автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Информационная технология автоматизированного управления техническим обслуживанием трубопроводного транспорта

САНКГ-ПЕГЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Р 2 ОД ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ

На правах рукописи

Киселев Владимир Геннадьевич

ИНЗОРЩИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМ ОБСЛУЖИВАНИЕМ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА

Специальность 05.13.07 - Автоматизация технологических

процессов и производств

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1993

Работа выполнена на кафедре автоматизации технологических процессов и производств Санкт-Петербургского Государственного университета водных коммуникаций.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Дулибанов Ю.М.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Кузнецов С. Е.,

кандидат технических наук, доцент Гурин Ю.Ы.

Ведущее предприятие - Академия коммунального хозяйства им.Памфилова К.Д., г.Москва

Защита диссертации состоится . 1993г.

в час. $0 мин. в ауд. ^на заседании

специализированного совета Д 116-01.03 в Санкт-Петербургском Государственном университете водных коммуникаций по адресу: 198035, г.Санкт-Петербург, ул.Двинская, д.5/7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СП1УВК Автореферат разослан 1993г.

Ученый секретарь специализированного совета Цулиаанов Ю.М.

I. ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования.

Трубопроводный транспорт континуальных энергоносителей является значительным элементом единой транспортной системы, важным фактором развития топливно-энергетического комплекса (ТЭК) как в масштабе страны, так и для ее локальных, региональных подсистем.

Антикоррозионная защита (АКЗ) систем трубопроводного транспорта ТЭК играет превалирующую роль в общем комплексе их технического обслуживания, являясь необходимым условием их безаварийной эксплуатации, предпосылкой существенной экономии материальных, трудовых и экологических ресурсов.

Наблюдаемое расхождение между темпами развития материально-технической базы ТЭК и производственно-экономическими показателями трубопроводного транспорта, в значительной мере, обусловлено недостаточным резервированием его надежности средствами электрохимической (катодной) АКЗ, причем наибольшее отставание (с учетом мировой практики эксплуатации трубопроводов) проявляется в области информационной технологии управления.

Создаваемая иерархия функциональных подсистем АСУ трубопроводного транспорта - от магистральных трубопроводов до локальных сетей городской инфраструктуры - предусматривает автоматизацию управления техническим обслуживанием, преяухе всего АКЗ. Это предполагает, в свою очередь, разработку методологии технической, технологической и экономической оптимизации управления, создание и исследование соответствующих оптимизационных моделей.

Объективная потребность в разработке оптимальной информационной технологии АКЗ обусловливает актуальность темы диссертационного исследования.

Состояние изучаемой проблемы

В проблеме совершенствования АКЗ можно выделить два основных направления. Первое, "технологическое", связано с разработкой новых изолирующих покрытий, совершенствованием технических устройств и методов катодной защиты. Это направление исследований представлено работами Н.П.Глазова, А.М.Зиневича, А.А.Гюдгорного, В.В.Притулы, И.В.Стрижевского, В.Н.Остапенко, И.Н.Зранцевича и других ученых. Оно связано со значительными капитальными вложениями и ориентировано прежде всего на магистральные газо- и нефтепроводы.

Второе, "общесистемное", "управленченское" направление повышения эффективности АКЗ не связано напрямую с существенными затратами и предполагает распространение на действующую систему технического обслуживания теоретико-системных принципов организации управления и планирования на базе экономико-математических методов и средств вычислительной техники. Основополагающие в втой области результаты, имеющие общеметодологическоо значение, формировались в фундаментальных исследованиях В.^.Глушкова, А.Г.Гранберга, Л.Б.Канторовича, В.Д.Ьаакарова, Г.С.Поспелова, И.ш.Сыроежина, Н.П.йедоренко, а также других ученых.

Применительно к проблемам 13К это направление конкретизировалось в работах А.А.Воронова, В.А.Веникова.

