Системный анализ и совершенствование методов управления ремонтной деятельностью филиалов энергосистемы

С начала 90-х годов прошлого века проблемы развития энергетики, выбора ресурсов начали приобретать новый характер, возросли их комплексность и сложность, усилились взаимосвязанность технических и экономических аспектов энергетического производства. Можно только отметить, что среди них находятся такие, как осложнение внутренних и внешних задач, возникших перед Россией и российской энергетикой, бурное развитие науки и техники, предоставившее новые огромные возможности.

То, что энергосистемы являются сложными системами, доказывают следующие параметры: отдельные компоненты, взаимодействуя между собой, имеют весьма глубокие внутренние связи, не позволяющие расчленять систему на независимые составляющие и при определении ее характеристик изменять влияющие факторы по отдельности.

Особенности энергетического производства (непрерывность производства, высокая фондовооруженность, в том числе систем АСУ ТП, дорогостоящее оборудование, требуемая высокая надежность производства, высокая степень автоматизации производства, множество контролирующих органов, двойственность управления — установление режимов сторонней организацией), развитие методов автоматического регулирования и управления энергопроизводством вместе с развитием энергетики обусловили выделение отдельной предметной области в системном анализе. Большой вклад в становление системных исследований в энергетике внесли В. А. Веников, JT.A. Мелентьев, А. А. Макаров, Ю. Н. Руденко, А. И. Берг, Ю. М. Горский и другие. JI.A. Мелентьев высказал один из глобальных подходов современного системного анализа о том, что системные исследования должны включать в себя анализ проявлений противоречий, которые объективно существуют в больших системах, и человека как важнейшего элемента управления такими системами [27]. В свое время А. И. Берг и В. А. Веников указывали на потребность в создании новых теорий и информационных методов для энергетики. Работы по созданию основ системно-информационного анализа проводились Ю. М. Горским в Сибирском энергетическом институте и позднее в Московском энергетическом институте совместно с Б. А. Ореховым, Б. С. Хазиным, Ю. Б. Каштановым и Е. А. Покровским.

Но нельзя не отметить тот факт, что большая часть работ по системному анализу в области энергетики ориентирована на решение технических задач [19, 22, 27, 28]: оптимальное распределение мощностей между электростанциями энергосистемы и регионарасчет режима и экономическое распределение нагрузок в течение обозначенного временного периодаоптимизация управления режимами энергосистемрасчет потокораспределения электрических системучет статических характеристик нагрузок при анализе режимов энергосистемымоделирование механических и тепловых процессов в конструкциях электротехнического оборудования и сооружениймоделирование процессов в электрических машинахмоделирование процессов в электромагнитных устройствах, проводах и шинах.

В современной динамично меняющейся экономике прогрессивные изменения в хозяйственном комплексе страны определяются, главным образом, темпами развития и наращивания потенциала промышленных предприятий. Одной из наиболее важных и актуальных проблем, с которыми сталкиваются промышленные предприятия в настоящее время, является эффективное управление производственными ресурсами [49, 50, 53, 71].

Первоочередной задачей на предприятии является построение такой стратегии управления производственными ресурсами, которая была бы направлена на формирование оптимальных производственных показателей, адаптированна к работе в условиях динамично меняющейся экономической среды. С точки зрения обеспечения выполнения производственной программы особое внимание должно быть уделено управлению ремонтной кампанией филиалов энергосистемы, детальный и тщательный контроль которой позволит снять проблемы надежности эксплуатации оборудования и выработки электрической и тепловой энергии [23].

Если в мировой практике в экономически развитых странах широкое распространение получили планово-предупредительные ремонты, то в России из-за недостатка финансирования практикуются ремонты по состоянию оборудования, кроме предписаний Росгорэнергонадзора, из-за чего плановые ремонтные работы и сроки практически никогда не совпадают с фактическими, выполняется большое количество сверхтиповых ремонтов [43].

В самом деле, низкая эффективность проведения ремонтной кампании обусловлена несколькими причинами:

• недостатком финансирования, что позволяет выполнять только часть требуемых ремонтов и не позволяет проводить техническое перевооружение оборудования;

• большим количеством внешних организаций и внутренних служб, требующих согласования планов-графиков ремонтов, что приводит к тому, что подготовка к ремонтной кампании текущего периода филиалом начинается за год до проведения, соответственно многие аспекты учесть не представляется возможным;

• трудоемкостью согласований документов между планово-экономическими и техническими службами как внутри филиала, так и в управляющей компании, из-за отсутствия формальных связей между службами, что дополнительно затягивает процесс принятия решений;

• сложностью и продолжительностью организации конкурсных закупок материалов и услуг, из-за чего период планирования требуемых ресурсов начинается за год до проведения ремонтных работ, что в итоге приводит к дополнительным изменениям программы закупок и увеличивает срок получения требуемых ресурсов;

• аварийными ситуациями, обусловленные как недостатком финансирования, так и недостатком квалифицированного персонала;

• использованием средств ЭВМ только для составления и хранения отчетных форм.

