Автоматизированная система мониторинга технического состояния и поддержки принятия управляющих решений по повышению безопасности и надежности комплексов гидротехнических сооружений гидроэлектростанций и иных объектов

Автоматизированная система мониторинга технического состояния и поддержки принятия управляющих решений по повышению безопасности и надежности комплексов гидротехнических сооружений гидроэлектростанций и иных объектов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к средствам мониторинга технического состояния сложных многокомпонентных объектов, преимущественно, таких как гидротехнические сооружения (ГТС), и может быть использовано, в частности, при управлении безопасностью и надежностью комплексов ГТС ряда гидроэлектростанций (ГЭС) и иных объектов, принадлежащих или эксплуатируемых одной корпорацией.

Задачами автоматизированной системы мониторинга технического состояния и поддержки принятия управляющих решений по повышению безопасности и надежности комплексов ГТС ГЭС и иных объектов являются организация непрерывного мониторинга и диагностики технического состояния и уровня безопасности и надежности всех ГТС и обеспечение лиц, принимающих решения, информацией, состав и характер которой достаточны для выбора оперативных управляющих воздействий на ГТС и формирования экономически эффективных краткосрочных, среднесрочных и долгосрочных производственных программ повышения безопасности и надежности ГТС всех ГЭС и иных объектов, принадлежащих или эксплуатируемых одной корпорацией.

Реализация такой системы традиционными механизмами не представлялась до сих пор возможной ввиду слабой формализации таких процессов, как комплексные оценки состояния ГТС, анализ и оценка уровня безопасности и риска аварий ГТС, оценка эффективности планируемых воздействий на ГТС.

Это вызвало необходимость разработки оригинальной системы мониторинга технического состояния и поддержки принятия управляющих решений с вовлечением в процессы управления групп экспертов и формализацией результатов экспертных оценок.

Известна автоматизированная система проведения прогноза технического состояния двигателей, включающая контрольно-управляющий блок, оснащенный микропроцессором, блоком памяти и логической схемой, следящей за изменением состояния контролируемого двигателя (патент США №6275765, опубл. 14.08.2001 г.).

Недостатком аналога является то, что во время работы данной системы проводится оценка состояния только отдельного объекта, что не позволяет обеспечить мониторинг и оценку технического состояния группы удаленных друг от друга объектов, оценку уровня их безопасности и надежности, а также планировать эффективные воздействия по повышению безопасности и надежности всей группы объектов, принадлежащих одной корпорации.

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).

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения.

Недостатком прототипа 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.

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 целого ряда удаленных друг от друга ГЭС или иных объектов путем автоматизации всех процессов управления безопасностью и надежностью ГТС с вовлечением в эти процессы групп экспертов.

Для достижения указанного технического результата в автоматизированную систему мониторинга технического состояния и поддержки принятия управляющих решений по повышению безопасности и надежности комплексов гидротехнических сооружений гидроэлектростанций и иных объектов, включающую контрольно-управляющий блок и средства ввода/вывода информации, центральный процессор, блок данных по контролируемому объекту, дополнительно включены блок мониторинга и диагностики технического состояния ГТС, предназначенный для автоматизированного сбора, хранения и обработки данных регулярных натурных наблюдений за показателями технического состояния ГТС всех ГЭС или иных объектов, принадлежащих корпорации, блок оценки состояния и уровня безопасности ГТС, предназначенный для автоматизации процессов оценки состояния ГТС, анализа и оценки риска аварий ГТС и процедуры декларирования безопасности ГТС, блок планирования воздействий на ГТС, предназначенный для формирования оптимальных с точки зрения повышения безопасности и надежности ГТС и экономически эффективных планов ремонтов и реконструкции ГТС, блок управления знаниями в сфере безопасности и надежности ГТС, предназначенный для обеспечения всех участников системы управления безопасностью и надежностью ГТС ГЭС правовой, нормативно-методической и справочно-аналитической информацией, а также база данных портфеля ГТС ГЭС корпорации и связи указанных блоков с участниками системы, привлекаемыми для выполнения оценок состояния ГТС, уровня их надежности и безопасности, при этом результаты наблюдений за техническим состоянием, оценок состояния и уровня безопасности ГТС всех ГЭС или иных объектов, принадлежащих одной корпорации, собираются и хранятся в единой базе данных портфеля ГТС ГЭС, а обработка данных и планирование управляющих воздействий на ГТС осуществляются в автоматизированном режиме с привлечением групп экспертов, использующих единые для всех ГТС алгоритмы.

