Информационная поддержка принятия управленческих решений в системе планирования производства ремонтных работ на газопроводах

Размещено на http://allbest.ru

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Информационная поддержка принятия управленческих решений в системе планирования производства ремонтных работ на газопроводах

Специальность 05.13.10 -Управление в социальных и экономических системах

Воеводин Илья Геннадьевич

АСТРАХАНЬ - 2010

Работа выполнена в ГОУ ВПО "Астраханский государственный университет"

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Петрова Ирина Юрьевна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Камаев Валерий Анатольевич

кандидат технических наук, доцент Ануфриев Дмитрий Петрович

Ведущая организация: ООО "ЛУКОЙЛ-Приморьенефтегаз"

Защита диссертации состоится 18 декабря 2010 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ.212.009.03 при Астраханском государственном университете по адресу: 414056, г. Астрахань, ул. Татищева, 20 А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета. Автореферат диссертации размещен на сайте университета www.aspu.ru.

Автореферат разослан "16" ноября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета ДМ.212.009.03, к.т.н. О.В. Щербинина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышение эффективности ремонтных работ на объектах трубопроводного транспорта газа в современных экономических условиях становится все более актуальным, что определяет необходимость создания и развития систем поддержки принятия управленческих и организационных решений по управлению производством таких работ. Известно, что для обеспечения объективной обоснованной оценки приоритетности объектов по выводу в ремонт в условиях многофакторности и большого числа анализируемых объектов, приводящих к необходимости выполнения значительного числа вычислительных операций, целесообразно применять информационно-вычислительные и информационно-аналитические системы поддержки принятия решений (СППР), поскольку возможности лица, принимающего решение, в этом смысле существенно ограничены. Обычно подобная задача решается экспертом, уровень оплаты труда которого сравнительно высок.

В области технологий экспертной оценки технического состояния техногенных объектов для поддержки принятия управленческих решений накоплен положительный опыт, отраженный в трудах отечественных и зарубежных ученых М.Г. Сухарева, Е.Р. Ставровского, Ю.В. Колотилова, В.Д. Шапиро, С.В. Овчарова, В.Г. Лима, Дж.Ф. Кифнера, П.X. Вита и др. Существующие системы поддержки принятия решений, такие как комплексы программ "ТРУБОПРОВОД", LookupDT и другие, обеспечивают анализ экспертных мнений и ранжирование участков газопроводов по величине относительного риска их эксплуатации, однако достоверность результатов планирования, полученных с помощью этих систем, определяемая сравнением с реальными планами ремонтных работ, недостаточно высока.

Потребность в совершенствовании управления производством ремонтных работ на объектах линейной части газопроводных сетей связана с техническим состоянием стареющих трубопроводов. По данным ОАО "Газпром", около 67% магистральных газопроводов (по протяженности) отработали от 20 до 40 лет, при этом их пленочное изоляционное покрытие практически полностью потеряло свои защитные свойства, что приводит к активным коррозионным процессам.

Таким образом, разработка методов и средств информационной поддержки принятия решений по планированию вывода в ремонт объектов линейной части магистральных газопроводов, обеспечивающих высокую достоверность результатов определения приоритетов объектов по выводу в ремонт с позиций анализа относительного риска их эксплуатации, является актуальной задачей.

Цель диссертационной работы:

Совершенствование информационной поддержки принятия управленческих решений в системе планирования производства ремонтных работ на газопроводах на основе разработки моделей и алгоритмов ранжирования по комплексному критерию оценки риска.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи:

- анализ существующих подходов к выбору эксплуатационных показателей объектов газопроводных систем и систем поддержки принятия решений, использующих экспертный анализ этих показателей для ранжирования объектов по относительному риску их эксплуатации;

- анализ основных принципов организации иерархической системы показателей оценки эксплуатационного риска и разработка информационной модели участка линейной части магистральных газопроводов (ЛЧ МГ) с учетом мнения экспертов для обоснования выбора значений показателей;

- разработка иерархической модели процесса принятия решений по оценке риска эксплуатации участка ЛЧ МГ и расчет численных значений весовых коэффициентов критериев на основании обработки мнений экспертов;

- разработка математической модели и алгоритма принятия решений по обоснованию приоритетов вывода в ремонт участков ЛЧ МГ с использованием информационной модели участка и обработанных экспертных оценок риска;

- разработка и апробирование информационной системы поддержки принятия управленческих решений по производству ремонтных работ на газопроводах, реализующей разработанные модели и алгоритмы;

- подготовка практических рекомендаций по применению результатов исследований при реализации пакетов прикладных программ в организациях, эксплуатирующих газопроводные системы.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались: методы теории принятия решений, теории функциональных систем, экспертного логического анализа, вероятностно-статистические методы, информационно-вычислительные и информационно-аналитические технологии.

Научная новизна результатов исследования. В диссертации разработаны и вынесены на защиту следующие основные положения:

1. Определен комплекс параметров технического состояния участков линейной части магистральных газопроводов, отражающий конструктивные и эксплуатационные показатели газопроводов.

2. Выполнена систематизация комплекса показателей и разработана информационная модель (паспорт) участка, учитывающая мнения экспертов с преимущественным использованием лингвистических оценок.

3. Разработана иерархическая модель процесса принятия решений по оценке риска эксплуатации участка линейной части магистральных газопроводов, отличающаяся сбалансированностью иерархии (уменьшением числа групп критериев и расширением самих групп) и ее более высокой эффективностью, и установлено взаимно-однозначное соответствие между критериями и показателями технического состояния участков.

