Модель непрерывной информационной поддержки жизненного цикла паротурбинных установок

тепловых электростанций

В.И. Брезгин, доцент, к.т.н., с.н.с.,

А.А. Чубаров, инженер

Д.В. Брезгин, инженер

г. Екатеринбург

Основное назначение непрерывной информационной поддержки жизненного цикла (ЖЦ) паротурбинных установок (ПТУ) электростанций - обеспечение принятия адекватного решения на всех этапах жизненного цикла турбин. При проектировании и изготовлении элементов ПТУ, их транспортировке, монтаже и испытаниях, в процессах эксплуатации, обслуживания и ремонта ПТУ создаются информационные объекты (ИО), описывающие структуру изделия, его состав и входящие компоненты, изменение состояния элементов и ПТУ в целом.

Представим совокупность принимаемых решений в виде множества { f_реш}, которое, в свою очередь, представляет собой объединение множеств

{f_реш} = {f_Р}{f_О}{f_С}, (1)

где {f_Р} – подмножество рутинных функций управления (учет, хранение, поиск, отображение, обновление, редактирование, тиражирование текста и графики, разграничение доступа к данным);

{f_О} – подмножество функций, связанных с обменом информацией между участниками СИСТЕМЫ, а также функций обмена данными;

{f_С} – подмножество функций преобразования содержания и формы представления информации (расчеты, проектные операции и процедуры и др.).

В свою очередь, каждое из подмножеств {f_Р}, {f_О} и {f_С} является представим в виде объединения множеств расчетных ({f_k}), логических ({f_l}) и эвристических ({f_e}) процедур:

{f_i} = {f _k(i)}{f _l(i)}{f_e(i)}, (2)

где i = {P , O , C} – индекс соответствующего множества функций.

Неопределенность решений, снимаемая за счет информационных ({f_Р} и {f_О}), расчетных ({f_k}) и логических ({f_l}) задач, может быть снижена до минимума, так как эти задачи обеспечивают обоснованный вывод решений. Неопределенность информации, снимаемая за счет эвристик, сохраняется, так как объективной процедуры обоснования выбранного решения может не быть, либо времени для обоснования выбора может быть недостаточно. Таким образом, неопределенность информации, снимаемая эвристическими методами, сохраняется в виде остаточной неопределенности решения Н_ост [2]. При этом Н_ост определяется как отношение взвешенной суммы эвристик к общей взвешенной сумме всех процедур получения значений характеристик ИО:

Н_ост = ,

где – вес процедуры получения значений, i = 1, … , m;

n^(fe) – количество эвристик {f_e}, определяющих структуру или значения характеристик информационного объекта, описывающего решение;

– общее количество процедур обработки информации всех типов { f_реш}, определяющих структуру или значения характеристик информационного объекта.

Эффективность принятого решения может оцениваться по разности между остаточной неопределенностью Н_ост на момент принятия решения и минимально возможной остаточной неопределенностью Н_{ост min} для данного ИО при учете ограничения времени окончания принятия решения:

Н_реш = Н_ост - Н_{ост min} при T_реш T_{реш доп} ,

где Н_ост – остаточная неопределенность ИО, полученная в СИСТЕМЕ;

Н_{ост min} – минимально возможная остаточная неопределенность ИО, получаемая в идеальной системе управления.

Критерием, отражающим принцип минимума эвристик для оценки качества решения, служит правило

Н_реш = min (Н_реш),

в соответствии с которым наилучшим считается решение, имеющее минимально возможную неопределенность.

Доля эвристических процедур, определяющих величину остаточной неопределенности, в подмножествах функций {f_Р}, {f_О} и {f_С} (см. выражение (1)) неодинакова. Для оценки этой доли была применена шкала парных сравнений от 1 до 9 [1]. Экспертам было предложено качественную оценку практически отсутствуют оценивать в 1 балл, незначительная доля – 3 балла, значительная – 5 баллов, очень большая – 7 баллов, абсолютная – 9 баллов. На основании анализа экспертных оценок была построена таблица сравнения (см. таблицу 1). Из таблицы сравнения становится очевидным, что для снижения уровня остаточной неопределенности при принятии решений наиболее важными являются процедуры обменом информацией между участниками СИСТЕМЫ, а также обмена данными, поскольку именно в множестве процедур обмена {f_О}, по оценкам экспертов, доля эвристических процедур наиболее велика (оценка очень большая).

Таблица 1

Таблица сравнения долей эвристических, логических и расчетных процедур в множестве { f_реш}

Оценка доли функций	Множество рутинных процедур {fР}	Множество процедур обмена {fО}	Множество процедур преобразования содержания{fС}
расчетных ({fk})	3	2	7
логических ({fl})	7	5	3
эвристических ({fe})	3	7	1

Рассмотрим, что из себя представляют множества функций, представленные в выражении (1).

