Информационные и процедурные модели для автоматизированной системы поддержки принятия решений при технической эксплуатации водопроводных и канализационных сетей

Размещено на http://www.allbest.ru//

2

Размещено на http://www.allbest.ru//

Специальность 05.25.05 - Информационные системы и процессы

(технические науки)

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Информационные и процедурные модели для автоматизированной системы поддержки принятия решений при технической эксплуатации водопроводных и канализационных сетей

Пахомов Павел Игоревич

Тамбов 2010

Работа выполнена на кафедре «Автоматизированное проектирование технологического оборудования» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» (ГОУ ВПО ТГТУ).

Научный руководитель доктор технических наук, доцент

Немтинов Владимир Алексеевич

Официальные оппоненты:доктор технических наук, профессор

Смирнов Владимир Николаевич

доктор технических наук, доцент

Демидова Лилия Анатольевна

Ведущая организация ГОУ ВПО «Воронежский государственный

технический университет»

Защита диссертации состоится 22 июня 2010 г. в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д 212.260.05 ГОУ ВПО ТГТУ по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, Большой зал.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, просим направлять по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Советская,

д. 106, ГОУ ВПО ТГТУ, учёному секретарю диссертационного совета

Д 212.260.05.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО тГТУ, а с авторефератом дополнительно - на официальном сайте ГОУ ВПО ТГТУ http:// www.tstu.ru.

Автореферат разослан 21 мая 2010 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор З.М. Селиванова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность и состояние проблемы. В настоящее время широко применяются информационные системы поддержки принятия решений при управлении в сфере жилищно-коммунального хозяйства. Их применение повышает эффективность труда специалистов, автоматизируя рутинные операции сбора информации и оформления документации при технической эксплуатации, организации мониторинга состояния отрасли, финансового учёта и планирования ресурсов. Однако низкая эффективность функционирования коммунальных систем очень часто обусловливается отсутствием моделей, адекватно описывающих процессы принятия решений при их эксплуатации.

Выполненная работа посвящена разработке информационных и процедурных моделей поддержки принятия решений при технической эксплуатации отдельных объектов коммунальных систем, реализация которых в автоматизированной системе позволит повысить качество анализа и обработки разнородных данных о пространственно-распределённых объектах и обеспечить безаварийное функционирование систем.

Результаты, полученные автором, базируются на достижениях многих научных школ. Современный подход к формированию систем поддержки принятия решений основан на использовании теории бинарных межобъектных отношений и специализированных методах обработки информации, развитых зарубежными учёными

М. Эгенгофером, Э. Митчеллом, М. Де Мерсом и др., отечественными учёными В.В. Александровым, А.М. Берлянтом, Е.Г. Капраловым и др. Среди ведущих ученых в области теории информатики следует отметить академиков А.А. Самарского, А.П. Ершова, В.В. Кочетова, профессоров Р.С. Гиляревского, В.М. Тютюнника, А.В. Соколова и др.

Настоящая работа выполнялась в соответствии с хоздоговорными планами НИР ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» в 2006 -2009 гг., а также по программе гранта РФФИ № 06-08-96352-р_центр_а.

Объектом исследования является автоматизированная система информационной поддержки принятия решений при технической эксплуатации водопроводных и канализационных сетей сложной структуры.

Предметом исследования являются информационные и процедурные модели, лежащие в основе поддержки принятия решений при технической эксплуатации водопроводных и канализационных сетей.

Цель работы: повышение качества анализа и обработки разнородных данных о пространственных объектах, распределенных на территории муниципального образования, путём разработки информационных и процедурных моделей поддержки принятия решений для автоматизированной системы, используемой при технической эксплуатации водопроводных и канализационных сетей.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующее:

1) провести анализ существующих автоматизированных систем поддержки принятия решений при технической эксплуатации объектов коммунальных систем;

2) разработать пространственную геоинформационную модель территории, включающую: графические векторные и растровые изображения объектов различного назначения, связанные инженерными коммуникациями; базы атрибутивных данных для хранения символьной и цифровой информации об объектах модели;

3) разработать информационные и процедурные модели поддержки принятия решений при технической эксплуатации водопроводных и канализационных систем. водопроводный автоматизированный решение