Таким образом, наличие проблем надежности и управляемости оборудования в энергетике, регулирования тарифов на тепловую и электрическую энергию, взаимосвязанности технических и экономических аспектов деятельности определяют актуальность данной диссертационной работы.

Целью данной работы является системный анализ проблем управления ремонтной кампанией филиалов энергосистемы, разработка методики взаимодействия подразделений и алгоритмов планирования ремонтной деятельности филиалов, создание на их основе информационно-аналитической системы, входящей в состав комплексной системы управления энергетическим предприятием.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Исследование существующих алгоритмов управления ремонтной кампанией филиалов энергосистем с целью совершенствования планирования и выполнения ремонтной деятельности.

2. Выявление информационных процессов в принятии решений, которые наиболее полно определяют ремонтную деятельность, с точки зрения повышения эффективности подготовки и проведения ремонтной кампании.

3. Анализ существующих математических моделей алгоритмов управления ремонтной кампанией филиалов энергосистем.

4. Разработка алгоритмов планирования ремонтной деятельности филиалов энергосистемы на основе моделей математического программирования.

5. Разработка алгоритмов совершенствования методов управления ремонтной кампанией филиалов.

6. Разработка методики взаимодействия служб, осуществляющих управление ремонтной деятельностью филиалов энергосистемы.

7. Разработка элементов программного обеспечения для планирования и анализа ремонтной кампании филиалов в составе системы управления энергетическим предприятием.

8. Анализ и обоснование достоверности полученных результатов.

Методы исследования. Научные результаты диссертационной работы получены с использованием методов математического программирования, теории массового обслуживания, теории систем, теории управления, теории графов и системного анализа.

В качестве информационной базы исследований использовались законодательные и нормативные акты, материалы государственных статистических органов, научных учреждений, положения и методические указания РАО «ЕЭС России».

Научная новизна заключается в следующем:

1. Предложено системное описание организационной структуры управления ремонтной деятельностью филиалов энергосистемы, которое в отличие от аналогов, позволяет осуществить процедуру декомпозиции ремонтной кампании на отдельные стадии и формализовать противоречия целей различных подразделений (финансовых и производственных), взаимодействующих в ходе проведения ремонтной кампании.

2. Разработан алгоритм решения задачи управления ремонтной кампанией филиалов энергосистемы, отличающийся учетом иерархичности функционирования энергетических предприятий, что позволяет комплексно решить проблемы управления промышленным предприятием.

3. Разработан алгоритм решения задачи согласования целей различных подразделений, взаимодействующих в ходе управления ремонтной кампанией филиалов энергосистемы, отличающийся учетом влияния как экономических, так и технологических факторов, что позволяет достичь общей цели предприятия с наименьшими затратами.

4. Проведен анализ математических моделей с целью выбора наиболее эффективных из них для решения задач планирования по всем стадиям ремонтной, кампании филиалов энергосистемы, по результатам которого предложена иерархия моделей, что позволяет использовать упрощенный механизм планирования для каждой подзадачи.

Практическая ценность.

1. Предложенный комплекс математических моделей для планирования легко реализуем для реальных потребителей данной информации.

2. Концепция автоматизации ремонтной деятельности энергосистем позволяет выполнять автоматизацию поэтапно, получая на каждом этапе функционально законченную задачу.

3. Предложенная организационная структура энергосистемы с использованием информационно-аналитического обеспечения не нарушает существующие структуры управления ремонтной кампанией филиалов энергосистемы.

4. Методика взаимодействия подразделений в рамках подготовки и проведения ремонтной кампании филиалов энергосистемы позволяет регламентировать процесс планирования, подготовки и проведения ремонтов.

5. Аналитические и программные алгоритмы информационно-аналитической системы позволяют реализовать законченную задачу консолидации информации, получаемой с филиалов энергосистемы по различным направлениям ремонтной деятельности, и решают задачу первого этапа автоматизации ремонтной деятельности.

