Организация контроля и сбора статистики имитационного моделирования технологических процессов опасного производства
Предложено использование человеко-машинной системы оперативного управления для контроля за развивающимся технологическим процессом опасного производства (ТПОП). Сформулированы особенности имитации ТПОП с помощью вероятностных сетевых графиков. Рассмотрены динамика формирования статистик имитации и о...
Saved in:
| Published in: | Реєстрація, зберігання і обробка даних |
|---|---|
| Date: | 2006 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
2006
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50839 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Организация контроля и сбора статистики имитационного моделирования технологических процессов опасного производства / В.С. Смородин // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2006. — Т. 8, № 2. — С. 38-52. — Бібліогр.: 5 назв. — pос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860073402425933824 |
|---|---|
| author | Смородин, В.С. |
| author_facet | Смородин, В.С. |
| citation_txt | Организация контроля и сбора статистики имитационного моделирования технологических процессов опасного производства / В.С. Смородин // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2006. — Т. 8, № 2. — С. 38-52. — Бібліогр.: 5 назв. — pос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Реєстрація, зберігання і обробка даних |
| description | Предложено использование человеко-машинной системы оперативного управления для контроля за развивающимся технологическим процессом опасного производства (ТПОП). Сформулированы особенности имитации ТПОП с помощью вероятностных сетевых графиков. Рассмотрены динамика формирования статистик имитации и особенности их хранения и использования. Предложена технология управления имитацией ТПОП для предотвращения аварий в самом ТПОП.
Запропоновано використання людино-машинної системи оперативного керування для контролю за технологічним процесом небезпечного виробництва (ТПНВ), що розвивається. Сформульовано особливості імітації ТПНВ за допомогою ймовірних сіткових графіків. Розглянуто динаміку формування статистик імітації й особливості їх зберігання та використання. Запропоновано технологію керування імітацією ТПНВ для запобігання аварій у самому ТПНВ.
Using a man-machine operative management system for checking a developing technological process of dangerous production (TPDP) is offered. The features of imitation of TPDP by means of probabilistic network graphs are formulated. Dynamics of imitation statistics formation and features of their storage and using are considered. The technology of governing the TPDP imitation for preventing the accidents is offered.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:12:32Z |
| format | Article |
| fulltext |
Інформаційно-аналітичні системи
обробки даних
38
УДК 007; 681.3
В. С. Смородин
Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины
ул. Советская, 104, 246000 Гомель, Республика Беларусь
Организация контроля и сбора статистики
имитационного моделирования технологических
процессов опасного производства
Предложено использование человеко-машинной системы оперативно-
го управления для контроля за развивающимся технологическим про-
цессом опасного производства (ТПОП). Сформулированы особенности
имитации ТПОП с помощью вероятностных сетевых графиков. Рас-
смотрены динамика формирования статистик имитации и особенно-
сти их хранения и использования. Предложена технология управления
имитацией ТПОП для предотвращения аварий в самом ТПОП.
Ключевые слова: контроль, сбор статистики, имитационная модель,
технологические процессы опасного производства, принятие решений.
Введение
При исследовании технологических процессов опасного производства зачас-
тую возникают проблемы контроля и профилактики его функционирования. Для
лиц, принимающих решения (ЛПР), при выборе стратегий предотвращения и лик-
видации аварий на производстве, на которые трудно реагировать оперативно,
очень важно иметь средство программного контроля развития процесса. В таких
ситуациях существенную помощь ЛПР может оказать имитационная модель (ИМ)
исследуемого ТПОП. В данной работе рассматривается случай, когда ИМ ТПОП
используется и на стадии проектного моделирования, и при функционировании ее
параллельно с реальным ТПОП. Очевидно, что такая ИМ должна имитировать
ТПОП на высоком уровне детализации для того, чтобы адекватно отображать
критические ситуации, возникающие в реально функционирующем ТПОП. Идея
контроля ТПОП за выходом его параметров за допустимые диапазоны их измене-
ния не нова [1], однако появление средств оперативного построения ИМ ТПОП
[2], автоматизирующих трудоемкие этапы технологии контроля ТПОП, позволяет
использовать классическую теорию принятия решений по результатам имитаци-
онного эксперимента (ИЭ) подобного производства [3].
© В. С. Смородин
Организация контроля и сбора статистики
имитационного моделирования технологических процессов опасного производства
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2006, Т. 8, № 2 39
В работе предлагается использовать для этих целей человеко-машинную сис-
тему оперативного управления (ЧМСОУ) ТПОП, которая состоит из следующих
компонентов: имитационной модели ТПОП, представляющей собой реализацию
вероятностных сетевых графиков (ВСГР) с помощью системы автоматизации
имитационного моделирования (САИМ) агрегатного типа [2]; системы принятия
решений ( SPRESH ), реализованную в среде САИМ; эксперта-технолога
( EXPERT ), который является специалистом изучаемой предметной области и не-
редко представляет собой ЛПР. Из-за высокого уровня детализации ИМ ТПОП
динамика взаимодействия перечисленных компонентов ЧМСОУ ТПОП реализу-
ется с учетом особенностей организации контроля и сбора статистики ИМ ТПОП,
которые и являются предметом данной работы. Актуальность разработки специ-
альной технологии, учитывающей разный временной масштаб функционирования
ИМ ТПОП, системы SPRESH и компонента ,EXPERT определяется высокой це-
ной отказа оборудования ТПОП и необходимостью оперативного вмешательства
эксперта-технолога в ход развития технологического процесса с целью предот-
вращения аварии за счет своевременного перехода на резервное оборудование.
