Введение к работе
Актуальность темы. Повышение эффективности ремонтных работ на объектах трубопроводного транспорта газа в современных экономических условиях становится все более актуальным, что определяет необходимость создания и развития систем поддержки принятия управленческих и организационных решений по управлению производством таких работ. Известно, что для обеспечения объективной обоснованной оценки приоритетности объектов по выводу в ремонт в условиях многофакторности и большого числа анализируемых объектов, приводящих к необходимости выполнения значительного числа вычислительных операций, целесообразно применять информационно-вычислительные и информационно-аналитические системы поддержки принятия решений (СППР), поскольку возможности лица, принимающего решение, в этом смысле существенно ограничены. Обычно подобная задача решается экспертом, уровень оплаты труда которого сравнительно высок.
В области технологий экспертной оценки технического состояния техногенных объектов для поддержки принятия управленческих решений накоплен положительный опыт, отраженный в трудах отечественных и зарубежных ученых М.Г. Сухарева, Е.Р. Ставровского, Ю.В. Колотилова, В.Д. Шапиро, С.В. Овчарова, В.Г. Лима, Дж.Ф. Кифнера, П.X. Вита и др. Существующие системы поддержки принятия решений, такие как комплексы программ "ТРУБОПРОВОД", LookupDT и другие, обеспечивают анализ экспертных мнений и ранжирование участков газопроводов по величине относительного риска их эксплуатации, однако достоверность результатов планирования, полученных с помощью этих систем, определяемая сравнением с реальными планами ремонтных работ, недостаточно высока.
Потребность в совершенствовании управления производством ремонтных работ на объектах линейной части газопроводных сетей связана с техническим состоянием стареющих трубопроводов. По данным ОАО "Газпром", около 67% магистральных газопроводов (по протяженности) отработали от 20 до 40 лет, при этом их пленочное изоляционное покрытие практически полностью потеряло свои защитные свойства, что приводит к активным коррозионным процессам.
Таким образом, разработка методов и средств информационной поддержки принятия решений по планированию вывода в ремонт объектов линейной части магистральных газопроводов, обеспечивающих высокую достоверность результатов определения приоритетов объектов по выводу в ремонт с позиций анализа относительного риска их эксплуатации, является актуальной задачей.
Цель диссертационной работы:
Совершенствование информационной поддержки принятия управленческих решений в системе планирования производства ремонтных работ на газопроводах на основе разработки моделей и алгоритмов ранжирования по комплексному критерию оценки риска.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи:
- анализ существующих подходов к выбору эксплуатационных показателей объектов газопроводных систем и систем поддержки принятия решений, использующих экспертный анализ этих показателей для ранжирования объектов по относительному риску их эксплуатации;
- анализ основных принципов организации иерархической системы показателей оценки эксплуатационного риска и разработка информационной модели участка линейной части магистральных газопроводов (ЛЧ МГ) с учетом мнения экспертов для обоснования выбора значений показателей;
- разработка иерархической модели процесса принятия решений по оценке риска эксплуатации участка ЛЧ МГ и расчет численных значений весовых коэффициентов критериев на основании обработки мнений экспертов;
- разработка математической модели и алгоритма принятия решений по обоснованию приоритетов вывода в ремонт участков ЛЧ МГ с использованием информационной модели участка и обработанных экспертных оценок риска;
- разработка и апробирование информационной системы поддержки принятия управленческих решений по производству ремонтных работ на газопроводах, реализующей разработанные модели и алгоритмы;
- подготовка практических рекомендаций по применению результатов исследований при реализации пакетов прикладных программ в организациях, эксплуатирующих газопроводные системы.
Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались: методы теории принятия решений, теории функциональных систем, экспертного логического анализа, вероятностно-статистические методы, информационно-вычислительные и информационно-аналитические технологии.
Научная новизна результатов исследования. В диссертации разработаны и вынесены на защиту следующие основные положения:
1. Определен комплекс параметров технического состояния участков линейной части магистральных газопроводов, отражающий конструктивные и эксплуатационные показатели газопроводов.
2. Выполнена систематизация комплекса показателей и разработана информационная модель (паспорт) участка, учитывающая мнения экспертов с преимущественным использованием лингвистических оценок.