Кроме того, заявленное техническое решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, а именно:

- блок мониторинга и диагностики технического состояния ГТС содержит блок автоматизированной статистической обработки данных мониторинга ГТС, в котором обработка данных наблюдений за ГТС всех ГЭС корпорации осуществляется с помощью единых алгоритмов, адаптированных к специфике конкретных сооружений, а обратная связь осуществляется через блок периодической проверки результатов мониторинга и диагностики ГТС;

- блок оценки состояния и уровня безопасности ГТС содержит блок подготовки исходных данных, алгоритмы оценки состояния ГТС, анализа и оценки индивидуального и портфельного риска аварий ГТС, декларирования безопасности ГТС, блок результатов оценки состояния и уровня безопасности ГТС и пакетов документов декларации безопасности ГТС ГЭС;

- в блоке планирования воздействий на ГТС в автоматизированном режиме расположен единый реестр дефектов, на базе которого выполняются расчеты допустимых планов воздействий для всего портфеля ГТС ГЭС корпорации, а также оценка и ранжирование планов по эффективности;

- блок управления знаниями в сфере безопасности и надежности ГТС содержит блок правовой, нормативной и методической документации, блок информационного обеспечения процесса повышения квалификации персонала ГЭС в сфере надежности и безопасности ГТС, блок информационного обеспечения процессов мониторинга, оценки состояния и уровня безопасности ГТС и блок информационного обеспечения процесса планирования воздействий на ГТС.

Отличительными признаками предлагаемого изобретения от прототипа является то, что в его контрольно-управляющий блок дополнительно включены блок мониторинга и диагностики технического состояния ГТС всех ГЭС, блок оценки состояния и уровня безопасности ГТС, блок планирования воздействий на ГТС, блок управления знаниями в сфере безопасности и надежности ГТС; блок данных по контролируемому объекту дополнен базой данных портфеля ГТС ГЭС корпорации; кроме того, дополнительно включены связи указанных блоков с участниками системы; сбор и хранение результатов наблюдений за техническим состоянием, оценок состояния и уровня безопасности ГТС всех ГЭС или иных объектов, обработка данных и планирование управляющих воздействий на ГТС всех ГЭС, принадлежащих или эксплуатируемых одной корпорацией, осуществляются при этом в автоматизированном режиме с привлечением групп экспертов.

Технический результат достигается благодаря наличию этих признаков за счет автоматизированной обработки результатов натурных наблюдений за техническим состоянием ГТС всех ГЭС, формализации результатов экспертных оценок состояния и уровня безопасности сооружений, автоматизации процесса выбора оптимальных экономически эффективных планов ремонтов и реконструкции ГТС и организации единого информационного пространства для всех участников процессов управления безопасностью и надежностью ГТС как при нормальной их эксплуатации, так и в случаях возникновения чрезвычайных ситуаций за счет включения в систему блока управления знаниями в сфере безопасности и надежности ГТС и базы данных портфеля ГТС всех ГЭС или иных объектов, принадлежащих или эксплуатируемых одной корпорацией. Структурирование необходимой информации в базе данных портфеля ГТС осуществляется как по отдельным ГТС и ГЭС, так и по конкретным процессам управления безопасностью и надежностью ГТС.

Предлагаемая автоматизированная система мониторинга технического состояния и поддержки принятия управляющих решений по повышению безопасности и надежности комплексов гидротехнических сооружений гидроэлектростанций и иных объектов, принадлежащих или эксплуатируемых одной корпорацией, иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-фиг.5.

На фиг.1 показана общая структура автоматизированной системы.

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 планирования воздействий на ГТС.

На фиг.5 - структура блока управления знаниями в сфере безопасности и надежности ГТС.

Автоматизированная система мониторинга технического состояния и поддержки принятия управляющих решений по повышению безопасности и надежности комплексов ГТС ГЭС и иных объектов (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 планирования воздействий на ГТС 5, блок управления знаниями в сфере безопасности и надежности ГТС 6, база данных портфеля ГТС ГЭС 7, а также блок групп экспертов 8 и блок предложений в производственные программы 9.