Научная новизна работы заключается в следующем:

на базе системного анализа и методов математического моделирования разработана технология поддержки принятия решений при технической эксплуатации водопроводных и канализационных сетей - организация взаимодействия человека и компьютера при управлении объектами сложной структуры, отличающаяся применением теории иерархических систем, использованием единого банка данных для объектов территории муниципального образования с предоставлением возможности их визуализации с помощью пространственной модели, информационных и процедурных моделей поддержки принятия решений, учитывающих специфику реализации технологических процессов в объектах этих сетей;

разработана пространственная геоинформационная модель территории, включающая: графические векторные и растровые изображения объектов различного назначения, элементы оборудования водопроводных и канализационных сетей, отличающиеся степенью детализации, достаточной для их визуальной идентификации; базы атрибутивных данных для хранения символьной и цифровой информации об объектах модели;

предложена информационная модель объекта трубопроводной системы, отличительной чертой которой является представление разнообразной информации в виде графовой структуры фреймов и включение в неё сведений о составе, свойствах системы и её элементах, а также способах задания этих свойств.

разработана информационно-логическая модель поддержки принятия решений при технической эксплуатации водопроводных и канализационных систем, отображающая данные предметной области в виде совокупностей информационных моделей объектов и связей между ними, основанных на использовании продукционных правил;

предложена процедурная модель поддержки принятия решений при выборе элемента сложного технического объекта, отличающаяся учётом потребительско-эксплуатационных показателей и их оценок, выполненных различными группами экспертов с применением методов теории нечётких множеств.

Положения, выносимые на защиту:

технология поддержки принятия решений при технической эксплуатации водопроводных и канализационных сетей, основанная на положениях теории иерархических систем, разработанных информационных и процедурных моделях;

пространственная геоинформационная модель территории, включающая: графические векторные и растровые изображения объектов различного назначения, базы атрибутивных данных для хранения информации об объектах модели;

информационная модель объекта трубопроводной системы, представленная в виде графовой структуры фреймов и включающая сведения о составе, свойствах системы и её элементах, а также способах задания этих свойств;

информационно-логическая модель поддержки принятия решений по обслуживанию водопроводных и канализационных сетей, объединяющая данные информационной модели объектов и связей между ними с использованием продукционных правил;

процедурная модель поддержки принятия решений при выборе элемента технической системы с применением методов теории нечётких множеств.

Методы исследования. При решении задач использовались методы математического моделирования, методы системного анализа и дискретного программирования.

Практические результаты работы. На основе разработанных информационных и процедурных моделей поддержки принятия решения при технической эксплуатации водопроводных и канализационных сетей создано информационное и программное обеспечение, реализующее:

построение пространственной модели территории части г. Тамбова, включающей графические образы: рельефа, полученного по реперным точкам; зданий и сооружений различного типа (жилых, нежилых, промышленных и др.); границ территории с различным покрытием (асфальтовым, бетонным, травяным и т.п.); инженерных коммуникаций для транспорта (воды, газа, тепла, электричества и т.д.); их элементов, используемых для мониторинга и управления (трубопроводной арматуры, контрольно-измерительной аппаратуры и т.п.); а также базы атрибутивных данных для хранения информации об объектах модели;

процедуру выбора трубопроводной арматуры для водопроводных и канализационных сетей;

принятие решений при проведении аварийных и профилактических работ на отдельных участках водопроводных и канализационных сетей специалистами «Водоканала».

Реализация результатов работы. Теоретические и практические результаты работы использованы при решении задач, связанных с технической эксплуатацией водопроводных и канализационных сетей г. Тамбова, осуществляемых филиалом ОАО «Тамбовские коммунальные системы» «Тамбовводоканал», что подтверждено справкой о внедрении.

Материалы диссертационной работы, в том числе разработанная информационная модель объектов трубопроводной системы и предложенная процедурная модель принятия решений задачи выбора элемента сложного технического объекта, использованы в учебном процессе: Энергетического факультета ГОУ ВПО ТГТУ для подготовки магистров по направлению: 140100 - «Теплоэнергетика»; Технологического института университета - для подготовки магистров по программе: 150419 - «Информационные системы технологических машин», что подтверждено соответствующими справками.

