ЭЛПАС-Т редактор схем трубопроводов
Сегодня мы хотим представить нашу разработку – редактор изометрических схем трубопроводов «ЭЛПАС-Т».
Данный редактор предназначен для автоматизации и упрощения процесса разработки изометрических схем технологических трубопроводов, трубопроводов пара и горячей воды.
В отличие от ПО, которое использует большинство наших коллег (экспертных, проектных, строительно-монтажных организаций) при разработке изометрических схем, такого как АВТОКАД, КОМПАС, ВИЗИО, ВОРД, редактор изометрических схем «ЭЛПАС-Т» позволяет, в конечном итоге, получить не просто картинку, а полноценную цифровую модель трубопровода.
В дальнейшем, данную цифровую модель можно использовать для формирования пакета отчетных документов: паспорта трубопровода (шаблоны по основным стандартам вшиты в редактор), спецификации, различные варианты визуализации схемы (отображение позиций элементов, стыков, цветовая дифференциация по типоразмерам, марке стали и др.), акты по неразрушающему контролю (возможна разработка отчетов по вашей форме), пакета исполнительно-технической документации.
Значительным преимуществом является автоматизация работ по толщинометрии, НК – результаты замеров, акты могут быть сформированы в EXCEL, WORD с автоматизированной оценкой результатов (подсветка отбраковочных значений).
Помимо локального редактора, нами разработана и внедряется на крупных предприятиях нефте- и газохимического комплекса, «старшая» сетевая версия «ЭЛПАС-Предприятие», предлагающая расширенный функционал (встроенная база данных материалов и номенклатуры элементов, более 80 отчетов для различного уровня предприятия – сетевые графики, расчеты на прочность, остаточный ресурс по результатам толщинометрии вероятностными методами, выгрузка в системы анализа риска и ТОРО, расчеты на прочность элементов, редактор сосудов и прочее).
По ссылке доступна демоверсия редактора «ЭЛПАС-Т» для скачивания и ознакомления.
https://cloud.mail.ru/public/pCmq/bzR4oh42X
На ютубе можно более подробно познакомиться с нашей разработкой:
Мы предлагаем бессрочную лицензию на использование ПО с возможностью обновления при выходе новых версий.
За более подробной информацией можно обратиться по e-mail:
или по телефону:
+73422378035
Чтобы и дальше развивать данное ПО, будем признательны за обратную связь.
Редактор изометрических схем трубопроводов ЭЛПАС-Т
Автоматизированное построение изометрических схем и формирование паспортной документации по технологическим трубопроводам, трубопроводам пара и горячей воды.
Основные функции «ЭЛПАС-Т»
- Внесение и корректировка паспортных данных по трубопроводу.
- Создание и редактирование изометрической схемы трубопровода в специализированном графическом редакторе.
- Просмотр схемы трубопровода в режиме 3D.
- Внесение результатов замеров толщины стенки элементов трубопровода с отображением их на схеме ( коррозионная карта).
- Расчёт остаточного ресурса трубопровода вероятностным методом по результатам замера толщины стенки с формированием отчёта.
- Автоматическое формирование паспорта и спецификации трубопровода в формате MS Word.
- Формирование комплекта монтажной документации (9 форм согласно СА 03-005-07) и удостоверения о качестве ремонта.
- Автоматическое заполнени е штампа из ометрической (исполнительной) схемы в соответствии с ВСН 362-87.
Построение изометрических схем выполняется в специализированном графическом редакторе, который содержит более тридцати типов элементов трубопровода. У каждого элемента задается ориентация в пространстве и соответствующи е параметры (типоразмер, марка стали, стандарт, позиция и т.д.). Схема трубопровода и некоторые режимы визуализации приведены ниже .
Схема трубопровода с позициями элементов
В графическом редакторе имеется возможность автоматически выделять цветом элементы трубопровода по типоразмеру, марке стали, дате монтажа, наименованию, остаточному ресурсу, крепежу фланцев, марке электродов.
Выделение элементов по типоразмеру
Выделение элементов по марке стали
Трехмерное изображение трубопровода (3D) строится автоматически на основе размеров и ориентации элементов, заданных в изометрической схеме
ЭЛПАС Предприятие
«ЭЛПАС-ПРЕДПРИЯТИЕ» — как эффективный инструмент информационной поддержки ТОиР оборудования нефтегазохимических производств и предприятий теплоэнергетики.
ООО «УралПромБезопасность» с 2002 года занимается разработкой, внедрением и поддержкой программного обеспечения для информационного сопровождения технологического оборудования. На сегодня разработаны и поддерживаются программные продукты «ЭЛПАС-Т», АС «Трубопровод», «ЭЛПАС Предприятие» в различных редакциях.
Назначение:
Паспортизация и информационная поддержка технического обслуживания и ремонта оборудования предприятий нефтепереработки, нефтехимии, газопереработки, теплоэнергетического комплекса.
Цель разработки:
Минимизация материальных и временных ресурсов при выполнении инженерно-технических расчётов, формировании и ведении технической документации, информационной поддержки процедур технического обследования, ремонта и эксплуатации оборудования.
Область применения:
- Технологические трубопроводы, трубопроводы пара и горячей воды.
- Промысловые трубопроводы (ограниченно).
- Сосуды и аппараты, резервуары.
- Змеевики трубчатых печей.