4. Для всех уровней иерархии определены численные значения весовых коэффициентов критериев и показателей на основании обработки балльных оценок с учетом определенной величины индекса согласованности, характеризующего высокую степень совпадения экспертных мнений. Полученные значения являются базовыми для оценки риска эксплуатации участка линейной части магистральных газопроводов.

5. Разработана математическая модель и алгоритм принятия решений по обоснованию приоритетов вывода в ремонт участков линейной части магистральных газопроводов с использованием информационной модели участков и обработанных экспертных оценок риска.

6. Разработаны концептуальная и функциональная модель системы поддержки принятия решений при определении очередности вывода участков линейной части магистральных газопроводов в ремонт, что позволило уменьшить трудоемкость и продолжительность принятия решения, а также сократить финансовые затраты на процедуру принятия решения.

Практическая значимость. На основе полученных теоретических результатов разработана автоматизированная подсистема сбора и обработки мнений экспертов по оценке эксплуатационных рисков участков линейной части магистральных газопроводов с преимущественным использованием лингвистических оценок состояния участков.

В соответствии с результатами исследований разработана автоматизированная система поддержки принятия решений по выводу в ремонт участков линейной части магистральных газопроводов "РМГ / Приоритет", позволяющая достоверно проводить ранжирование значительного числа объектов по степени эксплуатационного риска в интерактивном режиме и не требующая обязательного присутствия эксперта на этапе расчета приоритетов.

Разработанные модели и методы принятия решений, алгоритмы информационной поддержки принятия управленческих решений в системе планирования производства ремонтных работ на газопроводах обеспечивают эффективное выполнение ремонтных работ, что подтверждается актами внедрения следующих производственных предприятий: НПО ООО "Инвестстройэкология"; ООО "Стройнадзордиагностика"; ООО "Промспецтехнология"; НПП ЗАО "Стройпроектсервис". Программный комплекс "РМГ / Приоритет" позволяет реализовать в информационной среде процесс управления с системных позиций, т.е. кроме автоматизации процесса на всех этапах (подготовка данных, решение, анализ результатов) обеспечена возможность использования опыта и знаний эксперта. Он предназначен для автоматизации планирования и управления ремонтными работами на участках газопроводов с учетом результатов анализа технического состояния отдельных объектов, что обеспечивает возможность отбора отдельных объектов для выполнения ремонтных работ.

Апробация работы. Материалы, входящие в диссертацию, обсуждались на международной научно-практической конференции "Международные и отечественные технологии освоения природных минеральных ресурсов и глобальной энергии" (г. Астрахань, 2003, 2004, 2005, 2007); всероссийской научно-практической конференции "Техносферная безопасность, надежность, качество, энергосбережение" (г. Ростов-на-Дону, 2003, 2004, 2005); 2-ой всероссийской научно-практической конференции "Нефтегазовые и химические технологии" (г. Самара, 2003); международной научно-практической конференции "Строительство" (г. Ростов-на-Дону, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2010); 3-ей всероссийской научно-практической конференции "Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа" (г. Томск, 2004); 3-ей международной научно-практической конференции "Глобализация экономики и российские производственные предприятия" (г. Новочеркасск, 2005); международной научно-практической конференции "Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики" (г. Новочеркасск, 2005, 2006); международной научно-практической конференции "Реконструкция - Санкт-Петербург - 2005" (г. Санкт-Петербург, 2005); всероссийской научно-практической конференции "Инновации и наукоемкие технологии в обеспечении промышленной, пожарной и экологической безопасности" (г. Уфа, 2008); 8-ой Всероссийской научно-технической конференции "Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России" (г. Москва, 2010) и других научных конференциях.

Публикации. Основные положения диссертационной работы отражены в 40 опубликованных научных работах, в том числе в 11 статьях в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК РФ для опубликования основных научных результатов диссертации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 120 наименований и 1 приложения. Содержание работы изложено на 135 страницах, иллюстрировано 40 рисунками и 20 таблицами.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, определены цель и задачи исследования, сформулированы научная новизна, практическая значимость диссертационной работы, приведены данные об апробации работы.

В первой главе выполнен анализ состояния проблемы управления производством ремонтных работ на объектах газопроводных систем для реализации комплекса мероприятий по обеспечению системной надежности и безопасной эксплуатации газопроводных систем. При этом проанализированы: основные направления разработки и совершенствования систем управления производством ремонтных работ, методы диагностики состояния участков газопроводных систем, способы аналитического планирования производства ремонтных работ по критериям надежности с учетом данных диагностики объектов, существующие подходы к выбору показателей технического состояния участков ЛЧ МГ и методы оценки эксплуатационного риска, разработанные ранее СППР по ранжированию объектов магистрального транспорта газа для определения приоритетов объектов по выводу в ремонт.

Показано, что одним из основных направлений развития систем информационной поддержки принятия управленческих решений в системе планирования производства ремонтных работ на газопроводах является анализ приоритетов объектов по проведению ремонтных работ, который базируется на выборе показателей технического состояния, критериев, принципов и алгоритмов ранжирования объектов ЛЧ МГ по степени опасности возникновения аварийной ситуации под воздействием различных факторов природного, техногенного и антропогенного характера.