Апробация работы. Основные теоретические и экспериментальные результаты обсуждались на 1-й Тамбовской межвузовской конференции «Новые технологии и инновационные разработки» (г. Тамбов, 2008); I Международной научно-технической конференции «Трехмерная визуализация научной, технической и социальной реальности. Кластерные технологии моделирования» (г. Ижевск, 2009); XXII Международной научно-практической конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Псков, 2009); XIII Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы информатики и информационных технологий» (г. Тамбов, 2009).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 11 печатных работ, в том числе монография, статьи в центральных журналах, доклады на конференциях различного уровня. В основном все научные результаты получены автором.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений. Материал изложен на 165 страницах основного текста, содержит 21 рисунок и 29 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирована цель работы, обоснована её актуальность, научная новизна и практическая значимость. Дана общая характеристика содержания диссертационной работы, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Анализ математических методов и информационных систем поддержки принятия решений при технической эксплуатации объектов коммунальных систем» представлен анализ существующих моделей и методов решения задач, связанных с реализацией технологических процессов доставки энергоресурсов потребителям. Осуществлен обзор существующих автоматизированных систем поддержки принятия решений при технической эксплуатации объектов коммунальных систем, отмечена низкая эффективность функционирования коммунальных систем, обусловливаемая отсутствием моделей, адекватно описывающих процессы принятия решений при их эксплуатации. Исходя из этого, сформулированы основные задачи исследования.

Вторая глава «Разработка технологии поддержки принятия решений при технической эксплуатации объектов коммунальных систем (на примере водопроводных и канализационных сетей)» посвящена созданию элементов технологии поддержки принятия решений для класса технических систем, связанных с доставкой энергоносителей потребителям, увеличивающей уровень интеллектуализации обработки информации в данной области исследования, а также разработке обобщенных: информационной модели объекта трубопроводной системы, информационно-логической модели (ИЛМ) и процедурной модели автоматизированной системы поддержки принятия решений при технической эксплуатации водопроводных и канализационных сетей как составных частей коммунальных систем.

Основу технологии поддержки принятия решений при технической эксплуатации объектов коммунальных систем составляет реализация возможности представления совокупности решаемых задач с использованием методов теории иерархических систем на всех этапах принятия решений и их комплексной оценки.

В качестве задач, решаемых при технической эксплуатации водопроводных и канализационных сетей и представленных в работе выделены задачи принятия решений при: определении расходов воды отдельными группами потребителей; расчёте характеристик отдельных участков водопроводной сети; выборе элементов трубопроводной сети (насосов, запорной и регулирующей арматуры, марок материала труб и.д.); определении мероприятий при оперативном реагировании на аварийные ситуации, возникающие на участках водопроводной и канализационной сети, и другие задачи.

Для принятия оптимальных решений рассматриваемых задач необходимо создание единого банка пространственных данных для объектов территории муниципального образования, охватывающей сферу деятельности служб, обеспечивающих бесперебойное функционирование коммунальных сетей. Визуальное размещение компонентов автоматизированной системы на примере коммунальных сетей г. Тамбова приведено на рис. 1.

В свою очередь, для визуализации объектов и моделирования процессов, протекающих в них, необходимо создание цифровой пространственной модели территории.

При создании цифровой пространственной модели территории в масштабе муниципального образования (например, города или промышленного узла) целесообразно использовать декартову систему координат. Для описания объектов различного назначения использованы растровые и векторные модели данных. При этом растровая модель, полученная в результате сканирования планшетов планов территории (обычно масштаба 1:500) использована в качестве первичных данных всего информационного массива сведений обо всех её объектах.

Размещено на http://www.allbest.ru//

2

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис. 1. Диаграмма размещения компонентов системы

Для включения в эту модель объектов разного назначения в зависимости от сложности формы объекта для его описания использован тот или иной графический примитив, характеризующий его тип (точечный, линейный, пространственный).

При построении объектов модели проводится информационный анализ взаимного расположения трубопроводных сетей различного назначения с целью выявления таких участков, которые проложены с нарушением действующих норм и правил, а также проверки правильности трассировки при проектировании новых участков сетей.