- Динамическое оборудование (насосы, компрессоры, паровые турбины).
Пользователи:
- Лица, ответственные за безопасную эксплуатацию оборудования и трубопроводов.
- Специалисты: отделов технического надзора и главного механика; лабораторий неразрушающего контроля; проектно-конструкторских, экспертных, монтажных и ремонтных организаций.
Глобальные функции
Основные функции АС «Трубопровод»
1.Внесение и корректировка паспортных данных по трубопроводу и аппарату с ограничением доступа пользователей.
2.Создание и редактирование изометрической схемы трубопровода в графическом редакторе «ЭЛПАС-Т», дополненном нормативной базой по элементам и другими сервисными функциями.
3.Просмотр схемы трубопровода в режиме 3D.
4.Создание и редактирование схемы аппарата (сосуда) в специализированном редакторе с возможностью отображения произвольных проекций.
5.Внесение результатов замеров толщин стенки элементов трубопровода и аппарата.
6.Расчет остаточного ресурса трубопровода и аппарата в реперных точках и вероятностным методом по результатам замеров толщин стенки.
7.Экспертиза материального исполнения элементов трубопровода.
8.Создание технологичемской карты ремонта (выбор электродов и режимов ручной электродуговой сварки трубопроводов).
9.Определение отбраковочной толщины стенки элементов трубопровода и аппарата.
10.Расчет напряжений в трубопроводе от весовой нагрузки (без учета силы трения).
11.Расчет минимальной толщины тепловой изоляции трубопровода.
12.Ведение эксплуатационного журнала по трубопроводу и аппарату.
13.Формирование перечня, паспорта, спецификации и других отчетов в формате MS Word или Excel. Отчеты формируются на уровне трубопровод (аппарат), установка, производство, предприятие.
14.Привязка отчетов и файлов к трубопроводу и аппарату.
15.Интеграция с системой управления рисками и надежностью оборудования (СУРНО / PCMS) через шаблоны MS Excel.
Заказчики различных версий АС «Трубопровод» 1
1.ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез» (база данных содержит более 5400 трубопроводов, 300 сосудов).
2.ЗАО «СИБУР-Химпром» (база данных содержит более 1800 трубопроводов, 200 сосудов).
3.ОАО «Минеральные удобрения» (база данных содержит 175 трубопроводов).
4.ОАО «Чепецкий механический завод» (база данных содержит 40 трубопроводов).
автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему: Информационно-эвристическо-вычислительные модели и алгоритмы принятия решений по интегрированной логистической поддержке трубопроводных систем нефтехимических предприятий
Автореферат диссертации по теме «Информационно-эвристическо-вычислительные модели и алгоритмы принятия решений по интегрированной логистической поддержке трубопроводных систем нефтехимических предприятий»
На правах рукописи
Мошев Евгений Рудольфович
ИНФОРМАЦИОННО-ЭВРИСТИЧЕСКО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПО ИНТЕГРИРОВАННОЙ ЛОГИСТИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКЕ ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ
05.13.01 — Системный анализ, управление и обработка информации (в химической технологии)
Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева» и ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Научный консультант: Мешалкин Валерий Павлович
доктор технических наук, профессор
Большаков Александр Афанасьевич
доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)», профессор кафедры «Системы автоматизированного проектирования и управления»
Дли Максим Иосифович
доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МЭИ» в г. Смоленск, заместитель директора по научной работе, заведующий кафедрой «Менеджмент и информационные технологии в экономике»
Лабутин Александр Николаевич
доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет», заведующий кафедрой «Технической кибернетики и автоматики»
Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет», г. Уфа
Защита состоится «09» октября 2015 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.13 при ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» по адресу 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, д. 68, Зал заседаний Учёного совета (А-330)
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» и на сайте www.kstu.ru. Отзывы на автореферат просьба присылать в 2-х экземплярах по адресу 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, д. 68 и на электронную почту (1212.080.13@gmail.com.
Автореферат разослан » 2015 г.
Учёный секретарь диссертационного Клинов
Совета Д 212.080.13, доктор —- Александр
технических наук, профессор Вячеславович
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Сложность трубопроводных систем (ТС), соединяющих между собой аппараты и агрегаты нефтехимических предприятий (НХП), высокие температуры и давления, транспортируемых по ТС взрыво- и пожароопасных, химически агрессивных и токсичных веществ, обусловливают существенное влияние инженерно-технических характеристик трубопроводных систем на экономическую эффективность, надёжность, промышленную и экологическую безопасность НХП, а также показатели воздействия на окружающую среду.
Одним из факторов обеспечения экономической эффективности, безопасности и надёжности НХП является интегрированная логистическая поддержка (ИЛП) ТС на всех этапах жизненного цикла (ЖЦ). В настоящей работе под ИЛП понималась совокупность видов инженерной деятельности, реализуемых посредством управленческих, инженерных и информационных технологий, которые обеспечивают высокий уровень готовности ТС при одновременном снижении затрат на эксплуатацию. То обстоятельство, что ИЛП жизненного цикла ТС является достаточно сложным организационно-технологическим процессом с множеством системных взаимосвязей между процедурами принятия интеллектуальных решений, дополнительно осложнённых отраслевыми особенностями функционирования и развития трубопроводов, обусловило широкое применение в диссертационном исследовании методов системного анализа.
