АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ И НАДЕЖНОСТЬЮ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ И ИНЫХ ОБЪЕКТОВ НА ВСЕХ СТАДИЯХ ИХ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА
AUTOMATED GENERAL-PURPOSE DIAGNOSTIC COMPLEX FOR CONTROL OF SAFETY AND RELIABILITY OF HYDRAULIC STRUCTURES OF HYDROELECTRIC POWER PLANTS AND OTHER FACILITIES AT ALL STAGES OF THEIR LIFE CYCLE

Изобретение относится к средствам мониторинга, оценки и прогнозирования технического состояния сложных многокомпонентных объектов, преимущественно таких как гидротехнические сооружения (ГТС), и может быть использовано, в частности, при управлении безопасностью и надежностью комплексов проектируемых, строящихся и эксплуатируемых ГТС ряда гидроэлектростанций (ГЭС) и иных объектов, принадлежащих или эксплуатируемых одной корпорацией.
Известна компьютерная система стратегического прогноза изменения характеристик технических систем с использованием предварительных математических моделей, содержащая контрольно-управляющий блок, а также подключенный к нему ряд средств ввода/вывода информации, таких как монитор, принтер, мышь, клавиатура и т.п.; в состав контрольно-управляющего блока входят центральный процессор, микросхема памяти - блок данных по контролируемому объекту и схема интерфейса, сопрягающая упомянутые средства ввода/вывода с центральным процессором (WO 2005109253 А1, опубл. 17.11.2005, МПК (ред. IPC1-7) G06F 17/50).
Недостатком аналога является то, что компьютерная система позволяет проводить мониторинг и оценку состояния только отдельного объекта и не может использоваться для множества удаленных друг от друга объектов, особенно столь сложных, как гидротехнические сооружения. Кроме того, данная система способна только контролировать техническое состояние единичного объекта без возможности автоматизированного планирования экономически эффективных воздействий по повышению безопасности и надежности групп объектов.
Известна автоматизированная система мониторинга технического состояния и поддержки принятия управляющих решений по повышению безопасности и надежности комплексов ГТС ГЭС и иных объектов, включающая блок входных данных по объектам, контрольно-управляющий блок, в состав которого входят блок мониторинга и диагностики технического состояния ГТС, блок оценки состояния и уровня безопасности ГТС, блок планирования воздействий на ГТС и блок управления знаниями в сфере безопасности и надежности ГТС, блок предложений в производственные программы корпорации, база данных портфеля ГТС ГЭС корпорации и связи указанных блоков с экспертами, привлекаемыми для оценок состояния и уровня безопасности ГТС всех ГЭС, принадлежащих корпорации (патент РФ 2460127, опубл. 17.08.2012, МПК G06F 17/00).
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения.
Недостатком прототипа является то, что известная автоматизированная система позволяет проводить мониторинг и оценку состояния только эксплуатируемых сооружений и не может использоваться при проектировании и строительстве новых объектов, особенно столь сложных, как ГТС ГЭС.
Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи создания эффективной и надежной автоматизированной системы мониторинга технического состояния и поддержки принятия управляющих решений по повышению безопасности и надежности таких сложных и многокомпонентных объектов, как комплексы ГТС удаленных друг от друга ГЭС или иных объектов на всех стадиях их жизненного цикла путем автоматизации всех процессов управления безопасностью и надежностью ГТС, а также при проектировании и строительстве новых объектов ГТС ГЭС с вовлечением в эти процессы групп экспертов.
Согласно изобретению автоматизированный универсальный диагностический комплекс для управления безопасностью и надежностью гидротехнических сооружений гидроэлектростанций и иных объектов на всех стадиях их жизненного цикла, включающий блок входных данных по объектам, контрольно-управляющий блок, в состав которого входят блок мониторинга и диагностики технического состояния ГТС, блок оценки состояния и уровня безопасности ГТС, блок планирования воздействий на ГТС, блок управления знаниями в сфере безопасности и надежности ГТС, блок предложений в производственные программы корпорации, база данных портфеля ГТС ГЭС корпорации и связи указанных блоков с экспертами, характеризуется тем, что в контрольно-управляющий блок комплекса дополнительно включен блок прогнозирования уровня безопасности и надежности проектируемых и строящихся ГТС, предназначенный для автоматизированного сбора, хранения и обработки результатов оценки состояния и уровня безопасности эксплуатируемых ГТС всех ГЭС или иных объектов, принадлежащих корпорации, и связи указанного блока с участниками системы, привлекаемыми для выполнения оценок и прогнозов уровня надежности и безопасности проектируемых и строящихся ГТС, включая группы экспертов, использующих единые для всех проектируемых и строящихся ГТС алгоритмы.
