СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ НАДЕЖНОСТЬЮ

Полезная модель относится к системам управления и может применяться на предприятиях энергетики для минимизации стоимости плановых простоев, неплановых остановок и суммы затрат на обслуживание оборудования.
Известна система управления в области электроэнергетики (см. ЕР 1720125, Пауэр Менеджмент Лтд., G06Q 30/00, опубл. 08.11.2006), содержащая, по крайней мере, один блок хранения данных, аналитический блок, а также канал связи для передачи на него данных от блока хранения данных, причем аналитический блок выполнен с возможностью обработки полученной информации и генерации текущих отчетов о состоянии объекта анализа. К недостаткам известного решения следует отнести то, что указанная система позволяет лишь производить мониторинг показателей энергосистемы (в том числе отказов и остановок генерирующих мощностей), а возможность прогнозирования и планирования в ней не предусмотрена.
Целью настоящей полезной модели является создание эффективной системы управления надежностью производственных мощностей, которая характеризовалась бы более широкими функциональными возможностями по сравнению с известным аналогом и наряду с мониторингом отказов и остановок оборудования позволяла бы производить оценку рисков отказов и остановок в будущем и прогнозировать затраты на обслуживание оборудования.
Указанная цель достигается в системе управления надежностью, содержащей блок оценки вероятности и величины риска, блок классификации риска, управляющий блок, в которой первый вход блока оценки вероятности и величины риска совпадает с первым выходом из блока электростанций, второй вход блока оценки связан с выходом из экспертного блока хранения данных, третий вход блока оценки связан с первым выходом управляющего блока, а выход блока оценки связан со входом блока классификации риска, выход которого связан со входом управляющего блока, второй выход которого связан со входом блока управления техобслуживанием и ремонтами, при этом выход последнего связан с блоком электростанций.
Предлагаемая структура системы, ключевым звеном которой является последовательное соединение блоков оценки, классификации и управляющего блока,
позволяет осуществлять не только текущий мониторинг работоспособности генерирующего оборудования, но также на основе информации о текущем и историческом состоянии энергоблоков, агрегатов, узлов, их отдельных элементов, а также заложенных нормативов, планируемых работ по вводу-выводу мощностей, изменению уровня износа, а также других внешних условий и ограничений оценивать риски выхода из строя оборудования или его частей в будущем и на основании этих оценок планировать затраты на ремонтное обслуживание и поддержание минимально требуемого уровня надежности, а также при необходимости - строить планы страхования неизменяемых (неуправляемых) рисков. При этом наличие связи блока оценки вероятности и величины риска с блоком электростанций и экспертным блоком хранения данных позволяет вводить в блок моделирования различные виды данных, характеризующих текущее и будущее функционирование оборудования. Связь управляющего блока с блоком электростанций через блок управления техобслуживанием и ремонтами обеспечивает передачу итоговых результатов работы системы для дальнейшего использования в управлении и планировании работ в системе электростанций.
В предпочтительном случае второй выход из блока электростанций связан с блоком хранения данных о сбоях и блоком мониторинга основных средств, выход каждого из которых связан с входом экспертного блока хранения данных. Такая структура позволяет разделять и отдельно хранить данные о нормальном и аварийном функционировании энергоблоков, что облегчает оценку вероятности наступления аварийного события.
Предпочтительно также, четвертый вход блока оценки связан с первым выходом блока внешних систем управления, второй выход которого связан со вторым входом управляющего блока, а вход блока внешних систем управления связан с выходом блока электростанций. Связь с внешними системами управления позволит производить оценку рисков и выработку планов по их минимизации с учетом ограничений, накладываемых другими задачами по оптимизации (в частности, объема выработки, энергетических и финансовых потоков и пр.), которые решаются в указанных внешних системах управления.
Полезная модель поясняется далее более подробно со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором изображена принципиальная схема реализации полезной модели.