6. Предложенные методики взаимодействия подразделений в рамках подготовки и проведения ремонтной кампании филиалов энергосистемы и информационно-аналитическая система внедрены в дирекциях и филиалах ОАО «Самараэнерго» и ОАО «Волжская ТГК».

На защиту выносятся следующие основные научные положения:

1. Системное описание ремонтной кампании филиалов энергосистемы.

2. Алгоритм совершенствования методов управления ремонтной кампанией филиалов энергосистем, учитывающий иерархичность функционирования энергетических предприятий.

3. Алгоритм решения задачи согласования целей различных подразделений, взаимодействующих в ходе управления ремонтной кампанией филиалов энергосистемы.

4. Комплекс математических моделей, охватывающих все стадии планирования ремонтной деятельности филиалов энергосистемы.

5. Алгоритм поэтапной автоматизации ремонтной деятельности филиалов энергосистемы.

Реализация результатов работы. Результаты внедрены в ОАО «Самараэнерго», ОАО «Волжская ТГК».

Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований обсуждались на следующих конференциях: Международной научно-техническая конференции «Наука и образование — 2005», Всероссийской межвузовской научно-практической конференции «Компьютерные технологии в науке, практике и образовании», Всероссийской конференции «Математическое моделирование и краевые задачи ММ — 2005», Международной научной конференции студентов и молодых ученых «ПОЛИ — 2004», Всесоюзной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки», Международном симпозиуме «Новые технологии в образовании, науке и экономике».

Публикации. По теме опубликовано 8 печатных работ, в том числе 1 в реферируемом издании, 6 на всероссийских и международных конференциях.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, двух приложений и списка литературы из 81 наименования. Основная часть излагается на 124 страницах и включает в себя 31 рисунок и 22 таблицы.

4.5 Выводы.

1. Разработана концепция автоматизации ремонтной деятельности филиалов энергосистемы, позволяющая поэтапно внедрить современные комплексные средства управления деятельностью промышленных предприятий. Соблюдая разработанную концепцию автоматизации ремонтной деятельности энергопредприятий через 2−3 года (выполнение регламентов и методик, психологическое привыкание людей работать по правилам, когда требуется представить максимум наличествующей информации, постепенное развитие и подключение новых сфер ремонтной деятельности) можно начать внедрение комплексной системы, что позволит получить через 5−10 лет комплексное решение для автоматизации деятельности энергосистем.

2. Предложен вариант по реализации первого этапа комплексной автоматизации: создание информационно-аналитической системы, позволяющей планировать, анализировать и контролировать филиалы в ходе выполнения ремонтной деятельности. Информационно-аналитическая система обладает следующими характеристиками: удобство настройки и модификации, импорт внешних данных, поддержка актуальности данных, наглядность представления информации, возможность построения произвольных отчетов, поддержка распределенной базы данных, поддержка историчности.

3. Предложены два варианта внедрения информационно-аналитической системы: с использованием центра обработки данных и без его использования.

4. Предложены первоначальное функциональное наполнение блоков информации для ввода, контроля и анализа ремонтной деятельности филиалов.

5. Внедрение информационно-аналитической системы позволит консолидировать информацию в едином хранилище данных, улучшить согласованность и достоверность данных, унифицировать отчетность, проводить анализ и контроль деятельности, уменьшить расходы на получение информации.

6. Достоверность полученных результатов подтверждается успешным внедрением в промышленную эксплуатацию построенной системы поддержки принятия решений в ремонтной деятельности энергокомпании в исполнительной дирекции и филиалах ОАО «Самараэнерго», а также во вновь образованных ОАО «Волжская ТГК» и Самарском отделении ОАО «Волжская МРК» (приложение Б). Опыт внедрения разработанной информационно-аналитической системы показал адекватность представленного выше комплекса формализованных моделей по управлению ремонтной кампанией филиалов энергосистемы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе исследованы существующие структуры управления ремонтной кампанией филиалов энергосистем, выявлены наиболее существенные проблемы в этой области и информационные процессы в принятии управленческих решений, которые наиболее полно определяют ремонтную деятельность филиалов энергосистемы, проведен анализ формализованных методов описания задачи управления ремонтной кампанией филиалов энергосистемы.

На основе анализа существующих программных средств автоматизации ремонтной деятельности сделан вывод о необходимости разработки нового программного обеспечения, которое позволит осуществлять сбор и обработку информации от филиалов энергосистемы по критичным направлениям и формировать сводную отчетность для РАО «ЕЭС России».