Кроме того, заявленное техническое решение имеет факультативный признак, характеризующий его частный случай, а именно:
- блок мониторинга и диагностики технического состояния ГТС содержит блок автоматизированной статистической обработки данных мониторинга ГТС, алгоритмы статистической обработки данных мониторинга ГТС, блок результатов мониторинга и оперативной диагностики ГТС и блок периодической проверки результатов и внесения изменений в систему мониторинга ГТС;
- блок оценки состояния и уровня безопасности ГТС содержит блок подготовки исходных данных, алгоритмы оценки состояния ГТС, алгоритмы анализа и оценки индивидуального и портфельного риска аварий ГТС, алгоритм декларирования безопасности ГТС, блок результатов оценки состояния и уровня безопасности ГТС и пакетов документов декларации безопасности ГТС ГЭС;
- блок прогнозирования уровня безопасности и надежности проектируемых и строящихся ГТС содержит блок подготовки исходных данных, алгоритмы прогнозирования уровня надежности ГТС, алгоритмы прогнозирования уровня безопасности ГТС и блок результатов прогнозирования уровня безопасности и надежности проектируемых и строящихся ГТС;
- блок планирования воздействий на ГТС содержит реестры дефектов ГТС каждой из ГЭС, реестр дефектов портфеля ГТС ГЭС корпорации, блок расчетов допустимых планов воздействий для портфеля ГТС, блок оценки и ранжирования планов воздействий на ГТС по эффективности, блок формирования вариантов планов воздействий на ГТС ГЭС, по результатам работы которых формируется в автоматизированном режиме оптимальный план воздействий на ГТС ГЭС корпорации, и блок предложений в производственные программы корпорации в части ремонтов и реконструкции ГТС ГЭС.
- блок управления знаниями в сфере безопасности и надежности ГТС содержит блок правовой, нормативной и методической документации в сфере надежности и безопасности ГТС, блок информационного обеспечения процесса повышения квалификации персонала, блок информационного обеспечения процессов мониторинга, оценки состояния и уровня безопасности ГТС, блок информационного обеспечения процесса оценки и прогнозирования уровня безопасности и надежности проектируемых и строящихся ГТС, блок информационного обеспечения процесса планирования воздействий на ГТС, а также источники информации для процессов управления знаниями.
Отличительным признаком заявленного изобретения от прототипа является то, что в его контрольно-управляющий блок дополнительно включен блок прогнозирования уровня безопасности и надежности проектируемых и строящихся ГТС, предназначенный для автоматизированного сбора, хранения и обработки результатов оценок состояния и уровня безопасности эксплуатируемых ГТС всех ГЭС.
Технический результат достигается благодаря наличию этого признака за счет автоматизированной обработки результатов оценок состояния и уровня безопасности эксплуатируемых ГТС всех ГЭС, принадлежащих корпорации, с учетом мирового опыта обеспечения безопасности и надежности ГТС, формализации и информационного обеспечения процесса прогнозирования уровня надежности и безопасности проектируемых и строящихся ГТС для участников процессов управления безопасностью и надежностью ГТС на всех стадиях их жизненного цикла путем включения в систему блока прогнозирования уровня безопасности и надежности ГТС и блока информационного обеспечения процесса оценки и прогнозирования уровня надежности и безопасности проектируемых и строящихся ГТС.
Предлагаемый автоматизированный универсальный диагностический комплекс для управления безопасностью и надежностью гидротехнических сооружений гидроэлектростанций и иных объектов на всех стадиях их жизненного цикла иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана общая структура автоматизированного универсального диагностического комплекса, на фиг.2 - структура блока мониторинга и диагностики технического состояния ГТС, на фиг.3 - структура блока оценки состояния и уровня безопасности ГТС, на фиг.4 - структура блока прогнозирования уровня безопасности и надежности проектируемых и строящихся ГТС, на фиг.5 - структура блока планирования воздействий на ГТС, на фиг.6 - структура блока управления знаниями в сфере безопасности и надежности ГТС.
Автоматизированный универсальный диагностический комплекс для управления безопасностью и надежностью гидротехнических сооружений гидроэлектростанций и иных объектов на всех стадиях их жизненного цикла (фиг.1) содержит блок входных данных 1, контрольно-управляющий блок 2, в состав которого входят блок мониторинга и диагностики технического состояния ГТС 3, блок оценки состояния и уровня безопасности ГТС 4, блок прогнозирования уровня безопасности и надежности проектируемых и строящихся ГТС 5, блок планирования воздействий на ГТС 6, блок управления знаниями в сфере безопасности и надежности ГТС 7, база данных портфеля ГТС ГЭС корпорации 8, а также блок групп экспертов 9 и блок предложений в производственные программы корпорации 10.
