данных были разработаны соответствующие WCF пытаний, также были спроектированы подсистемы ви-
(Windows Communication Foundation) сервисы [8].
зуализации информации, интерфейс одной из которых представлен на рис. 7.
Рис. 6. Диаграмма компонент системы мониторинга
Рис. 7. Интерфейс подсистемы визуализации информации
В результате применения такой системы мониторинга разработчик и производитель смогут получать объективную эксплуатационную информацию для своевременного внедрения эффективных мероприятий по улуч -шению потребительских свойств ГТУ НП и повышению ее надежности и безопасности. В свою очередь потребитель получает более полную картину технического состояния ГТУ НП, что позволит планировать выполнение работ по техническому обслуживанию и текущим ремонтным работам, не доводя оборудование до критического технического состояния.
ВЫВОДЫ
В ходе проведенной работы был формализован процесс испытаний ГТУ НП. Для этого был выбран ряд средств, последовательное использование которых позволило выполнить декомпозицию процесса испытаний, построить бизнес-модели процесса испытаний ГТУ НП и модель предметной области. В комплексе эти модели образуют информационную модель процесса испытаний ГТУ НП.
На основании информационной модели рассматриваемого процесса разработана система мониторинга процессов испытаний ГТУ НП.
Практическая ценность данной работы состоит в том, что были разработаны способ и формат сохранения необходимой информации об испытаниях ГТУ НП в виде электронного документа.
Полученные результаты позволят эффективнее управлять процессом испытаний за счет оптимального использования ресурсов и повышения качества контролируемой информации и оперативности ее получения, а также снижения рисков учета ошибочной информации, связанного с человеческим фактором.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шитикова, Е. В. Роль исследовательских испытаний для новых разработок [Текст] / Е. В. Шитикова, В. П. Митин,
В. И. Морозов // Тезисы докладов. LVIII научно-техническая сессия по проблемам газовых турбин и парогазовых установок «Научно-техническое обеспечение производства и эксплуатации газотурбинных и парогазовых установок», г. Москва, 20-23 сентября 2011 г. - М. : ОАО «ВТИ», 2011. - С. 207-212.
2. Информационная технология. Системная инженерия. Процессы жизненного цикла систем (ISO/IEC 15288:2002 System engineering - System life cycle processes, IDT) : ГОСТ Р ИСО/МЭК 15288-2005. - [Дата введения 01.01.2007]. - М. : Стандартинформ, 2006. - 54 с. - (Национальный стандарт Российской Федерации).
3. Системи управління якістю. Основні положення та словник (ISO 9000:2005, IDT) : ДСТУ ISO 9000-2007. - [Чинний від 2008-01-01]. - К. : Держспоживстандарт України, 2008. - V, 29 с. - (Національний стандарт України).
4. Система розробки та постанови продукції на виробництво. Продукція виробничо-технічного призначення : ДСТУ ГОСТ 15.001:2009. - [Чинний від 2009-02-01]. -К. : Держспоживстандарт України, 2009. - 54 с. - (Національний стандарт України).
5. Система разработки и постановки продукции на производство. Продукция производственно-технического назначения. Порядок разработки и постановки продукции на производство : ГОСТ Р 15.201 - 2000. - [Дата введения 01.01.2001]. - М. : Стандартинформ, 2008. - 13 с. -(Государственный стандарт Российской Федерации).
6. Система разработки и постановки продукции на производство. испытания и приемка выпускаемой продукции. Основные положения : ГОСТ 15.309 - 98. - [Дата введения 01.01.2000]. - М. : Стандартинформ, 2008. - 13 с. -(Межгосударственный стандарт).
7. Милошевич, Д. Набор инструментов для управления проектами [Текст] / Драган Милошевич; [пер. с англ. Е. В. Мамонтова]; под ред. С. И. Неизвестного. - М. : Компания АйТи; ДМК Пресс, 2008. - 729 с.
8. Lowy, J. Programming WCF Services [Text] / Lowy J. -O’Reilly Media, 2010. - 868 p.
Стаття надійшла до редакції 15.05.2012.