Поскольку множество объектов газотранспортных систем допускает существование различных отношений, построенных на основе сравнения по целому ряду критериев, решение задачи формирования плана проведения ремонтных работ для системы объектов предполагает использование методов многокритериального анализа приоритетов объектов с учетом всей доступной априорной информации по факторам, имеющим количественное выражение, а также методов обработки и анализа экспертных оценок влияния факторов, не поддающихся количественному описанию. В работе выполнен анализ существующих методов принятия решений в условиях многокритериального выбора альтернатив, и обосновано использование метода анализа иерархий с точки зрения его эффективности, возможности обеспечения высокой согласованности экспертных мнений и получения достоверных результатов приоритизации объектов газопроводных систем.

Возможность использования результатов формирования информационной поддержки принятия управленческих решений по выводу в ремонт участков газопроводов на предприятиях нефтегазовой отрасли определяется, в частности, тем, что положения действующих нормативно-технических документов отрасли, регламентирующих методики экспертного анализа технического состояния объектов ЛЧ МГ, были положены в основу разработки модели принятия решений, предложенной в настоящей диссертационной работе.

Исследованы существующие критериальные подходы к оценке технического состояния объектов систем газопроводов, используемые при этом наборы показателей, способы их оценки, методы определения весовых коэффициентов критериев, методы и алгоритмы ранжирования участков газопроводов, а также системы поддержки принятия решений (СППР), использующие эту методологическую базу.

Показано, что существующие СППР обладают недостаточно высокой достоверностью совпадения результатов с решениями, принятыми без использования средств информационной поддержки.

Вторая глава диссертации посвящена разработке теоретических основ формирования информационной поддержки процесса принятия решений по оценке риска эксплуатации участков ЛЧ МГ.

Рассмотрены основные принципы организации иерархической системы показателей оценки эксплуатационного риска с учетом результатов анализа существующих критериальных подходов.

Выбор показателей для формирования результирующего набора, эффективного с точки зрения степени использования информации и исключения избыточности, осуществлен с учетом всех изученных системных закономерностей и применением частотного анализа встречаемости показателей в научных и нормативно-технических материалах в данной предметной области.

Определен комплекс параметров технического состояния участков ЛЧ МГ, включающий конструктивные и эксплуатационные показатели участков газопроводов (всего 41 показатель).

В процессе их систематизации в работе предложено выделить 5 групп показателей, однородных по характеру, но независимых по содержанию (показатели нормативной группы a={a₁, …, a_n}, n=17; показатели технологической группы b={b₁,…,b_m}, m=8; показатели экологической группы c={c₁,…,c_k}, k=7; показатели экономической группы d={d₁,…,d_s}, s=4; показатели организационной группы h={h₁,…,h_q}, q=5). Показано, что независимость показателей по содержанию позволяет оценивать их также с помощью независимых групп критериев, что снижает необходимое число экспертных мнений.

Значения показателей участков предложено формировать экспертным способом, при этом использовать лингвистические оценки, позволяющие непосредственно и полно использовать знания эксперта о состоянии выбранного участка газопровода.

Сформирована информационная модель участка ЛЧ МГ как обобщенная функциональная зависимость состояния участка P от векторов показателей состояния (1), предусматривающая возможность учета мнения экспертов для обоснования выбора значений показателей из набора, определенного ранее в работе.

Характерным преимуществом данной информационной модели является широкое использование лингвистических значений для повышения эффективности диалога "человек-машина" и удобства работы эксперта, а также для совершенствования процесса использования экспертных знаний.

, (1)

где - вектор показателей нормативной группы

- вектор показателей технологической группы

- вектор показателей экологической группы

- вектор показателей экономической группы

- вектор показателей организационной группы

Разработана иерархическая критериальная модель процесса принятия решений при ранжировании участков газопроводов по степени эксплуатационного риска.

Для этого в соответствии с идеей метода анализа иерархий была выполнена постановка задачи ранжирования участков газопроводов для выполнения ремонтных работ путем структурирования проблемы в иерархию, содержащую 5 уровней (1-й уровень: цель - определение относительного риска эксплуатации участка; 2-й уровень: группы критериев, 3-й уровень: критерии, 4-й уровень: субкритерии (значения критериев), 5-й уровень: альтернативы - участки газопроводов).

Далее иерархия была наполнена критериями по следующему принципу: каждой группе показателей была сопоставлена группа критериев, затем в каждой группе были определены независимые показатели (часть показателей является зависимыми от других показателей и включены в информационную модель участка как справочные).

Далее 23 выбранным независимым показателям были поставлены во взаимно-однозначное соответствие критерии так, что каждый показатель оценивается своим критерием (табл. 1).

Таблица 1.

Взаимно-однозначное соответствие критериев и показателей технического состояния участков ЛЧ МГ

Показатели		Критерии
Показатели нормативной группы (a)		Критерии нормативной группы (K11, K12, K13, K14)
a6 K11, a7 K12, a9 K12, h5 K14
Показатели технологической группы (b)		Критерии технологической группы(K21, K22, K23, K24, K25, K26)
b1 K21, b2 K22, b3 K23, b4 K24 , b7 K25, b8 K26
Показатели экологической группы(c)		Критерии экологической группы (K31, K32, K33, K34, K35)
c1 K31, c2 K32, c3 K33, c4 K34 , c5 K35
Показатели экономической группы (d)		Критерии экономической группы (K41, K42, K43, K44)
d1 K41, d2 K42, d3 K43, d4 K44
Показатели организационной группы (h)		Критерии организационной группы (K51, K52, K53, K54)
h1 K51, h2 K52, h3 K53, h4 K54

Для определения балльных оценок парных сравнений элементов на 2-4 уровнях иерархии критериев были сформированы анкеты, содержащие формулировки вопросов об относительной важности критериев по их влиянию на определение значения относительного риска эксплуатации участка.