Блок мониторинга и диагностики технического состояния ГТС 3 (фиг.2) включает блок автоматизированной статистической обработки данных мониторинга ГТС 11, алгоритмы статистической обработки данных мониторинга ГТС 12, блок результатов мониторинга и оперативной диагностики ГТС 13 и блок периодической проверки результатов и внесения изменений в систему мониторинга ГТС 14.
Блок оценки состояния и уровня безопасности ГТС 4 (фиг.3) содержит блок подготовки исходных данных 15, алгоритмы оценки состояния ГТС 16, алгоритмы анализа и оценки индивидуального и портфельного риска аварий ГТС 17, алгоритм декларирования безопасности ГТС 18, блок результатов оценки состояния и уровня безопасности ГТС и пакетов документов декларации безопасности ГТС ГЭС 19.
Блок прогнозирования уровня безопасности и надежности проектируемых и строящихся ГТС 5 (фиг.4) содержит блок подготовки исходных данных 15, алгоритмы прогнозирования уровня надежности ГТС 20, алгоритмы прогнозирования уровня безопасности ГТС 21 и блок результатов прогнозирования уровня безопасности и надежности проектируемых и строящихся ГТС 22.
Блок планирования воздействий на ГТС 6 (фиг.5) содержит реестры дефектов ГТС каждой из ГЭС 23, реестр дефектов портфеля ГТС ГЭС корпорации 24, блок расчетов допустимых планов воздействий для портфеля ГТС 25, блок оценки и ранжирования планов воздействий на ГТС по эффективности 26, блок формирования вариантов планов воздействий на ГТС ГЭС 27, по результатам работы которых формируется в автоматизированном режиме оптимальный план воздействий на ГТС ГЭС корпорации 28, и блок предложений в производственные программы корпорации 10 в части ремонтов и реконструкции ГТС ГЭС.
Блок управления знаниями в сфере безопасности и надежности ГТС 7 (фиг.6) содержит блок правовой, нормативной и методической документации в сфере надежности и безопасности ГТС 29, блок информационного обеспечения процесса повышения квалификации персонала 30, блок информационного обеспечения процессов мониторинга, оценки состояния и уровня безопасности ГТС 31, блок информационного обеспечения процесса оценки и прогнозирования уровня безопасности и надежности проектируемых и строящихся ГТС 32, блок информационного обеспечения процесса планирования воздействий на ГТС 33, а также источники информации 34 для процессов управления знаниями.
Порядок работы автоматизированного универсального диагностического комплекса для управления безопасностью и надежностью ГТС ГЭС и иных объектов на всех стадиях их жизненного цикла показан на примере управления безопасностью и надежностью ГТС ряда ГЭС, принадлежащих одной корпорации.
Входными данными для работы системы являются результаты регулярных натурных наблюдений за техническим состоянием ГТС, поступающие в блок мониторинга и диагностики 3 из баз данных мониторинга и диагностики ГТС каждой из ГЭС, принадлежащих корпорации, автоматически при наличии на ГЭС автоматизированной информационно-диагностической системы (ИДС), или в режиме ручного ввода с автоматизированных рабочих мест операторов ГЭС (АРМ-1) в отсутствие на ГЭС ИДС. Контроль порядка поступления входных данных в систему осуществляется кураторами ГЭС в аналитическом центре (АЦ) корпорации с автоматизированных рабочих мест (АРМ-2).
Входные данные из блока 1 поступают в блок мониторинга и диагностики технического состояния ГТС 3 контрольно-управляющего блока 2, где выполняется их автоматизированная статистическая обработка в блоке 11 с помощью алгоритмов 12, адаптированных к специфике конкретных сооружений. Результаты мониторинга и оперативной диагностики ГТС 13 поступают в соответствующий раздел централизованной базы данных портфеля ГТС ГЭС корпорации 8. Обратная связь, предусмотренная в блоке мониторинга и диагностики технического состояния ГТС 3, представляет собой блок периодической проверки результатов мониторинга и диагностики ГТС 14, регулярно выполняемой кураторами ГЭС с АРМ-2. При необходимости куратор может сделать уточняющий запрос на ГЭС и предложить внести изменения в программу мониторинга ГТС. Коррекция и обновление программ мониторинга ГТС и алгоритмов статистической обработки его результатов выполняются с помощью блока управления знаниями в сфере безопасности и надежности ГТС 7.
