автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Автоматизация процессов обучения и принятия решений в диспетчерском управлении транспортом газа

MuMMCTVpCTflO iHuucto и про^кхсионхтьмою iiOp.i ичинии 1**1»

I ik;vларсмвсимая орлсна Октябрьской Революции и орлсна Трчлоною Кроимою (h.imchu Акалсмн* нефти и гаи им И М Гчбмша

ОД

/Л/ tlf'iMUX рукчписи V./A'(,SS 1)12 5<> 11(17 М (»22 <>''1 4

Григорьев Леонид Иванович

Автоматизация процессов обучения и принятия решений в диспетчерском управлении транспортом газа

05. И.07 - Автоматизация технологических процессов и произиоОста (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1997

Работа выполнена на кафедре "Автоматизированные системы управления" I осу-дарственной Академии нефти и газа им. И.М.Губкина.

Официальные оппоненты:

на заседании диссертационного Совета Д 053.27.10 при Государственной академии нефти и газа им. И.М.Губкина по адресу: 117917, ГСП-1, г. Москва, Ленинский проспект, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственной академии нефти и газа им. И.М.Губкина.

доктор технических наук, профессор доктор технических наук, профессор доктор технических наук, ст.науч.сотр.

Крунский А.А. Савельев А.Я. Абрамов В.М.

Ведущая организация: АО "Газавтоматика" (Москва).

Защита состоится " " СсАЗ^сА- 1997 г. в ауд. ^^ в

Автореферат разослан " ¿5 »Ш

1997 г.

Ученый секретарь диссерташюнного Совета, д.т.н., проф.

А.С.Моисеенко

ОКЩЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Гаю паи промышленность занимает ключевое мест н российской экономике, удельный рост природного газа в структуре производства первичных энсргоресурсов составляет примерно 50%. Отличительные особенности Единой системы газоснабжения (ЕСГ) России - непрерывный таи.чосвя-занный газодинамический режим функционирования трубопроводной газотранспортной системы, технологически соединяющей промыслы и конечных ногрсби-телей; значительная территориальная распределенность; большая размерность как ЕСГ России в целом, так и как ее отдельных объектов. Основой ЕСГ" является сеть магистральных газопроводов (МГ), имеющих общую протяженность около 145 тыс. км. и 234 компрессорные станции (КС). Управление ЕСГ осуществляется многоуровневой системой диспетчерских служб.

Активное внедренне в газотранспортную подотрасль передовых компьютерных технологий автоматизации управления технологическими объектами и процессами привело к формированию на рабочем месте диспетчера новых условий информационно-программной среды. Своевременное выполнение контрактных обязательств, обеспечение экологической безопасности в условиях объективно существующего в транспорте газа технологического риска требует повышения надежности принимаемых решений. Функции диспетчера значительно расширились; от диспетчера требуется умение анализировать конкретные ситуации и принимать системно обоснованные решения. Диспетчер должен иметь возможность моделировать на компьютере возникающие ситуации и оценивать альтернативные варианты.

В связи с этим резко повысились требования к профессиональной подготовке диспетчерского персонала: диспетчеру необходимы знания не только технологии транспорта газа, но и знания по управлению динамическими процессами и умения работать в информационной среде.

Проблема заключается в том, что качественное изменение содержания функций диспетчеров в транспорте газа, вызванное повышением сложности объекта управления и широким внедрением новых информационно-вычислительных систем, не обеспечивается соответствующими средствами для проверки прими-

маемых решений и не сопровождается адекватными изменениями в подготовке диспетчерского персонала. В современной человеко-машинной системе управления технологическими процессами и производствами диспетчер шраег ведущую роль, объединяя все компоненты системы для выполнения разнообразных функций управления. Вместе с тем, подготовка диспетчерского персонала до сих пор не является системой, имеющей единую с объектом и средствами управления информационную и техническую базу.

Эффективным способом решения этой проблемы является совместная автоматизация процессов обучения и принятия решений в диспетчерском управлении транспортом гиза, 'пх) приведет к разработке соответствующих методов и средств и, с одной стороны, уменьшит противоречие между интенсивным внедрением новых технологий управления и устарелыми представлениями о способах управлении, а с другой стороны, будет способствовать формированию нового опыта анализа и управления сложными технологическими системами. Таким образом, разработка компьютерных систем, обеспечивающих автоматизацию процессов принятия решений и обучения в диспетчерском управлении транспортом газа, имеет важное народнохозяйственное значение.

Целью настоящего исследования является автоматизация процессов принятия решений и обучения в диспетчерском управлении транспортом газа.

В качестве средств автоматизации предлагаются тренажерные комплексы, обеспечивающие взаимосвязь процессов обоснования принимаемых решений и обучения. Для достижения поставленной цели потребовалось решить ряд логически связанных между собой задач:

- разработать общесистемные основы интеграции процессов управления и обучения;

- создать методику построения диспетчерских автоматизированных тренажеров;

- разработать комплекс математического, информационного и программного обеспечения для компьютерного моделирования сложной газотранспортной системы;

- создать технологию построения и применения системы методов, правил и приемов диспетчерского управления, использующей как практический опыт диспетчерского персонала, так и современные методы анализа, моделирования и оптимизации процессов управления.

Научная новизна. В работе проведено теоретическое обобщение исследований по созданию и развитию средств и методов автоматизации процессов обучения и принятия решений в диспетчерском управлении транспортом газа. Впервые получены следующие научные результата,

1. Разработаны общесистемные основы автоматизации процессов обучения и принятия решений в диспетчерском управлении:

- предложена концепция построения автоматизированного тренажерного комплекса, принципиальным положением которой является интеграция на компьютерном тренажере трех видов деятельности диспетчера: управления, исследования, обучения;

- разработана многоуровневая система моделирования, в которой на первом уровне - модель предметной области, на втором уровне - алгоритмы обучения и контроля; на третьем уровне - феноменологическая модель восприятия знаний и на четвертом уровне - модель функционирования системы человек-машина по замкнутому контуру.

2. Разработана архитектура и методика построения автоматизированных тренажерных комплексов, включающая принципы построения, рекомендации по организации математического, информационного, программного и других видов обеспечения.

3. Исследована и разработана система объектно-ориентированных моделей и на ее основе создан комплекс математического, информационного и программного обеспечения для компьютерного моделирования сложной газотранспортной системы (ГТС) со всеми ее технологическими объектами (многоцеховыми компрессорными станциями, многониточными линейными участками, потребителями и др.).

4. Разработана технология построения и применения системы методов, правил и приемов диспетчерского управления с использованием средств моде-

лирования и искусственного интеллекта для анализа и оптимизации принимаемых решений.

5. Для автоматизации процессов принятия решений и обучения на основе экспертных систем разработаны:

- методика построения динамической экспертной системы;

- методика формирования правил принятия решений с использованием технологии имитационного моделирования.

Практическая ценность п реализация работы. Практическая ценность выполненной работы заключается в создании компьютерных тренажерных комплексов качественно нового класса, обеспечивающих автоматизацию процессов обучения и принятия решений в диспетчерском управлении транспортом газа.

Интеграция человеко-машинной системы управления и компьютерных средств обучения и профессиональной подготовки (КСО и 1111) послужила основой для внедрения в АСУТП и в систему подготовки кадров многофункциональных программных комплексов, которые служат как исследовательский полигон для поддержки принимаемых решений в нештатных и аварийных ситуациях, так и как эффективное средство повышения квалификации на основе решения учебно-тренировочных задач (УТЗ) по управлению реальными объектами. В результате применения автоматизированных тренажерных комплексов уменьшается вероятность диспетчерских ошибок, приводящих порой к авариям, к экологическим катастрофам и человеческим жертвам.

Разработаны автоматизированные тренажерные комплексы по управлению компрессорной станцией и газотранспортной системой (ГТС), а на их базе в РАО "Газпром" (в рамках отраслевой системы повышения квалификации) организована компьютеризированная система подготовки диспетчерского персонала в транспорте газа. Тренажерные комплексы и их отдельные подсистемы переданы для применения в АО "Газавтоматика", в газотранспортное предприятие "Мострансгаз" и др.

Выполненные исследования следует рассматривать как этап на пути перевода процесса обучения в производственный процесс передачи знаний с применением средств управления и автоматизации. Тренажерные системы аккумули-

руют знания предметной области как в виде математических моделей или алгоритмов, так и в форме базы экспертных знаний.

На основе изложенной в диссертационной работе концепции ишегршии процессов управления, обучения и исследования разработаны и внедрены компьютерная система "Испытатель" для подготовки специалистов по опробованию скважин, прототипы экспертных систем выбора математических моделей и определения продуктивных на нефть и газ структур и др.

Апробация работы. Основные теоретические и экспериментальные результаты, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на Всесоюзных, Всероссийских и Международных научно-технических конференциях, совещаниях и семинарах, таких как: 3-я Всесоюзная научно-техническая конференция "Тренажеры и компьютеризация профессиональной подготовки" (г. Калининград, 199J г.); 4-я Всероссийская научно-методическая конференция "Тренажеры и компьютеризация профессиональной подготовки" (г. Москва, 1994 г.); 3-й Международный симпозиум по компьютеризации в газовой промышленности (Германия, г. Вюртсбург, апрель 1993 г.); Международная конференция Юнеско по инженерному образованию (г. Москва, май 1995 г.); Международный симпозиум "Горнорудный Пржибрам в науке и технике" (ЧСФР, г. Пржнбрам, 1991 г.); Республиканская научно-техническая конференция " Автоматизация технологических процессов" (г. Минск, 1995 г.) и др.