В настоящее время ИЛП трубопроводных систем НХП осуществляется преимущественно с использованием разрозненных программных средств, что объективно обусловливает следующие существенные недостатки в организации ИЛП: децентрализация информации, следствием которой являются противоречивость и многократное дублирование операций поиска, ввода и обработки одних и тех же данных; многократное создание однотипных схем и чертежей на каждом этапе ЖЦ; большое количество рутинных неавтоматизированных процедур; низкая скорость компьютерного формирования требуемой документации и выполнения необходимых инженерно-технических и организационно-управленческих расчётов; сложность обмена данными между субъектами ЖЦ трубопроводных систем. Наличие этих недостатков снижает качество ИЛП и, как следствие, уменьшает показатели надёжности эксплуатации, промышленной безопасности и экономической эффективности производств и НХП.
Анализ состояния научных исследований по ИЛП в различных отраслях обрабатывающей промышленности показал, что для устранения выше указанных недостатков необходимо разработать и применять специальные эвристическо-вычислительные модели и алгоритмы, а также проблемно-ориентированные системы (ПОС), основанные на использовании теории искусственного интеллекта, современных методов математического моделирования, методов логистики ресурсосбережения в сфере организации производства и концепций ИЛП жизненного цикла промышленных изделий.
Степень научной разработанности темы исследования. Большинство известных и без сомнения высококачественных прикладных программных систем: «Компас-График», «Старт», «Астра-Нова», «Global-ЕАМ» и «Галактика ЕАМ» (РФ); «AutoCAD», «AutoPipe», «AutoPlant» и «PCMS» (США); «PIant-4D» (Нидерланды); «Isogen», «AVEVA Plant», «AVEVA Enterprise» (Великобритания) и «SAP R/З» (ФРГ) не позволяют автономно осуществлять ИЛП трубопроводов нефтехимических предприятий на всём жизненном цикле. Указанные программные системы решают преимущественно только отдельные задачи проектирования, монтажа, эксплуатации или ремонта оборудования и имеют ряд существенных недостатков. В частности, программные системы про-
ектного назначения не содержат функций автоматизированного определения или проверки на соответствие требованиям нормативно-технической документации (НТД) значений характеристик ТС. Программные системы, предназначенные для формирования монтажно-исполнительной документации, не реализуют следующих важных функций ИЛП: выбор способа подготовки под сварку кромок элементов; определение режимных характеристик процесса сварки; подбор марки и расчёт массы электродов, необходимых для создания сварного стыка. Программные системы, предназначенные для использования на этапе эксплуатации, не имеют графических редакторов и инструментальных средств ввода пользователем больших массивов данных.
Анализ научно-технической литературы выявил большое количество трудов, посвященных решению отдельных задач ИЛП различного технического оборудования, включая трубопроводы. Среди наиболее известных публикаций по этой теме, можно выделить труды отечественных учёных: член-корреспондента РАН, профессора Мешал-кина В.П. и его учеников, а также профессоров Колобова A.A., Бром А.Е., Судова Е.В., Сухарева М.Г. и зарубежных учёных Martin Р., Kolesär J., P.J. Pretorius, M. Elena Nenni. В указанных трудах изложены методы логистики ресурсосбережения в нефтегазохими-ческом и топливно-энергетическом комплексах; ИЛП авиационной и морской техники, а также систем вооружения; непосредственно для ТС предложены эвристические алгоритмы синтеза оптимальной структуры; алгоритмы конструкционно-тепловых расчётов, анализа надёжности и гидравлических режимов ТС; декомпозиционно-эвристические алгоритмы оптимальной ресурсоэнергоэффективной компоновки химических производств с учётом технологических особенностей и требований промышленной безопасности, а также топологическо-эвристические алгоритмы оптимальной трассировки разветвлённых ТС.
Рассмотренные компьютерные модели, алгоритмы и программные системы расчёта различных характеристик ТС имеют высокую научную и практическую значимость, но позволяют решать только отдельные задачи ИЛП трубопроводных систем. Кроме этого, в существующих научных работах по ИЛП трубопроводных систем не решены следующие важные задачи: определение характеристик классификации трубопроводов; выбор и расчёт характеристик конструкционных элементов и соединений трубопроводов; расчёт характеристик технических устройств снижения энергии колебаний давления в ТС поршневых компрессорных агрегатов (ПКА); автоматическое формирование перечня трубопроводов по всему предприятию и многие другие задачи технического обслуживания и ремонта ТС. При этом не все из рассмотренных программных систем в должной мере учитывают современные концепции ИЛП.
На основании выше изложенного, разработка методологических основ информационно-эвристическо-вычислительных моделей, алгоритмов и проблемно-ориентированных систем по ИЛП жизненного цикла трубопроводных систем НХП является актуальной научной проблемой, имеющей важное научно-техническое и организационно-технологическое значение для повышения надёжности, безопасности и экономической эффективности предприятий.