Анкеты были представлены экспертам на рассмотрение, в результате обработки полученных балльных оценок результаты были усреднены (агрегированы), после чего была определена согласованность мнений экспертов, в некоторых случаях для достижения высокой согласованности были изменены формулировки некоторых вопросов анкеты, и эксперты были опрошены повторно.

В соответствии с методом анализа иерархий были определены численные значения весовых коэффициентов критериев для 2 и 3 уровней иерархии на основании обработки согласованных мнений экспертов в виде балльных оценок, формирующих обратно-симметричные матрицы парных сравнений. информационный газопровод ремонт

Для каждой сформированной матрицы (на 2-м уровне иерархии - одна матрица сравнения групп критериев, на 3-м уровне - 5 матриц сравнения критериев в группах, на 4-м уровне - 23 матрицы сравнения субкритериев) осуществлен расчет компонент вектора весовых коэффициентов критериев и индекса согласованности мнений экспертов.

Для расчета весовых коэффициентов необходимо было найти главный собственный вектор матрицы, затем нормализовать результат к единице. Компоненты собственного вектора w_i определялись приближенно как геометрическое среднее элементов соответствующих строк по формуле:

w_i (a_i1 . . . a_ij . . . a_in)^1/n.

Нормализация результата для получения вектора весовых коэффициентов производилась путем деления каждой компоненты на сумму всех компонент по формуле: r_i = w_i / ( w₁ + . . . + w_i + . . . + w_n)

Вычисление индекса согласованности матрицы (ИС) осуществлялось по формуле:

I = (_max - n)/(n - 1),

где n - порядок матрицы.

Главное собственное значение матрицы л_max определялось по формуле: л_max = _j=1,n (r_{j i=1,n} a_ij), для этого рассчитывались суммы элементов столбцов матрицы a_ij, затем сумма первого столбца умножалась на величину первой компоненты нормализованного вектора весовых коэффициентов r_j, сумма второго столбца - на вторую компоненту и т.д. Полученные числа суммируются для получения л_max (для обратно-симметричной матрицы всегда л_max n).

В работе приведены величины согласованных балльных оценок экспертных мнений для 2-4 уровней иерархии, полученные значения весовых коэффициентов критериев, являющихся базовыми для оценки риска эксплуатации участка ЛЧ МГ и индексы согласованности мнений экспертов.

На рис. 1 приведен фрагмент иерархической критериальной системы (уровни 1-4) и балльные оценки парных сравнений и результат расчета весовых коэффициентов групп критериев. Весовые коэффициенты субкритериев вычислялись только для оценки согласованности экспертных мнений, при этом балльные оценки относительной важности субкритериев, характеризующих возможные значения показателя участка, использовались для автоматического формирования матриц парных сравнений альтернатив (участков ЛЧ МГ).

В работе показана возможность многократного использования оценок относительной важности субкритериев при автоматической генерации матриц парных сравнений большой размерности для приоритизации значительного числа объектов.

Рис. 1. Фрагмент иерархической критериальной системы и определение весовых коэффициентов групп критериев

Разработаны математическая модель и алгоритм принятия решений по обоснованию приоритетов вывода в ремонт участков ЛЧ МГ, для этого в соответствии с иерархическим структурированием проблемы многокритериального выбора и построенной иерархической критериальной моделью была определена последовательность синтеза приоритетов альтернатив (объектов трубопроводных систем), сформировано выражение (2) для оценки приоритета объекта с учетом ранее вычисленных приоритетов критериев и оценок технического состояния объекта, полученных путем обработки экспертных мнений.

Величина глобального приоритета участка ЛЧ МГ, рассматриваемая как оценка относительного риска эксплуатации, определяется в результате синтеза на основе ранее вычисленных значений весовых коэффициентов критериев на всех уровнях иерархической критериальной системы:

, (2)

где

R_m - глобальный приоритет участка под номером m, m = 1, …, M, где M - число сравниваемых участков;

g_i - весовой коэффициент i-й группы критериев;

k_ij - весовой коэффициент j-го критерия в i-й группе (j = 1, …, s_i, где s_i - число критериев в i-й группе);

r_ij,m - локальный приоритет участка под номером m по отношению к j-ому критерию в i-й группе.

Алгоритм принятия решений с учетом результатов исследований сформирован следующим образом. Для выбранной совокупности (системы) объектов ЛЧ МГ формируются матрицы парных сравнений объектов по отношению к каждому критерию (всего 23 матрицы порядка M, где M - число объектов).

В качестве балльных оценок при парном сравнении объектов используются экспертные оценки сравнения субкритериев, однозначно описывающих состояние участка ЛЧ МГ по каждому критерию.

Для построенных матриц проверяется согласованность мнений экспертов путем расчета индекса согласованности. Синтез глобальных (составных) приоритетов альтернатив (участков ЛЧ МГ) осуществляется сверху вниз, начиная со 2-го уровня иерархии.

Весовые коэффициенты элементов на определенном уровне умножаются на вес соответствующего критерия вышестоящего уровня, полученные произведения суммируются по каждому элементу в соответствии с критериями, на которые воздействует этот элемент. Полученный весовой коэффициент элемента используется для взвешивания значений элементов примыкающего снизу уровня, сравниваемых по отношению к данному элементу как к критерию. Синтез продолжается до самого нижнего уровня.