Результаты исследований докладывались также на отраслевых семинарах и совещаниях и прошли апробацию на предприятиях и в учебных центрах нефтегазового комплекса.

Публикации. По результатам научных исследований опубликовано 44 печатные работы (в том числе одна монография).

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, шесть глав и заключение, список используемых источников (143 наименования), 7 таблиц, 87 рисунков и имеет общий объем 217 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение. В сжатой форме формулируется актуальность проблемы и цель исследований.

Глава 1. Современные информационные технологии в диспетчерском управлении транспортом газа (анализ состояния проблемы н постановка задачи исследования).

Представлены результаты анализа систем управления технологическим процессом транспорта газа в России и за рубежом, анализ диспетчерской деятельности и системы подготовки и повышения квалификации диспетчерского персонала в транспорте газа.

Требуемый в ЕСГ высокий уровень координации планирования и управления обеспечивается централизованной многоуровневой системой диспетчерских служб, которую составляют: центральное производственно-диспетчерское управление (ЦПДУ) РАО "Газпром"; производственно-диспетчерские службы (ПДС) газотранспортных предприятий (ГТП). На уровне ГТП различают также производственно-диспетчерские службы линейных производственных управлений магистральных газопроводов (ЛПУМГ) и диспетчерские пункты компрессорных станций (рис. 1).

Анализ основных функций оперативно-диспетчерского персонала с учетом свойств объектов управления показывает, что чем выше уровень иерархии, тем больше у диспетчера работы аналитического характера и меньше функций контроля и регулирования. Задачи более высокого уровня труднее формализуются. Имеется качественное различие в функциях выполняемых оператором и диспетчером. Полем деятельности оператора является единый пространственно со--средоточенный технологический комплекс, а для диспетчера это распределенная система, включающая разнообразные технологические агрегаты и объекты. Принятые решения диспетчер реализует через оперативно-диспетчерский персонал нижнего уровня. На диспетчера выпадает большая психологическая нагрузка, и цена ошибки диспетчера велика.

Иерархия*' оперативно» диспетС,-«"^. черского,',.'^ персонал*; Л'А»^.-:-:'.',,.; функини оперативно-диспетчерского персонал* Тип объекта управления

пряное воздействие КОНтроль и регулирование оперативное управление OHOAU1 проблемных ситуаций анализ, регистрация и передача информации организационном д(Л-fUC-li- Аость

Диспетчер ЦЛДУ. ПДС X X X X Распределенная система (ЕСГ, ГТС.МГ)

Диспетчер КС X X X X Система типа КС

Оператор (машинист) X Агрегат (ГПА)

Рис. I. Функции оперативно-диспетчерского персонала в транспорте газа.

Статистический анализ показал, что только около 66% диспетчерского персонала имеет высшее образование, из них 5-6% не имеют инженерного образования, а инженеров по специальностям транспорт нефти и газа, автоматизация, автоматизированные системы управления насчитывается менее 5%. Подготовка диспетчерского персонала не ведется ни в стенах высших учебных заведений, ни в отраслевой системе повышения квалификации.

В последние годы в газовой промышленности произошли существенные структурные изменения, трансформировалась система показателей функционирования, активно проводится модернизация систем автоматизированного управления транспортом газа.

Современная система управления технологическими процессами транспорта газа строится на основе применении автоматических информационных систем сбора данных и компьютерных комплексов, то есть на системах типа SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition). Большие успехи в этой области имеют такие зарубежные фирмы, как AEG, ABB, Syseca. В России, где управ-

АСУ ТД - многоуровневая человеко-машинная смет см л

Диспетчер 1 \ Оператор Икформациошю-вычислительные системы нсредства

1. Удаление ЛПР от объекта управлении

2. Интеграции кибернетических м информационных процессов

Расширение снск-тра задач на верхнем уровне за счет плохо формализуемых задач

Перевод решении задач нижнего уровня с автоматизированного на автоматическое управление

4. Расширение спектра функций диспетчера в человеко-машинной системе управлении (учет технологического риска и др.)

Рис. 2. Тенденции развития АСУ ТП.

лекие техлологическим процессом транспорта газа во многом опиралось на опыт и квалификацию диспетчерского персонала, системы БСАОА начинают внедряться только сейчас.

Анализ состояния диспетчерского управления транспортом газа, тенденций развития АСУТП (рис.2), проведенный на основе обобщения отечественного и зарубежного опыта, выявил значительное несоответствие между качественно новыми условиями работы диспетчерского персонала и уровнем подготовки диспетчеров и средств поддержки принятия решений. В этих условиях приобретает особую остроту проблема автоматизации процессов принятия решений и обучения в диспетчерском управлении транспортом газа. Для диспетчеров разных уровней предлагается разработать компьютерные тренажерные комплексы, яв-

N

общая

иерархии

проблем

2

Задача 1

ляющиеся средством анюмагизацни процессов оо\чснин и припяшя .nuncricp-ских решений. Предполагаемые результаты интеграции систем управления технологически ми процессами и систем компьютерного обучения:

-повышение качества управления технологическими процессами (в транспорте газа);

-создание системы подготовки диспетчерскою персонала, нерафывпо связанной с, реальной производственной деятельностью и соотнсювукмней современным информационно-вычислительным и программным средсгиач.

- снижение технологического риска;

- формирование элементов теории диспетчерского управления.

Глава 2. Системные аспекты автоматизации процессии припиши решении п -обучения в диспетчерском управлении транспортом газа.

Комплексная автоматизация процесса принятия решении и процесса обучения предполагает разрешение трех главных проблем: системной интеграции современных информационных систем управления, разработки концепции создания автоматизированных тренажерных комплексов зля диспетчерского персонала, организацию моделирования в интегрированных системах.

Под системной интеграцией понимается комплекс технологий, показателей, методов, позволяющих объединить в единое целое различные стороны системы автоматизированного управления и осуществлять их совершенствование. Сформулированы основы системной интеграции (рис.3).

Разработана концепция построения автоматизированных тренажерных комплексов (АТК) для диспетчерского персонала, которая сводится к системе принципов и способам организации-

Анализ показал, что, с одной стороны, компьютерное обучение - это прогрессирующее научное направление, с другой стороны, компьютерное обучение как процесс передачи и производства знаний приобрело массовый характер, и обучение становится производственным процессом. Для нефтегазовой отрасли бьши определены перспективные информационные образовательные технологии. Предложена классификация компьютерных средств обучения и профессиональной подготовки, сформулированы принципы создания компьютерных средств

Рис. 3. Основы системной интеграции.

обучения: системный подход, подход с позиций информационной концепции развития систем, индивидуализация и опережающая роль обучения, принцип открытости.

Автоматизированные тренажерные комплексы (АТК) предназначаются для поддержки принимаемых решений, анализа нестандартных ситуаций и подготовки специалистов в области управления технологическими процессами. Особенность таких тренажеров заключается в том, что они построены на основе математических моделей технологических процессов, а это позволяет проигрывать конкретные ситуации и проверять принимаемые для управления решения. В тренажере, как и в реальной системе управления, используется единая информационная система, объединяющая все необходимые данные при унифицированном способе их подготовки и доступа к ним. АТК является техническим средством, на котором можно не только имитировать функционирование объекта и его системы управления, но и действия диспетчера, оценивать интегрированные характеристики лица принимающего решения (ЛПР) и системы управления.

Принципиальное положение концепции заключается в реализации на тренажере объединения трех различных видов диспетчерской деятельности -управления (принятия решений), исследования, обучения. В соответствии с этим, АТК, как тренажер исследовательского типа, функционально может быть исполь-

Иерархичность -отражение взаимодействия | объектов управления

Замкнутость -определяется технологическим циклом

I

Открытость для добавления новых модулей

11 % ЛЙУпГ ^

Основные принципы построения математического обеспечения компьютерных тренажерных комплексов

Сокрытие алгоритмов и моделей от обучаемого

Связность математических модулей единым информационным полем, адекватным реальным БД

Адаптивность моделей и алгоритмов

Новизна постановок и решений технологических задач

Рис. 4. Основные принципы построения математического обеспечения компьютерных тренажерных комплексов.

зован для обучения, для проведения исследований, что особенно важно при принятии решений по управлению технологическими процессами в нештатных и аварийных ситуациях и для реального управления в режиме советчика.

На основе предложенной концепции разработана методика построения АТК. Создание тренажеров исследовательского типа является сложной задачей, во многом схожей с задачей проектирования подсистем автоматизированного управления технологическими процессами. Определен и рассмотрен комплекс разнообразных по своему характеру вопросов математического, информационного, технического, программного, методического и других видов обеспечения, составляющих обеспечивающую часть тренажера.

Математическое обеспечение. Предложены принципы построения математического обеспечения (рис. 4) и структура имитационной модели тренажера (рис. 5). Ядром автоматизированного тренажерного комплекса является имитационная модель, основой которой служит набор математических зависимостей (блок 1), позволяющих имитировать технологические процессы в условиях ста-

и

о

б У ч

■«---»■ а е м ы й

Рис. 5. Структура имитационной модели тренажера

ционарного и нестационарного режимов, в штатных, нештатных и аварийных ситуациях. Выбор и разработка математической модели технологического процесса и соответствующей численной процедуры определяются требованием адекватности и требованием ко времени реакции модели в соответствии с условиями активного диалога в процессе обучения. Для организации режима исследования предложена технология имитационного моделирования, универсальность которого позволяет использовать накопленные детерминированные зависимости и сочетать их с машинными экспериментами при случайных воздействиях. При этом достигается хорошее приближение к реальным производственным условиям.