Основные разделы диссертационной работы соответствуют следующим документам:
— пунктам Указа Президента РФ от 7 июля 2011 г. № 899 в Перечне приоритетных направлений: «8. Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика» и в Перечне критических технологий «13. Технологии информационных, управляющих, навигационных систем», «21. Технологии предупреждения и ликвидации чрезвычайных
ситуаций природного и техногенного характера»;
— пунктам Плана фундаментальных научных исследований РАН на 2008-2012 годы: «28. Системный анализ, искусственный интеллект, системы распознавания образов, принятие решений при многих критериях», «29. Системы автоматизации, ОАЬ5-технологии, математические модели и методы исследования сложных управляющих систем и процессов» и «38. Научные основы экологически безопасных и ресурсосберегающих химико-технологических процессов»;
— пункту Плана фундаментальных исследований РАН на период до 2025 года: «4. Информатика: Разработка фундаментальных проблем искусственного интеллекта, распознавания образов, оптимизации, проблемно-ориентированных систем и экспертных систем, основанных на знаниях».
Цель диссертационного исследования
Разработать с применением методологии системного анализа теоретические основы, информационно-эвристическо-вычислительные модели и алгоритмы, а также проблемно-ориентированную систему принятия решений по интегрированной логистической поддержке жизненного цикла сложных трубопроводов нефтехимических предприятий.
Применить разработанные модели, алгоритмы и проблемно-ориентированную систему для принятия решений по оптимизации технического обслуживания и ремонта сложных трубопроводов НХП; проектирования; автоматизированного формирования основной технической документации; ускорения и повышения качества документооборота между субъектами ЖЦ трубопроводных систем.
Реализация цели исследования обеспечит оперативное принятие научно-обоснованных решений по логистической поддержке трубопроводных систем на всех этапах их жизненного цикла, в том числе составление разнообразной эксплуатационно-технической документации и осуществление большого количества инженерно-технологических расчётов, что позволит уменьшить финансовые и временные затраты на интегрированную логистическую поддержку трубопроводных систем, повысить надёжность, промышленную и экологическую безопасность, а также экономическую эффективность НХП в целом.
Для реализации указанной цели в диссертации поставлены и решены следующие научно-технические задачи:
1 Системный анализ жизненного цикла сложных трубопроводов НХП как объекта компьютерного моделирования.
2 Разработка комплексной логико-информационной модели, формализующей целенаправленное воздействие человека на объект исследования и системные связи в процедурах принятия решений по ИЛП жизненного цикла трубопроводных систем НХП.
3 Разработка фреймовых моделей представления знаний о трубопроводных системах НХП, отображающих целенаправленное воздействие человека на объект исследования и системные связи между всеми этапами ЖЦ.
4 Разработка продукционных моделей представления знаний о трубопроводных системах на всех этапах ЖЦ, отображающих целенаправленное воздействие человека на объект исследования, и системные связи между нормативно-техническими, конструкционными и технико-технологическими характеристиками трубопроводных систем.
5 Разработка логико-информационных моделей ИЛП проектируемых, монтируемых, эксплуатируемых и ремонтируемых трубопроводных систем, отображающих целенаправленное воздействие человека на объект исследования и системные связи в процедурах принятия решений по ИЛП на этапах жизненного цикла трубопроводов.
6 Разработка эвристическо-вычислительных алгоритмов, формализующих интеллектуальные процедуры принятия решений по ИЛП проектируемых, монтируемых, эксплуатируемых и ремонтируемых ТС.
7 Разработка структурно-лингвистических моделей представления знаний, логико-информационной модели и информационно-вычислительных алгоритмов расчёта характеристик действующих поршневых компрессорных агрегатов как важнейших элементов ТС.
8 Разработка архитектуры, режимов функционирования и специального программно-математического обеспечения проблемно-ориентированной системы принятия решений по ИЛП жизненного цикла сложных трубопроводов НХП «Трубопровод».
9 Разработка баз знаний, обеспечивающих интеллектуальную поддержку принятия решений, а также программно-математического и информационного обеспечения проблемно-ориентированной системы поддержки решений по ИЛП трубопроводов нефтехимических предприятий «Трубопровод».
10 Применение проблемно-ориентированной системы «Трубопровод» для решения разнообразных задач по ИЛП жизненного цикла сложных трубопроводов на ряде НХП.
Объект исследования. Жизненный цикл трубопроводных систем НХП.
Предмет исследования. Инженерно-технологические и организационно-технические процедуры принятия решений по интегрированной логистической поддержке жизненного цикла ТС.
Информационная база исследования. Паспортно-технические и эксплуатационные данные о ТС и поршневых компрессорах НХП; законодательные акты и нормативные документы Российской Федерации; материалы периодических научно-технических изданий, научных конференций и сети Internet.
Методы исследования. Методы системного анализа, вычислительной математики, теории искусственного интеллекта, теории множеств, математической статистики и теории графов; современные методы переработки больших массивов информации; методология модульного и объектно-ориентированного программирования; методология системного подхода к созданию проблемно-ориентированных программных систем.
Положения, выносимые на защиту:
1 Комплексная логико-информационная модель ИЛП жизненного цикла трубопроводных систем, основанная на методологии системного подхода и концепции интегрированной информационной среды, включая операции переработки больших массивов информации и обмена данными с внешними информационными системами.
2 Фреймовые модели представления знаний о трубопроводных системах НХП на всех этапах ЖЦ, отображающие целенаправленное воздействие человека на объект исследования и системные связи в процедурах принятия инженерно-технологических и организационно-управленческих решений.
3 Логико-информационные модели ИЛП проектируемых, монтируемых, эксплуатируемых и ремонтируемых ТС с учётом требований отдела технического надзора НХП, отображающие целенаправленное воздействие человека на объект исследования и системные связи в процедурах принятия инженерно-технологических и организационно-управленческих решений.