Различным аспектам оптимизации функциональных систем городской инфраструктуры посвящены работы А.П.Артынова, А.М.Зиневича, С.А.Панова, И.В.Романовского. Об еле вопросы управления транспортными системами, его технического обеспечения рассматривались в работах О.И.Авена, А.Л.Бакаева, А.С.Бутова, Д.В.Гаекарова, С.А.Попова, В.И.Савина, В.В.Сахарова.

Экономико-кибернетические проблемы трубопроводного транспорта изучались в работах А.А.Александрова, А.а.Комягина, Б.Л.Кучина, В.С.Панкратова, И.З.Рубинова, И.Я.¿¿урмана, С.Г.Щербакова, В то же

время последнее направление далеко от исчервывающего решения, поскольку применение математических методов и ЭВМ с целью оптимизации АКЗ сосредоточены, в основном, на электротехнических и электрохимических аспектах, почти не затрагивая информационную технологию управления, вопроеы его автоматизации. Это рвязано как с отсутствием методологии оптимального управления АКЗ в рамках экстремальных моделей, так и о недостаточным уровнем разработки их информационных аспектов.

Цель исследования заключается в разработке методических основ оптимизации и энтропийно-информационного анализа управления АКЗ в автоматизированном человеко-машинном контуре на базе использования математических методов и ЭВМ в концепции системного подхода.

Присущая трубопроводным системам пространственная рассредоточен-новть обусловливает распределенность управления АКЗ, стохастичность обслуживающих его материальных и информационных потоков, нестабильность экономических результатов. В соответствии со сформулированной целью исследования в диссертации решаются следующие основные задачи:

- системный анализ службы АКЗ городского ТЭК, действующих структур и методов управления ею;

- выбор направлений системной оптимизации и автоматизации управления АКЗ;

- разработка методики синтеза структуры автоматизированной подсистемы контроля и диагностирования АКЗ;

- исследование взаимодействия технических, технологических и экономических критериев эффективности АКЗ;

- разработка методики энтропийной характеризации информационной технологии оптимального управления АКЗ;

- разработка комплекса экономико-математических моделей оптимизации структуры (оснащения и размещения) системы АКЗ;

- разработка методики оптимального управления ремонтом защищав-

логии управления; предложены формулы для оценки количества информации, содержащейся в управляющих решениях.

0. Разработан комплекс моделей оптимального оснащения и размещения системы АКЗ (станций катодной защиты); предложены соответствующие квазиоптинизирующие алгоритмы решения.

7. Построена математическая модель и получено (методами теории оптимального управления с использованием принципа максимума) аналитическое решение для задачи управления коррозионным процессом; на этой основе предложена методика оптимизации межремонтного цикла.

8. Определена методика оценки экономической, технической и технологической эффективности информационной технологии автоматизированного управления АКЗ.

Практическая ценность. В результате исследования обоснована целесообразность и эффективность организации управления АКЗ на базе АСКД; определены техническая, организационная и алгоритмическая структура последней.

Разработана методика оптимального оперативного и долгосрочного управления процессом АКЗ трубопроводного транспорта.

Реализация работы. Результаты, полученные в составе диссертации прошли апробации и получили практическое использование:

1. В проектном институте "Ленгипроинжпроект", в части математического моделирования и алгоритмизации задач оптимального размещения

и оснащения станций катодной защиты на городских трубопроводных сетях.

2. Во ВНИИ постоянного тока им.Курчатова, в части оптимального управления защитны.) потенциалом (математическая модель в рамках теории оптимального управления и ее аналитическое решение с использованием принципа максимума и содержательная интерпретация результатов).

3. На предприятии "Антикор" ТПО ЛенТЭК, в части:

3.1. Системного анализа управления антикоррозионной защитой г. Санкт-Петербурга.

3.2. Обоснования критериев эффективности автоматизированного-управления антикоррозионной защитой.

3.3. Моделирования и алгоритмизации задач оптимального размещения и оснащения станций антикоррозионной защиты.