Среди основных правил размещения трасс выделены следующие правила размещения объектов и коммуникаций, а именно необходимость соблюдения санитарно-технических и противопожарных разрывов между: объектами; коммуникациями и объектами, не являющимися точками «истока» и «стока» для соответствующих коммуникаций; коммуникациями.

Для разработки модели знаний об объектах коммунальных систем на примере трубопроводной системы предложена информационная модель объекта трубопроводной системы, которая включает совокупность знаний о нём, представленная в виде графовой структуры фреймов и включающая сведения о составе, свойствах системы и её элементах, а также способах задания значений этих свойств. Схема представления данных об объекте , описывающем трубопроводную систему, приведена на рис. 2.

, (1)

где - фрейм, описывающий структурный состав физического объекта;

- фрейм, описывающий свойства, характерные для всего объекта; - множество способов задания свойств объекта; - множество моделей, позволяющих определить значения свойств, характерных для всего объекта. При этом следует отметить, что:

;

где , - соответственно наименование свойства и его значение; - количество свойств.

Элементами множества являются термы:

= {«задаётся ЛПР», «выбирается из списка ЛПР», «рассчитывается по модели»}.

Для каждого -го свойства, значение которого определяется в результате использования аналитической или информационно-логической модели, предлагается модель :

.

В свою очередь, каждый -й элемент сложного объекта может быть описан аналогичным формуле (1) способом:

;

Размещено на http://www.allbest.ru//

2

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис. 2. Схема представления знаний об объекте, описывающем трубопроводную систему

где - фрейм, описывающий структурный состав -го элемента объекта; - фрейм, описывающий свойства, характерные для -го элемента объекта; - множество способов задания свойств -го элемента объекта; - множество моделей, позволяющих определить значения свойств, характерных для -го элемента.

;

где , - соответственно наименование свойства -го элемента объекта и его значение, - количество свойств -го элемента объекта.

Элементами множества являются такие же термы, что и для .

Для -го свойства -го элемента объекта, значение которого определяется в результате использования аналитической или информационно-логической модели, предлагается модель :

.

Следует отметить, что множества фреймов и т.д. (см. рис. 2) имеют аналогичную структуру. В связи с этим можно говорить о шаблоне для описания объекта или его элемента.

Аналитическая модель представляет собой систему математических выражений и/или уравнений, с помощью которых рассчитывается значение определённого свойства (например, «сопротивление участка сети»).

Информационно-логическая модель (ИЛМ) отображает данные предметной области в виде совокупности информационных моделей объектов и связей между ними, которые, при наличии определённого способа их обработки, также позволяют определить значение свойства (например, «причину отказа насоса»).

В общем виде ИЛМ поддержки принятия решений для обеспечения экономичных режимов функционирования водопроводных и канализационных систем представляет собой объединение множеств данных и связей между ними в виде правил. Отдельное продукционное правило, содержащееся в базе знаний, состоит из двух частей: антецендента и консеквента. Таким образом, ИЛМ представлена следующим кортежем

где - множество данных ИЛМ; - множество правил.

В свою очередь, правила, входящие в модель, построены по типу: если … (условия выполняются), то … (реализация следствия), в формализованном виде описываются следующим образом:

, (2)

где - обозначение условия «если»; - обозначение следствия «то», , - арифметический оператор; - логический оператор; - соответственно входные и выходные данные модели; - множество значений входных данных , - значение для выходных данных , - количество условий, k - индекс правила.

При обслуживании трубопроводных систем специалистам приходится решать различные задачи, в том числе и по замене их отдельных элементов.

В связи с этим в работе рассматривается подход, позволяющий в интерактивном режиме выбрать вариант элемента трубопроводной сети, исходя из известных потребительско-эксплуатационных показателей и их оценок, выполненных различными группами экспертов. Для трубопроводной арматуры наиболее значимыми показателями являются: герметичность затвора (высокая); гидравлическое сопротивление (низкое); частое срабатывание (открывание-закрывание); дросселирование; равнопроходность арматуры и трубопровода; ремонтопригодность и др. При этом информация о значениях этих показателей часто носит качественный характер, так как является результатом экспертных оценок различных групп специалистов: конструкторов, производителей, слесарей-ремонтников и т.п.