4 Продукционные модели представления нормативных знаний о ТС на этапах проектирования, монтажа и эксплуатации, отображающие целенаправленное воздействие человека на объект исследования и системные связи в процедурах принятия инженерно-технологических и организационно-управленческих решений.
5 Эвристическо-вычислительные алгоритмы расчёта технических и конструкционных характеристик проектируемых, монтируемых и действующих ТС.
6 Структурно-лингвистические модели представления знаний о технико-технологических и конструкционных характеристиках поршневых компрессорных агрегатов как важнейших элементов трубопроводных систем.
7 Логико-информационная модель и алгоритмы расчёта гасителей колебаний давления рабочей среды в ТС поршневых компрессорных агрегатов.
8 Архитектура, программно-информационное обеспечение и вычислительно-сетевая структура проблемно-ориентированной системы принятия решений по ИЛП жизненного цикла сложных трубопроводов НХП «Трубопровод».
Обоснованность научных результатов диссертационной работы базируется на использовании апробированных научных положений и методов научных исследований; корректном применении методов системного анализа, теории обработки информации, теории искусственного интеллекта и теории множеств; согласованности полученных новых результатов с известными теоретическими положениями на основе концепции «редукционизма»; результатами широкого практического использования разработанной проблемно-ориентированной системы принятия решений «Трубопровод» на НХП.
Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается многочисленными натурными экспериментами, результаты которых позволяют сделать вывод об адекватности разработанных информационно-эвристическо-вычислительных моделей, созданных алгоритмов и проблемно-ориентированной системы «Трубопровод».
1 Сформулирована общая инженерно-технологическая и формализованная постановка задачи ИЛП, которая связывает все этапы жизненного цикла трубопроводных систем НХП с учётом целенаправленного воздействия человека на объект исследования и интеллектуальных основных процедур принятия решений.
2 Разработана комплексная логико-информационная модель ИЛП жизненного цикла трубопроводных систем НХП, отличающаяся учётом принципов системного подхода и сложных взаимосвязей между различными этапами ЖЦ, базой данных и внешними информационными системами, что позволяет автоматизировать интеллектуальные процедуры принятия решений по ИЛП трубопроводных систем и обеспечить системные взаимосвязи всех субъектов ИЛП в едином информационном пространстве, гарантируя при этом высокую скорость обмена данными и исключение дублирования процедур ИЛП, что повысит качество и снизит стоимость ТОиР трубопроводных систем.
3 Разработаны модели представления знаний о трубопроводных системах в виде:
— фреймов, отличающиеся учётом технологической и конструкционной структуры ТС, нормативно-технических требований к проектируемым, монтируемым, эксплуатируемым и ремонтируемым трубопроводам НХП, а также отображением системных взаимосвязей между технологическими и конструкционными характеристиками ТС, что позволяет с помощью специальных алгоритмов автоматизировать их обработку, существенно повысить качество ИЛП жизненного цикла трубопроводных систем и обеспечить промышленную безопасность эксплуатации НХП в целом;
— продукционных правил, отличающиеся отображением системных взаимосвязей между различными характеристиками ТС, а также учётом нормативно-технических требований к проектируемым, монтируемым, эксплуатируемым и ремонтируемым трубопроводам, что позволяет автоматизировать интеллектуальные процедуры принятия решений по выбору и расчёту соответствующих требованиям НТД значений технических и конструкционных характеристик трубопроводных систем НХП на всём ЖЦ.
4 Разработаны эвристическо-вычислительные алгоритмы расчёта технических и конструкционных характеристик:
— проектируемых ТС, отличающиеся применением фреймовых и продукционных моделей представления знаний о характеристиках трубопроводов, а также базы данных (БД) механических свойствах сталей, что позволяет автоматизировать интеллектуальные процедуры принятия решений при определении соответствующих требованиям НТД значений технических характеристик трубопроводов и конструкционных характеристик их элементов;
— монтируемых ТС, отличающиеся использованием фреймовых моделей представления знаний о трубопроводах и продукционных моделей представления знаний об электродуговой сварке, что позволяет автоматизировать интеллектуальные процедуры принятия решений по выбору геометрических характеристик подготовки кромок свариваемых элементов трубопровода, расчёту режимных параметров сварки и количества электродов, формированию технологической карты сварочных работ.
5 Разработаны структурно-лингвистические модели представления знаний о поршневых компрессорных агрегатах, отличающиеся учётом условий работы ПКА одновременно с несколькими рабочими средами, а также требований паспортно-технической и нормативно-технической документации, что позволяет автоматизировать расчёт гасителей колебаний давления в ТС поршневых компрессорных агрегатов.
6 Разработана логическо-вычислительная модель физико-механических процессов поршневых компрессоров, отличающаяся учётом частотных, кинематических и угловых характеристик работы кривошипно-шатунного механизма и цилиндров, что позволяет автоматизировать интеллектуальную процедуру расчёта результирующего спектра частот пульсаций давления сжимаемой среды при различных режимах эксплуатации и любом конструктивном исполнении компрессоров.