Апробация работы. Основные результаты, представленные в диссертации, докладывались автором и были одобрены на межрес-пуоликанском семинаре "Защита подземных сооружений от коррозии" (11-12 октября 1990г. в г.Ленинграде) и научном семинаре Санкт-Петербургского Государственного университета экономики и финансов по итогам научно-исследовательских работ за 1992г., секция "Системы технологий" (апрель 1993г.).

Публикации. Основные положения диссертации отражены в 7 публикациях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 97 наименований и 4~х приложений. Содержит 162 страницы основного текста, включая 2 таблицы и 25 рисунков.

И. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе анализируется действующая система управления АКЗ трубопроводной сети городского ТЭК, исследуются особенности информационной технологии управления. Под информационной технологией управления в диссертации понимается совокупность методов регламентации, формализации, автоматизации и оптимизации управленческих функций, направленная на внедрение технических и экономических инноваций в новых условиях хозяйствования и позволяющая исследовать связь

информационного и организационного содержания управляют« решений.

Трубопроводный транспорт, как объект управления, имеет ряд особенностей, выделяющий его в ряду транспортных отраслей: перемещение континуальных сред (а не дискретных транзактов); низкий уровень удельных капитальных затрат; быстрый срок окупаемости; отсутствие сезонных влияний; стандартность качества транспортируемой продукции. Коррозионный процесс является причиной высокой степени недетерминированности функционирования трубопроводов, низкой надежности управления техническим обслуживанием (до 40% отказов).

Нисходящая иерархия одного из срезов городской инфраструктуры последовательно образуется топливно-энергетическим комплексом, сетью подземных металлических трубопроводов (СШТ) и службой антикоррозионной защиты последнего. Коррозионные условия СПИТ Санкт-Петербурга весьма неблагоприятны; при этом лишь 19$ линейной части трубопроводов имеют срок эксплуатации менее 10 лет. Скорость коррозии достигает 2 мм в год.

В составе мероприятий АКЗ вьщеляются три основных направления: механическая изоляция стенок, химическая дезактивация грунтов и, наконец, рассматриваемая в диссертации катодная защита путем наложения отрицательного потенциала на трубопровод. В организационном и функциональном отношении АКЗ - звено системы планово-предупредительного ремонта, а именно, межремонтное обслуживание.

Изучение сложившейся практики организации и управления АКЗ выявило следующие их недостатки: низкая надежность защитных устройств; отсутствие систематического контроля-диагностики в оперативном режиме по всему периметру СШТ; отсутствие методологии оптимизации АКЗ; необеспеченность контура управления и периферийных подсистем средствами вычислительной техники. В условиях постоянного расширения СШТ построение АСУ АКЗ на базе автоматизированной системы контроля и диагностики является эффективным средством обработки увеличивающихся

информационных потоков обеспечения гибкой технологии управления, допускающей вариантность обработки контрольно-диагностической информации в зависимости от идентифицируемых проблемных ситуаций; последнее предполагает также исследование и систематизацию параметров коррозионного процесса и процесса АКЗ с точки зрения их приоритетности, характера динамики и вида корреляционных связей.

Автоматизация управления АКЗ должна осуществляться в концепции автоматизированных рабочих мест с ориентацией на распределенные вычислительные сети. В связи с неразвитостью представлений об интенсификации технического обслуживания СПИТ необходимо содержательное определение круга задач оптимизации управления, построения и алгоритмизации соответствующих математических моделей.

Первоочередными, дающими наибольший прирост эффективности, выбраны задачи оптимизации оснацения станций катодной защиты, их размещения, а также оптимального управления скоростью коррозии и, как следствие, - межремонтным циклом. Их решение служит методологической основой алгоритмического обеспечения АСВД, средством моделирования связи функции технического обслуживания с экономическими, надежностными факторами и с фактором времени. При »том адекватно учитывается установленная двойственная функция АКЗ: с одной стороны - как вспомогательной системы резервирования надежности СПМТ, а с другой - как автономного субъекта хозяйствования в условиях рыночной экономики.