В системе непрерывной информационной поддержки ЖЦ ПТУ электростанций на всех этапах создаются ИО, характеризующие состояние оборудования. На этапе проектирования ПТУ ИО формируются в результате выполнения расчетных, проектных и других процедур. На стадии изготовления ИО создаются в процессе контроля качества изделия, испытаний в условиях турбинного завода. На стадии сборки и монтажа в условиях электростанции ИО порождаются в процессе контроля качества выполнения сборочных операций и испытаний оборудования. На стадии функционирования ПТУ ИО формируются в результате проведения различных мероприятий в ходе эксплуатации оборудования, его обслуживания и ремонта. Основным требованием множества функций преобразования содержания ИО является необходимость представления их в электронном виде, следовательно и процесс формирования ИО должен осуществляться в электронном виде. Таким образом, в терминах функционального моделирования множество процедур преобразования содержания {f_С} можно представить как функцию создания, преобразования и представления данных о турбинах и турбинном оборудовании в электронном виде.

Подмножество рутинных функций управления {f_Р}, включающих в себя учет, хранение, поиск, отображение, обновление, редактирование, тиражирование текста и графики, разграничение доступа к данным и т.д. в условиях большого числа самостоятельно хозяйствующих субъектов на этапах ЖЦ ПТУ нуждается в интеграции данных, находящихся в различных ИО, порождаемых на различных этапах ЖЦ ПТУ.

Представляя ИО как структуру вида:

< I, {ch_j(i)}, {f_j(i)}> ,

где I – имя объекта;

{ch_j(i)} – множество характеристик (свойств, полей) объекта;

{f_j(i)} – множество способов снятия неопределенности (вычисления значений характеристик, допустимых методов, операций) относительно объекта,

следует отметить, что условием обеспечения возможности обмена данными является их интеграция в рамках единого информационного пространства. К множеству рутинных операций управления, таким образом, необходимо отнести такие операции, как выбор и согласование протоколов связи между предприятиями-участниками ЖЦ турбин и турбинного оборудования, выбор и согласование единой технологии взаимодействия прикладных компонентов, создание единой модели данных и создание в этих условиях виртуального предприятия, которое обеспечит объединение затрат, навыков и доступ на глобальные рынки всех участников.

Поскольку интересы предприятий-участников ЖЦ ПТУ совпадают далеко не всегда, доля эвристических процедур в множестве функций {f_Р} выше, чем во множестве процедур преобразования содержания {f_С} (см. табл.1) и они вносят свою долю в уровень остаточной неопределенности.

Подмножество функций {f_О}, связанных с обменом информацией между предприятиями-участниками ЖЦ ПТУ на уровне данных связаны с необходимостью реорганизации (реинжиниринга) бизнес-процессов всех участников единого информационного пространства. Доля эвристических процедур в этом множестве функций наиболее велика и вклад в остаточную неопределенность принятия решений самый значительный (см. табл.1).

Переходя от информационной модели к функциональной, множество { f_реш} представлено в виде функции "Обеспечить поддержку ЖЦ турбин и турбинного оборудования" (рис.1). Тогда пересечение подмножеств {f_Р}, {f_О} и {f_С} (см. (2)) представляется в виде диаграммы декомпозиции [3, 4], представленной на рис.2.

Наибольшую сложность представляет работа 3 – "Выполнить реинжиниринг бизнес-процессов" (см. рис. 2), поскольку в этой работе самая большая доля эвристических процедур. Необходимость в реинжиниринге очевидна: все предприятия российской экономики сегодня нуждаются в той или иной мере в реорганизации своих бизнес-процессов. Более того, опыт развитых стран показывает, что в высокотехнологичных отраслях экономики реинжиниринг бизнеса происходит практически непрерывно. В условиях рыночной экономики при принятии решений о реинжиниринге бизнеса приоритеты могут меняться, вследствие чего направления реорганизации также становятся иными. Возникает необходимость выбора приоритетов на тот или иной момент времени. Известно, что важнейшими критериями оценки наукоемкой продукции с точки зрения потребителя являются цена, качество и уровень послепродажного обслуживания. Производителю необходимо учитывать эти требования и, в то же время, учитывать свои интересы и проблемы. Зачастую трудно количественно оценить степень важности того или иного критерия для принятия решения, однако для решения проблемы сравнения важны два обстоятельства [1] :

- подходящая численная шкала сравнений,

- возможность определять степень несогласованности суждений.

Рис 1. Концептуальная модель разрабатываемой системы: контекстная диаграмма

Рис. 2. Концептуальная модель разрабатываемой системы: первая декомпозиция

Построение таблицы сравнений (см. ниже) при использовании в качестве шкалы сравнения чисел от 1 до 9, выполнялось по следующим правилам:

- при одинаковом влиянии двух факторов (например, α и β) в таблицу сравнений в позицию (α, β) вносилась 1,

- если фактор α незначительно важнее фактора β , вносилось число 3,

- если α значительно важнее фактора β , вносилось число 5,

- если α явно важнее фактора β , вносилось число 7,

- если α по своей значимости абсолютно превосходит фактор β, вносилось число 9.