7 Разработана логико-информационная модель и алгоритмы расчёта характеристик гасителей колебаний давления рабочей среды в ТС поршневых компрессорных агрегатов, отличающиеся учётом системных связей в процедурах расчёта гасителей колебаний давления в ТС поршневых компрессоров, а также параметров гидродинамических и кинематических режимов эксплуатации поршневых компрессоров, что позволяет автоматизировать расчёт характеристик гасителей колебаний давления в соответствии с нормативно-техническими требованиями.
Соответствие паспорту научной специальности
Работа соответствует следующим пунктам паспорта специальности 05.13.01 «Системный анализ, управление и обработка информации (в химической технологии)»:
П2 «Формализация и постановка задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации».
П4. «Разработка методов и алгоритмов решения задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации».
П9. «Разработка проблемно-ориентированных систем управления, принятия решений и оптимизации технических объектов».
П10. «Методы и алгоритмы интеллектуальной поддержки при принятии управленческих решений в технических системах».
П11. Методы и алгоритмы прогнозирования и оценки эффективности, качества и надёжности сложных систем.
Совокупность разработанных в диссертации оригинальных информационно-эвристическо-вычислительных моделей, эвристическо-вычислительных алгоритмов и
проблемно-ориентированной системы принятия решений по интегрированной логистической поддержке жизненного цикла сложных трубопроводов нефтехимических предприятий вносит существенный вклад в развитие теории системного анализа и моделирования жизненного цикла сложных технических систем, которыми являются трубопроводные системы нефтехимических предприятий.
1 Разработанные методологические основы, информационно-эвристическо-вычислительные модели, эвристическо-вычислительные и информационно-вычислительные алгоритмы ИЛП жизненного цикла трубопроводных систем НХП могут использоваться специалистами научно-технических и проектных организаций, конструкторских отделов, а также специалистами и учёными, занимающимися системным анализом сложных технических объектов, разработкой систем искусственного интеллекта, математических моделей, алгоритмов и проблемно-ориентированных систем по ИЛП жизненного цикла различных видов оборудования нефтегазового, химического и топливно-энергетического комплекса.
2 Разработаны архитектура, программно-информационное обеспечение, вычислительно-сетевая структура и режимы функционирования проблемно-ориентированной системы принятия решений «Трубопровод», реализующей предложенные информаци-онно-эвристическо-вычислительные модели и алгоритмы, применение которых позволяет существенно повысить качество, снизить стоимость и трудоёмкость ИЛП на всех этапах жизненного цикла сложных трубопроводов НХП.
3 С помощью предложенных информационно-эвристическо-вычислительных моделей и алгоритмов ИЛП разработаны взаимно интегрированные — вычислительно-сетевая и локальная (низкобюджетная) версии проблемно-ориентированной системы принятия решений «Трубопровод», что обеспечивает непрерывное взаимодействие всех субъектов ИЛП жизненного цикла трубопроводных систем в едином информационном пространстве.
4 Разработанная вычислительно-сетевая версия проблемно-ориентированной системы принятия решений «Трубопровод» может широко применяться на средних и крупных производственных предприятиях для решения задач оптимизации ТОиР, включая корректировку паспортных данных, определение остаточного ресурса и формирование ремонтной документации.
5 Созданная локальная версия проблемно-ориентированной системы «Трубопровод» («ЭЛПАС-Т») может найти широкое применение в проектных организациях при построении изометрических схем трубопроводов; в монтажных организациях — при построении монтажных схем и формировании монтажно-исполнительной документации по трубопроводам; в экспертных организациях — при выполнении экспертиз промышленной безопасности ТС.
6 Вычислительно-сетевая и локальная версии проблемно-ориентированной системы принятия решений «Трубопровод» могут быть использованы при обучении студентов политехнических и химико-технологических университетов.
Реализация результатов работы
Вычислительно-сетевая версия разработанной проблемно-ориентированной системы «Трубопровод» практически используется следующими предприятиями нефтехимического, газового и химического комплексов РФ: ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез» (с 2005 г.); ЗАО «Сибур-Химпром» (с 2011 г.); ОАО «Минеральные удобрения» (с 2012 г.); ООО «Няганьгазпереработка» (с 2014 г.).
Локальная версия проблемно-ориентированной системы «ЭЛПАС-Т» с 2010 года используется следующими организациями: ООО «Пермь-Глобалстройсервис»; ООО «ГСИ-Пермнефтегазстрой»; ООО «Калинка-С» (г. Тюмень); ОАО «Уралхиммонтаж» (Пермь); ООО «Институт Пермский Бумпромпроект»; ООО «УралПромБезопасность»; ООО НТФ «ОМКС».
Проблемно-ориентированная система «Трубопровод» позволяет специалистам и лицам, принимающим решение, на всех этапах ЖЦ трубопроводных систем работать в едином информационном пространстве и осуществлять непрерывный электронный обмен данными по всем трубопроводам НХП.
Разработанная проблемно-ориентированная система «Трубопровод» использована при создании базы электронных паспортов в количестве более 6000 трубопроводов на предприятии ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез» и в количестве более 2500 трубопроводов — на предприятии ЗАО «Сибур-Химпром».
