Введение к работе
Актуальность работы. Среди задач управления инженерными системами крупного города одной из важнейших продолжает оставаться задача обеспечения населения коммунальными услугами с требуемыми показателями качества. Инфраструктура инженерной системы состоит из источников энергии и ресурсов, приемных устройств потребителей и инженерных сетей (ИС). Энерго и ресурсоснабжающие организациями (РСО) решают задачи водо-, газо, тепло-, электро- и других видов обеспечения населения, предприятий промышленности и сферы услуг.
В системе управления функционированием ИС большой интерес представляет эффективность эксплуатационной деятельности, осуществляемой РСО, а также коммунальными службами, несущими ответственность перед населением за качество предоставляемых услуг. Рост городов и требований к качеству услуг вызывают необходимость постоянного развития сетевого хозяйства, его модернизации, применения современных принципов технического обслуживания. В тоже время анализ состояния ИС показывает, что в настоящее время значительная часть сетевой инфраструктуры перестала удовлетворять запросам по пропускной способности; кроме того, из-за превышения нормативных сроков эксплуатации часть сетей находится в ветхом состоянии с низким уровнем надежности.
Для Москвы такая тенденция наиболее ярко проявляется в центральной части города (ЦАО-Центральный административный округ), где часть инженерных коммуникаций проложена более 50 лет назад, и каждый год в этом округе проводится несколько тысяч разрытий по устранению аварий и перекладке коммуникаций. Проведение разрытий связано со значительными трудностями и неудобствами для населения, обусловленными закрытием проездов, изменением маршрутов пассажирского транспорта, перерывами в энергообеспечении и др. Сокращение числа аварий на ИС при оптимальном планировании капитальных ремонтов, исключение повторных разрытий совместно расположенных коммуникаций позволяют получить значительную экономию денежных средств. Поэтому эффективное управление планированием и проведением ремонтных работ на ИС являются важнейшими задачами эксплуатационной деятельности, а разработка методов решения указанных задач обуславливают актуальность темы диссертационной работы.
Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение эффективности эксплуатационной деятельности энерго-, ресурсоснабжающих организаций и коммунальных служб города.
Достижение поставленной цели требует решения следующих основных задач:
-анализ специфики объекта исследования, существующих подходов к планированию ремонтных работ, определение задач, требующих специального рассмотрения для учета выявленной специфики;
-разработка математических моделей ИС, методов и алгоритмов, необходимых для эффективного решения задач планирования и проведения ремонтных работ;
-разработка и реализация принципов создания информационного и программного обеспечения, необходимых для решения задач повышения эффективности эксплуатационной деятельности;
- внедрение разработанных моделей и средств информационной поддержки принятия решений в информационно-аналитическую систему управления эксплуатационной деятельностью энерго-, ресурсоснабжающих организаций и органов городской власти.
Объект исследования. Объектом исследования является сетевая инженерная инфраструктура системы жизнеобеспечения крупных городов и система управления этой инфраструктурой в части календарного планирования ремонтных работ, создания средств информационной поддержки эксплуатационной деятельности.
Используемые методы. Для вычисления оптимального времени проведения плановой замены участка коммуникации используются методы теории вероятностей и теории восстановления. Для решения задач поиска конфигурации сетей на время проведения ремонтных работ используется аппарат теории графов. Для создания средств информационной поддержки принятия решений используются методы классификации объектов и построения баз данных.
Научная новизна работы заключается в следующем:
В результате анализа специфики объекта исследования и процессов планирования ремонтных работ на ИС выявлены следующие нерешенные задачи повышения эффективности эксплуатационной деятельности в рассматриваемой области:
определение оптимального времени плановой замены протяженной коммуникации;
составление оптимального плана замены для группы совместно расположенных коммуникаций;
поиск оптимальной конфигурации сети на время проведения планового ремонта.
1. Определение оптимального времени плановой замены протяженной коммуникации.
Рассматриваемые объекты обладают следующими особенностями:
- невысокая точность оценки текущего состояния объектов ИС;
- совместная прокладка коммуникаций;
- специфика ремонтных работ.
В работе показано, что из-за специфики рассматриваемого объекта к нему, как правило, не применимы базовые методы поиска оптимального времени замены. Поэтому для протяженных коммуникаций была разработана математическая модель, описывающая процессы восстановления, сформулирован критерий оптимального времени замены и получена математическая зависимость оптимального времени замены от параметров коммуникации.