Для оценки степени несогласованности с помощью индекса согласованности (ИС) таблицу сравнений была представлена в виде обратно-симметричной согласованной матрицы. ИС определялся как отношение

,

где – наибольшее собственное значение, а n – порядок матрицы.

Для идеально согласованной матрицы , поэтому ИС = 0. Предполагалось, что если ИС не превышает 0,10 то можно быть удовлетворенным степенью согласованности суждений.

В качестве примера предлагаемой методики рассмотрен анализ влияния на конкурентоспособность ПТУ различных критериев оценки проектных работ.

В качестве основных критериев оценки проектных работ выбраны следующие: стоимость проекта (СП), срок выполнения проекта (СВ), кадровые возможности и опыт проектирования (КО). Эти критерии составили третий, или низший, уровень иерархии. Целями, по отношению к которым оценивались эти критерии, были определены качество (К), цена (Ц) и уровень послепродажного обслуживания (П) ПТУ, которые составляют второй уровень иерархии. Общая цель – высокая конкурентоспособность (Кон) ПТУ (см. рис. 3).

Рис.3 Иерархия критериев

Положим, что качество (К) имеет сильное превосходство перед ценой (Ц) и незначительное превосходство перед уровнем послепродажного обслуживания (П) и построим матрицу попарных сравнений трех целей: К, Ц и П в соответствии с их воздействием на общую цель – Кон (в соответствии с изложенными выше правилами). Навязывая согласованность создаваемой матрице, по первой строке находим все остальные элементы. В результате получили матрицу попарных сравнений и ее собственный столбец W :

W =

Собственное значение и индекс согласованности ИС данной матрицы равны, соответственно 3,0 и 0,0.

Столбец приоритетов показывает, что по влиянию на конкурентоспособность качество имеет приоритет 0,65, цена – 0,13, а уровень послепродажного обслуживания – 0,22.

Далее проведена оценка относительной важности каждого критерия проектных работ с точки зрения влияния на качество, цену и уровень послепродажного обслуживания (составляющих второй уровень иерархии).

Положим, что соответствующие матрицы попарных сравнений, собственные значения, индексы согласованности и столбцы приоритетов имеют вид:

ИС = 0,0

ИС = 0,015

ИС = 0,0

Записывая полученные столбцы в виде матрицы, затем умножая полученную матрицу на столбец W, находим искомый столбец приоритетов третьего уровня иерархии, представляющего критерии стоимости проектных работ, срок выполнения проекта и кадровые возможности и опыт проектирования, взвешенные согласно их общему влиянию:

Итак, в данном примере, основанном на экспертных оценках конструкторов Уральского турбинного завода о расстановке приоритетов во вполне конкретной ситуации, степень влияния на конкурентоспособность ПТУ опыта проектирования и кадровых возможностей проектного подразделения составляет 63,6%, срок выполнения проектных работ – 14,6% и стоимость проектных работ – 21,8%.

В условиях рынка производитель наукоемкой продукции вынужден учитывать индивидуальные требования заказчика. При принятии решения о выборе той или иной конфигурации изделия каждый раз необходимо анализировать конкурентоспособность своей продукции по тому или иному критерию. В зависимости от приоритета критериев оценки направления необходимого реинжиниринга бизнес-процессов могут сильно различаться. Представленная в докладе методика может быть использована для оценки степени важности того или иного критерия для принятия решения о направлении реинжиниринга бизнес-процессов. Непременным условием является уточнение оценки экспертов о величине коэффициентов таблиц сравнений в зависимости от конкретной ситуации, и повторное выполнение расчета.

Литература

1. Е.В. Шикин, А.Г. Чхартишвили. Математические методы и модели в управлении: Учеб. Пособие. – 3-е изд. – М.: Дело, 2004. – 440 с.

2. Системный анализ в управлении: учебное пособие / В.С. Анфилатов, А.А. Емельянов, А.А. Кукушкин; под ред. А.А. Емельянова. – М.: Финансы и статистика, 2003.- 368 с.

3. Применение концепции CALS на примере теплофикационной паротурбинной установки / Брезгин В.И., Бродов Ю.М., Кортенко В.В. и др. // "Тяжелое машиностроение" № 2, 2002 г. С.29-31.

4. Стратегия развития энергомашиностроения на примере турбинного завода / Брезгин В.И., Бродов Ю.М., Брезгин Д.В. // Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе. Материалы ХХII международной конференции. Ялта-Гурзуф, 20-30 мая 2005 г. C.39-40