Основные методологические, теоретические и практические результаты диссертационной работы, включая разработанную проблемно-ориентированную систему «Трубопровод», используются в качестве учебно-методических материалов при преподавании учебных дисциплин: «Системный анализ процессов химической технологии» и «Основы автоматизированного проектирования» на кафедре «Машины и аппараты производственных процессов» Пермского национального исследовательского политехнического университета; «Информационные системы в логистике», «Проектирование энергоресурсосберегающих химических предприятий» и «Информационные технологии в управлении» в Международном институте логистики ресурсосбережения и технологической инноватики Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева.
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались:
— на ряде международных конференций: «Интерактивные системы: Проблемы че-ловеко-компьютерного взаимодействия» (Ульяновск, 1999); «Актуальные проблемы автомобильного, железнодорожного, трубопроводного транспорта в Уральском регионе» (Пермь, 2005); V, VI и X научно-технических конференциях «Информационно-вычислительные технологии и их приложения» (Пенза, в 2006, 2007 и 2009 гг.); научно-практической конференции «Логистика и экономика ресурсосбережения в промышленности (МНПК «ЛЭРЭП-7-2013»)» (Ярославль, 2013);
— на ряде всероссийских конференций: научно-практической конференции «Автоматизированные системы управления и информационные технологии» (Пермь, 2006); II научно-практической конференции с международным участием «Перспективы развития информационных технологий» (Новосибирск, 2010); 10-й всероссийской конференции «Информация, инновации, инвестиции — 2012» (Пермь, 2013).
— на XVIII и XIX Менделеевских съездах по общей и прикладной химии (Москва, 2007; Волгоград, 2011).
По теме диссертации опубликовано 66 печатных работы, из них 15 статей в рецензируемых журналах; 6 свидетельств о государственной регистрации программы для ЭВМ и одно свидетельство о государственной регистрации базы данных.
Объем и структура работы
Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений; глоссария основных терминов и понятий; списка литературы, включающего 341 наименование, списка иллюстративного материала и приложений.
Диссертация содержит 468 страниц, 143 рисунка и 35 таблиц.
Во введении обоснована актуальность научных исследований по ИЛП жизненного цикла трубопроводных систем НХП. Сформулированы цель и задачи диссертационной работы, изложены научная новизна, научная и практическая значимость, практическая реализация полученных результатов.
В первой главе «Анализ современных научных исследований по компьютеризации процедур принятия решений по интегрированной логистической поддержке технологических систем» представлены результаты комплексного анализа современных научных исследований по компьютеризации ИЛП различных промышленных систем, включая трубопроводные системы НХП, как объектов компьютерного моделирования. Отмечены недостатки, возникающие при ИЛП жизненного цикла трубопроводных систем НХП с помощью разрозненных программных средств. Обоснована роль ИЛП жизненного цикла ТС в обеспечении экономической эффективности и промышленной безопасности НХП. Дана краткая характеристика существующих информационно-математических моделей, алгоритмов и программных систем для решения задач ИЛП различных промышленных объектов. Выявлены следующие новые задачи ИЛП жизненного цикла трубопроводных систем НХП: определение параметров классификации трубопроводов; выбор и определение характеристик конструкционных элементов трубопроводов и характеристик соединений, образованных конструкционными элементами; определение характеристик технических устройств снижения энергии колебаний давления в ТС поршневых компрессорных агрегатов; автоматизированное формирование сводных отчётов по трубопроводам предприятий. Показано, что вследствие физических особенностей работы поршневых компрессоров, а именно — наличия колебаний давления рабочей среды, при ИЛП трубопроводных систем поршневых компрессорных агрегатов требуется дополнительно решить следующие инженерно-технические задачи: расчёт геометрических характеристик гасящих энергию колебаний давления технических устройств, в частности, буферных ёмкостей и дроссельных диафрагм; разработка математических моделей и алгоритмов, формализующих расчёт указанных выше технических устройств.
Сформулирована инженерно-техническая и формализованная постановка задачи ИЛП жизненного цикла ТС, конечной целью решения которой является повышение экономической эффективности, надёжности и промышленной безопасности НХП.
Во второй главе «Логико-информационные и фреймовые модели представления знаний об интегрированной логистической поддержке жизненного цикла трубопроводных систем нефтехимических предприятий» приведены результаты разработки логико-информационных и фреймовых моделей представления знаний, необходимых для формализации режимов функционирования ТС и выполнения эвристико-вычислительных процедур принятия решений по ИЛП жизненного цикла трубопроводных систем.
Дано описание комплексной логико-информационной модели жизненного цикла трубопроводных систем НХП (рисунок 1), разработанной с использованием методологии системного подхода и концепции «редукционизма», предложенной академиком А.Л. Бучаченко для исследования сложных физико-химических процессов.
В разработанной модели (см. рисунок 1), по аналогии с химико-технологической системой, жизненный цикл рассмотрен как целенаправленная совокупность информационно-вычислительных процессов, моделей и внешних информационных систем, обеспечивающих переработку входной информации — в промежуточную и конечную информацию, а также в различные виды технической документации по трубопроводам.
