CC BY
24
УДК 502.3:504.064
ТЕХНОЛОГИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ ИНТЕГРАЦИИ РАЗНОРОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ В РИСК-МЕНЕДЖМЕНТЕ ПРЕДПРИЯТИЯ © А.В. Протасов1
Иркутский государственный технический университет,
664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Изложены основные положения мониторинга состояния оборудования в реальном времени, обеспечивающие представление результатов оценки состояния многопараметрических объектов в единую наглядную форму. Рассматриваются последовательность выполнения и содержание унифицированных процедур, обеспечивающих формализованное интегральное представление результатов оценки соответствия заданным требованиям состояния многопараметрических объектов по разнородной измерительной информации, полученной при проведении различных видов контроля.
Ил. 3. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: мониторинг состояния; технологическое оборудование; реальное время; оценки состояния; многопараметрические объекты; прогнозирование состояний системы менеджмента.
DIVERSE PARAMETER DYNAMIC INTEGRATION TECHNOLOGY IN ENTERPRISE RISK MANAGEMENT A.V. Protasov
Irkutsk State Technical University,
83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The article outlines the main provisions of equipment condition monitoring in real time that provide a single visual form of reporting the estimation results of multiparameter facility condition. It considers the succession and the content of the standardized procedures ensuring the formalized integral reporting of the results estimating the conformity with the specified requirements for the condition of multiparameter facilities by diverse measurement information obtained under various types of control.
3 figures. 3 sources.
Key words: condition monitoring; technological equipment; real time; state estimates; multiparameter objects; forecasting management system states.
Надежность и эффективность технологических процессов нефтехимического комплекса: добыча, транспортировка и переработка веществ во многом определяют качество жизни населения, промышленную и экологическую безопасность и уровень экономической безопасности.
В связи с принятием Федерального закона № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» особую актуальность приобрела разработка и внедрение научно-обоснованных методов риск-менеджмента, позволяющих всесторонне оценить возникновение чрезвычайных ситуаций (ЧС) на опасном производственном объекте (ОПО): отказ, авария, инцидент, несчастный случай и т.д.
Комплексное рассмотрение вопросов обеспечения безаварийного и экономически эффективных технологических процессов путем автоматизации оперативного контроля и управления оборудованием, а также снижения рисков и последствий ЧС при его работе вследствие уменьшения вероятности ошибок в работе персонала и компенсации последствий от их возникновения, обеспечит энергоэффективность работы комплекса в целом.
Мониторинг - это процесс систематического или непрерывного сбора информации о разнородных параметрах сложного объекта или процесса эксплуатации в целях принятия решений персоналом при наступлении предельного состояния, что позволяет перевести большинство отказов из категории внезапных в категорию постепенных за счет своевременного обнаружения и предупреждения.
Объектами контроля систем мониторинга инженерными системами (СМИС), а в ряде случаев и управления, являются технологические процессы, подсистемы жизнеобеспечения и безопасности: теплоснабжение, инженерно-технический комплекс пожарной безопасности, система оповещения, системы обнаружения повышенного уровня радиации, аварийных химически опасных веществ, значительной концентрации токсичных и взрывоопасных концентраций и др.
В техническом плане мониторинг состоит из трех этапов: сбора, передачи и анализа информации.
Результатом мониторинга работы оборудования являются:
- оптимизация производства на основе реаль-
1
Протасов Артем Васильевич, кандидат технических наук, доцент кафедры управления качеством и механики, тел.: 83952405410, e-mail: [email protected]
Protasov Artem, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Quality Management and Mechanics, tel.: 83952405410, e-mail: [email protected]
ных данных, собранных из систем управления технологическим оборудованием;
- наглядное представление совместной производительности оборудования в виде диаграмм;
- определение производительности оборудования благодаря объективному учету данных;
- принятие объективных решений по перевооружению производства.
В целях повышения оперативности информационного обеспечения процесса анализа параметров для мониторинга сложных технических систем (СТС) с возможностью описания поведения их элементов на высоком уровне детализации, а также исследования динамики взаимодействия элементов во времени, контроля протекания процессов в системе и принятия решения, все большее применение находит метод имитационного моделирования.
Одной из основных проблем при координации ин-формационно-управляющих и диагностических систем является обеспечение динамической интеграции всех имеющихся разнородных параметров в единую наглядную форму, способную отражать все происходящие изменения и выдавать соответствующие варианты принятия решений.