Шитікова О. В.1, Табунщик Г. В.2
1Аспірант, Запорізький національний технічний університет, Україна
2Канд. техн. наук, доцент, Запорізький національний технічний університет, Україна
ІНФОРМАЦІЙНА МОДЕЛЬ ПРОЦЕСУ ВИПРОБУВАНЬ ГАЗОТУРБІННИХ УСТАНОВОК НАЗЕМНОГО ВИКОРИСТАННЯ
Розглянуті проблеми підвищення ефективності керування процесом випробувань газотурбінних установок наземного використання за допомогою формалізації процесів випробувань газотурбінних установок наземного використання. В роботі була виконана декомпозиція зазначеного процесу. Збудовані бізнес-моделі процесів випробувань і модель предметної області разом складають інформаційну модель процесу випробувань ГТУ НВ. Авторами запропонована архітектура системи моніторингу процесу випробувань і реалізовані підсистеми обробки даних за результатами випробувань.
Ключові слова: газотурбінна установка наземного використання, випробування, інформаційна модель, діаграма зв’язків, нотація BPMN, діаграма класів UML, система моніторингу
Shitikova Y. V.1, Tabunshchik G. V. 2
Postgraduate student, Zaporizhzhya national technical university, Ukraine
2Ph.D., associate Professor, Zaporizhzhya national technical university, Ukraine
INFORMATION MODEL OF TEST PROCESS OF GAS TURBINE UNIT FOR TERRESTRIAL USE
The paper deals with the formalization of test process of the gas turbine units for terrestrial use. The test process decomposition was made by the authors, based on consistent use of following means (methods).
1. Hierarchical structures WBS and mind-map were used for structuring of the information about the tests process and interrelation of elements.
2. Normative documents in the area of safety and reliability of technical systems were used for creation of the subject domain dictionary.
3. Business models of BPMN 2.0 were used for the test processes description and interaction between departments and offices.
4. Models of UML classes were used for the description of subject domain.
The amount of work completed allowed:
1) to define formats of the electronic documents used in the test process;
2) to develop architecture of test results monitoring system.
Also authors developed subsystems of test results data processing of the gas turbine units for terrestrial use, a layer of data source and services.
The results of the work allow to manage the test process more effectively. They allow to use resources in the optimal way, to improve data organization efficiency and also to decrease the risks of accidental error connected with the human factor.
Keywords: gas turbine unit for terrestrial usage, tests, information model, diagram of communications, notation BPMN, diagram of classes UML, monitoring system.
REFERENCES
1. Shitikova E. V, Mitin V. P., Morozov V. I. Rol issledovatelskih ispytanij dlja novyh razrabotok (The role of research tests for new developments). Tezisy dokladov. LVIII nauchno-tehnicheskaja sessija po problemam gazovyh turbin i parogazovyh ustanovok «Nauchno-tehnicheskoe obespechenie proizvodstva i jekspluatacii gazoturbinnyh i parogazovyh ustanovok». Moscow, 2011, pp. 207-212.
2. GOST R ISO/MJeK 15288-2005. Informacionnaja tehnologija. Sistemnaja inzhenerija. Processy zhiznennogo cikla sistem (ISO/IEC 15288:2002 System engineering -System life cycle processes). Nacionalnyj standart Rossijskoj Federacii. Moscow, 2006, 54 p.
3. DSTU ISO 9000-2007. Sistemi upravlInnya yakIstyu. OsnovnI polozhennya ta slovnik (ISO 9000:2005 Quality management systems - Fundamentals and vocabulary). NatsIonalniy standart UkraYini. Kyiv, 2008, 29 p.
4. DSTU GOST 15.001:2009. Sistema rozrobki ta postanovi produktsIYi na virobnitstvo. ProduktsIya virobnicho-tehnIchnogo priznachennya (System development and launch
of new products. Products for industrial purposes). NatsIonalniy standart UkraYini. Kyiv, 2009, 54 p.
5. GOST R 15.201-2000. Sistema razrabotki i postanovki produkcii na proizvodstvo. Produkcija proizvodstvenno-tehnicheskogo naznachenija. Porjadok razrabotki i postanovki produkcii na proizvodstvo (System development and launch of new products. Products for industrial purposes. Procedure for the development and launch of new products). Gosudarstvennyj standart Rossijskoj Federacii. Moscow, 2008, 13 p.
6. GOST 15.309-98. Sistema razrabotki i postanovki produkcii na proizvodstvo. Ispytanija i priemka vypuskaemoj produkcii. Osnovnye polozhenija (System development and launch of new products. Tests and acceptance of products. Basic provisions). Mezhgosudarstvennyj standart. Moscow, 2008, 13 p.
7. Dragan Z. Milosevic Project Management ToolBox: Tools and Techniques for the Practicing Project Manager. John Wiley & Sons, Inc., 2003, 584 p.
8. Lowy J. Programming WCF Services. O’Reilly Media. 2010, 868 p.