Позициями на чертежах обозначены: 1 - блок оценки вероятности и величины риска, 2 - блок классификации риска, 3 - управляющий блок, 4 - блок электростанций, 5 - экспертный блок хранения данных, 6 - блок управления техобслуживанием и ремонтами, 7
- блок внешних систем управления, 8 - блок хранения данных о сбоях, 9 - блок мониторинга основных средств.
В случае реализации, показанном на чертеже, первый вход блока 1 оценки вероятности и величины риска совпадает с первым выходом из блока электростанций 4, второй вход блока оценки 1 связан с выходом из экспертного блока хранения данных 5, третий вход блока оценки 1 связан с первым выходом управляющего блока 3, а выход блока оценки 1 связан со входом блока классификации риска 2, выход которого связан со входом управляющего блока 3, второй выход которого связан со входом блока управления техобслуживанием и ремонтами 6, при этом выход последнего связан с блоком электростанций 4. Второй выход из блока электростанций 4 связан с блоком хранения данных о сбоях 8 и блоком мониторинга основных средств 9, выход каждого из которых связан со входом экспертного блока хранения данных 5. Следует отметить, что здесь и далее под связью между блоками, понимается возможность передавать посредством указанной связи данные от одного блока к другому, связанному с ним, напрямую либо через какое-то промежуточное звено. Все связи между блоками могут быть реализованы на практике посредством каналов связи известного типа, уместных в том или ином конкретном варианте осуществления полезной модели, включая каналы проводной, беспроводной и/или радиосвязи с использованием любых уместных протоколов, известных из уровня техники (например, TCP/IP и пр.).
В предпочтительном случае первый вход в блок оценки 1 предназначен для ввода информации о текущем состоянии энергоблоков, агрегатов и узлов, отдельных элементов агрегатов и узлов, фиксируемых в блоке электростанций 4. Второй вход в блок оценки 1 предназначен для ввода из экспертного блока хранения данных 5 статистических данных для оценки вероятностей тех или иных нарушений и их последствий, и знаний об экономических эффектах от тех или иных воздействий на основные средства. Указанные статистические данные и знания накапливаются в экспертном блоке 3 благодаря поступлению соответствующей исторической информации с блоков мониторинга 9 и хранения данных о сбоях 8, систематически отбираемой с блока электростанций 4. Третий вход в блок оценки 1 предназначен для ввода в него из управляющего блока 3 информации о воздействиях на оборудование таких, как введение в работу, передача либо изменение состава оборудования посредством ремонтных работ и других инвестиционных проектов. Через четвертый вход на блок оценки 1 с блока внешних систем управления 7 могут вводиться дополнительные ограничения, например, оценка размера располагаемой и установленной мощности, затраты на развитие до требуемого уровня необходимых
компетенции, план производства, оценка расходов на устранение технологических нарушений, оценка потенциальной прибыли на единицу мощности, сальдо денежных потоков и плановые параметры ключевых показателей результативности процессов.
Система может функционировать следующим образом.
На основании информации, поступающей в блок оценки 1 от блока 4 электростанций, экспертного блока 5 и блока 7 внешних систем управления (информация может подаваться циклично с заданным интервалом или по запросу с блока 1) в указанном блоке оценки 1 производится расчет всех предполагаемых рисков (например, рисков выхода оборудования из строя в результате аварии, износа, вывода его для планового ремонта, рисков недостаточной выработки в определенный момент времени и проч.). Под расчетом риска понимается определение выборочной вероятности наступления какого-либо негативного события, например, путем деления числа негативных событий в предыдущие периоды на общее число событий (наблюдений), при этом исторические и актуальные данные поставляются в блок оценки 1 из экспертного блока хранения данных 5 и блока электростанций 4. Для будущих периодов может проводиться корректировка риска (в сторону увеличения или уменьшения) в случае внесения плановых изменений, которые могут снизить или увеличить риск того или иного события (например, ввод новых мощностей снижает вероятность выхода из строя в результате износа и аварии и т.п.). Для численной оценки таких условных вероятностей целесообразно вначале построить вероятностную модель наступления негативных событий по фактическим данным (в качестве такой вероятностной модели может быть выбрана, например, регрессия, авторегрессия и/или скользящее среднее), исследовать ее сходимость на исторических данных (например, методом наименьших квадратов), а затем экстраполировать сходящуюся модель на будущие периоды с учетом условий и ограничений, поступающих в блок оценки 1 из блока внешних систем управления 7 (такие ограничения могут вводиться в моделях, например, в качестве дополнительных слагаемых, уменьшающих или наоборот увеличивающих значение исследуемого параметра - например, суммарной выработки электроэнергии - на величину, заданную в поступившем из блока 7 плане). После построения вероятностной модели для каждого из исследуемых параметров описанным способом и ее численной экстраполяции может быть рассчитана оценка вероятности наступления негативного события (делением числа негативных событий в полученной суммарной выборке из исторических, актуальных и экстраполированных данных, на общее число наблюдений в этой выборке), при этом негативным событием может быть например, признано снижение исследуемого параметра (например, вырабатываемой мощности).