Пусть - множество потребительско-эксплуатационных показателей. Для каждого -го показателя может быть получена качественная или приблизительная количественная информация о его значении. При этом оценка отдельных показателей может быть описана термами. В таком случае значением лингвистической переменной, например, показателя «герметичность затвора (высокая)» для конкретного типа запорной арматуры могут быть такие термы, как: «применение не рекомендуется», «применение допустимо», «применение рекомендуется», «применение предпочтительно», «требуется применение специальных конструктивных исполнений» и др. Для определения значений лингвистической переменной необходимо определить чёткие значения её термов, позволяющие перейти от лингвистических переменных к их числовым аналогам. В этом случае группа экспертов задаёт вид функции принадлежности, определяющей степень «принадлежности» каждого точного значения к одному из термов лингвистической переменной. Для отображения информации, приведенной выше, целесообразно использовать Л- и П-функции.

Для устранения нечёткости окончательного результата использован метод дефазификации - метод центра максимума. Для тех значений показателя , которые описаны Л-функцией, в качестве центра максимума использована величина , а при использовании П-функции - . Взвешенное значение для -го показателя определено по формуле

, (3)

где - коэффициент значимости информации -й группы экспертов для -го показателя, при этом:

- при использовании Л-функции, (4)

- для П-функции, (5)

где - соответственно нижняя и верхняя границы диапазона возможного изменения показателя .

В связи с большим разнообразием выпускаемых промышленностью типов элементов трубопроводных систем, характеризующихся одинаковыми основными параметрами, возникает необходимость выбора такого элемента, который бы отвечал множеству требований конкретного потребителя.

Предлагается процедурная модель автоматизированного выбора элемента трубопроводных сетей, характеризующегося наилучшими заданными потребительскими показателями для каждого конкретного случая.

Шаг 1. Для заданных размеров, например для трубопроводной армату-

ры - условного прохода и условного давления , формируется подмножество допустимых типов, выпускаемых промышленностью , где - множество всех типов выбираемого элемента. Формирование осуществляется с использованием базы данных типов элемента, созданной в соответствии с используемой для них классификацией.

Шаг 2. Среди подмножества типов необходимо выбрать такой тип, который бы удовлетворял выбранному потребителем подмножеству потребительских требований (показателей) .

Вследствие значительного количества критериев оценки (более 20), которые могут быть использованы потребителем при выборе элемента трубопроводных сетей, предложена следующая схема выбора. При этом решается задача, математическая постановка которой формулируется следующим образом:

для заданного функционального назначения, основных потребительских параметров , и выбранных потребительско-эксплуатационных показателей найти такой тип элемента, для которого справедливо следующее:

, (6)

при условии, что с позиций выбранных эксплуатационных показателей применение -го типа элемента возможно:

, (7)

где - количественная оценка -го показателя для -го типа элемента.

Критерий оптимальности представим в виде суммы взвешенных относительных потерь критериев стоимости элемента и подмножества оценок потребительских показателей , задаваемых ЛПР, и выберем соответствующие методы нормализации множества критериев и их ранжирования. В этом случае критерий записан как

(8)

где - весовые коэффициенты,

; (9)

где - взвешенные потери по -му критерию; - монотонные функции, преобразующие каждую функцию цели к безразмерному виду.

- экономический критерий, включающий в себя стоимость элемента трубопроводных систем; - оценка потребительско-эксплуатационных показателей, причём для функции цели находится минимум, а для остальных - максимум.

,

, (10)

где - наибольшее значение минимизируемой функции , на множестве допустимых альтернатив , - наименьшее значение максимизируемых функций , на множестве допустимых альтернатив , - оптимальные значения функций цели. Значения лежат в пределах от 0 до 1.

Для выбора компромиссного решения в задаче принятия сложного решения зададим весовые коэффициенты , удовлетворяющие соотношению (9) и отражающие относительную важность всех функций цели.

Шаг 3. Процедура решения задачи (6) - (10) сводится к формированию множества типов элементов системы заданного функционального назначения, отвечающих основным потребительским параметрам, например: , , и выбранным ЛПР эксплуатационным показателям , для которых выполняется условие (7). Далее, используя метод полного перебора, выбираем такой тип , для которого величина критерия имеет минимальное значение.