Для создания математической модели ТС предлагается использовать модифицированную сеть Петри (СП) [1, 2], где определены основные понятия, связанные со структурой и поведением, которые используются для создания и управления моделями. Одним из основных свойством СП является их способность отражать динамические характеристики моделей. Использование иерархических СП с приоритетами позволяет моделировать на различных уровнях состояние и функционирование как ТП в целом, так и отдельных аппаратов, машин, механизмов и их деталей.
Модификация формализма СП
Модифицированная СП - сетевой формализм (СФ) определяется следующей совокупностью элементов, переходов, меток и функций:
NF = (P, T, M, MET, LEV, I, O, R, DSS, г, r , M0) , где P = |p, p2,..., p, | - множество позиций (p, , Np -количество позиций);
T = {t/
— )tprtl tprtl fprtN
I - множество переходов (t/ ,
Nt - количество переходов), на котором определена система приоритетов (аналогично определению приоритета в СП с приоритетами [3]);
prt( е N+ < N, prtj ^ prtj, i, j = 1, N .
M: P ^MET ^>{m(p) | p е P}- маркировка сети, где множество меток MET определяется как совокупность векторов с указанием приоритета метки
prMi, типа (цвета) метки tm и множества параметров (ал,ati2,...,atjNt), описывающих этот тип, с историей значений his:
MET =
mpr" mFr"r"
, m2 ,... , mN
)|
atk1, atk 2,..., atkNa
(ш^" ,
mr = Щ, (
ODZщ є ODZPj;
prщ є N+ < Nm, prmn Ф prmi2
/І, i 2, i = І, N ,
н
tmi є TM, at^ є AT-, k = І, Nk
j = 1 Nka, his = 1, Nhis
где TM - множество типов меток, AT - множество значений параметра at , N - число типов меток, N - число параметров, принадлежащих данному
N,
типу метки,
his
- количество предыдущих значений
параметров меток, ОБ1щ - область допустимых (недопустимых) значений атрибутов метки в позиции р .
I = ( 4,1,, I,, 11еу)
- входная функция,
где !т : Р хТ МЕТ ^>[М (р)|р е Р} - функция,
определяющая возможность срабатывания перехода и изменения параметров меток по каждому из цветов
множества ТМ;
(/k1, Л 2 — /NN„ )k 1
/ = / (atkj), k = 1N, j = 1N
- функция, вычисляющая атрибуты меток;
|(Lk1, Lk2 ,..., LNkNka ) 1
I, ■ PxT
at
Lj, k = І, Nk, j = І, Na
- функции разметки входных дуг, где Ъ- алгебраическая функция, определяющая метод вычисления значения атрибута метки в позиции р; 1К - ограничение на значение атрибута метки в позиции р.
I ■ P>ev' x Tlevi ^ P/ev'*і x Т1і-
- функция, описывающая взаимодействие уровней сети на входных дугах.
Аналогично определяется выходная функция:
O = (O", Of, O,, Opr0, Olm )
Om ■ TxP ->MET^{M(p) |p є P|,
>
(/k1, ./k2 ,..., /NkNka )k 1
/j = / (atkj ), k = IN*, j = IN
)(Lk1, Lk 2 ,..., LNtNta ) 1
at
eL„ , k = 1, Nk, j = 1, Nka
pro pro pro k
( Jkl , Jk2 ,..., JNkNka )
ЛГ = /^ (Ы“),
k = 1, Nk, j = 1, Nfa, "is = 1, Nhl
- функция прогнозирования значений параметров метки на основе предыдущих (исторических) значений.
O, p TIev'x PIev' ^ TIe
ev
xP e
- функция, описывающая взаимодействие уровней сети на выходных дугах.
(levj,lev2,...,levN^ ) |
£ NFIev' = NF= 1, Nfe
- функция, описывающая иерархические уровни сети.
R - функция, описывающая риск возникновения аварийной ситуации.
DSS :^ f (Rpro,Opro,LEV) - функция системы
поддержки принятия решений СППР позволяет изменять, пополнять или улучшать решения, предлагаемые системой, посылая затем эти изменения в систему для проверки.
Г : T ^ N и т2 : P ^N - функции, определяющие время задержки при срабатывании перехода и время задержки в позиции, что интерпретируется как время загрузки аппарата и время получения промежуточного продукта соответственно.
M - начальная разметка сети.