Блок мониторинга и диагностики технического состояния ГТС 3 (фиг.2) включает блок автоматизированной статистической обработки данных мониторинга ГТС 10, алгоритмы статистической обработки данных мониторинга ГТС 11, блок результатов мониторинга и оперативной диагностики ГТС 12 и блок периодической проверки результатов и внесения изменений в систему мониторинга ГТС 13.

Блок оценки состояния и уровня безопасности ГТС 4 (фиг.3) содержит блок подготовки исходных данных 14, алгоритмы оценки состояния ГТС 15, анализа и оценки индивидуального и портфельного риска аварий ГТС 16, декларирования безопасности ГТС 17, блок результатов оценки состояния и уровня безопасности ГТС и пакетов документов декларации безопасности ГТС ГЭС18.

Блок планирования воздействий на ГТС 5 (фиг.4) содержит реестры дефектов ГТС каждой из ГЭС 19, реестр дефектов портфеля ГТС ГЭС корпорации 20, блок расчетов допустимых планов воздействий для портфеля ГТС всех ГЭС 21, блок оценки и ранжирования планов воздействий на ГТС по эффективности 22, блок формирования вариантов планов воздействий на ГТС ГЭС 23, по результатам работы которых формируется в автоматизированном режиме оптимальный план воздействий на ГТС ГЭС 24 и предложения в производственные программы корпорации в части ремонтов и реконструкции ГТС ГЭС 9.

Блок управления знаниями в сфере безопасности и надежности ГТС 6 (фиг.5) содержит блок правовой, нормативной и методической документации 25, блок информационного обеспечения процесса повышения квалификации персонала корпорации 26, блок информационного обеспечения процессов мониторинга, оценки состояния и уровня безопасности ГТС 27, блок информационного обеспечения процесса планирования воздействий на ГТС 28, а также источники информации для управления знаниями 29.

Порядок работы автоматизированной системы мониторинга технического состояния и поддержки принятия управляющих решений по повышению безопасности и надежности ГТС 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), и 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 10 с помощью алгоритмов 11, адаптированных к специфике конкретных сооружений. Результаты мониторинга и оперативной диагностики ГТС 12 поступают в соответствующий раздел централизованной базы данных портфеля ГТС ГЭС корпорации 7. Обратная связь, предусмотренная в блоке мониторинга и диагностики технического состояния ГТС 3, представляет собой блок периодической проверки результатов мониторинга и диагностики ГТС 13, 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 6.

Для выполнения комплексных оценок состояния ГТС и уровня их безопасности или для разработки пакета документов декларации безопасности ГТС ГЭС отделом АЦ (АРМ-3) формируются экспертные группы 8, 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 7 с помощью блока подготовки исходных данных 14. Работа экспертных групп осуществляется по соответствующим алгоритмам - комплексных оценок состояния ГТС 15, анализа и оценки индивидуального и портфельного риска аварий ГТС 16, декларирования безопасности ГТС ГЭС 17, единым для всех ГЭС и учитывающим специфику разных типов ГТС. Из блока 18 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 7. 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 6.

Для планирования воздействий на ГТС персонал каждой из ГЭС корпорации (АРМ-1) совместно с куратором ГЭС (АРМ-2) формирует реестр дефектов ГТС ГЭС 19 по результатам мониторинга технического состояния ГТС, оценки их состояния и уровня безопасности, имеющимся в базе данных портфеля ГТС ГЭС 7. Все реестры дефектов ГТС ГЭС объединяются в отделе АЦ (АРМ-3) в единый реестр дефектов портфеля ГТС ГЭС корпорации 20, 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 6. Реестр дефектов портфеля ГТС ГЭС 20 корпорации поступает в автоматизированный блок расчета допустимых планов воздействий для портфеля ГТС 21, причем для каждого из допустимых планов выполняется оценка и ранжирование планов по эффективности в блоке 22. Группа экспертов 8 рассматривает полученные из блока 23 варианты планов воздействий на ГТС ГЭС корпорации и выбирает оптимальный план 24, который передается в АЦ (АРМ-3) для формирования блока предложений в Производственные программы корпорации 25.