Полученные исторические и текущие данные, оценка вероятностей наступления негативных событий, использованные вероятностные модели (типы, значения коэффициентов), а также нормативные или текущие данные о стоимости устранения негативных событий (полученные из экспертного блока 5 или блока 7 внешних систем управления) передаются затем в блок классификации и динамической оптимизации рисков 2, в котором риски классифицируются на изменяемые (устранимые), принимаемые, или неизменяемые (неустранимые), после чего производится решение оптимизационной задачи вида:
где
i
P{R} - вероятность наступления i-го события (риск), полученная в блоке 1;
i
S - стоимость i-го события (если риск принимается, то это стоимость последствий события (ремонты, недовыработка, штрафы), если изменяется, то это стоимость инвестиций, если передается, то это размер страховых платежей);
- максимально-возможная выработка при наступлении всех событий одновременно (рассчитывается при помощи вероятностной модели объема выработки, рассчитанной в блоке оценки 1);
min
V - минимально-необходимая выработка (задается в блоке 7);
фин
S - максимально-возможная суммарная стоимость рисков (задается в блоке 7).
i
Полученная линейная система гарантированно имеет численное решение относительно значений S, которые в совокупности формируют промежуточный бюджет расходов на надежность и передаются далее вместе с остальными данными (моделями, вероятностными оценками и пр.) на первый вход управляющего блока 3, в котором анализируется соответствие полученной оценки промежуточного бюджета ожидаемым показателям (максимально выделяемому бюджету на ремонт и обслуживание, ожидаемому распределению расходов на надежность во времени и другим финансовым или производственным показателям, как в самом блоке 3 управления, так и в блоке 7 внешних систем управления).
i
В случае соответствия полученных результатов ожидаемым показателям они передаются далее на блок 6 управления техобслуживания и ремонтами, в котором в соответствии с полученным в блоке 1 временным распределением вероятности наступления негативных событий, а также полученного в блоке 2 временного распределения расходов на надежность (множества оценок S) формируют оптимальный план ввода-вывода мощностей и их технического обслуживания, а также план расходов на эти мероприятия, который передается и используется далее в блоке электростанций 4. Полученные оценки могут также передаваться далее в блок внешних систем управления 7 для их использования при решении других оптимизационных задач на предприятии.
В случае, если полученные оценки бюджета на надежность и/или оценки вероятности наступления негативных событий в целом не удовлетворительны, моделирование может быть произведено снова (по команде управляющего блока 3, передаваемой на блок 1). При этом могут быть изменены различные накладываемые ограничения(например экспертные оценки об экономических последствиях негативных событий, скорректированы планы увеличения или уменьшения мощностей, календарные планы работ по техническому обслуживанию и пр.), в результате чего после нескольких итераций оценки и оптимизации в блоках 1 и 2 может быть выбрано оптимальное решение, устраивающее аналитиков по всем или большинству заданных критериев.