Метод создания сетевой модели
Модель ТС базируется на структурной иерархии исследуемого объекта, например: сложный технологический комплекс - установка - аппарат - деталь. Отношение «часть-целое» между элементами структуры обусловливает причинно-следственные отношения между их состояниями и возникающими событиями. Построение модели основано на декомпозиции ТС в соответствии с функциями, выполняемыми во внешней среде функционирования компонентов ТС и в соответствии с внутренней структурой компонентов. При этом внутренняя среда функционирования компонентов будет одновременно являться внешней средой функционирования его составных частей. Такая ситуация будет повторяться циклически вплоть до требуе-
мого уровня детализации структуры и процессов. В модели отображаются позициями р элементы ТС. Атрибутами меток, принадлежащих определенным позициям р , моделируются параметры состояния элементов ТС. Использование атрибутов меток позволяет группировать метки, описывающих один материальный поток, отражать изменение параметров ТС как в пределах допустимых, так и недопустимых значений, что позволяет сократить количество меток и уменьшить размер модели. События, интерпретируемые переходами Т , определяются функциями выполняемыми объектами ТС.
Синхронизация выполнения переходов
Для обеспечения правильности взаимодействия параллельно происходящих процессов модели реализуется следующий механизм синхронизации выполнения переходов:
- первыми выполняются переходы tj вложенных сетей Ш1е'' с наибольшим числом сетей верхнего уровня N1еу;
- переходы г во вложенных сетях ш1е'' срабатывают в соответствии с заданными приоритетами
prtNt
- вторыми выполняются переходы г между
вложенными сетями в соответствии с функци-
ей ЬЕУ1;
- выполнение переходов г вложенных сетей Ш1^' и переходов г. между вложенными сетями
NFle
производится с последующим выполнением
переходов г вложенной сети Ы1еу уровня вложенности Nе -1.
Функционирование модели
При данном описании СП переход г е Т с маркировкой /х(р) разрешен, если для всех р е Р во
входных позициях имеются метки такого цвета, который указан в функциях дуг, а значения атрибутов этих меток принадлежат множеству АТ, т.е. выполнены
условия 1т , ^, I,:
Фі )> (pt,I (tj)).
Переход запускается удалением всех разрешающих меток из его входных позиций и последующим помещением в каждую из его выходных позиций по одной метке для каждой дуги. Цвет метки определяется функциями дуг, значения атрибутов меток определяется функциями дуг или поступают с ОРС-сервера.
Переход г с маркировкой /и(р) может быть выполнен всякий раз, когда он разрешен. В результате выполнения разрешенного перехода г образуется
новая маркировка /л’(р), определяемая следующим соотношением:
Моделирование события происходит следующим образом:
- на каждом шаге выполнения метка
atK] , Ot„ , •••, at»;
*k 2
Г)
цвета tm , нахо-
дящаяся во входной позиции р по отношению к выполняемому переходу г, получает новые значения
атрибутов оборудования от ОРС-сервера, и полученные значения присваиваются атрибутам меток
г
(а^к\, а^к 2 а^ЫкЫы ) '
- массив значений атрибутов метки цвета мк изменяется:
I at,, at, ,•••, at.
(
atk1 ? a^k2 ? •••, a^N
- )1:= (
)his+1 /
:=(
atuі , a^0 , •••, atA!
I atk1 ’ a^k2 ? •••, atN
.)*
his = 1,N. -1;
* his ’
- при выполнении предусловия перехода T , связанного с входной позицией р , метка изымается и происходит коррекции коэффициентов уравнения:
fr = /" (К )“);
- при выполнении постусловий О тип и атрибуты метки изменяются в соответствии с функциями выходных дуг О ;
- в выходной позиции Р+1, для выполняющегося перехода Т, создается метка 'тргт с заданным цветом и атрибутами.
После коррекции коэффициентов уравнения
/§г° = /рт ({а^ ) вычисляются атрибуты меток
а^, значения атрибутов меток не должны выходить за допустимые пределы, которые заданы для атрибутов меток в данной позиции рО°1 (т‘гт).
Таким образом, при исследовании моделей ТС, созданных на основе предложенного СФ производится прогнозирование следующего значения атрибута меток еще при предполагаемом выполнении перехода, что позволяет корректировать не выполненное управляющее действие и выполнять его до выхода значения атрибута метки за допустимые пределы.
Методика создания программного комплекса
Для создания, управления и анализа функционирования моделями используется система моделирования следующей архитектуры (см. рис. 1).
Рис. 1. Архитектура системы моделирования для создания, управления и анализа функционирования моделями
)
k
k
Для создания тренажера использована следующая методика:
1. Создание с помощью инструментального средства моделирования структуры модели, исследуемой СТС с использованием дискретно-событийного подхода.