Блок 2 предназначен для имитации начальных и граничных условий. Например, при исследовании на чувствительность требуется определить области допустимых флуктуации расхода или давления в начале линейного участка (ЛУ), при которых не возникает необходимости в изменении управляющих воздействий. Основу блока 2 составляют программы имитации случайных величин с различными законами распределения. Блок 3 служит для имитации постоянно действующего на ГТС внешнего возмущения - нестационарного газопотребления. Блок 4 содержит модели, обеспечивающие реализацию управляющих воз-

Ьлок имитации

3 и прогнозирования внешних воздействий

| Модели

объекта

¥

Модуль управления

Блох имитации начальных ] и граничных условий

61 Блок диагностики

ситуаций

Ж

Блок обработки результатов

Информационная база

0"

Блок генерации ситуаций и УТЗ

Л

I

действий - изменение числа оборотов или схемы соединения ГПА на КС, а также алгоритмы оптимизации режимов функционирования ГТС. Возможность получения в ряде случаев оптимальных решений позволяет оценивать действия обучаемого, располагая эталонным решением. Блок 5 обработки результатов содержит как модели статистической обработки, так и методы, учитывающие специфику имитационных экспериментов. На основе моделей блока 6 (среди которых модели, определяющие нахождение системы в области допустимых режимов) осуществляется подсказка обучаемому при решении УТЗ.

Информационное обеспечение. В тренажере, как и в реальной системе управления, используется единая информационная система, объединяющая все необходимые данные при унифицированном способе их подготовки и доступа к ним. Без выполнения этого условия трудно достичь необходимой адекватности моделей и анализируемых ситуаций.

Техническое обеспечение. Выбор ЭВМ или вычислительной системы определяется объемом решаемых задач, контингентом, местом обучения; это может быть ПЭВМ в дисплейном классе, либо в условиях ЛВС, рабочая станция или модель "клиент-сервер".

Инженерно-психологическое обеспечение. Среди вопросов инженерно-психологического характера: организации интерфейса, в частности, обоснованного выбора объема и формы представления отображаемой информации, фиксация характеристик обучаемого, как звена человеко-машинной (Ч-М) системы; профессионально-психологическая диагностика; учет фактора напряженности в моделировании нестандартных ситуаций и др. Интерактивный режим обучения определяет необходимость и возможность оценивать характеристики человека как звена человеко-машинной системы управления. Для оценки работы обучаемого за пультом тренажера в протоколе предусмотрена регистрация ряда показателей.

Методическое обеспечение. Основные вопросы: общая схема обучения, алгоритм обучения, формулировки УТЗ, разработка подсказок, контрольных тестов и др. Особо следует выделить задачу организация диалога в процессе обучения, исследования и контроля.

Разработке концепции автоматизированных тренажерных комплексов для диспетчерского персонала в транспорте газа предшествовал анализ развития тренажерных систем на базе ЭВМ. Традиционно тренажеры активно используются в тех отраслях, где четко выражена деятельность человека-оператора; это - авиация, космос, флот, атомная энергетика, военное дело, железнодорожный и автомобильный транспорт. Особое место в этом ряду занимают работы по тренажерам в авиации и атомной энергетике. В последние годы с усилением роли диспетчера как управляющего технологическим процессом область применения тренажеров расширилась. Между указанными областями и транспортом газа имеются существенные различия как в предметной области, так и в характере принимаемых решениях. В авиации летчик рассматривается как оператор, и его функции определяются должностными инструкциями; важна простая сенсомоторная реакция и поэтому тренажер должен имитировать 1:1 кабину, т.е. операторскую обстановку. Аналогичная ситуация имеет место и атомной энергетике. Процессы в транспорте газа инерционны; нет такой, как в атомной энергетике и авиации, скрупулезной детализации требуемых действий в нештатных и аварийных ситуациях. В большинстве случаев диспетчеру для принятия рациональных решений требуется проиграть сложившуюся ситуацию и оценить возможные решения.

При построении интегрированных систем большое значение имеют проблемы моделирования. Разработана многоуровневая система моделирования, позволяющая исследовать объект как единое целое (табл. 1):

где ЬУ - ¡-ая модель на 1-ом уровне, а ГД - аналогично; Б - обоб-

щенная модель процессов обучения и принятия решений в диспетчерском управлении; Б ¡] к |-совокупность моделей всех уровней.

Нижнему (первому) уровню соответствует модель предмета обучения. Диапазон таких моделей крайне широк - от графиков, схем, диаграмм Р3' до сложных математических зависимостей Р/ и баз знаний Кг'. В моделях этого уровня концентрируются знания изучаемой предметной области.

Второй уровень составляют модели алгоритмов обучения и контроля

знаний.

Таблица 1. Иерархическая система моделей процессов обучения и принятия решений в диспетчерском управлении

/ Модели предметной области РД /'={1,2,3,4,...} 1. Математические модели и зависимости 2. Модели представления знаний 3. Модели в виде графиков, схем и др. 4. Модели в виде последовательности действий

// Алгоритмы обучения и контроля V}, ./ = 0,2,3,4, 5,...) 1. У"13 па принятие решений в штатных ситуациях 2. - ■■ - в нештатных ситуациях 3. — в аварийных ситуацию 4. Алгоритм кошщниы пуакншнх самообучения 5. Алгоритм проверки знаний в режиме контроля

III Модели восприятия знаний А= {1,2,3,...} 1. Нейрофизиологические модели 2. Психологические модели 3. Модели самоорганизации

IV Модели системы диспетчерского управления /={1,2,3,...} Модель оценки времени реакции 2. Модель оценки точности управления 4. Модель оценки надежности системы диспетчерского управления

После анализа предметной области и определения целей и задач обучения, после уточнения того, что должен знать обучаемый и что он должен уметь, выявляется перечень проблем, предназначенных для изучения. В соответствии с первым уровнем иерархической структуры составляется математическая модель изучаемой предметной области, а точнее решаемых задач (в нашем случае, это модели КС, ЛУ, магистральных газопроводов, сетей и др.). Модели второго уровня предназначены для интерпретации задач управления технологическими процессами (отображенных моделями первого уровня) в форму учебно-тренировочных задач с учетом особенностей процессов восприятия информации, мышления, памяти, мотивации и других особенностей, сопутствующих процессу познания (модели третьего уровня). На основе моделей первого уровня формируются УТЗ, в ходе решения которых осуществляется процесс обучения. Реализация алгоритм

мов обучения (рД р/) и контроля (Р42,Р52) для сформулированных УТЗ тесно связана с организацией интерфейса. Задачи второго уровня - формулировки УТЗ, разработка алгоритмов обучения и контроля, организация интерфейса.

Для проверки знаний разработан алгоритм контроля Р52, имеющий три уровня показателей. На нижнем уровне фиксируется вектор количественных оценок решения УТЗ. Практически это система критериев оценки действий в условиях самообучения По результатам решения УТЗ автоматически составляется протокол, в котором фиксируется ряд критериев, например: V/ - время, затраченное на решение задачи; Уг' - отклонение от эталонного решения; Уз' - число неудачных попыток управления; V/ - число обращений к подсказке.

Показатели второго уровня являются интегральными и находятся на основе количественных показателей первого уровня. На втором уровне для каждой группы количественных критериев, отражающих определенный качественный показатель, характеризующий квалификацию диспетчера, вычисляется норма. Например (для упрощения учтем нормирование без изменения обозначений), умение принимать оптимальные решения в штатных ситуациях можно оценить:

Уз^М-ИУЛУЛУЛУ;!!,,

где ЦУ|\ Уг'.УЛ У/Ь - 1" норма вектора, а N - число, совпадающее с количеством критериев, учитываемых на первом уровне при оценке Уз2. Аналогично оцениваются другие качественные показатели на втором уровне.

На третьем уровне алгоритма контроля полученные значения обрабатываются также с помощью норм, и оценивается градация квалификационного уровня.

Третий уровень иерархической системы моделей процессов обучения и принятия решений в диспетчерском управлении составляют Рк3 - модели формирования знаний обучаемого. При решении УТЗ, то есть в процессе обучения активно действуют мышление и память, происходит образование новых понятий, приобретение навыков и умений, проявляются творческие способности. В предлагаемой иерархии моделей этот уровень, отражающий сугубо внутренние процессы, происходящие в мозге человека, условно назван уровнем восприятия. (Заметим, что модели восприятия в нейрофизиологии отражают главным образом

действия зрительной системы. Здесь же имеются в виду познавательные процессы).

Моделирование на этом уровне носит феноменологический характер. Например, моделирование нервной системы (модель типа Fi,3) может быть осуществлено нейронной сетью, в которой выходной сигнал out искусственного нейрона с активационной функцией математически выражается с помощью логистической (S-образной функции) out=l/(l+e""et), где net-выходной сигнал суммирующего блока.

Модели F|4 четвертого уровня предназначены для анализа человеко-машинной системы управления и объекта управления как единого целого, то есть для моделирования системы диспетчерского управления.

Глава 3. Состав, структура и организация взаимодействия диспетчерского персонала в транспорте газа с автоматизированным тренажерным комплексом.

Типовой состав тренажера определяется следующей моделью: Tr = < А, I, Р, Н, R, N, D, Е, С, М, W>.

А - подсистема администратора управления тренажером организует взаимодействие всех остальных подсистем.

I - подсистема иерархических меню помогает пользователю в интерактивном режиме осуществлять выбор тех или иных функциональных модулей.