Третья глава «Разработка информационных и процедурных моделей для автоматизированной системы поддержки принятия решений при технической эксплуатации водопроводных и канализационных сетей» посвящена созданию автоматизированной системы, используемой при технической эксплуатации водопроводных и канализационных сетей.

Интерфейс системы содержит средства для управления диалогом. Подсистема анализа проблем предназначена для первичной структуризации производственной проблемы и установления соответствия между этой проблемой и методом принятия решений. В подсистеме принятия решения содержатся соответствующие методы с моделями. Подсистемы анализа проблем и принятия решений позволяют ЛПР сформулировать производственную проблему с помощью баз данных, моделей и знаний, а также проанализировать возможность её решения и получить результат (принять решение). В системе реализованы также и функции для извлечения данных и знаний, построения моделей и манипулирования ими, которые также оформлены в виде отдельных подсистем.

В главе 2 были рассмотрены математические методы и модели, лежащие в основе построения цифровой модели территории - сферы деятельности региональных коммунальных систем. Иллюстрация их реализации осуществлена на примере построения пространственной модели части территории г. Тамбова, обслуживаемой ОАО «Тамбовские коммунальные системы».

При создании модели в качестве базовой информационной системы используется геоинформационная система (ГИС) ArcGIS версии 9.1 корпорации ESRI. В связи с тем, что система ArcGIS содержит небольшой перечень 3D-символов для реалистичного отображения объектов модели территории муниципального образования, для его расширения использованы графические редакторы Solid Works, 3D Studio Max, позволяющие создать 3D-модель объекта и передать её в ГИС ArcGIS в виде VRML-файла. Фрагменты отдельных типов объектов и всей модели в целом на примере отдельного района г. Тамбова приведены на рис. 3.

В главе 2 предложена информационная модель объекта для трубопроводной системы. Реализацию модели рассмотрим на примере фрагмента водопроводной сети: .

Элементами множеств , являются:

= {«трубопровод», «центробежный насос», «задвижка», «диафрагма», «постепенное сужение трубопровода», …, «внезапное расширение»};

= {«жидкость», «плотность жидкости», «вязкость жидкости», «модуль упругости жидкости», «содержание примесей», …, «суточный расход»}.

В качестве примера множеств , описывающих свойства, характерные для -го элемента объекта, отмечены:

= {«материал трубы», «диаметр», «длина», «сопротивление участка сети», «скорость движения», «шероховатость», …, «давление при гидравлическом ударе»}.

Для -го свойства -го элемента объекта, значение которого определяется в результате использования аналитической или информационно-логической модели, предлагается модель , принадлежащая множеству моделей:

Примерами таких моделей являются:

Mk = {«модель определения значения свойства», «сопротивление участка сети», «модель определения значения свойства», «местные потери напора», …, {«модель определения значения свойства», «давление при гидравлическом ударе»}.

Размещено на http://www.allbest.ru//

2

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис. 3. Фрагмент пространственной модели района г. Тамбова

Используя обобщенный вид ИЛМ поддержки принятия решений для обеспечения экономичных режимов функционирования водопроводных и канализационных сетей (2) конкретный их вид проиллюстрируем на примере определения значений свойств «диагноз текущего состояния» и «рецепт (способ) устранения неисправности» для элемента «насосный агрегат».

Рассмотрим правила, на основе которых должны приниматься решения по устранению неполадок в работе насосных агрегатов. Они собраны специалистами по прикладным знаниям (экспертами) и в процессе контактов со специалистами по обслуживанию оборудования. Для этого будем использовать множества данных о состоянии насосов, возможных причинах неисправностей , способах их устранения и стоимости работ :

, ;

, ;

, ;

, .

Примеры этих данных приведены в табл. 1, а примеры правил для определения значений свойства «диагноз текущего состояния» для элемента «насосный агрегат» - в табл. 2. В настоящее время база включает более 50 правил, с помощью которых принимаются решения по устранению неполадок в работе насосных агрегатов.

Апробация предложенных ИЛМ, реализованных в автоматизированной системе, осуществлена на примере задач реагирования на различные ситуации, возникающие на отдельных участках водопроводной сети г. Тамбова.