Вторая глава посвящена разработке и исследованию методов оптимального синтеза АСВД АКЗ.

Создание АСВД предполагает анализ объекта контроля: его надежностных характеристик, контроля пригодности и иерархической управляемости. Совокупное рассмотрение этих вопросов является методологической предпосылкой создания автоматизированной системы технической эксплуатации объекта (АСТЭ). Цель функционирования АСТЭ определяется как минимизация трудовых затрат при обеспечении заданного качества обелу-

кивания и заданном уровне капитальных и эксплуатационных затрат.

Цель управления формализуется в виде задачи оптимального управления , , . //

V - 5 ■('м Гу, Л ,

где у ~ оптимальная стратегия; Т^ - прогнозируемое время жизни системы; - настраиваемый параметр; - математическое ожидание требуемой численности персонала; К^ - вектор показателей качества обслуживания; ю - траектория процесса; К^ - вектор нормативов; ^ - вектор неуправляемых параметров, характеризующий развитие объекта обслуживания и среды.

Ввиду большой размерности и пространственной распределенности объекта, решение задачи (I) возможно лишь при распараллеливании процесса обработки информации и передаче права принятия решения нижнш уровням иерархии. Это приводит к синтезу АСТЭ рассредоточенного объекта как распределенной вычислительной сети.

Применительно к технологическому процессу АКЗ АСТЭ (АСКД) предполагает реализацию следующих функций:

- контроль и измерение на сетях;

- сбор и отображение получаемой при этом информации;

- диагностика оборудования и локализация отказов;

- ситуационный анализ;

- выработка управляющих решений;

- передача управляющих сигналов.

Анализ существующих АСТЭ подтверждает сделанный в работе вывод о том, что основу структуры унифицированной АСТЭ должна составлять распределенная информационно-управляющая система (И1УС) с многоуровневой иерархической структурой управления. Число уровней (иерархий) определяется периметром объекта (СПМТ), количеством объектов контроля и уп-

равления и структурой дерева целей СТЭ. Базовой единицей организационной и территориальной структуры СТЭ является территориальный центр технической эксплуатации и управления (ТЦГЭУ) с вычислительной системой (ВС). За кандым ТЦГЭУ закрепляется зона эксплуатации (участок СШТ). Обобщая тенденции построения АСТЭ отрасли, а также учитывая территориальную распределенность технологического оборудования, унифицированный ТЦГЭУ можно представить в виде двухуровневой структуры.

Нижний уровень образуют модули технического обслуживания объектов сети (применительно к ОПЫТ - компьютеризованные станции антикоррозионной защиты). Они непосредственно связаны с технологическим оборудованием объектов трубопровода и обеспечивают его функционирование с заданными показателями качества. Верхний уровень ТЦГЭУ обеспечивает координацию нижних уровней, решение общесистемных задач.

В состав ТЩЭУ могут входить:

- главный вычислительный центр (ГВЦ);

- подсистема ремонта СИР) •

- склады резервного технологического оборудования;

- диспетчерская служба, осуществляющая оперативное управление технологическим процессом обслуживания, эксплуатационным персоналом и материальными ресурсами;

- эксплуатационные службы, предназначенные для профилактики и устранения сбойных ситуаций на объекте и в контуре АСТЭ (АСВД).

Предложенная структура АСТЭ обеспечивает применение централизованных форм обслуживания с концентрацией информационных потоков и средств обслуживания в ТЦГЭУ.

В диссертации предложена схема построения структурно-топологической модели подсистемы контроля и диагностики:

- выбор конструктивных модулей /Т^ , составляющих комплекс тех-

J

нических средств АСТЭ и классификация ее функций;

- декомпозиция целевой функции АСТЭ и построение дерева функций

(целей); при этом общесистемная цель АСТЭ.