Р - модуль-обработчик событий отслеживает нажатие пользователем тех или иных клавиш клавиатуры, перемещение и нажатие клавиш манипулятора "мышь", выбор и активизацию пользователем функционально закрепленных областей монитора и т.д.

Н - подсистема управления Не1р-справками содержит модуль справок администратора, модуль технологических справок (о нарушениях технологического процесса во время выполнения пользователем УТЗ), модуль подсказок о возможных дейсгаиях по управлению технологическими объектами и режимами.

R - подсистема ведения регистрационных карт обучаемых предназначена: для заполнения, хранения, отображения регистрационных карт; для сортировки и формирования сводных таблиц данных по обучаемым.

N - подсистема контроля действий обучаемого и оценки его профессионального уровня. Например, модуль регистрации действий обучаемого фиксирует ряд параметров, таких как: время, затраченное на реализацию того или иного управленческого решения; количество обращений к различным программным средствам, с помощью которых осуществляются управляющие воздействия; близость полученного решения к эталонному и др. Предусмотрен модуль статистической обработки этих показателей с целью последующего формирования оценки работы пользователя на тренажере.

D - подсистема управления архивами данных УТЗ и эталонных решений ведет каталог архивов данных, создает временную рабочую файловую среду тренажера и управляет доступом к файловой системе.

Е - подсистема отображения, редактирования данных по всем объектам ГТС, работа с которыми предусмотрена выполняемой УТЗ. В ее состав входят блок отображения информации и блок изменения управляющих воздействий, объединенные в интерактивном графическом редакторе. Эта подсистема обеспечивает отображение на мониторе (по требованию обучаемого) всей необходимой режимно-технологической и нормативно-справочной информации как о фоновом нестационарном технологическом процессе, так и обо всех объектах, составляющих рассматриваемую ГТС. Функции графического редактора: интерактивное построение и автоматическое отображение на экране монитора магистральных газопроводов с ЛУ сетевой структуры, компрессорных станций; задание и корректировку топологии ЛУ, подключение потребителей к отдельным ниткам, а нитки ЛУ к отдельным цехам КС, включение, отключение кранов на крановых площадках; регистрация оборудования КС, задание и корректировка характеристик ГПА, схемы обвязки, оборотов ГПА и т.д.; задание нормативно-справочной и оперативно-диспетчерской информации по трубопроводам, КС и аппаратам воздушного охлаждения (ABO); изменение размеров изображения на экране монитора; отображение на экране исходных данных и результатов решения задач, печать табличной и графической информации, выходных документов; выбор и решение ряда задач диспетчерского управления, планирования и проектирования (входящих в состав АРМ), как для всей ГТС, так и для отдельных ее объектов.

С - подсистема овола обучаемым управляющих ноздеистинИ обсснсчниа-ет реализацию основного набора управлений, применяемых дисиеперскими службами; изменение топологии ЛУ (открытие и закрытие кранов на крапонмх площадках); изменение схемы и оборотов ГПД на КС; изменение объемов поставок газа потребителям; изменение уеглюк давления нагнетания па КС. При решении конкретных технологических задач могут использоваться как управления какого-либо одного типа, так и их комбинации. Выбор определенного набора управлений зависит от постановки задачи оптимального диспетчерского управления ГТС и ее целевой функции.

М - подсистема имитации технологического процесса (в соответствии с заданной УТЗ) имеет в своем составе следующие модели и модули: газодинамические модели основных технологических объектов ГТС (КС, ЛУ); модели стационарных и нестационарных газовых потоков как по лучевым газопроводам, так и по ГТС в целом; блок задач управления динамическими процессами в ГТС, вызванных теми или иными ситуациями (открытие или закрытие кранов на ЛУ, отключение или включение ГПА на КС, резкие или неплановые изменения объемов подачи газа в ГТС и потребления, частичные или неполные отказы на технологических объектах ГТС и т.д.); модуль - пакет задач для стационарного режима газопередачи "АРМ диспетчера". АРМ включает в себя такие задачи, как: расчет технологического режима работы КС; расчет оптимального режима работы КС по критерию минимума энерго- или стоимостных затрат; расчет стационарного пе-изотермического режима газопередачи по МГ; расчет рационального стационарного неизотермического режима газопередачи по МГ; расчет максимальной производительности МГ; выбор рационального варианта развития МГ.

Базовая модель тренажера - модель нестационарной газопередачи по ГТС, в которой имитируется развитие технологического процесса в произвольном масштабе времени, с учетом вносимых диспетчером управляющих воздействий в систему. Диспетчер на тренажере имеет возможность наблюдать за тем, как развивается процесс газопередачи, оперативно вмешиваться в этот процесс и анализировать последствия, получать в советующем режиме с помощью программных

средств тренажера (АРМа диспетчера) решения ряда задач оптимального управления ГТС.

W- подсистема АРМ диспетчера. Весь математический и программный аппарат, используемый в тренажере, может входить в состав автоматизированного рабочего места диспетчера. Такая унификация программных средств позволяет максимально приблизить навыки и знания, полученные в ходе занятий диспетчера на тренажере, к его практической деятельности с использованием АРМ.

Для организации эффективного взаимодействия диспетчера с тренажерным комплексом рассмотрены два аспекта проблемы интерфейса: характеристики диалога и применение технологии мультимедиа.

Глава 4. Математическое, информационное и программное обеспечение подсистем автоматизированных тренажерных комплексов, имитирующих основные технологические объекты и процессы транспорта газа.

Для реализации ряда указанных подсистем АТК разработана система объектно-ориентированных моделей для расчета газовых потоков в ГТС (рис. 6). Схема отражает основной состав газодинамических моделей, их алгоритмические и информационные взаимосвязи. Каждая модель включает в себя объекты-модели нижних уровней и алгоритм, устанавливающий логику их информационного взаимодействия.

Объектно-ориентированная технология (ООТ) предполагает представление предметной области, в частности, газотранспортных систем, в виде классов данных и вычислительных абстракций (процедуры, функции, алгоритмы и т.д.), отражающих поведение данных. Вычисление рассматривается как модель поведения. Все технологические объекты ГТС классифицируются на основе выделения общих и индивидуальных свойств. В результате были выделены базовые классы объектов (газовый поток, труба, датчик давления, потребитель, нагнетатель и др.) и производные классы (ЛУ, ГПА, КС, МГ и др.) (рис. 7).

Например, класс ГПА включает: атрибуты - НСИ, ограничения, состояния, расчетные параметры и методы - для расчета и для задания параметров (рис.8, табл.2). Такая система удобна для применения данного объекта в других

приложениях. Б качестве иллюстрации расчетных методов класса ГПА приведено несколько зависимостей.

Расчет объемного приведенного расхода газа па входе нагнетателя:

Q,í■ - ()■ / ^ , где: О - расход газа через ГПА при нормальных условиях; р» -

_ п

плотность газа при нормальных условиях; п = — - относительные обороты, п -

Рис. 6. Объектно-ориентированная система моделей ГТС.

текущая частота вращения нала (ой/мин); пи - поминальная частота вращения нала (об/мин); р - плотность газа при рабочих условиях: р = P,/(KZ,/1',J. /'«, - давление газа на входе П1Л; ZK- коэффициент сжимаемости газа (является функцией '/'„„ рЛ. '/«, - температура газа на входе ГПЛ; газовая постоянная: R /'« (ро ■ Ча). нормальные условия - /'„= 0.101325-10''н/м2, '/'„=293.15 К.

Расчет коэффициента удаленности от зоны помпажа:

Л',„ !~"с/() ■ где: (Л,„„-минимальный приведенный расход газа.

¡'асчет по:штропчческого КПД:

;/ а • Ь-Ок - с • О 2,с + d-О \с, где: а, Ь, с, d- коэффициенты аппроксимации характеристической кривой.

К.мсг Г ТС "п КС

Класс '

V

Класс |

А цел' КС р

K.wcc Кл^сс } Класс

тчрк .иnií* .r'.úij | крип

Класс АНО

Рис. 7 Схема классов объектов газотранспортной системы.

Расчет tkm.icпня ra at na m>¡xo<)c ГИЛ.

/V' í*hk ' >-*• i-'ie стонет, сжатия.

Математическое и информационное обеспечение полепечем фенажера, имичирукицич оспонные 1е\лологичсскис процессы фанспорш raía и опера шк-но-дислеччерское управление» включает модели режимов работы многоцехомых КС\ молель стационарной гачомередачи по МГ со сложными чнельями, модель стационарного лени)термического режима гачоперелачи но газотранспортным сетям и молель нестационарной гаюперодачи по Mí'.

Класс ГПА

Атрибуты;

Ограничения

Расчетные параметры

Методы:

Расчетные методы

Методы для задания параметров

Состояние

Класс Привод Класс Нагнетатель

Рис. В Схема класса ГПА.

Таблица 2.

Класс ГПА:

Атрибуты:

ПСИ по ГПА

Ограничения ни ГПА

float kz о максимально-допустимый коэф. загрузки ГПА

float rabk коэф. наработки агрегата

Сиспшмние ГПА

int kbp позиция открытия байпасного крана.

float has частота вращения.