Иллюстрация реализации процедурной модели автоматизированного выбора элемента трубопроводной системы (см. главу 2) осуществлена на примере выбора запорной арматуры. При ремонте водопроводной сети потребовалась замена трубопроводной запорной арматуры на трубопроводе с характеристиками: условном про-

1. Возможные состояния, причины неисправностей насосного агрегата

№	Наименование состояния	Наименование причины
1	= «насос не работает»	= «новые статор и ротор слипаются»
2	= «насос не всасывает»	= «повреждён электрический контакт»
3	= «недостаточное нагнетание»	= «чрезмерное давление нагнетания»
4	= «неравномерная подача»	= «неизвестное вещество в насосе»
5	= «шум при работе насоса»	= «высокая температура, деформация статора»
6	= «насос останавливается»	= «статор из неподходящего материала»
7	= «повреждён статор»	= «слишком большая грануляция продукта»
8	= «повреждён ротор»	= «отложение продукта при остановке насоса»
9	= «протекают уплотнения»	= «просачивание воздуха на подаче»
	…	…

ходе и условном давлении . При выборе учитывались следующие потребительские показатели: высокая герметичность затвора, низкое гидравлическое сопротивление, небольшое приводное усилие и невысокая цена изделия.

Для каждого из используемых критериев: стоимость, оценки потребительско-эксплуатационных показателей (высокая герметичность затвора, низкое гидравлическое сопротивление, небольшое приводное усилие) заданы равные веса . В конечном итоге оптимальным с позиций принятых критериев оказалась задвижка клиновая с выдвижным шпинделем фланцевая.

2. Примеры правил по определению значения свойства

«диагноз текущего состояния»

№	Условие	Следствие
1	&
2	& & &
3	& & & &
4	& &
5	& & & &
	…	…

Реализация предложенной технологии поддержки принятия решений при технической эксплуатации водопроводных и канализационных сетей позволила повысить качество анализа и обработки разнородных данных для пространственных объектах, распределённых на территории г. Тамбова, за счёт:

сведения к минимуму ошибок, возникающих при анализе аварийных ситуаций на отдельных участках трубопроводной системы, а также увеличения в несколько десятков раз скорости установления диагнозов и рецептов их устранения;

оперативного реагирования на аварийные ситуации и планирования оптимального маршрута аварийной бригады к месту её возникновения при использовании пространственной модели территории муниципального образования;

сокращения документооборота на бумажных носителях, автоматизации отчётности и, как следствие, оперативности её представления и отсутствия лишних связующих звеньев по подготовке, передаче информации;

обеспечения оперативного представления информации различным государственным структурам о текущем состоянии водопроводных и канализационных сетей.

В приложении к диссертации приведены: описание информационно-логической модели для определения значений свойств элемента «насосный агрегат» объекта «водопроводная система»; документы, подтверждающие внедрение результатов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

На базе системного анализа и методов математического моделирования разработана технология поддержки принятия решений при технической эксплуатации водопроводных и канализационных сетей - организация взаимодействия человека и компьютера при управлении объектами сложной структуры, отличающаяся применением теории иерархических систем, использованием единого банка данных для объектов территории муниципального образования с предоставлением возможности их визуализации с помощью пространственной модели, информационных и процедурных моделей поддержки принятия решений, учитывающих специфику реализации технологических процессов в объектах этих сетей.

Разработана пространственная геоинформационная модель территории, включающая: графические векторные и растровые изображения объектов различного назначения, элементы оборудования водопроводных и канализационных сетей, отличающиеся степенью детализации, достаточной для их визуальной идентификации; базы атрибутивных данных для хранения символьной и цифровой информации об объектах модели.

Разработана информационная модель объекта трубопроводной системы, отличительной чертой которой является представление разнообразной информации в виде графовой структуры фреймов и включение в неё сведений о составе, свойствах системы и её элементах, а также способах задания этих свойств. Модель позволяет систематизировать всю информацию о реальном физическом объекте, упорядочить её хранение на электронных носителях и обеспечить эффективную обработку.

Разработана информационно-логическая модель поддержки принятия решений при технической эксплуатации водопроводных и канализационных систем, отображающая данные предметной области в виде совокупностей информационных моделей объектов и связей между ними, основанных на использовании продукционных правил.

Разработана процедурная модель поддержки принятия решений при выборе элемента сложного технического объекта, отличающаяся учётом потребительско-эксплуатационных показателей и их оценок, выполненных различными группами экспертов с применением методов теории нечётких множеств.