ТЗ, TP, нтд птд, нтд птд, эк, нтд
Рисунок 1 — Блок-схема комплексной логико-информационной модели жизненного цикла трубопроводных систем НХП: ТЗ — техническое задание; TP — технологический регламент; ПТД — проектно-техническая документация; ЭД — эксплуатационная документация; ВИС — внешние информационные системы; БД — база данных
Под входной информацией в модели понимаются данные из технического задания на проектирование; технологического регламента; нормативно-технической, проектной, эксплуатационной и ремонтной документации, а также данные, переданные из внешних информационных систем. В качестве аналога крупных технологических блоков принимались блоки моделей ИЛИ, адаптированные к соответствующим этапам ЖЦ и внешние информационные системы. При этом модели технического обслуживания и ремонта были отнесены к блоку эксплуатации. В качестве информационно-вычислительных процессов принимались процедуры ИЛП, формализованные в виде математических и эври-стическо-вычислительных алгоритмов проектирования, монтажа и эксплуатации.
Приведены описания семантико-фактографических моделей представления знаний (МПЗ) о конструкционных и технико-технологических характеристиках ТС в виде фреймов (ФР), разработанных с применением концептуального и таксономического анализа различной документации о ТС, а также с учётом знаний экспертов прикладной области. Указанные фреймовые модели необходимы для разработки эвристическо-вычислительных алгоритмов решения основных поставленных в диссертации задач.
Фрейм-прототип «Конструкционные характеристики трубопровода» представляет собой сеть фреймов (рисунок 2, где введены следующие обозначения: Q = q. д„) — атрибуты, а А =
i = l, и — порядковый номер атрибута, п — количество атрибутов фрейма, j -\,т — порядковый номер характеристики г’-го атрибута, т — количество характеристик /-го атрибута; пэ — количество элементов трубопровода; и/- количество фланцевых соединений трубопровода; пс — количество сварных соединений трубопровода; Ду — условный диаметр; Ру — условное давление; nF- количество болтовых отверстий во фланце).
Фрейм-прототип «Конструкционные характеристики трубопровода»
41 Основной Ду 0..1 41 Труба 41 Характеристики шпилек
ап Слот а и ФР «Труба»
42 Основной материал 0..1 Тройник
1 ..пэ а?1 Слот 0..1 а ■,, ФР «Тройник» 41.2 Марка стали
«13 Стандарт стали
4з Элемент 4з Отвод а/4 Марка резьбы
а з.1 № поз. а3 1 ФР «Отвод» а1.5 Стандарт
а32 ФР «Элемент» а1.б Длина
а, 1 Слот а, т Шаг резьбы
44.1 ФР «Переход» Я1.Я Марка
44 Фланцевое соединение
0..1 —=» 4б Фланец а 1,9 не-
ъ 0 ..пс а4Л № позиции 1 1 Об 1 ФР «Фланец» а ¡.¡о \ Слот
а4, № поз. фланца 1 1 41 характеристики гаек
о 4.3 № поз. фланца 2 41 Характеристики прокладки
а4.4 ФР «Шпильки» а и № позиции
«45 ФР «Гайки» аи № позиции Я1.2 Марка стали
а 4.6 ФР «Прокладка» -=» а,.2 Ду аи Стандарт стали
а 4.7 Слот аи Ру аг4 Марка резьбы
41 Сварное соединение 01.4 Стандарт аи Стандарт
а5 1 № позиции аи Марка а 1.6 Высота
а5.2 ФР «Сварное соединение» а/.б Материал а, л Шаг резьбы
а и Толщина аг8 Марка гайки
а 1.9 Слот а ио \ Слот
Рисунок 2 — Блок-схема фрейм-прототипа «Конструкционные характеристики трубопровода», включающего подфреймы: «Шпильки», «Гайки», «Прокладка»
Фрейм-прототип «Технико-технологические характеристики трубопровода» представляет собой сеть фреймов (рисунок 3, где Рпр — давление испытаний на прочность; Рпл — давление испытаний на плотность; Рг — давление испытаний на герметичность; и Р™111 — максимальное и минимальное давление рабочей среды; /тах и /»»» -максимальная и минимальная температура рабочей среды).
Приведены описания логико-информационных моделей ИЛП жизненного цикла ТС (рисунок 4). С целью снижения высокой размерности общей задачи ИЛП использован метод декомпозиции, в результате применения которого комплексная логико-информационная модель ИЛП жизненного цикла ТС сведена к трём логико-информационным моделям: проектируемых; монтируемых; эксплуатируемых и ремонтируемых трубопроводов. Разработка указанных моделей ИЛП осуществлялась на основе концепции интегрированной информационной среды (ИИС), а также методологии системного подхода, позволяющей учесть существующие взаимосвязи между процедурами ИЛП как внутри этапов, так и между этапами ЖЦ. Оформлены модели в соответствии с требованиями технологии ГОЕР, являющейся неотъемлемой частью САЬ5-технологий. Использование разработанных логико-информационных моделей обеспечивает оптимизацию процесса ИЛП посредством организации взаимодействия субъектов ЖЦ трубопроводных систем в едином информационном пространстве, увеличения ско-
рости выполнения и исключения дублирования процедур принятия решений по ИЛП. В результате повышается качество и снижается стоимость технического обслуживания и ремонта ТС. Все разработанные модели могут использоваться как автономно, так и в виде единой информационно-структурированной системы, представляющей собой комплексную логико-информационную модель.
Фрейм-прототип «Технико-технологические характеристики трубопровода»
91 Характеристики трубопровода
11.4 Фрейм «Проект»
О1.5 Фрейм «Монтаж»
О1.6 Фрейм «Испытания»
а\п Межремонтный пробег
Расчётное число пусков
«1.9 Период ревизии
01.10 Остаточный ресурс