Расчетные параметры

float pb давление газа на входе ГПА

float цкот коммерческий расход

float kud коэф. удаленности от зоны помпажа

float e степень сжатия.

float pn давление газа на выходе ГПА

Расчетные методы:

Расчет объемного приведенного расхода газа на входе нагнетателя

Расчет коэффициента удаленности от зоны помпажа

Расчет полнтропического КПД

Расчет степени сжатия

Расчет давления газа иа выходе

Расчет температуры газа на выходе

Расчет требуемой мощности

Расчет резерва мощности

Расчет коэффициента загрузки

Расчет топливного таза

Методы <)ля шЛания различных параметры агрегата

Класс Привод:

Атрибуты:

float enn номинальная мощность

float tvz номинальная температура воздуха на входе ГТУ

Класс Нагнетатель:

Атрибуты:

float qmirt минимальный приведенный расход

float zpr приведенный коэф. сжимаемости газа

float nst полнонапорный нагнетатель

Глава 5. Технология построении системы методов, приемов н правил диспетчерского управления в компьютерных интегрированных систем»* (тренажерных комплексах).

Определена структура диспетчерских знаний (рис 9). В процессе принятия решений диспетчер пользуется методами, правилами и приемами. Если методы базируются на теории оптимального управления, то приемы отражают эвристический характер принимаемых решений, а правила являются результатом накопленного опыта, который неоценим в условиях плохо формализуемых систем.

Методы. Для оперативного диспетчерского управления транспортом газа целесообразно получение оптимальных решений режимно-технологических задач.

При подготовке диспетчерского персонала, т.е. в процессе обучения оптимальные решения служат в качестве эталонных при решении УТЗ; на основе эталонных решений формируются диагностика и подсказка. В оптимизационной постановке уравнения течения в трубах служат ограничениями в виде равенств, границы технологических диапазонов работы оборудования играют роль ограничений в виде неравенств, а целевой функцией чаще всего выбираются затратные критерии, например, минимум издержек (в стоимостном или энергетическом исчислении) на перекачку заданного количества газа.

Приемы. Оптимальное решение иногда находится на границе ограничений, выраженных в виде неравенств (например, на пределе мощности или границе помпажной зоны нагнетателей). Такие режимы технологически являются неустойчивыми, и незначительные отклонения условий вынуждает качественно изменять режим (например, изменением технологической схемы соединения ГПА). В таких случаях оптимальный режим может оказаться нереализуемым из-за несоответствия расчетных и реальных условий функционирования. В связи с этим, целесообразно рассматривать рациональные режимы. Объективно существующая многокритериальность приводит к субъективности при выборе, что порождает разнообразие приемов при принятии решений.

Квалификация диспетчера

ситуации н задачи

алгоритмы принятия решения

объектно-о риентиро ва ниые модели (методы+атрибуты)

уровень Знания Умение принимать Умение принимать

критериев объекта решения в [кошении в аварийных

нештатных ситуациях ситуациях

классические

методы оптимизации

эвристическии подход

аварийные

Рис. 9. Структура знаний диспетчера.

Например, критерием локальной оптимизации для выбора режима КС. КЦ или ГПА может служить минимум энергетических затрат при заданном (с верхнего уровня) значении определяющего параметра. Таким параметром служит выходное давление КС (КЦ) с возможными вариациями но агрегатам в зависимости от особенностей технологии и измерительной аппаратуры. При отработке управляющих воздействий следует исходить из приоритета соблюдения технологических ограничений перед критерием оптимизации. Наиболее ответственным из ограничений является граница помпажной зоны. Вблизи зоны помпажа управление ведется в соответствии с требованиями стабильности режимов, а уж затем -поддержания уставок определяющих параметров.

Методы и приемы нашли свою рцалишцик» на ЛТК и ниде решения набора задач (табл. 3).

Правила. Опыт диспетчера может быть выражен совокупностью правил, которые приобретаются со временем по мере решения задач реального управления. Это позволяет эффективно использовать технологию экспертных систем.

В работе обобщен опыт развития и внедрения экспертных систем в нефтегазовой отрасли, показана актуальность использования технологии экспертных систем реального времени для решения таких проблем как:

- поддержка диспетчерских решений в нештатных и аварийных ситуациях, когда актуальна динамика процесса;

- аккумулирование диспетчерских знаний и организация преемственности в передаче опыта и профессионального мастерства;

- осуществление системной интеграции при синтезе системы управления.

Разработана методика построения динамической ЭС (на основе инструментальных средств 02). Следует заметить, что современные ЭСРВ стыкуются на верхнем уровне с системами БСАОА.

На примере П "Лентрансгаз" рассмотрена задача принятия решений в условиях нестационарного газопотребления. При составлении правил для экспертной системы реального времени используются параметры технологических ограничений. Технологические ограничения, проверяемые при работе ГПА, задаются математическими соотношениями в виде неравенств.

Таблица 3.

Задачи Методы Приемы

Определение оптимальной схемы соединения и оборотов ГПА КС ¿уровень КЦ и КС) Решение систем нелинейных алгебраических уравнений баланса потоков газа через ГПА, КЦ; Симплекс-метод минимизации функции затрат на ком премирование газа по оборотам ГПА Выбор типов ГПА КЦ-ов КС на основе показателя удельных затрат; Выбор схемы ГПА КЦ на основе их производительности и уставок параметров газового потока через КЦ

Расчст управлений байпас -ным дросселем БПД и оборотами ГПА с целью предотвращения нештатных ситуаций (уровень ГПА) Решение систем нелинейных алгебраических уравнений баланса потоков газа через ГПА и байпасный дроссель БПД; Итерационные методы совместного расчета оборотов ГПА и управлений БПД, обеспечивающих уставки параметров газового потока и соблюдение технологических ограничений. Разделение рабочей зоны производительности ГПА на: - зону, где возможно только открытие БПД; - зону, где управление БПД не допустимо (с целью предотвращения автоколебательных процессов управления); - зону, где возможно совместное управление оборотами ГПА и закрытием БПД

Расчет стационарных неизотермических режимов газопередачи по ГТС Решение систем нелинейных алгебраических уравнении баланса потоков газа через ГПА, КЦ; Решение систем нелинейных дифференциальных уравнений потока газа по трубе; Методы построения графа объектов ГТС, минимизации количества его элементов; Метод узловых потенциалов для расчета давлений газа в узлах графа ГТС, обеспечивающих балансы потоков газа по ребрам сети; Сочетание градиентных методов минимизации функции дисбалансов потоков газа по ребрам сети и методов анализа влияния выбора направлений изменения параметров газового потока по объектам ГТС на возможности их выхода за пределы ОДР Свертка последовательных цепочек объектов, объединение узлов графа; Автоматическое формирование (на основе анализа матрицы связей объектов графа и моделей объектов) и решение систем нелинейных уравнений баланса потоков газа в узлах проиволь-ного графа объектов ГТС; Регулирование получаемых решений системы уравнений балансов на основе правил, позволяющих ввести расчитываемые параметры газового потока во внутрь области ОДР

Расчет рациональных режимов газопередачи по МГ Сочетание: - методов расчета стационарных неизотермических режимов газопередачи по ГТС, - методов эвристического анализа ситуаций (возможных причин нарушения параметрами ОДР), - методов анализа влияния выбора направлений изменения параметров газового потока по объектам ГТС на возможности их выхода за пределы ОДР и на возможности достижения эвристической цели управления; Выбор в качестве цели управления эвристического правила максимальной загрузки головных КС, обеспечивающую максимальную производительность и экономичность транспорта газа по МГ при одних и тех же параметрах газового потока на входе и выходе МГ; Декомпозиция задачи выбора рационального режима газопередачи по МГ на два уровня: - уровень расчета рациональных давлений нагнетания Рнг КС; - уровень расчета оптимального режима работы ГПА каждой КС МГ, обеспечивающих полученные на предыдущем уровне параметры газового потока через КС.

Этапы

1 Формирование УТЗ для нештатных и аварийных ситуации

2 Разработка для каждой УТЗ плана экспериментов

3 Организация протокола действий диспетчера.

А Проведение машинных экспериментов и решение УТЗ

5 Оценка полученных решении и формулирование правил.

Методы и средства

Методика экспертного опроса

Тренажер исследовательского тина

Технология имитационного моделирования

Рис. 10 Схема формирования правил базы знаний ЭСРВ (с использованием АТК).

Граница удаленности от зоны помпажа:

КуЯ>К>д°п,) где: KyJotp - минимально допустимое значение коэффициента удаленности от зоны помпажа (обычно равен 1.1).

Ограничение по мощности:

Кш<Квг01р, где: Kur°'p- максимально допустимое значение коэффициента загрузки ГПА по мощности.

Ограничение по максимальному давлению нагнетания:

РНаг< Рта*. ,где: Ртах.максиматьно допустимое давление на выходе КС.

Ограничение по минимальному давлению всасывания:

P«c>Pm.n, где: Рт,„ - минимально допустимое давление на входе.

Ограничение сверху по температуре:

Тнаг<Ттах, где: Тгоах - максимально допустимая температура на выходе КС.

Предложена методика формирования правил принятия диспетчерских решений в нештатных и аварийных ситуациях, которая опирается на применение технологии имитационного моделирования на тренажере исследовательского типа (рис.10). Наиболее часто встречающиеся нештатные и аварийные ситуаций были получены на основе результатов экспертного опроса специалистов диспетчерских служб. Диспетчер, работая на тренажере в режиме исследования, имити-

рует заданную аварийную ситуацию и подбирает нужное решение. Далее на основе полученных решений формулируются правила.

Глава 6. Внедрение автоматизированных тренажерных комплексов диспетчерского управления транспортом газа.

В главе приводится описание и видеокадры разработанных АТК диспетчера по решению задач оперативного управления режимами работы КС и диспетчера по решению задач оперативного управления ГТС.