2. Составление оптимального плана замены группы совместно расположенных коммуникаций.
При совместном расположении коммуникаций (например, в одном коллекторе) часто экономически выгодным (по сравнению с заменой каждой коммуникации в оптимальное время) является проведение одновременной замены некоторых из них. Экономия средств достигается за счет сокращения расходов на выполнение работ по разрытию, доставке оборудования и пр.
В диссертации разработана математическая модель процессов восстановления для группы совместно расположенных коммуникаций. При решении задачи составления оптимального плана замены выявлено принципиальное различие решений между группой, состоящей из двух коммуникаций и группой из трех и более коммуникаций. В результате созданы методики и алгоритмы поиска оптимального плана для всех возможных вариантов.
3. Поиск оптимальной конфигурации сети на время проведения планового ремонта.
Эта задача заключается в поиске резервных маршрутов передачи энергии и ресурсов на время проведения ремонта для потребителей, снабжение которых осуществляется через ремонтируемый объект. При решении этой задачи путем прямого перебора из-за большого количества возможных конфигураций (вариантов) и используемых критериев возникают проблемы, связанные с вычислительной сложностью. В работе представлен метод, существенно сокращающий количество исследуемых вариантов.
Практическая значимость определяется:
разработкой моделей и методов, направленных на оптимизацию планирования ремонтных работ на ИС и получение экономического эффекта от применения этих методов;
разработкой моделей и методов, направленных на создание оптимальной конфигурации сети на время ремонтных работ, которые также можно использовать для широкого класса задач реконфигурации тепловых и электрических распределительных сетей (снижение потерь энергии, балансировка нагрузки и др.);
разработкой средств информационной поддержки принятия решений в части календарного планирования ремонтных работ РСО, коммунальными службами и его контроля компетентными органами городского управления, заинтересованными в координации работ на ИС (в г. Москве подобные функции выполняет ОАТИ - объединение административно-технических инспекций).
Реализация и внедрение результатов работы
Разработанные модели, методы и принципы построения информационного обеспечения были использованы при проектировании производственной компанией «Шерна» информационно-аналитической системы в части оценки необходимости проведения ремонтных работ на участках теплосети и тренинга персонала организации в задачах определения оптимальной конфигурации сети.
Достоверность полученных результатов подтверждается математическими доказательствами, данными математического моделирования, использованием разработанных моделей, методов и средств информационной поддержки принятия решений в ряде практических проектов.
Основные положения, выносимые на защиту диссертации
1. Результаты анализа сетевой инфраструктуры, определение ее специфических особенностей; результаты анализа подходов к планированию ремонтных работ и реконфигурации сети.
2. Математические модели процессов восстановления одной коммуникации и группы совместно расположенных коммуникаций, а также методы и алгоритмы нахождения оптимального графика плановых ремонтов, разработанные на основании построенных моделей.
3. Математическая модель инженерной сети, а также методы и алгоритмы нахождения оптимального варианта ее конфигурации.
-
Принципы создания информационного обеспечения в системе планирования ремонтных работ на ИС, включающие:
-
систему классификации сетевых объектов;
-
модели хранения данных на основе централизованного хранилища данных;
-
архитектуру системы технического учета объектов сети;
-
программную реализацию предложенных в работе методов и алгоритмов для информационной поддержки принятия управленческих решений в части планирования ремонтных работ и реконфигурации сети;
-
практические результаты внедрения в городе Москве средств информационной поддержки принятия решений в виде модулей аналитическо-информационной системы.
Апробация работы. Основные результаты, полученные в диссертационной работе, докладывались на конференциях:
3-й Всероссийской конференции с международным участием «Технические и программные средства систем управления, контроля и измерения» УКИ-2012;
20-й международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем» 2012 г.;
Международной конференции «Технические и программные средства систем управления, контроля и измерения» УКИ-2008;
Научной сессии МИФИ (МИФИ-2000).
![Разработка методов, моделей и алгоритмов прогнозирования и донозологической диагностики кожных болезней, имеющих представительство на проекционных зонах, с использованием нечеткой логики принятия решений и рефлексодиагностики [Электронный ресурс]](/i/i/4381/168311.png "Разработка методов, моделей и алгоритмов прогнозирования и донозологической диагностики кожных болезней, имеющих представительство на проекционных зонах, с использованием нечеткой логики принятия решений и рефлексодиагностики [Электронный ресурс] Ходеев Денис Владимирович")