Для выполнения комплексных оценок состояния ГТС и уровня их безопасности и/или для разработки пакета документов декларации безопасности ГТС ГЭС отделом АЦ (АРМ-3) формируются экспертные группы 9, включающие специалистов в соответствующих областях знаний. Исходные данные для работы экспертов в унифицированном виде запрашиваются куратором ГЭС с АРМ-2 из базы данных портфеля ГТС ГЭС 8 с помощью блока подготовки исходных данных 15. Работа экспертных групп 9 осуществляется по соответствующим алгоритмам - комплексных оценок состояния ГТС 16, анализа и оценки индивидуального и портфельного риска аварий ГТС 17, декларирования безопасности ГТС ГЭС 18, единым для всех ГЭС и учитывающим специфику разных типов ГТС. Из блока 19 результаты оценок состояния или уровня безопасности ГТС, разработанный и утвержденный органами надзора пакет документов декларации безопасности ГТС ГЭС в унифицированном виде передаются куратору ГЭС и вводятся с АРМ-2 в соответствующие разделы базы данных портфеля ГТС ГЭС 8. Коррекция и обновление алгоритмов оценки состояния ГТС, оценки уровня безопасности ГТС, декларирования безопасности ГТС выполняются с помощью блока управления знаниями в сфере безопасности и надежности ГТС 7.
Для прогнозирования уровня безопасности и надежности проектируемых и строящихся ГТС ГЭС отделом АЦ (АРМ-3) также формируются экспертные группы 9, включающие специалистов в соответствующих областях знаний. Исходные данные для работы экспертов в унифицированном виде запрашиваются куратором ГЭС с АРМ-2 из базы данных портфеля ГТС ГЭС 8 с помощью блока подготовки исходных данных 15. Работа экспертных групп осуществляется по соответствующим алгоритмам прогнозирования уровня надежности ГТС 20 и уровня безопасности ГТС 21. Результаты прогнозирования уровня безопасности и надежности проектируемых и строящихся ГТС, формируемые в блоке 22, передаются куратору ГЭС и вводятся в соответствующие разделы базы данных портфеля ГТС ГЭС корпорации 8. Коррекция и обновление алгоритмов прогнозирования уровня безопасности и надежности проектируемых и строящихся ГТС осуществляются с помощью блока информационного обеспечения процессов прогнозирования уровня безопасности и надежности проектируемых и строящихся ГТС 32, включенного в блок управления знаниями в сфере безопасности и надежности ГТС 7.
Для планирования воздействий на ГТС персонал каждой из ГЭС корпорации (АРМ-1) совместно с куратором ГЭС (АРМ-2) формирует реестр дефектов ГТС ГЭС 23 по результатам мониторинга технического состояния ГТС, оценки их состояния и уровня безопасности, имеющимся в базе данных портфеля ГТС ГЭС 8. Все реестры дефектов ГТС ГЭС объединяются в отделе АЦ (АРМ-3) в единый реестр дефектов портфеля ГТС ГЭС корпорации 24, который включает полный перечень дефектов ГТС ГЭС, ремонтные метрики, технически допустимые виды ремонта и предельные сроки устранения для каждого из дефектов ГТС. Для определения отдельных параметров дефектов портфеля ГТС используются базы данных блока управления знаниями в сфере безопасности и надежности ГТС 7. Реестр дефектов портфеля ГТС ГЭС 24 корпорации поступает в автоматизированный блок расчета допустимых планов воздействий для портфеля ГТС 25, причем для каждого из допустимых планов выполняется оценка и ранжирование планов по эффективности в блоке 26. Группа экспертов 9 рассматривает полученные из блока 27 варианты планов воздействий на ГТС ГЭС корпорации и выбирает оптимальный план 28, который передается в АЦ (АРМ-2 и АРМ-3) для формирования блока предложений в производственные программы корпорации 10.
Информационное обеспечение всех процессов, заявленных в предлагаемом изобретении, осуществляется в блоке управления знаниями в сфере безопасности и надежности ГТС 7, включающем блок правовой, нормативной и методической документации 29, блок информационного обеспечения процесса повышения квалификации персонала ГЭС в сфере надежности и безопасности ГТС 30, блок информационного обеспечения процессов мониторинга, оценки состояния и уровня безопасности ГТС 31, блок информационного обеспечения процессов прогнозирования уровня безопасности и надежности проектируемых и строящихся ГТС 32 и блок информационного обеспечения процесса планирования воздействий на ГТС 33.
Примерный состав баз данных блоков 29-33, как и структура всего блока управления знаниями в сфере безопасности и надежности ГТС 7, могут меняться в процессе функционирования предлагаемой автоматизированной системы. Актуализация и обновление данных в базах осуществляются специальным подразделением АЦ (АРМ-4) на базе всех доступных источников информации 34 с учетом опыта информационного обеспечения участников системы управления безопасностью и надежностью ГТС.