Тренажер по решению задач оперативного управления режимами работы КС содержит комплекс УТЗ, ориентированных на режимно-технологические расчеты в штатных, нештатных и аварийных ситуациях. Особенностью этого тренажера, также как и тренажера ГТС, является наличие исследовательского режима, который позволяет обучаемому самостоятельно компоновать фрагмент газотранспортной системы и задавать исходные данные. Например, в режиме исследования для тренажера КС предусмотрено решение комплекса задач управления КС, в частности, расчет режима работы КС при неизвестном выходном давлении или при иситвесгпом расходе через КС, оптимизация технологической схемы и оборотов управляемых ГПА, адаптация модели КС к реальным условиям эксплуатации, расчет концентрации вредных веществ. Решение этих задач позволяет создавать новые варианты учебно-тренировочных заданий для зарегистрированных КС, за счет изменения параметров газового потока на входе станции, а также задавая различные значения давления газа на выходе КС. Кроме того, предусмотрена регистрация и подготовка базы данных для новых КС, заведена нормативно-справочная информация, технические характеристики для основных типов приводов, нагнетателей и аппаратов воздушного охлаждения, которые используются в настоящее время. На рис. 11 представлена таблица режимных параметров КС.

В тренажере ГТС реализованы наиболее часто решаемые задачи оперативного диспетчерского управления: расчет параметров фактического режима (расчет динамики изменения параметров газового потока для нестационарного режима); расчет нового диспетчерского графика (оптимальное календарное пла-

Рис. 11 Таблица режимных параметров КС.

нирование, определение параметров нового режима при нештатных ситуациях, при изменении параметров газового потока на входе или выходе системы) и др.

Для системы повышения квалификации специалистов РАО "Газпром" организована компьютеризированная система подготовки диспетчерского персонала в транспорте газа. Контингент слушателей - персонал диспетчерских служб КС, ЛПУМГ, газотранспортных предприятий. Термин "компьютеризированная" поясняет тот факт, что все практические занятия проводятся в дисплейном классе на персональных ЭВМ, а компьютерные программы, реализованные в форме тренажеров и АОС, составляют единую методическую информационно-вычислительную базу. Основу компьютерного практикума составляют:

• тренажер по управлению КС;

• тренажер по управлению ГТС;

• АОС экологических знаний в транспорте газа;

3-4

• автоматизированная система профессиональной психодиагностики диспочс-ров в транспорте газа

Анализ состава слушателей системы повышения квалификации показал, что исходная подготовка дисиеперского персонала недостаточно соответствует современным требованиям информационных систем управления в транспорте газа: инженерное образование имеет немногим более половины диспетчерского персонала, почти отсутствуют специалисты в области управления и информатизации; только около 20% имеют отраслевое высшее образование.

Повышение квалификации диспетчерского персонала должно привести к сокращению

• расхода газа на собственные нужды;

• потерь газа за счет предотвращения нештатных ситуаций в результате обоснованных управленческих решений;

• потерь газа при возникновении аварийных ситуаций за счет оперативной оценки и приобретенных навыков управления;

• потерь газа в штатных ситуациях за счет уменьшения режимных переключений и др.

В условиях действия значительного числа факторов, взаимосвязанных и взаимодействующих между собой, трудно выделить непосредственно причинно-следственную связь между повышением уровня профессиональной подготовки и экономическими показателями. Согласно анализу, проведенному в РАО "Газпром", зафиксирована тенденция повышения времени наработки ГПА на отказ, снижение количества отказов на ГПА с увеличением количества обученного персонала.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе проведенных исследований и полученных результатов можно сделать следующие выводы.

1. Анализ состояния диспетчерского управления транспортом газа, тенденций развития АСУТП, проведенный на основе обобщения отечестветшого и зарубежного опыта, выявил значительное несоответствие между, с одной стороны, качественно новыми условиями работы, функциями диспетчерского персона-

ла н. с друтй стороны, уровнем полготовки диспетчеров и средствами по.иерж-ки для нринщия решении. П них условиях приобретает особую южное п. проблема автоматизации процессов принятия решений и обучения в диспетчерском управлении транспортом газа, так как диспетчерские ошибки чшуг принтеI и к существенным материальным потерям, экологическим катастрофам и человеческим жертвам.

2. Разработаны общесистемные принципы автоматизации процесса обучения и процесса принятия решений в диспетчерском управлении:

- предложена концепция построения автоматизированного тренажерт» о комплекса, принципиальным положением которой является реализация на компьютерном тренажере трех основных видов деятельности диспетчера: управления, исследования, обучения;

- разработана многоуровневая система моделирование, в которой на первом уровне - модель предметной области, на втором уровне - алгоритмы обучения и контроля; на третьем уровне - феноменологическая модель восприятия знаний и на четвертом уровне - модель системы человек-машина по замкнутому контуру.

3. Для автоматизированных тренажерных комплексов разработаны:

- архитектура, основными компонентами которой являются подсистема администратора, подсистема для организации интерфейса пользователя, модуль-обработчик событий, подсистема управления Не!р-справкам;'.. подсистема ведения регистрационных карт обучаемого, подсистема контроля действий обучаемого и оценки его профессионального уровня, подсистема управления архивами данных УТЗ и эталонных решений, подсистема отображения V. редактирования данных по всем объектам УТЗ, подсистема ввода обучаемым управляющих воздействий, подсистема имитации технологического процесса. АРМ диспетчера и др.

-методика построения, включающая принципы построения, рекомендации по математическому, информационному, программному и. другим видам обеспечения.

4. Создана объектно-ориентированная система моделей, которая позволяет: конструировать сложные технологические системы, алгоритмически и информационно связывая элементы-объекты; многократно исг^льзовать разработанные программы и/или их фрагменты в других приложениях. Предложена система базовых и производных классов, на основе которых разработан комплекс математического, информационного и программного обеспечения для компьютерного моделирования сложной газотранспортной системы сэ всеми ее техноло-

гическими объектами (многоцеховы.ми компрессорными станциями, многоатомными линейными участками, потребителями и др.).

5. Разработана технология применения системы методов, правил и приемов диспетчерского управления с использованием средства моделирования и искусственного интеллекта для анализа и оптимизации принимаемых решений. Для формализации правил и поддержки диспетчерских решений предложена технология экспертных систем. Разработаны методика проектирования динамических экспертных систем, использующая технологию имитационного моделирования для проведения на АТК машинных экспериментов с моделями газотранспортных систем.

6. Для диспетчерского управления транспортом газа разработаны автоматизированные тренажерные комплексы по управлению компрессорной станцией и газотранспортной системой. Прехюжена технолог!« применения нового класса тренажеров, которые могут быть использованы для обучения, проведения исследований при принятии решений по управлению технологическими процессами в нештатных и аварийных ситуациях и для реального управления з режиме советчика.

В РАО "Газпром" на основе автоматизированных тренажерных комплексов по управлению КС и ГТС создана и функционирует компьютеризированная система подготовки диспетчерского персонала. Указанные тренажерные комплексы и их отдельные задачи, а также другие компьютерные средства профессиональной подготовки используются в газотранспортных предприятиях и научных институтах для отработки проектных решений, а также в учебном процессе в Академии нефти и газа им. И.М.Губкина.

Основные научные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Григорьев Л.И., Сарданашвили С.А., Дятлов В.А. Компьютеризированная система подготовки диспетчерского персонала в транспорте газа. Москва: "Нефть и газ". 1996,- 198 с.

2. Григорьев Л.И. Основы построения компьютерных тренажеров для подготовки диспетчерского персонала в АСУТП. Труды третьей Всесоюзной научно-технической конференции "Тренажеры и компьютеризация профессиональной подготовки" (г. Калининград, октябрь 1991г.) СНИО (Комитет по техническим средствам и методам обучения). Пушкин 1993 - 82-88с.

3. Григорьев Л.И. Имитационное моделирование и обучающие системы в транс-

порте газа. М.: ВНИИЭгазпром, Обз. инф. Сер. Транспорт н подземное храпение газа Вып. 1988. - 30с.

4. Григорьев Л.И. Компьютерные средства обучения и профессиональной подготовки. Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности, вып. 2, 1994 - 2-6 с.

5. Григорьев Л И., Ионкин С П. Системы, основанные на знаниях, и их применение в нефтегазовой промышленности. ВИИЭГазпром. Серия: в помощь экономическому образованию. Обз. инф., вып. II-12. 1989-56 с.

6. Григорьев Л.И., Кузнецова Л.В., Митичкин С.К. Молотков Г.П., Юдовский О.В. Имитационное моделирование газотранспортных систем в задачах диспетчерского управления. М.: МИНГ им. И.М.Губкина,1989-50 с.

7. Битюков В.С.,Григорьев Л.И.Подмарков В.Ю.,Сарданашвили С.А. Проблемы развития системы диспетчерского управления РАО "Газпром". Тезисы докладов 2-й научно-технической конференции "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России", посвященной 850-летию г.Москвы. ГАНГ им.И.М.Губкина 22-24 янв. 1997.

8. Владимиров А.И., Григорьев Л.И. Компьютерные технологии профессиональной подготовки инженерных кадров. Высшее образование в России , вып.4, 1995.

9. Григорьев Л.И. Автоматизированный тренажер для подготовки диспетчерского персонала газотранспортных производственных объединений. Тезисы докладов. 11 Школа-семинар по проблемам трубопроводного транспорта Уфа, 1988- 55-56 с.

10. Григорьев Л.И. Задачи разработки диспетчерского тренажера в транспорте газа. ВНИИЭгазпром, Газовая пром. Серия: экономика, организация и управление производством в газовой пром. Вып.З., 1988 - 1-4с.