Весовые коэффициенты 2-го уровня (уровня групп критериев) умножаются на единицу (вес единственного элемента - цели уровня 1).

Особенностью иерархии рассматриваемой задачи является декомпозиция критериев в группы таким образом, что элемент каждой группы воздействует только на один элемент вышестоящего уровня (групповой критерий), и его весовой коэффициент взвешивается с помощью только одного весового коэффициента соответствующей группы критериев.

Перечень объектов ЛЧ МГ выстраивается по убыванию приоритетов, в порядке очередности вывода объектов в ремонт. В соответствии с постановкой задачи, с учетом экспертных оценок и свойств объектов и при условии согласованности экспертных мнений полученная последовательность проведения ремонтных работ должна обеспечить минимальные уровни риска эксплуатации исследуемой системы объектов ЛЧ МГ. Вектор глобальных приоритетов объектов нормализован, сумма его компонент равна 1.

Таким образом, выполнено математическое моделирование процесса ранжирования участков газопроводов при планировании капитального ремонта. Основным результатом является методика обеспечения информационной поддержки принятия управленческих решений при формировании программы (последовательности) вывода в ремонт участков газопроводов с использованием количественной оценки относительного риска их эксплуатации.

Третья глава диссертации посвящена разработке концептуальной (содержательной) и функциональной моделей системы поддержки принятия решений по определению приоритетов участков ЛЧ МГ по выводу их в ремонт. Концептуальная (содержательная) модель системы поддержки принятия решений по определению приоритетов объектов газопроводов разработана как абстрактная модель, определяющая структуру моделируемой системы, свойства её элементов и причинно-следственные связи, присущие системе и существенные для достижения цели моделирования (рис. 2).

Рис. 2. Концептуальная модель системы поддержки принятия решений

Концептуальная модель использовалась при дальнейшей разработке детальной функциональной модели СППР с целью определения множества понятий и связей между ними, являющихся смысловой структурой рассматриваемой предметной области.

Функциональное моделирование системы поддержки принятия решений осуществлялось с использование информационного аппарата анализа диаграмм потоков данных, эффективного для реализации комплексов программ с минимальной трудоемкостью.

Функциональная модель СППР, предназначенной для информационной поддержки в процессе определения очередности производства ремонтных работ на участках ЛЧ МГ, построена с использованием диаграмм потоков данных DFD (Data Flow Diagram) как одного из основных элементов структурного анализа, моделирующих процессы обработки данных.

Разработка функциональной модели осуществлялась, начиная с наиболее общего представления назначения системы с последующей поэтапной детализацией. На рис. 3 приведена DFD-диаграмма высшего уровня, дающая представление о характере связей системы с внешней средой.

Рис. 3. Функциональная модель СППР

Внешними объектами (источниками или потребителями информации) для программной системы определения очередности ремонтных работ являются:

1) эксперт, предоставляющий результаты парных сравнений элементов доминантной иерархии по их влиянию на направляющий элемент более высокого уровня;

2) специалист организации, эксплуатирующей магистральные газопроводы, осуществляющий ввод в программную систему атрибутов и показателей участков МГ;

3) специалист организации, эксплуатирующей магистральные газопроводы, производящий анализ результатов расчета (приоритетов объектов согласно полученным значениям относительного риска их эксплуатации) и составляющий ремонтную программу предприятия;

4) центральная информационно-аналитическая система, в которой агрегируются данные о наиболее приоритетных участках ЛЧ МГ всех систем газопроводов и осуществляются анализ риска эксплуатации участков ЛЧ МГ в рамках Единой системы газоснабжения (ЕСГ), приоритизация систем МГ и регионов эксплуатации МГ (может строиться на той же методологической основе, что и рассматриваемая СППР);

5) внешняя информационно-аналитическая система формирования технико-экономических обоснований (ТЭО), в которой для каждого участка МГ могут быть выбраны наиболее подходящие методы ремонтно-строительных работ, номенклатура видов работ и определены объемы работ и технико-экономические показатели, такие как стоимость производства ремонтных работ. На следующем уровне детализации требований к системе получена уточненная модель, которая отвечает требованиям непрерывности и согласованности потоков данных и соответствует обобщенной модели. На рис. 4 представлена DFD-диаграмма, раскрывающая требования к основным подфункциям процесса расчета приоритетов участков ЛЧ МГ.



Рис. 4. Функциональная модель расчета приоритетов объектов - уровень детализации требований

Основными подфункциями главной функции программы являются:

1) функции вычисления векторов весовых коэффициентов и приоритетов элементов на трех различных уровнях иерархии: уровне групп критериев (уровень 2), уровне критериев (уровень 3), уровне объектов (уровень 5);

2) функция управления архивом исходных данных об участках ЛЧ МГ с возможностями просмотра, добавления, изменения и удаления информационных записей;

3) функция управления отчетами о результатах вычислений, включающая формирование отчетов, их просмотр, изменение и удаление.

Функции расчетного характера выполняются блоками, входящими в состав укрупненного блока <вычислительный раздел>.

Функции управления архивным хранением исходных данных и результатов, а также функции формирования отчетов сосредоточены в укрупненном блоке <раздел управления архивами и отчетами>.

Входными данными для вычислительного раздела являются экспертные оценки результатов парных сравнений относительной важности (предпочтительности) элементов 2-го уровня иерархии (групп критериев) и 3-го уровня иерархии (критериев) по их влиянию на элемент примыкающего сверху уровня, а также показатели элементов 5-го уровня (объектов) из архива.