Первый уровень: Г^« {ге'1 контроль объекта (СГШТ); - восстановление объекта; - управление технической вксплуатацией; - планирование технической 8ксшгуатации_} .

Второй уровень: Г1'^ = информации; -накопление

и первичная обработка контрольно-диагностической информации; -

- идентификация сбойных ситуаций; - отображение контрольно-диагностической информации | ; Г ^"'-диагностика оборудования и локализация неисправности; ГгС2) - классификация неисправностей; -

- выработка управляющих решений^ ^восстановление технического процесса; - управление запасами; - статистический учет и анализ параметров лета); /^(уг^- планирование численности;

Гг - планирование ахдов и объемов работ; - планирование

развития структуры (дислокации и оснащения) АСТЭ} .

Построенное дерево функций АСТЭ позволяет определить набор соответствующих конструктивных макромодулей, который включает в себя: вычислительные средства (микро-ЭШ, микропроцессорные комплексы и т.д.), обеспечивающие реализацию функций ^^ , К ^ ^^ р/^-т- контроллеры сопряжения с эксплуатируемым оборудовани-

ем, построенные на основе микропроцессорных устройств и обеспечивающие выполнение функций > « автоматизированные рабочие места, обеспечивающие реализацию функций ; внешние запоминающие устройства большой емкости, обеспечивающие выполнение функций

К , г, 1Ч) ~

В процессе функпионирования АСТЭ формируется база данных 11 ] , хранящая и накапливающая информацию от совокупности датчиков ^ . Средствами алгоритмов обработки информации | А ) формируется множество управляющих воздействий | ЪГ\ .

Основой распараллеливания информационных процессов технологии управления является дезагрегация:

У •

где / - технологические, а j - функциональные подсистемы, включаемые в состав СТО.

Для решения задач диагностики, локализации и классификации сбоев прямое использование аналитических моделей типа (I) затруднительно. Поэтому для анализа информационных потоков в объектах типа СПМТ в качестве диагностической модели может быть использована неопределенная матрица продукта:

Ун ^>1 •••

X,, ... уии

где - сумма проводимостей ветвей, присоединенных к j - иу узлу (участку трубопровода); у.^, - проводимость ветви, соединяющей узлы и К .

В неопределенной матрице алгебраические суммы элементов каждого столбца и каждой строки равны нулю, что определяется соответственно равенством нулю алгебраической суммы внешних потоков, входящих в узел (объект) и выходящих из него, и неизменностью потоков в объекте при изменении всех узловых давлений на одинаковую величину. По матрице узловых проводимостей определяются функции передач, что позволяет выбрать контролируемые параметры для АСВД. При втом объект рассматривается как двухполюсник и функция передачи, например, по напряжению

ип =

Уг т,

где £ , р - входной и выходной элементы; и ^ -

- алгебраические дополнения второго порядка, полученные из определителя неопределенной матрицы вычеркиванием столбцов 2 и !< и строк

^ и т , причем % , К - номера узлов элемента р , а у , т

- номера узлов элемента .

Для контроля и диагностики СПМТ предлагается воспользоваться

методом ветвей и границ. При поиске неисправностей выбирается такая последовательность проверок оборудования сети, которая обеспечивает наименьшую стоимость поиска. При этом средняя стоимость определения состояния объекта равна

± с{-(21 рЛ

где с,- ~ стоимость проверки /¡Г ; /> - вероятность нахождения оборудования в состоянии , 2И Р = / ; 5.- - множество состояний, определение которых осуществляется операциями, представляющими дерево >У. с начальной вершиной Ж- .

J ■>

На первом шаге алгоритма поиска рассчитываются нижние границы средней стоимости для всех возможных последовательностей выполнения проверок и выбирается та последовательность, которой соответствует минимальная нижняя гранит стоимости.