11. Григорьев Л.И. Методология построения тренажеров исследовательского типа. Тезисы докладов Межвузовской научно-практической конференции "Эффективность информационных технологий обучения в высшей школе", г. Новороссийск, 1994.

12. Григорьев Л.И. Организация и методика контроля знаний в компьютерном обучении. Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. Вып. 4-5. 1995. - 3-7 с.

13. Григорьев Л.И. Уровни моделирования в компьютерном обучении. Тезисы

докладов 4 Всероссийской научно-методической конференции "Тренажеры и компьютеризация профессиональной подготовки". Москва, 1994.

14. Григорьев Л.И., Арабаджи М.С. Экспертные системы и их применение (на примере нефтегазовой геологии). - М.: ИРЦ "Газпром", 1993.-69с.

15. Григорьев Л.И., Кузнецова Л.В. Особенности обработки результатов машинных экспериментов в процессе обучения на диспетчерском тренажере. ВНИИ-Эгазпром, Газовая пром. Серия: экономика, организация и управление производством в газовой пром. Вып. 3., 1988 - 14-17 с.

16. Григорьев Л И., Митичкин С.К. Организация информационного обеспечения тренажера -диспетчера ГТС. Газовая промышленность. Вып. 4, 1988- 32-35с.

17. Григорьев Л.И., Молотков Г.П., Митичкин С.К. Разработка структуры имитационной двухуровневой информационно-вычислительной модели оперативного управления газотранспортными системами. Газовая промышленность. Серия: экономика, организация и управление производством. Вып.З, 1986 -19-24 с.

18. Григорьев Л. И., Панкратов B.C., Юдовский B.C. Учет нестационарного газопотребления для оперативного управления газотранспортными системами. Газовая промышленность. Серия: экономика, организация и управление произ-водством.Вып.2, 1987 -5-9с.

19. Григорьев Л И., Сарданашвили С.А. Возможности применения экспертной системы реального времени в системе оперативного управления транспортом газа и в компьютерных обучающих комплексах. Материалы семинара "Экспертные системы реального времени ", Москва , 1995,- 82-88с.

20. Григорьев Л.И., Сарданашвили С.А., Мур Р. Динамические экспертные системы (на основе G2) в управлении трубопроводным транспортом газа. Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности, вып. 1112.1996.

21. Григорьев Л.И., Надирадзе И.А., В.М., Степанкина O.A. Информационно-обучающая система оперативного управления и проектирования процесса испытания скважин. Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности, вып. 2, 1994 - с. 11-12.

22. Budarin V.B., Dyatlov V.A., Chernoivanov V.A. Grigoriev L.I. Computer Tools and Simulators in the System of Pennanent Education in the Gas Industry. Ill World Symposium of Computing in the Gas Industry, 26 - 29 April 1993 Wurzburg

(Germany).

23. Grigonev L.I.,Posijagin B.S.,Podinarkov V.U., Sardanachvili S.A. Supervision des systèmes complexes de transport de gaz. 20-e Congress Mondial du (¡a/.. Copenhague, 10-13 Juin, 1997 (в печати)

24. Grigoryev L.I., Leonov D.G., Sardanaslivili S.A. An Object-Oriented Approach to the Development of the Training Programs with the Means of I:\pert Systems. International Conference of Engineering Education. Absracts. 1CHE'95. May 23-25, 1995, Moscow, Russia.



1 \vm БАК Pocceií

freinte CT " /¿ " í 9¿?r.( №

ti ашсу^ил ученую степень ДОКТОР ¿ i

ашьшк управления ßAK Россия

!

<' /

У

00.

и и

-

3

Государственная ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени

Академия нефти и газа им.И.М.Губкина

На правах рукописи УДК 658.52.012.56: 007.51: 622.691.4

Григорьев Леонид Иванович

Автоматизация процессов обучения и принятия решений в диспетчерском управлении транспортом газа

05.13.07 - Автоматизация технологических процессов и производств

(промышленность)

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1997

АННОТАЦИЯ

Качественное изменение содержания диспетчерского управления технологическими процессами транспорта газа, вызванное повышением сложности объекта управления и непрерывным внедрением новых информационно-вычислительных и программных систем, не обеспечивается средствами для проверки принимаемых решений и не сопровождается адекватными изменениями в подготовке диспетчерского персонала.

В современной человеко-машинной системе ведущую роль в управлении технологическими процессами и производствами играет диспетчер, который объединяет все компоненты системы для выполнения разнообразных функций управления. Вместе с тем, подготовка диспетчерского персонала до сих пор не является системой, и не имеет единой с объектом и средствами управления практической базы. Ошибки диспетчеров могут привести к существенным материальным потерям, человеческим жертвам, значительному экологическому ущербу.

Решение этой проблемы состоит в автоматизации процессов обучения и принятия решений в диспетчерском управлении транспортом газа. Разработка компьютерных систем, обеспечивающих автоматизацию процессов принятия решений и обучения в диспетчерском управлении транспортом газа, имеет важное народнохозяйственное значение.

В качестве средств автоматизации в диссертационной работе предложены диспетчерские тренажерные комплексы, на которых процессы обоснования принимаемых решений и обучения взаимосвязаны. Поставленная цель потребовала решения нескольких логически связанных между собой задач:

- создания общесистемных основ интеграции процессов управления и обучения;

- разработки методики построения диспетчерских автоматизированных тренажеров;

- разработки комплекса математического, информационного и программного обеспечения для компьютерного представления сложной газотранспортной системы;

- создания технологии построения и применения системы методов, правил и приемов диспетчерского управления, использующей как практический опыт диспетчерского персонала, так и современные методы моделирования, оптимизации и анализа.

Приводится описание автоматизированных тренажерных комплексов по управлению режимами работы компрессорной станцией и по управлению режимами работы газотранспортной системой. Внедрена в РАО "Газпром" компьютеризированная система подготовки диспетчерского персонала в транспорте газа.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

1. СОВРЕМЕННЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

В ДИСПЕТЧЕРСКОМ УПРАВЛЕНИИ ТРАНСПОРТОМ ГАЗА

(СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ) 8

1.1 Характеристика Единой системы газоснабжения России как объекта диспетчерского управления В

1.2 Отечественный и зарубежный опыт организации и реализации систем диспетчерского управления в транспорте газа 9

1.2.1 Организационно-производственная структура, функции и задачи диспетчерских служб в условиях интенсивного внедрения современных информационных технологий. 9

1.2.2 Управление процессом транспорта газа на основе систем типа ЯСАВА (зарубежный опыт). 14

1.3 Автоматизация процессов обучения и принятия решений в диспетчерском управлении транспортом газа (постановка задачи исследования). 24

1.3.1 Анализ диспетчерской деятельности. 24

1.3.2 Характеристика системы подготовки и повышения квалификации диспетчерского персонала в газовой отрасли. 29

1.3.3 Анализ тенденций развития АСУТП 30

1.3.4 Постановка задачи исследования. 32

1.4 Выводы. 35

2. СИСТЕМНЫЕ АСПЕКТЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ ОБУЧЕНИЯ

И ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В ДИСПЕТЧЕРСКОМ УПРАВЛЕНИИ 37

2.1 Системная интеграция как основа создания и совершенствования автоматизированного управления сложными процессами и объектами. 37

2.2 Концепция построения автоматизированных тренажерных комплексов

для диспетчерского персонала 42

2.2.1 Компьютерное обучение: анализ состояния, принципы построения и информационные технологии 42

2.2.2 Функциональное назначение и характеристика автоматизированных тренажерных комплексов в диспетчерском управлении транспортом газа. 48

2.3 Методология моделирования при построении диспетчерских тренажерных комплексов 58

2.4 Выводы. 68

3. СОСТАВ, СТРУКТУРА И ОРГАНИЗАЦИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ДИСПЕТЧЕРСКОГО ПЕРСОНАЛА В ТРАНСПОРТЕ ГАЗА

С АВТОМАТИЗИРОВАННЫМ ТРЕНАЖЕРНЫМ КОМПЛЕКСОМ 69

3.1 Типовая архитектура, назначение, схема взаимодействия основных

функциональных блоков . 69

3.2 Организация на основе информационных технологий процесса

взаимодействия диспетчера с тренажерным комплексом 74

3.3 Выводы. 80

4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ, ИНФОРМАЦИОННОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ТРЕНАЖЕРНЫХ КОМПЛЕКСОВ,

ИМИТИРУЮЩИХ ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ И ПРОЦЕССЫ ТРАНСПОРТА ГАЗА. 81

4.1 Характеристика основных режимно-технологических задач, решаемых диспетчерскими службами в процессе оперативного управления ГТС. 81

4.2 Технология объектно-ориентированного математического представления

сложных газотранспортных систем 81

4.3 Модели математического представления многоцеховых КС 90

4.4 Модели математического представления стационарных и нестационарных

газовых потоков в ГТС 94

4.5 Выводы 112

5. ТЕХНОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ МЕТОДОВ, ПРАВИЛ И ПРИЕМОВ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В ДИСПЕТЧЕРСКОМ УПРАВЛЕНИИ ТРАНСПОРТОМ ГАЗА 113

5.1 Анализ структуры и технологии принятия диспетчерских решений

в интегрированных системах. 113

5.2 Методы и алгоритмы оптимизации режимов газопередачи

в газотранспортных системах 116

5.3 Эвристические приемы и расчет рациональных режимов 125

5.4 Применение технологии экспертных систем в управлении транспортом газа

и принятие диспетчерских решений на основе правил. 130

5.4.1 Анализ состояния развития экспертных систем и их применение

в нефтегазовой отрасли. 130

5.4.2 ЭСРВ - средство автоматизации обучения и принятия решений

в диспетчерском управлении транспорта газа. 137

5.5 Выводы 159

6. ВНЕДРЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ТРЕНАЖЕРНЫХ КОМПЛЕКСОВ ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТОМ ГАЗА 160

6.1 Описание тренажерных комплексов как средств автоматизации обучения и

принятия решений в диспетчерском управлении транспортом газа. 160

6.1.1 Тренажер диспетчера по решению задач оперативного управления

режимами работы КС 160

6.1.2 Тренажер диспетчера по решению задач оперативного управления ГТС 176

6.2 Внедрение автоматизированных тренажерных комлексов в отраслевую систему повышения квалификации и в систему диспетчерского управления транспортом газа 197

6.3 Выводы. 202 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 203 СОКРАЩЕНИЯ 205 ЛИТЕРАТУРА 207

Введение

Актуальность проблемы. Газовая промышленность занимает ключевое место в )ссийской экономике. Основой Единой системы газоснабжения (ЕСГ) России является сеть агистральных газопроводов (МГ), имеющих общую протяженность около 145 тыс. км. и 14 компрессорные станции (КС). Управление ЕСГ осуществляется многоуровневой систе-эй диспетчерских служб.