Теоретические и практические результаты работы позволили повысить качество анализа и обработки разнородных данных о пространственных объектах, использованы при решении задач, связанных с технической эксплуатацией водопроводных и канализационных сетей, осуществляемой филиалом ОАО «Тамбовские коммунальные системы» «Тамбовводоканал» г. Тамбова, а также в учебном процессе в ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет», что подтверждено справками о внедрении.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ПРЕДСТАВЛЕНЫ В ПУБЛИКАЦИЯХ

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК, для публикации результатов диссертации

Немтинов, В.А. Применение теории нечётких множеств и экспертных систем при автоматизированном выборе элемента технической системы /

В.А. Немтинов, С.Я. Егоров, П.И. Пахомов // Информационные технологии. - 2009. - №. 10. - С. 34 - 38 (авт. объём 0,45 печ.л.).

Немтинов, В.А. Визуализация информационного пространства при управлении коммунальными системами / В.А. Немтинов, В.Г. Мокрозуб, П.И. Пахомов, К.В. Немтинов // Вестник компьютерных и информационных технологий. - 2010. - №. 3. - С. 14 - 19 (авт. объём 0,44 печ.л.).

Пахомов, П.И. Модель информационного объекта трубопроводной системы / П.И. Пахомов, В.А. Немтинов // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. Сер. Технические науки. - 2009. - №. 4. - С. 184 - 190 (авт. объём 0,6 печ.л.).

Другие издания

Пахомов, П.И. Технология поддержки принятия решений по управлению инженерными коммуникациями / П.И. Пахомов, В.А. Немтинов. - М. : изд-во «Машиностроение», 2009. - 124 с. (авт. объём 5 печ.л.)

Пахомов, П.И. Единое информационное пространство территории для поддержки принятия решений по управлению водопроводными системами /

П.И. Пахомов // Новые технологии и инновационные разработки : тез. докл. I Межвуз. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных. - Тамбов, 2008. - С. 51 - 52.

Немтинов, В.А. Трёхмерная визуализация территории муниципального образования для управления коммунальными системами / В.А. Немтинов, П.И. Пахомов, К.В. Немтинов // Прикладная информатика. - 2009. - № 2. - С. 55 - 62 (авт. объём 0,6 печ.л.).

Пахомов, П.И. Разработка продукционной модели системы поддержки принятия решений для обеспечения режимов нормального функционирования водопроводных систем / П.И. Пахомов // Математические методы в технике и технологиях : тр. XXII Междунар. науч.-практ. конф. : в 10 т. - Псков : Изд-во Псков. гос. политехн. ин-та, 2009. - Т. 6. - С. 32-33.

Немтинов, В.А. Принятие решений по управлению коммунальными сетями с использованием теории иерархических систем / В.А. Немтинов, П.И. Пахомов // Математические методы в технике и технологиях : тр. XXII Междунар. науч.-практ. конф. : в 10 т. - Псков : Изд-во Псков. гос. политехн. ин-та, 2009. - Т. 7. - С. 87 - 89 (авт. объём 0,13 печ.л.).

Немтинов, В.А. 3D-моделирование объектов коммунальных систем /

В.А. Немтинов, П.И. Пахомов, К.В. Немтинов // Трёхмерная визуализация научной, технической и социальной реальности. Кластерные технологии моделирования : тр. I Междунар. науч.-техн. конф. - Ижевск : УГУ, 2009. - С. 79 - 83 (авт. объём 0,13 печ.л.).

Пахомов, П.И. Модель поддержки принятия решений при обслуживании насосного оборудования трубопроводных систем / П.И. Пахомов // Актуальные проблемы информатики и информационных технологий : сб. тр. XIII Междунар. науч.-практ. конф.-выставки. - Тамбов : Издательский дом ТГУ им Г.Р. Державина, 2009. - С. 325 - 329.

Пахомов, П.И. Автоматизированный выбор элемента технической системы / П.И. Пахомов, В.А. Немтинов, С.Я. Егоров // Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ, выданное Федеральной службой по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам. - № 2009616441 от 13.11.2009 (0,5).

Размещено на Allbest.ru

...