3. Разработана иерархическая модель процесса принятия решений по оценке риска эксплуатации участка линейной части магистральных газопроводов, отличающаяся сбалансированностью иерархии (уменьшением числа групп критериев и расширением самих групп) и ее более высокой эффективностью, и установлено взаимно-однозначное соответствие между критериями и показателями технического состояния участков.
4. Для всех уровней иерархии определены численные значения весовых коэффициентов критериев и показателей на основании обработки балльных оценок с учетом определенной величины индекса согласованности, характеризующего высокую степень совпадения экспертных мнений. Полученные значения являются базовыми для оценки риска эксплуатации участка линейной части магистральных газопроводов.
5. Разработана математическая модель и алгоритм принятия решений по обоснованию приоритетов вывода в ремонт участков линейной части магистральных газопроводов с использованием информационной модели участков и обработанных экспертных оценок риска.
6. Разработаны концептуальная и функциональная модель системы поддержки принятия решений при определении очередности вывода участков линейной части магистральных газопроводов в ремонт, что позволило уменьшить трудоемкость и продолжительность принятия решения, а также сократить финансовые затраты на процедуру принятия решения.
Практическая значимость. На основе полученных теоретических результатов разработана автоматизированная подсистема сбора и обработки мнений экспертов по оценке эксплуатационных рисков участков линейной части магистральных газопроводов с преимущественным использованием лингвистических оценок состояния участков.
В соответствии с результатами исследований разработана автоматизированная система поддержки принятия решений по выводу в ремонт участков линейной части магистральных газопроводов "РМГ / Приоритет", позволяющая достоверно проводить ранжирование значительного числа объектов по степени эксплуатационного риска в интерактивном режиме и не требующая обязательного присутствия эксперта на этапе расчета приоритетов.
Разработанные модели и методы принятия решений, алгоритмы информационной поддержки принятия управленческих решений в системе планирования производства ремонтных работ на газопроводах обеспечивают эффективное выполнение ремонтных работ, что подтверждается актами внедрения следующих производственных предприятий: НПО ООО "Инвестстройэкология"; ООО "Стройнадзордиагностика"; ООО "Промспецтехнология"; НПП ЗАО "Стройпроектсервис". Программный комплекс "РМГ / Приоритет" позволяет реализовать в информационной среде процесс управления с системных позиций, т.е. кроме автоматизации процесса на всех этапах (подготовка данных, решение, анализ результатов) обеспечена возможность использования опыта и знаний эксперта. Он предназначен для автоматизации планирования и управления ремонтными работами на участках газопроводов с учетом результатов анализа технического состояния отдельных объектов, что обеспечивает возможность отбора отдельных объектов для выполнения ремонтных работ.
Апробация работы. Материалы, входящие в диссертацию, обсуждались на международной научно-практической конференции "Международные и отечественные технологии освоения природных минеральных ресурсов и глобальной энергии" (г. Астрахань, 2003, 2004, 2005, 2007); всероссийской научно-практической конференции "Техносферная безопасность, надежность, качество, энергосбережение" (г. Ростов-на-Дону, 2003, 2004, 2005); 2-ой всероссийской научно-практической конференции "Нефтегазовые и химические технологии" (г. Самара, 2003); международной научно-практической конференции "Строительство" (г. Ростов-на-Дону, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2010); 3-ей всероссийской научно-практической конференции "Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа" (г. Томск, 2004); 3-ей международной научно-практической конференции "Глобализация экономики и российские производственные предприятия" (г. Новочеркасск, 2005); международной научно-практической конференции "Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики" (г. Новочеркасск, 2005, 2006); международной научно-практической конференции "Реконструкция - Санкт-Петербург - 2005" (г. Санкт-Петербург, 2005); всероссийской научно-практической конференции "Инновации и наукоемкие технологии в обеспечении промышленной, пожарной и экологической безопасности" (г. Уфа, 2008); 8-ой Всероссийской научно-технической конференции "Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России" (г. Москва, 2010) и других научных конференциях.
Публикации. Основные положения диссертационной работы отражены в 40 опубликованных научных работах, в том числе в 11 статьях в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК РФ для опубликования основных научных результатов диссертации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 120 наименований и 1 приложения. Содержание работы изложено на 135 страницах, иллюстрировано 40 рисунками и 20 таблицами.