Активное внедрение в газотранспортную подотрасль передовых компьютерных тех-элогий автоматизации управления технологическими объектами и процессами привело к армированию на рабочем месте диспетчера новых условий информационно-программной >еды. Своевременное выполнение контрактных обязательств, обеспечение экологической »опасности в условиях объективно существующего в транспорте газа технологического юка требует повышения надежности принимаемых решений. Функции диспетчера значи-яьно расширились; от диспетчера требуется умение анализировать конкретные ситуации и эинимать системно обоснованные решения. Диспетчер должен иметь возможность моде-фовать на компьютере возникающие ситуации и оценивать альтернативные варианты.

Проблема заключается в том, что качественное изменение содержания функций юпетчеров в транспорте газа, вызванное повышением сложности объекта управления и ироким внедрением новых информационно-вычислительных систем, не обеспечивается ютветствующими средствами для проверки принимаемых решений и не сопровождается (екватными изменениями в подготовке диспетчерского персонала.

Эффективным способом решения этой проблемы является совместная автоматиза-ш процессов обучения и принятия решений в диспетчерском управлении транспортом га, что приведет уменьшит противоречие между интенсивным внедрением новых технолога управления и устарелыми представлениями о способах управлении. Разработка компью-:рных систем, обеспечивающих автоматизацию процессов принятия решений и обучения в ютетчерском управлении транспортом газа, имеет важное народнохозяйственное значе-1е.

Связь темы диссертации с плановыми исследованиями. Данная работа выполнясь в рамках Комплексного плана научно-технических мероприятий по развитию системы ^прерывного обучения специалистов РАО "Газпром"; в соответствии с программой Мини-ерства науки и технической политики РФ "Применение перспективных информационных ¡хнологий в науке и технике"; по планом научных исследований Академии нефти и газа л.И.М.Губкина.

Целью настоящего исследования является автоматизация процессов принятия ре-ений и обучения в диспетчерском управлении транспортом газа.

В качестве средств автоматизации предлагаются тренажерные комплексы, обеспе-геающие взаимосвязь процессов обоснования принимаемых решений и обучения. Для дос-

жения поставленной цели потребовалось решить ряд логически связанных между собой дач:

- разработать общесистемные основы интеграции процессов управления и обуче-

м;

- создать методику построения диспетчерских автоматизированных тренажеров;

- разработать комплекс математического, информационного и программного обес-:чения для компьютерного моделирования сложной газотранспортной системы;

- создать технологию построения и применения системы методов, правил и приемов юпетчерского управления, использующей как практический опыт диспетчерского персона-I, так и современные методы анализа, моделирования и оптимизации процессов управле-

1Я.

Методы исследования. Использованы системный анализ, методы теории автомати-;ского и автоматизированного управления, имитационное моделирование сложных сис-:м, методы теории искусственного интеллекта,.

Научная новизна. В работе проведено теоретическое обобщение исследований по >зданию и развитию средств и методов автоматизации процессов обучения и принятия ре-ений в диспетчерском управлении транспортом газа. Впервые получены следующие науч->ге результаты.

1. Разработаны общесистемные основы автоматизации процессов обучения и приня-1я решений в диспетчерском управлении:

- предложена концепция построения автоматизированного тренажерного комплекса, жнципиальным положением которой является интеграция на компьютерном тренажере >ех видов деятельности диспетчера: управления, исследования, обучения;

- разработана многоуровневая система моделирования, в которой на первом уровне модель предметной области, на втором уровне - алгоритмы обучения и контроля; на треть-/I уровне - феноменологическая модель восприятия знаний и на четвертом уровне - модель ункционирования системы человек-машина по замкнутому контуру.

2. Разработана архитектура и методика построения автоматизированных тренажерах комплексов, включающая принципы построения, рекомендации по организации мате-атического, информационного, программного и других видов обеспечения.

3. Исследована и разработана система объектно-ориентированных моделей и на ее ;нове создан комплекс математического, информационного и программного обеспечения ш компьютерного моделирования сложной газотранспортной системы (ГТС) со всеми ее :хнологическими объектами (многоцеховыми компрессорными станциями, многониточ-э1ми линейными участками, потребителями и др.).

4. Разработана технология построения и применения системы методов, правил и эиемов диспетчерского управления с использованием средств моделирования и искусст-знного интеллекта для анализа и оптимизации принимаемых решений.

5. Для автоматизации процессов принятия решений и обучения на основе экспертах систем разработаны:

- методика построения динамической экспертной системы;

- методика формирования правил принятия решений с использованием технологии митационного моделирования.

Практическая ценность и реализация работы. Практическая ценность выполнений работы заключается в создании компьютерных тренажерных комплексов качественно эвого класса, обеспечивающих автоматизацию процессов обучения и принятия решений в дспетчерском управлении транспортом газа.

В результате применения автоматизированных тренажерных комплексов уменьшайся вероятность диспетчерских ошибок, приводящих порой к авариям, к экологическим 1тастрофам и человеческим жертвам.

Разработаны автоматизированные тренажерные комплексы по управлению компрессной станцией и газотранспортной системой, а на их базе в РАО "Газпром" (в рамках от-юлевой системы повышения квалификации) организована компьютеризированная система здготовки диспетчерского персонала в транспорте газа. Тренажерные комплексы и их отельные подсистемы переданы для применения в АО "Газавтоматика", в газотранспортное редприятие "Мострансгаз" и др.

Выполненные исследования следует рассматривать как этап на пути перевода провеса обучения в производственный процесс передачи знаний с применением средств управ-5ния и автоматизации. Тренажерные системы аккумулируют знания предметной области 1к в виде математических моделей или алгоритмов, так и в форме базы экспертных знаний.

Апробация работы. Основные теоретические и экспериментальные результаты, из-эженные в диссертации, докладывались и обсуждались на Всесоюзных, Всероссийских и [еждународных научно-технических конференциях, совещаниях и семинарах, таких как: 3-я 4-я Всесоюзная научно-техническая конференция "Тренажеры и компьютеризация профес-юнальной подготовки" (г. Калининград, 1991 г.; г.Москва, 1994 г.); 3-й Международный шпозиум по компьютеризации в газовой промышленности (Германия, г. Вюртсбург, ап-ель 1993 г.); Международная конференция Юнеско по инженерному образованию (г. Моск-I, май 1995 г.); Международный симпозиум "Горнорудный Пржибрам в науке и технике" ЮФР, г. Пржибрам, 1991 г.); Республиканская научно-техническая конференция " Автома-тция технологических процессов" (г. Минск, 1995 г.) и др.

Публикации. По результатам научных исследований опубликовано 44 печатные ра-эты (в том числе одна монография).

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, шесть глав и заклю-ение, список используемых источников (143 наименования), 7 таблиц, 87 рисунков и имеет 5щий объем 217 страниц.

1. Современные информационные технологии в диспетчерском управлении транспортом газа (состояние проблемы и постановка задачи исследования).

1.1 Характеристика Единой системы газоснабжения России как объекта диспетчерского управления.

Единая система газоснабжения России (ЕСГ) - сложная система, включающая газовые промыслы, разветвленную сеть магистральных газопроводов, подземные хранилища газа, газохимические заводы. Газотранспортные системы (ГТС), как важнейшая составная часть ЕСГ - это многониточные магистральные газопроводы большого диаметра, имеющие сложные конфигурации линейных участков и многоцеховые компрессорные станции (КС).

В состав ЕСГ входит 8 газодобывающих и 14 газотранспортных предприятий, 4 газоперерабатывающих завода, 16 станций подземного хранения газа (СПХГ), 3070 газораспределительных станций (ГРС), 661 компрессорный цех (КЦ). Протяженность магистральных газопроводов и газопроводов-отводов составляет 145000 км, в том числе 48000 км газопроводов большого диаметра. Основными структурными подразделениями РАО "Газпром" являются региональные газодобывающие и газотранспортные предприятия (ГТП).

Газовая промышленность рассматривается в настоящее время как основа качественного совершенствования и количественного роста топливно-энергетического комплекса России. Удельный вес природного газа в структуре производства первичных энергоресурсов страны постоянно растет и составляет сегодня примерно 50%. Возрастают экспортные поставки природного газа в страны ближнего и дальнего зарубежья.

Увеличение добычи газа в России (после 2000 г.) будет обеспечивать