а) Модель отражает объекты Рк , события Тк и параметры А, системы:
• объекты ТС имеют определенные параметры, соответствующие значениям атрибутов М метки тк , находящейся в позиции Рк , значения которых может изменяться с течением времени в зависимости от данных получаемых от ОРС-сервера;
• события определяются функциями выполняемыми объектами СТС;
• значения параметров объектов ТС поступают с первичных приборов или контроллеров на ОРС-сервер, затем они могут быть использованы в модели как значения атрибутов А, меток тк ;
• события происходят или не происходят в соответствии с условиями I, О, которые определены в модели выражениями входных и выходных дуг «перехода» Т ;
• все события в модели происходят в соответствии с функционированием системной и вложенных сетей МР.
б) модель ТС является иерархической, количество уровней зависит от сложности ТС и поставленной задачи, разделение СТС на объекты достаточно условно и зависит от постановки задачи, например, при анализе технологической линии ее объектами могут считаться отдельные установки и станки, транспортные и загрузочные устройства, в свою очередь, станки и загрузочные устройства также могут считаться техническими системами и при оценке их надежности должны быть разделены на элементы: узлы и блоки, которые, в свою очередь подразделяются на детали и т.д.
2. На основе статической модели создается мо-
дель функционирования СТС:
а) задается начальное состояние системы;
б) задаются интервалы номинальных, допустимых и не допустимых значений параметров;
в) выполняются активные «переходы» Тк.
3. Производится обмен данными атрибутов Ai меток и ОРС-сервера во время выполнение «переходов» Тк. Предыдущие значения атрибутов Ai сохраняются, количество сохраненных значений his определяется настройками модели.
4. Производится прогноз значений параметра Ai меток, и получаем информацию о будущих событиях в модели.
5. При выходе параметра A, объекта Рк СТС за допустимые или регламентируемые границы ZApk определяется последовательность произошедших событий:
а) определяется наименование и значение параметров СТС, изменение которых влияет на значение атрибута Ai и метки mk элемента модели СТС;
б) определяются значения параметров объектов модели СТС, достижимые из заданного состояния; выбирается нужное состояние модели;
в) определяется последовательность событий, приводящих модель СТС в это состояние.
6. При нарушении регламентируемой последовательности событий:
а) определяется условие необходимое, но невыполненное для возникновения события;
б) определяются условия возникновения не регламентируемого события;
в) определяются параметры объектов системы, значение которых влияет на выполнение данного условия;
г) действия по пп. 5 б, в.
По данной методике были созданы комплексы с модулем поддержки принятия решений для различных сложных технических систем (рис. 2, 3).
| Необходимо перейти на резервный фильтр
Рис. 2. Пример сообщения системы оператору о рекомендуемом воздействии на систему
Рис. 3 Интерфейс пользователя подсистемы моделирования
Применение предложенной модели иерархической ситуационно-событийной сети позволяет преодолеть ограничения существующего аппарата при решении задач планирования и оперативного управления сложными техническими системами.
Эффективность использования имитационной модели с использованием расширенного формализма сетей Петри, позволяет моделировать, диагностировать отказы элементов сложных динамических систем и прогнозировать их появление в реальном режиме времени.
Библиографический список
1. Питерсон Дж. Теория сетей Петри и моделирования си- вание сложных динамических систем с использованием
стем / пер. с англ. М.: Мир, 1984. 264 с. сетей Петри // Мехатроника, автоматизация, управление.
2. Котов В.Е. Сети Петри. М.: Наука, 1984. 160 с. 2011. № 7. С. 35-39.
3. Вильвер П. Ю., Протасов А. В. Имитационное моделиро-
УДК 621.1: 005.6
АЛГОРИТМ ВЫБОРА ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ЗАКАЗЧИКОВ ИННОВАЦИОННЫХ КОНСАЛТИНГОВЫХ КОМПАНИЙ
© В.В. Скоморохов1
ОАО «Иргиредмет»,
664025, Россия, г. Иркутск, бульвар Гагарина, 38.
В настоящей работе рассмотрена задача выбора оптимального набора потенциальных заказчиков, удовлетворяющих условиям реализации бизнеса инновационных консалтинговых компаний из всего множества организаций, заинтересованных в разработке и внедрении автоматизированных систем управления. Для решения поставленной задачи предложена и описана математическая модель линейного программирования, сформирована система критериев, отражающая деятельность потенциальных заказчиков, заинтересованных в реализации проекта по внедрению системы электронного документооборота. Для проверки корректности предложенной модели выполнен численный эксперимент.
Ил. 1. Табл. 2. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: консалтинговая компания; выбор заказчиков; оптимальный набор; модель.
1Скоморохов Виталий Викторович, заведующий лабораторией математического моделирования и компьютерных технологий, тел.: 89501398335, e-mail: [email protected]
Skomorokhov Vitaly, Head of the Laboratory of Mathematical Modeling and Computer Technologies, tel.: 89501398335, e-mail: [email protected]