Информационное обеспечение всех процессов, заявленных в предлагаемой полезной модели, осуществляется в блоке управления знаниями в сфере безопасности и надежности ГТС 6, включающем блок правовой, нормативной и методической документации 26, блок информационного обеспечения процесса повышения квалификации персонала ГЭС 27 в сфере надежности и безопасности ГТС, блок информационного обеспечения процессов мониторинга, оценки состояния и уровня безопасности ГТС 28 и блок информационного обеспечения процесса планирования воздействий на ГТС 29.

Примерный состав баз данных блоков 26-29, как и структура всего блока управления знаниями в сфере безопасности и надежности ГТС 6, 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 30 с учетом опыта информационного обеспечения участников системы управления безопасностью и надежностью ГТС.

1. Автоматизированная система мониторинга технического состояния и поддержки принятия управляющих решений по повышению безопасности и надежности комплексов гидротехнических сооружений ГЭС и иных объектов, включающая контрольно-управляющий блок и средства ввода/вывода информации, центральный процессор, блок данных по контролируемому объекту, отличающаяся тем, что в состав автоматизированной системы дополнительно включены блок мониторинга и диагностики технического состояния ГТС, предназначенный для автоматизированного сбора, хранения и обработки данных регулярных натурных наблюдений за показателями технического состояния ГТС всех ГЭС или иных объектов, принадлежащих корпорации, блок оценки состояния и уровня безопасности ГТС, предназначенный для автоматизации процессов оценки состояния ГТС, анализа и оценки риска аварий ГТС и процедуры декларирования безопасности ГТС, блок планирования воздействий на ГТС, предназначенный для формирования оптимальных с точки зрения повышения безопасности и надежности ГТС и экономически эффективных планов ремонтов и реконструкции ГТС, блок управления знаниями в сфере безопасности и надежности ГТС, предназначенный для обеспечения всех участников системы управления безопасностью и надежностью ГТС ГЭС правовой, нормативно-методической и справочно-аналитической информацией, а также база данных портфеля ГТС ГЭС корпорации и связи указанных блоков с участниками системы, привлекаемыми для выполнения оценок состояния ГТС, уровня их надежности и безопасности, при этом результаты наблюдений за техническим состоянием, оценок состояния и уровня безопасности ГТС всех ГЭС или иных объектов, принадлежащих одной корпорации, собираются и хранятся в единой базе данных портфеля ГТС ГЭС, а обработка данных и планирование управляющих воздействий на ГТС осуществляются в автоматизированном режиме с привлечением групп экспертов, использующих единые для всех ГТС алгоритмы.

2. Автоматизированная система по п.1, отличающаяся тем, что блок мониторинга и диагностики технического состояния ГТС содержит блок автоматизированной статистической обработки данных мониторинга ГТС, в котором обработка данных наблюдений за ГТС всех ГЭС корпорации осуществляется с помощью единых алгоритмов, адаптированных к специфике конкретных сооружений, а обратная связь осуществляется через блок периодической проверки результатов мониторинга и диагностики ГТС.

3. Автоматизированная система по п.1, отличающаяся тем, что блок оценки состояния и уровня безопасности ГТС содержит блок подготовки исходных данных, алгоритмы оценки состояния ГТС, анализа и оценки индивидуального и портфельного риска аварий ГТС, декларирования безопасности ГТС, блок результатов оценки состояния и уровня безопасности ГТС и пакетов документов декларации безопасности ГТС ГЭС.

4. Автоматизированная система по п.1, отличающаяся тем, что в блоке планирования воздействий на ГТС в автоматизированном режиме расположен единый реестр дефектов, на базе которого выполняются расчеты допустимых планов воздействий для всего портфеля ГТС ГЭС корпорации, а также оценка и ранжирование планов по эффективности.

5. Автоматизированная система по п.1, отличающаяся тем, что блок управления знаниями в сфере безопасности и надежности ГТС содержит блок правовой, нормативной и методической документации, блок информационного обеспечения процесса повышения квалификации персонала ГЭС в сфере надежности и безопасности ГТС, блок информационного обеспечения процессов мониторинга, оценки состояния и уровня безопасности ГТС и блок информационного обеспечения процесса планирования воздействий на ГТС.