Входным потоком является также управляющий поток, определяющий выбор пользователем объектов, участвующих в сравнении, из общего числа объектов, зарегистрированных в архиве программной системы.

Иерархию, разработанную в результате исследований проблемы, также можно считать одним из видов входных данных.

Описание иерархии, включающее ее структурные и параметрические характеристики, задано на этапе проектирования пакета прикладных программ и в процессе эксплуатации пакета пользователем не изменяется, при этом оно имеет определяющее значение для выполнения любых расчетов, связанных с обработкой результатов парных сравнений и определением локальных и глобальных приоритетов элементов.

Выходными данными вычислительного раздела являются значения глобальных приоритетов объектов, выбранных для сравнения, интерпретируемые как значения относительного риска эксплуатации. Ранжирование объектов в соответствии с полученными значениями приоритетов дает возможность определить очередность производства ремонтных работ на участках ЛЧ МГ.

Таким образом, на основе концептуальной модели разработан комплекс функциональных моделей системы поддержки принятия решений с выбором такой степени детализации требований, чтобы с этих позиций можно было бы перейти к разработке соответствующего программного обеспечения информационной поддержки.

В основу моделирования базы данных информационной системы поддержки принятия решений по выводу в ремонт участков газопроводов положены представления конечных пользователей системы - экспертов по проблеме выбора приоритетов выполнения ремонтных работ и специалистов организаций, ответственных за формирование ремонтной программы, а также требования к системе согласно ее концептуальной модели.

Данные, помещаемые в базу данных СППР, предоставляет конечный пользователь: анкетные данные объектов вводит специалист, составляющий ремонтную программ; балльные оценки при парном сравнении критериев - эксперт, определяющий относительную важность элементов иерархии проблемы приоритетов (групп критериев, критериев в группах и субкритериев).

При рассмотрении требований к базе данных принято во внимание следующее: база данных должна удовлетворять актуальным информационным потребностям организации (получаемая информация должна по структуре и содержанию соответствовать решаемым задачам); база данных должна обеспечивать получение требуемых данных за приемлемое время, то есть отвечать заданным требованиям производительности); база данных должна удовлетворять выявленным и вновь возникающим требованиям конечных пользователей; база данных должна легко расширяться при реорганизации и расширении предметной области; база данных должна легко изменяться при изменении программной и аппаратной среды; загруженные в базу данных корректные данные должны оставаться корректными; данные до включения в базу данных должны проверяться на достоверность.

В результате анализа поставленной задачи и обработки требований была составлена концептуальная модель. При разработке концептуальной модели было обосновано использование реляционного подхода.

Четвертая глава диссертации посвящена разработке структуры и функциональных возможностей СППР для определения очередности ремонтных работ на участках газопроводов.

В работе изложены методологические основы разработки пакетов прикладных программ (ППП) для решения управленческих задач производства ремонтных работ, описаны средств эффективной разработки ППП в виде Windows-приложений.

При разработке структуры и функциональных возможностей СППР реализованы принципы модульного проектирования Windows-приложений.

Проектирование интерфейса пользователя ППП выполнено с использованием функциональных возможностей среды быстрой интерактивной разработки приложений для управления базами данных Visual FoxPro.

На основе разработанной концептуальной модели данных выполнена реализация методов формирования баз данных в информационной среде.

Одной из важных составляющих работы является разработка технологии формирования и управления отчетами в ППП РМГ / Приоритет, для чего в работе рассмотрена разработка обобщенной процедуры создания отчета (рис. 5) в результате анализа данных.

Nоб	R0	№	Nоб	R0	№	Nоб	R0	№	Nоб	R0	№
016_001_007	1,000	1	016_001_011	0,556	5	016_001_013	0,544	9	016_001_008	0,495	13
016_001_006	0,648	2	016_001_002	0,550	6	016_001_004	0,544	10	016_001_009	0,495	14
016_001_014	0,585	3	016_001_003	0,550	7	016_001_001	0,527	11
016_001_005	0,570	4	016_001_012	0,550	8	016_001_010	0,515	12

Рис. 5. Результат формирования отчета по определению приоритетности объектов газопроводов

1 место - R0(016_001_007) = 1,000; 2 место - R0(016_001_006) = 0,648;

3 место - R0(016_001_014) = 0,585; 4 место - R0(016_001_005) = 0,570;

5 место - R0(016_001_011) = 0,556; 6 место - R0(016_001_002) = 0,550;

7 место - R0(016_001_003) = 0,550; 8 место - R0(016_001_012) = 0,550;

9 место - R0(016_001_013) = 0,544; 10 место - R0(016_001_004) = 0,544

Обозначения: Nоб = 016_001_001, 016_001_002, . . . , 016_001_014 - номера рассматриваемых объектов; R(N) - относительный риск эксплуатации объекта, R(016_001_001) + R(016_001_002) + . . . + R(016_001_014) = 1 - сумма относительных рисков эксплуатации всех объектов; № - номер очереди производства ремонтных работ; R0 = R/max{Ri; i = 1, 2, . . . , N} - относительный риск эксплуатации объектов.

Многокритериальный анализ и расстановка приоритетов объектов газотранспортных систем осуществляются с помощью вычислительных алгоритмов, реализованных в пакете прикладных программ для анализа технического состояния участков линейной части магистральных газопроводов для управления ремонтными работами. Указанные алгоритмы исполняются программой для оценки и назначения приоритетов объектам с учетом результатов анализа технического состояния каждого из ранжируемых объектов.