При исследовании структуры управления ремонтной деятельностью филиалов энергосистемы выявилось, что система отвечает всем признакам многоуровневых систем, в частности, является трехуровневой с промежуточными центрами: руководство энергосистемы — руководство филиала — исполнители. По теории активных систем построена трехуровневая модель взаимодействия элементов энергосистемы в ходе выполнения ремонтной деятельности, промежуточный уровень (руководство филиала) агрегирует информацию перед тем, как передать ее на верхний уровень. При выполнении управленческих функций в существующей структуре возникают конфликтные ситуации. Построена иерархия целей энергосистемы с точки зрения планирования, подготовки и проведения ремонтной кампанией филиалов. Построен алгоритм нахождения области компромисса между целями различных служб с помощью метода деревьев целей.

Из всех управленческих функций выделен этап планирования, как наиболее продолжительный, трудоемкий и ресурсоемкий. Задачи планирования сведены к известным задачам распределения ресурсов: этап краткосрочного планирования к задаче линейного программирования, этап долгосрочного финансового планирования (на 5 лет) к задаче динамического программирования с предысторией процесса, этап распределения материальных, финансовых, трудовых ресурсов к методу динамики средних по теории СМО и теории графов, задача надежности оборудования к задаче динамического программирования для учета возможности аварий при невыполнении ремонтных работ, при планировании непосредственно самих работ на энергопредприятиях используется метод сетевого планирования. Такой подход позволяет использовать упрощенный, легко реализуемый алгоритм планирования для каждой подзадачи.

Рассмотрена задача надстройки управляющего графа организации над множеством элементов, связанных технологическими взаимодействиями. Данный метод обосновывает совершенствование структуры управления ремонтной деятельностью филиалов энергосистемы путем введения дополнительного координационного управляющего информационного центра, что позволит не нарушать целостности организационной структуры энергосистемы и совершенствовать информационные потоки между подразделениями. Для эффективного достижения той или иной цели управления необходимо, чтобы в соответствующий узел управления (отвечающий за достижения этой цели) поступала информация, которая позволила бы воспринять отклонения от цели, распознать его причины и принять решения для ликвидации такого отклонения. Для этого необходимо, чтобы информации было достаточно по количеству и чтобы она была определенного качества.

Предложен вариант совершенствования иерархической структуры энергосистемы с точки зрения планирования, подготовки и проведения ремонтной кампании филиалов с помощью создания методики взаимодействия подразделений и построенной на ее основе информационно-аналитической системы. Каждая служба (филиал) получает информацию от других служб, участвующих в ремонтной деятельности, в заданном виде, согласованную с имеющейся уже информацией и в заданные сроки, что является упрощением структуры информационных потоков. Такой подход позволяет более эффективно и оперативно получать необходимую информацию о ходе проведения ремонтной кампании филиалов энергосистемы.

Проведен тестовый расчет краткосрочного планирования ресурсов на основе задачи линейного программирования по выборочным филиалам ОАО «Самараэнерго» за 2005 год. Погрешность в целом по всем выбранным филиалам составляет порядка 9%. Расхождения расчетных данных с фактическими образуются за счет отклонения в исполнении плана-графика ремонтов основного оборудования и планов перекладки тепловых сетей (изменение по составу и продолжительности ремонтов).

Разработана концепция автоматизации ремонтной деятельности энергосистем с поэтапным вводом модулей, обеспечивающая получение функционально законченного решения по результатам каждого этапа. Разработанная концепция автоматизации позволит внедрить комплексное решение по техническому обслуживанию и ремонтам в течение 5−6 лет.

Разработана методика взаимодействия служб, осуществляющих управление ремонтной кампанией филиалов энергосистемы, что позволяет регламентировать и совершенствовать управление ремонтной деятельностью.

Разработана структура базы данных и информационных потоков на основе предложенной методики взаимодействия служб для создания информационно-аналитической системы, которая позволяет реализовать законченную задачу консолидации информации, получаемой с филиалов энергосистемы по различным направлениям ремонтной деятельности, и решает задачу первого этапа реализации концепции автоматизации ремонтной деятельности.

Произведено внедрение разработанного программного обеспечения в промышленную эксплуатацию на филиалах и в дирекциях ОАО «Самараэнерго» и ОАО «Волжская ТГК.

1. На основании исследования существующих алгоритмов управления ремонтной деятельностью филиалов энергосистем и наиболее существенных информационных процессов разработано системное описание организационной структуры управления, позволяющее осуществлять процедуру декомпозиции ремонтной кампании на отдельные стадии, формализовать цели финансовых и производственных подразделений.