На втором шаге алгоритма рассчитываются нижние границы стоимости для каждой пары проверок при определении из подмножеств д и Ху, - соответствующих отрицательному и положительному исходам про-

с* (г, Ь) - * <»(*/-) ♦

где С^ > - стоимости фиксированных проверок в подмножествах

и ; цифровые индексы 00, 01, 10, II определяют принадлежность к подмножествам и и, соответственно, результат (0 или I) проверок ^ и ^ в этих подмножествах.

Методы технического диагностирования на основе АСТЭ позволяют оценивать состояние оборудования сети ТТ и осуществлять поиск возникших неисправностей по оптимальному алгоритму.

Третья глава посвящена информационному анализу и математическому моделированию оптимизирующих процедур АСУ АКЗ.

Количественная оценка трех сторон функционирования системы АКЗ-

- физической основы процесса катодной защиты, структурной пространственно-временной его организации и экономических связей с другими системами, - является предпосылкой разделения параметров эффективности на технические, технологические и экономические и исследования их взаимосвязей.

В группу технических показателей следует отнести (в порядке убывания информативности и важности для организации управления): коэф-

розии без- и с применением защиты; плотность j защитного тока; показатель &И наложенной разности потенциалов; переходное сопротивление "трубопровод-земля" Я .В эту же группу следует включить показатели надежности системы АКЗ - АСКД - СПМТ, из которых наиболее приемлемым для использования в контуре АСУ следует считать количество К коррозионных отказов СПИТ и количество }) сбоев АСИД, усредненные по длительности эксплуатации и длине СПМТ.

Технологические показатели системы АКЗ включают в себя количество, структуру и дислокацию функциональных элементов и временной показатель длительности межремонтного цикла; их формализацию целесообразно проводить с учетом конкретных оптимизационных задач и соответствующих математических моделей.

Наконец, экономические показатели эффективности системы АКЗ должны соотносить в стоимостном выражении затраты и эффект ее функционирования. В действующих условиях фиксированных (договорных) доходов системе АКЗ, как автономному субъекту хозяйственной деятельности целесообразно ориентироваться на величину суммарных приведенных затрат

СЦ,= 9 * £ К | где К - капитальные затраты, Э - эксплуатационные, а Е - коэффициент приведения. При этом обратная связь, обеспечивающая учет интересов контрагентов (в лице ТЭК, владельцев СПМТ) должна в контуре автоматизированного управления реализовываться через учет в моделях наряду с Зир также и технических показателей.

фициент защищенности

\/ , - скорость кор-

Системы приоритетности показателей реализуются в структуре экстремальных задач путем разделения на критерий, управляемые переменные и параметры ограничений.

Реализация управляющих решений сопряжена и с изменением вероятностей возможных состояний системы АКЗ; для системной оценки качества автоматизированного управления важна поэтому количественная оценка информационных последствий управляющих решений, причем количество шенноновской информации Н не связано каноническим образом с заданной целью управления. Поскольку последняя реализуется в АСУ через задачу математического программирования с критерием :

г О) -> ор! = Ко = гсх.)

должна быть установлена связь мевду Н , X и К . В диссертации предлагается и обосновывается следующий вариант этого:

энтропия Н (К) , соответствующая достигнутому значению К критерия определяется в виде

где т - мера множества, 4 (к) - [ X £

Р£х) 4 Аналогом этого определения в непрерывном случае служит формула

Н (К) = $ % (ос) А £ (я)е/х

где У* (7Г)~ плотность распределения случайной величины ^ ; последняя задается функцией распределения т ($(х))/т , где

Устанавливается, что при этом энтропия управляющих решений соответствует понятию энтропии измеримого разбиения пространства с нормированной мерой.

В методологическом плане, в противоположность подходу М.М.Бон-гарда, при котором эффективность управления оценивается по прираще-

нию энтропии после реализации управляющего воздействия, здесь предполагается обратная схема: энтропия выступает величиной, зависящей от достигнутого уровня эффективности. Соответствие К Н является взаимооднозначным, несмотря на отсутствие в общем случае строгой монотонности функции Н (К) .