На практике блок электростанций 4 может представлять собой расположенный на территории электростанции комплекс энергоблоков, каждый из которых функционирует на характерном для данной станции виде топлива (газ, мазут, ядерное топливо и т.п.). В состав системы 4 может также входить одно или несколько традиционных устройств контроля работы энергоблоков, которые могут помимо прочего включают в себя сервер контроля и управления технологическими процессами, к которому посредством проводной или беспроводной связи обеспечен доступ оператора. На указанном сервере может быть установлено стандартное программное обеспечение, позволяющее помимо прочего собирать и анализировать данные о текущем состоянии и производительности энергоблоков. Текущее состояние энергоблоков может определяться, в частности, процентом износа энергоблоков, величиной производимой мощности в кВт, величиной максимально-возможной производительности (также в кВт) и т.п. Там же, на территории электростанции может быть установлен сервер обслуживания и ремонта, выполняющий функции блока 6 управления техобслуживанием и ремонтами и связанный через структурированную кабельную сеть с указанным сервером контроля с возможностью отправки на него планов техобслуживания и ремонта, полученных в результате вышеописанной работы системы управления надежностью в составе комплекса блоков 1-
3. Остальные описанные ранее блоки могут входить в состав аппаратного комплекса, управляющей компании, который может быть территориально удален от аппаратного комплекса электростанций и быть связан с последним посредством каналов связи (в частности, виртуальной частной сети VPN).
В одном из наиболее предпочтительных случаев реализации полезной модели аппаратный комплекс управляющей компании может содержать сервер корпоративной базы данных и архивирования (сервер БДА), на логических или физических дисках которого могут быть размещены блоки мониторинга 9 и хранения данных о сбоях 8 и экспертный блок хранения данных 5 (в виде соответствующих баз данных, легко реализуемых специалистом с использованием любой современных систем управления базами данных - СУБД). Сервер БДА связан с сервером контроля блока 4 электростанций, в силу чего он может в текущем режиме или с определенной периодичностью (например, один или несколько раз в день) получать данные о текущем состоянии мощностей, отказах, проводимых ремонтных работах и планах по обслуживанию мощностей, а также может быть связан с блоком 6 управления техобслуживанием и ремонтами с возможностью получения от него итоговых планов техобслуживания и ремонта, поступающих на сервер блока 6, предпочтительно, напрямую от системы управления надежностью (комплекса блоков 1-3).
С сервером БДА через структурированную кабельную сеть связаны расположенные на территории управляющей компании сервер управления надежностью, на логических или физических дисках которого размещены блоки оценки 1, классификации и оптимизации 2 и управляющий блок 3, связанные между собой на программно-аппаратном уровне, а также серверы внешних систем управления, объединенные в блок 7 внешних систем управления. Серверы внешних систем управления сопряжены с сервером управления надежностью (и следовательно с управляющим блоком 2 и блоком оценки 1) через сервер БДА, а с блоком электростанций 4 через серверы БДА и сервер контроля на стороне электростанции. Серверы управления надежностью (с блоками 1-3) предпочтительно связан с сервером управления техобслуживанием и ремонтами (блок 6) напрямую (по выделенному каналу) с целью скорейшей передачи полученных планов на станцию и для разгрузки сервера БДА. С учетом описанной структуры системы, функционирования ее блоков и предложенного варианта аппаратной архитектуры возможность реализации системы специалистами с помощью известных аппаратных средств и программно-математических методов очевидна.
В заключение следует отметить, что вышеприведенное описание конкретных случаев реализации полезной модели не является исчерпывающим и не может таким
образом рассматриваться, как ограничивающее объем испрашиваемой правовой охраны каким либо образом. Ясно, что вместо указанных параметров, вида и типа передаваемой информации в отдельных случаях реализации могут быть использованы и иные параметры, виды и типы информации. При этом такие примеры не будут выходить за рамки существа полезной модели, которое определяется не передаваемой информацией между блоками, а именно компоновкой системы управления надежностью в том виде, как это изложено в прилагаемой формуле полезной модели.