2. Проведен анализ существующих формализованных методов описания алгоритмов управления ремонтной кампанией филиалов энергосистемы. На основе анализа существующих программных средств автоматизации ремонтной деятельности сделан вывод о необходимости разработки нового программного обеспечения, которое позволит осуществлять сбор и обработку информации от филиалов энергосистемы по критичным направлениям и формировать сводную отчетность для РАО «ЕЭС России».

3. Разработан алгоритм решения задачи управления ремонтной кампанией филиалов энергосистемы, который учитывает иерархичность функционирования энергосистем, что позволяет рассматривать проблемы управления энергетическим предприятием комплексно.

4. Разработан алгоритм решения задачи согласования целей различных подразделений (финансовых и производственных), взаимодействующих в ходе управления ремонтной кампанией филиалов энергосистемы для достижения общей цели энергосистемы.

5. Для решения задач планирования по всем стадиям ремонтной кампании филиалов энергосистемы на основании проведенного анализа моделей математического программирования предложена иерархия алгоритмов планирования ремонтной деятельности, что позволяет использовать упрощенный механизм для каждой подзадачи.

6. Предложен вариант совершенствования организационной структуры предприятия за счет создания координационного информационного центра и упорядочивания потоков информации, циркулирующих в системе за счет жесткой регламентации деятельности, что позволяет учесть иерархичность функционирования энергосистемы и цели различных подразделений, участвующих в ремонтной деятельности, и не нарушает существующие структуры управления ремонтной кампанией филиалов энергосистемы.

7. Проведен тестовый расчет краткосрочного планирования ресурсов на основе задачи линейного программирования по выборочным филиалам ОАО «Самараэнерго» за 2005 год. Погрешность в целом по всем выбранным филиалам составляет порядка 9%. Расхождения расчетных данных с фактическими образуются за счет отклонения в исполнении плана-графика ремонтов основного оборудования и планов перекладки тепловых сетей (изменение по составу и продолжительности ремонтов).

8. Разработана концепция автоматизации ремонтной деятельности энергосистем с поэтапным вводом модулей, обеспечивающая получение функционально законченного решения по результатам каждого этапа.

9. Разработана методика взаимодействия служб, осуществляющих управление ремонтной кампанией филиалов энергосистемы, что позволяет регламентировать и совершенствовать управление ремонтной деятельностью.

10. Разработаны аналитические и программные алгоритмы на основе предложенной методики взаимодействия подразделений для создания информационно-аналитической системы в составе системы управления предприятием, которая позволяет реализовать законченную задачу консолидации информации, получаемой с филиалов энергосистемы по различным направлениям ремонтной деятельности, и решает задачу первого этапа реализации концепции автоматизации ремонтной деятельности.

11. Произведено внедрение разработанной методики взаимодействия подразделений и программного обеспечения в промышленную эксплуатацию на филиалах и в дирекциях ОАО «Самараэнерго» и ОАО «Волжская ТГК».

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ.

АСУ — автоматизированная система управления АСУ ТП — АСУ технологическим процессом ИАС — информационно-аналитическая система КЦ — котельный цех.

ОМТС — отдел материального технического снабжения.

ОППР — отдел подготовки и планирования ремонтов.

ПО — программное обеспечение.

ПТО — производственно-технический отдел.

ПТС — предприятие тепловых сетей.

ПЭО — планово-экономический отдел.

ПЭС — предприятие электрических сетей.

РДУ — региональное диспетчерское управление.

РСУ — ремонтно-строительный участок.

РСЦ — ремонтно-строительный цех.

РТС — район тепловых сетей.

РЭК — региональная энергетическая комиссия.

РЭС — район электрических сетей.

CBJ1 — служба высоковольтных линий.

СДТУ — служба диспетчеризации технологического управления.

СИЗП — служба изоляции и защиты от перенапряжений.

СМиТ — служба механизации и транспорта.

СПС — служба подстанций.

СРЗАИ — служба релейной защиты и автоматики.

СРС — служба распределительных сетей.

ТОиР — техническое обслуживание и ремонт.

ТТЦ — топливно-транспортный цех.

ТЦ — турбинный цех.

ТЭС — теплоэнергостанция.

ХЦ — химический цех.

ЦОД — центр обработки данных.

ЦТАИ — цех тепловой автоматики и измерений.

ЭЦ — электрический цех.

ERP (Enterprise Resource Planning) — система планирования ресурсов.