Информационная технология управления в принятой формализации имеет целью получение значений управляемых переменных ( аг,-) для предпланового периода и реализацию управляющего алгоритма, обеспечивающего переход объекта из состояния значением критерия К^ е

состояние К(2> с лучаим (но не обязательно оптимальным) значением К^. Определение X € 'З* можно формально интерпретировать как прием сообщения с энтропией Н^ . В свою очередь переход от связан с приращением Нк энтропии: Нк = Н(V~ МВ результате общая энтропия Н^ информационной технологии ¡¡^ = Нд + Нк •

Последний раздел главы посвящен разработке математических моделей оптимизации отдельных функций АСУ АКЗ. Модель оптимального оснащения фиксированной сети станций катодной защиты (ССКЗ) имеет вид

= ? и=) +• Е £ £ ¡-I у! V

где М - количество станций, л/ - количество функциональных узлов в комплекте станпии, - количество типов /' -го узла, ) - уп-

равляемые переменные, идентифицирующие вариант оснащения; Э - эксплуатационные затраты, С/ - капитальные затрать; по / - му узлу / -го типа. Ограничения имеют вид ( ЬС - длина СШТ): и:,) -5 о ,

4 (х^,) (] = ;

здесь ( ) - дислокация СС;{3; - функции, задающие границы защищаемых .участков. Модель классифицируется как дискретная и нелинейная задача математического программирования.

купности условно-оптимальных вариантов оснащения соседних станций на очередном участке, обеспечивающих выполнение условия защищенности; переход к следующему участку трубопровода. Построенный алгоритм обеспечивает нахождение точного оптимума для достаточно широкого класса случаев, например, при однородности коррозионных условий и линеаризации зависимости приведенных затрат от мощности станций.

Алгоритм условной оптимизации размещения и оснащения ССКЗ реализует следующую эвристическую стратегию. Итерационно исследуется вариант защиты очередного участка при известной левой границе допустимого уровня защитного потенциала и с серединой примыкающего запрещенного участка в качестве левой границы. При этом процесс ориентирован на минимально е общее количество станций и возможно более дешевый вариант их оснащения. При отсутствии решения для заданного значения параметра М алгоритм повторяется при новом значении М + I и т.д. Если при некотором значении К решение получено, то в рамках реализованной стратегии оно оказывается минимально возможным.

Для задачи оптимального управления защитным потенциалом на основе общего принципа (необходимого условия) макст^ума и обоснования достаточного условия с использованием сопряженного уравнения и гамильтониана получено аналитическое решение: оптимальное управление 1/^) является кусочно постоянной функцией со значениями и -7/«;»» .

Получено исчерпывающее описание фазовой траектории. Определен момент ¿* переключения управления с г Л-*/ на »Л*;» .

Определены условия, связывающие Т , /< , ?(т , , 1/ю/ %

при которых существуют допустимые управления, что дьет методику обоснованного назначения межремонтного периода Т при заданной предельной коррозии:

____хт жр'и

Л"т " к

В заключительном разделе главы исследуется проблема опенки и взаимодействия показателей технической и экономической эффективности автоматизации управления АКЗ.

Осуществлена дезагрегация показателей эффективности. Экономическую эффективность предлагается оценивать показателем - /7/з„р, техническую - показателем = " , технологическую - показа-

телем , где П - потери ТЭК, /Г - интегральная надежность

системы АКЗ, /< - усредненный коэффициент защищенности. В составе /7 выделяются составляющие: Г1*п - косвенные потери от экологического ущерба; Птр - прямые потери от утечки транспортируемого энергоносителя; Лргл - затраты на ремонт. Величина Пэ оценивается по корреляционным моделям К = , где К - количество коррозионтлс с."оев, эту - факторы коррозионного и защитного процессов. ^ , где /^и, - я/(/ стоимость внеплановых ремонтов ( г\ - норматив средней стоимости одного ремонта), - стоимость плановых ремонтов. Во всех случаях затраты должны вычисляться на основе их оптимальных значений, рассчитанных по моделям, которые были рассмотрены в предыдущей главе.