Входными данными, принимаемыми ППП РМГ / Приоритет, являются: оценки характеристик технического состояния участков ЛЧ МГ, полученные с помощью процедур технического мониторинга; экспертные балльные оценки факторов, не имеющих количественного представления. В ходе работы программа запрашивает исходные данные и экспертные мнения, необходимые для вычисления приоритетов.

Выполнена опытно-промышленная апробация системы поддержки принятия решений по выводу в ремонт участков ЛЧ МГ РМГ / Приоритет: при ранжировании 219 участков строительной организацией ООО "Инвестстройэкология" определено 5 наиболее приоритетных участков, включенных в план ремонта; при ранжировании 150 участков строительной организацией ООО "Стройнадзордиагностика" определено 4 наиболее приоритетных участка, включенных в план ремонта, что подтверждается соответствующими актами о совпадении выбранной модели ранжирования с реальным планом производства строительно-монтажных работ.

На основе результатов исследований, разработки информационной системы поддержки принятия решений и результатов опытно-промышленной апробации были подготовлены практические рекомендации по применению результатов исследований при реализации пакетов прикладных программ в организациях, эксплуатирующих газопроводные системы.

Основные результаты работы

Основные научные и практические результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Определен комплекс параметров технического состояния участков линейной части магистральных газопроводов ЛЧ МГ, отражающий конструктивные и эксплуатационные показатели газопроводов. Разработана информационная модель участка ЛЧ МГ с преимущественным использованием лингвистических экспертных оценок, обеспечившая повышение качества работы эксперта благодаря возможности непосредственного использования его знаний о состоянии участка.

2. Разработана иерархическая критериальная модель процесса принятия решений по оценке риска эксплуатации участка ЛЧ МГ, отличающаяся лучшей сбалансированностью и эффективностью иерархии, что обеспечивает лучшую согласованность экспертных мнений и более достоверное ранжирование участков по приоритетам.

3. Для всех уровней иерархии определены численные значения весовых коэффициентов критериев и показателей на основании обработки балльных оценок с учетом определенной величины индекса согласованности, характеризующего высокую степень совпадения экспертных мнений. Полученные значения являются базовыми для оценки риска эксплуатации участка ЛЧ МГ.

4. Разработаны математическая модель и алгоритм принятия решений по обоснованию приоритетов вывода в ремонт участков ЛЧ МГ, которая позволяет производить ранжирование альтернатив и увеличивает допустимое число сравниваемых альтернатив в несколько раз.

5. Разработана концептуальная и функциональная модель системы поддержки принятия решений при определении очередности вывода участка ЛЧ МГ в ремонт, что позволило уменьшить трудоемкость и продолжительность принятия решения, сократить финансовые затраты на процедуру принятия решения.

6. На основе полученных теоретических результатов разработаны автоматизированная подсистема сбора и обработки мнений экспертов по оценке эксплуатационных рисков участков ЛЧ МГ и подсистема поддержки принятия решений по выводу в ремонт участков ЛЧ МГ, позволяющая достоверно проводить ранжирование значительного числа объектов по степени эксплуатационного риска в интерактивном режиме без необходимости присутствия эксперта на этапе расчета приоритетов. Новизна разработанных пакетов прикладных программ подтверждается свидетельствами об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2009614147 - № 2009614150.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Всего по теме диссертации опубликовано 40 работ и сделано 25 докладов на международных, российских и региональных конференциях. Ниже приведены наиболее значимые работы.

Статьи в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, включенных в список ВАК РФ

1. Лим, В. Г. Контроль качества строительства с использованием информационных технологий [Текст] / В. Г. Лим, М. Ю. Митрохин, И. Г. Воеводин // Газовая промышленность. - 2008. - № 4. - с. 64-65.

2. Воеводин, И. Г. Ранжирование участков линейной части магистральных газопроводов для вывода в ремонт [Текст] / И. Г. Воеводин, Ю. А. Арбузов, В. Н. Химич и др. // Газовая промышленность. - 2010. - № 5. - с. 54-56.

3. Химич, В. Н. Система мониторинга строительного производства с использованием проблемно ориентированного сервера [Текст] / В. Н. Химич, Ю. А. Арбузов, С. К. Дзиоев, И. Г. Воеводин // Газовая промышленность. - 2010. - № 6. - с. 51-54.

4. Воеводин, И. Г. Применение современных аппаратно-программных средств для строительного мониторинга техногенных объектов в интерактивной среде [Текст] / И. Г. Воеводин, В. Г. Лим, В. Л. Калачев и др. // Приборы и системы: управление, контроль, диагностика. - 2005. - № 2. - с. 1-6.

5. Воеводин, И. Г. Автоматизация контроля качества строительного производства с использованием проблемно-ориентированного web-сервера [Текст] / И. Г. Воеводин, В. Г. Лим, А. Ю. Беляев и др. // Приборы и системы: управление, контроль, диагностика. - 2006. - № 11. - с. 11-13.

6. Воеводин, И. Г. Создание распределенной системы подготовки ремонтно-строительных работ на инженерных коммуникациях с использованием информационных технологий [Текст] / И. Г. Воеводин, В. Г. Лим, Ю. Н. Суховерхов и др. // Приборы и системы: управление, контроль, диагностика. - 2007. - № 5. - с. 11-13.