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Проведен системный анализ процесса антикоррозионной защиты коммунальных трубопроводов городского хозяйства в направлениях информационной технологии и автоматизации управления.

2. Получено формальное описание процессов контроля работоспособности систем трубопроводного транспорта и на этой основе разработана методика синтеза структуры автоматизированной системы контроля и диагностики.

3. предложены алгоритмы диагностирования в системах антикоррозионной защиты, основанные на диаграммах прохождения продукта и матрицах узловых проводимостей, а также алгоритмы, реализующие метод ветвей и границ.

4. Проведен анализ и обусловлена иерархия критериев качества управления процессом антикоррозионной защиты.

5. Обоснован подход и предложены формулы для энтропийной харак-теризации информационной технологии управления, ориентированные на модели математического программирования.

6. Разработана иерархия оптимизационных математических моделей для задач оптимального оснащения и размещения станций катодной защиты.

7. Предложены эффективные,ориентированные АРЛ условно-оптимизирующие решающие алгоритмы для моделей размещения и оснащения станций катодной защиты.

8. Предложена модель оптимального управления защитным потенциалом и на основе общего принципа максимума Л.С.Понтрягина получено ее аналитическое решение.

9. Теоретические исследования диссертации позволили решить рцц практических задач. Основные из них следующие:

9.1. Оптимизация технологии антикоррозионной защиты в части оптимального управления защитным потенциалом (математическая модель в рамках теории оптимального управления и ее аналитическое решение с использованием принципа максимума и содержательная интерпретация результатов).

9.2. Математическое моделирование и алгоритмизация задач оптимального размещения и оснащения станций катодной защиты на городских трубопроводных сетях.

9.3. Обоснование критериев эффективности автоматизированного управления антикоррозионной защитой.

9.4. Системный анализ управления антикоррозионной защитой г.Санкт--Летербурга.

Публикации по теме диссертационной работы: I. Киселев В.1'., Ыакшанов В.Г. "Методология исследования путей совер-

шенствования организации межотраслевого управления коммунальной энергетикой". В кн. "Защита подземных сооружений от коррозии". Л., ДЦНТП, 1990. - с.4.

2. Киселев В.Г. "Основные принципы построения автоматизированной системы контроля и диагностирования устройств антикоррозионной защиты". В кн. "Зашита подземных сооружений от коррозии". Л., ДЦНТП, 1990-с.ЗЗ.

3. Киселев В.Г., Ланева И.В. "Энтропийные характеристики информационных технологий оптимального управления антикоррозионной защитой". В кн. "Математическое и имитационное моделирование процессов на водном транспорте? , СШ, СПИВТ, 1993. - с.9.

4. Киселев В.Г. "Математические модели оптимального управления антикоррозионной защитой систем трубопроводного транспорта". В кн."Математическое и имитационное моделирование процессов на водном транспорте? СПб, CIMBT, 1993. - с.8.

5. Киселев В.Г. "Автоматизация управления антикоррозионной защитой и критерии ее эффективности? В сб. научных статей аспирантов, часть 4 университета экономики и финансов. Социально-экономические проблемы становления рыночных отношений. СПб, 1993. - с.26.

6. Киселев В.Г., Попов H.A., Дворецкий В.П., Селезнев P.C. "Устройство для обвязки гибких трубок". A.c. СССР № 1388350, 1986г..

7. Киселев В.Г., Куров A.A. "Способ регулирования процесса прессования слоистого пластика". A.c. СССР Jf 713092, 1978г..

Отпечатано нл ротлпрянте OilT/JK

ачк.93. Тир. 100. 12.10.'33. Бесплатно.