7. Воеводин, И. Г. Функционально-аналитическое планирование строительного производства в информационной среде [Текст] / И. Г. Воеводин, В. Г. Лим, А. С. Левачев и др. // Информационные технологии в проектировании и производстве. - 2008. - № 3. - с. 75-78.

8. Лим, В. Г. Решение организационно-технологических задач строительного производства в информационной среде [Текст] / В. Г. Лим, И. Г. Воеводин, А. Н. Акопян и др. // Южно-Российский вестник геологии, географии и глобальной энергии. - 2005. - № 3(12). - с. 173-177.

9. Воеводин, И. Г. Диагностика сооружаемых объектов с использованием нормативной информации [Текст] / И. Г. Воеводин, В. Г. Лим, В. И. Нещадимов // Жилищное строительство. - 2005. - № 12. - с. 13.

10. Нещадимов, В. И. Анализ ресурсного обеспечения строительного производства при ликвидации последствий экологических аварий на техногенных объектах в информационно-вычислительной среде [Текст] / В. И. Нещадимов, И. Г. Воеводин, Ю. Н. Климов // Экология промышленного производства. - 2004. - № 4. - с. 29-32.

11. Воеводин, И. Г. Обеспечение экологической безопасности процессов строительного переустройства аварийных объектов с использованием информационных технологий [Текст] / И. Г. Воеводин, П. А. Кузнецов, В. Г. Лим и др. // Экология промышленного производства. - 2006. - № 1. - с. 62-64.

Статьи в материалах международных, всероссийских конференций, в сборниках

12. Лим, В. Г. Моделирование организационных и технологических процессов строительства магистральных трубопроводов в сложных природно-климатических условиях [Текст] / В. Г. Лим, В. И. Нещадимов, И. Г. Воеводин и др. // Материалы 3-ей всероссийской научно-практической конференции "Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа". - Томск: Институт химии нефти СО РАН. - 2004. - с. 117-119.

13. Лим, В.Г. Информационная технология подготовки ремонтно-восстановительных работ [Текст] / В. Г Лим., И. Г. Воеводин, А. Н. Акопян // Материалы 6-ой международной научно-практической конференции "Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики". - Новочеркасск: Южно-Российский государственный технический университет. - 2005. - с. 89-90.

14. Красильников, А.Л. Строительный мониторинг ремонтно-восстановительных работ на техногенных объектах ТЭК в информационной среде [Текст] / А. Л. Красильников, В. Г. Лим, И. Г. Воеводин, Г. В. Кутлусурина // Сборник научных трудов АстраханьНИПИгаз "Разведка и освоение нефтяных и газоконденсатных месторождений". - Астрахань: ИПЦ "Факел". - 2005. - Вып. 7. - с. 93-98.

15. Башкин, А. А. Описание процесса формирования плана ремонтно-строительных работ на магистральных газопроводах [Текст] / А. А. Башкин, С. А. Чубаев, И. Г. Воеводин и др. // Материалы международной научно-практической конференции "Строительство-2010". - Ростов-на-Дону: РГСУ. - 2010. - с. 246-247.

16. Башкин, А. А. Экспертная система оценки остаточного ресурса линейной части магистральных газопроводов [Текст] / А. А. Башкин, В. Г. Лим, И. Г. Воеводин и др. // Научно-технический сборник "Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт". - М.: РГУНГ им. И.М. Губкина. - 2010. - № 1. - с. 93-97.

Свидетельства о регистрации программ для ЭВМ

17. Митрохин, М.Ю. Расчет приоритетов для формирования плана капитального ремонта участков линейной части магистральных газопроводов (ППП Приоритет - Газпром трансгаз Санкт-Петербург). Свидетельство № 2009614147 выдано Роспатентом и зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ РФ 07.08.2009. [Текст] / М. Ю. Митрохин, Ю. В. Колотилов, И. Г. Воеводин и др. // Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных схем. - М.: Официальный бюллетень Роспатента РФ. - 2009. - № 4(69). - с. 147.

18. Колотилов, Ю. В. Расчет приоритетов для формирования плана капитального ремонта участков линейной части магистральных газопроводов (ППП Приоритет - Газпром трансгаз Сургут). Свидетельство № 2009614148 выдано Роспатентом и зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ РФ 07.08.2009. [Текст] / Ю. В. Колотилов, И. И Велиюлин, И. Г. Воеводин и др. // Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных схем. - М.: Официальный бюллетень Роспатента РФ. - 2009. - № 4(69). - с. 147.

19. Воеводин, И. Г. Расчет приоритетов для формирования плана капитального ремонта участков линейной части магистральных газопроводов (ППП Приоритет - Газпром трансгаз Саратов). Свидетельство № 2009614149 выдано Роспатентом и зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ РФ 07.08.2009 [Текст] / И. Г. Воеводин, М. Ю. Митрохин, Ю. В. Колотилов и др. // Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных схем. - М.: Официальный бюллетень Роспатента РФ. - 2009. - № 4(69). - с. 147-148.

20. Михаленко, В. А. Расчет приоритетов для формирования плана капитального ремонта участков линейной части магистральных газопроводов (ППП Приоритет - Газпром трансгаз Томск). Свидетельство № 2009614150 выдано Роспатентом и зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ РФ 07.08.2009. [Текст] / В. А. Михаленко, И. Г. Воеводин, П. В. Крылов и др. // Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных схем. - М.: Официальный бюллетень Роспатента РФ. - 2009. - № 4(69). - с. 147-148.

Размещено на Allbest.ru

...