Непредсказуемый характер отказов оборудования ТПОП требует непрерыв-
ного слежения за операционной обстановкой в ТПОП и оперативного принятия
решений об использовании резервного оборудования. Обычная имитация функ-
ционирования ТПОП и анализ результатов имитации после завершения серии ИЭ
даже при применении сложных алгоритмов принятия решений не будет эффек-
тивной из-за того, что ситуация только фиксируется, и уже поздно что-либо сде-
лать для предотвращения аварий в ТПОП. Выходом из положения может быть
имитация реальных ситуаций на ИМ ТПОП с некоторым упреждением по сравне-
нию с реальным ТПОП. В таких случаях SPRESH выдает информацию эксперту
о возможности возникновения чрезвычайной ситуации по истечении интервала
времени ЗАПt , равного времени запаздывания реального ТПОП по сравнению с
ИМ ТПОП. Другой трудностью в реализации контроля за ходом ТПОП с помо-
щью ИМ является то, что сама ИМ ТПОП представляет собой реализации ВСГР и
должна использоваться на основе процедуры Монте-Карло из-за вероятностного
характера параметров реализации микротехнологических операций ( ijMTXO ), где
{ }Nji ...,,2,1, Î , а также характеристик отказов и восстановлений работоспособ-
ности оборудования.
Таким образом, ЛПР в лице эксперта может использовать кроме интеграль-
ной статистики еще и оперативную статистику имитации реализаций ВСГР (со-
гласно процедуре Монте-Карло), а также результаты вторичного анализа стати-
стики имитации по окончании исследования динамики реализации ИМ ТПОП.
Кроме того, должна быть предусмотрена возможность автоматического управле-
ния процессом имитации в ИМ ТПОП со стороны компонента .SPRESH Столь
разноплановый характер требований к организации динамики взаимодействия
трех компонентов ЧМСОУ определил цель и задачи данной статьи, а также ос-
новные аспекты организации и обработки информации ЧМСОУ.
В. С. Смородин
40
Состав и структура человеко-машинной
системы оперативного управления
Как уже упоминалось, ЧМСОУ состоит из трех компонентов с различным
временным масштабом их функционирования. Поэтому особую роль в такой сис-
теме играет база данных модели (БДМ), обеспечивающая синхронизацию процес-
сов, протекающих с различным временным темпом, хранение статистики имита-
ции и ее использование на различных этапах исследования ТПОП. Рассмотрим
функциональное назначение и структуру компонентов ЧМСОУ (блок-схема взаи-
модействия которых приведена на рисунке). Как видно из рисунка, SPRESH яв-
ляется основным звеном управления ходом имитации ТПОП. С одной стороны,
SPRESH взаимодействует с ИМ ТПОП, используя алгоритм обработки и анализа
критических и аварийных ситуаций в ТПОП. С другой стороны, она формирует и
принимает информацию от компонента EXPERT для того, чтобы он мог воздей-
ствовать на ход имитации ТПОП.
Структурно реализовано взаимодействие трех параллельно функционирую-
щих составляющих :SPRESH блока оперативного управления имитацией
(БОУИ), который на высоком уровне детализации управляет ходом имитации
функций множества имитаторов оборудования и взаимодействием их с множест-
вом имитаторов — технологических операций { ijMTXO }; тех частей системы, ко-
торые включают плановое управление ходом ИЭ, а также оперативное взаимо-
действие с ИМ при возникновении критических ситуаций, анализ результатов ИЭ
и принятие оперативных решений в начале каждого варианта реализации ВСГР
согласно процедуре Монте-Карло; блока принятия информации (ее переработки
во внутреннее представление) от компонента EXPERT и ее формирования в го-
товом виде для последующего анализа ЛПР на всех этапах ИЭ (БПИА). В функ-
ции БПИА входит также выдача осведомительной информации о текущем составе
ресурсов производства и состоянии оборудования ТПОП.
ИМ ТПОП состоит из следующих компонентов: подмодели (ПМ) ВСГР, ими-
тирующей каждую l-ю реализацию ТПОП (согласно процедуре Монте-Карло);
блока реализации одиночного резервирования (ОДРЕЗЕРВ), блока имитации лик-
видаций аварии (БЛАВАРИЙ); блока обеспечения технологического резервиро-
вания (БЛТРЕЗЕРВ).
EXPERT непосредственно взаимодействует с ИМ только через SPRESH из-
за того, что скорость реакции человека значительно ниже скорости имитации
ТПОП на ЭВМ. Поэтому между ними существует буфер, в котором находится
информация и для системы ,SPRESH и для компонента ,EXPERT содержащаяся
в БДМ. Кроме того, эксперту информация о развитии процесса имитации ТПОП
нужна в удобном для ее восприятия виде специалистом той предметной области,
к которой относится ТПОП. Помимо этого, ряд технологических аспектов имита-
ции, математического анализа данных и программирования могут являться для
эксперта-технолога не существенными и даже излишними при наблюдении за
ТПОП с помощью ИМ ВСГР. Входной информацией для эксперта являются сле-
дующие воздействия SPRESH : отображение состояния индикаторов оборудо-
вания 1и , информация об управляющих воздействиях SPRESH на ИМ ВСГР 2и ;
Организация контроля и сбора статистики
имитационного моделирования технологических процессов опасного производства
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2006, Т. 8, № 2 41
Состав и структура человеко-машинной системы оперативного управления ТПОП
{Yl}
{STl}
Одиночное
резервирование
(ОД РЕЗЕРВ)
ИМ ТПОП (ВСГР)
Ликвидация аварий
{APROCk} (БЛАВАРИЙ)
Технологическое
резервирование
(БОТРЕЗЕРВ)
EXPERT (технолог)
{Gz} {Xoih}
{indr} a1 a2 b1 b2
ИМ ТПОП
SRR Блок сбора
статистики
(БСС) PS.MONTEK
Блок начала
имитации
(БНИМ)
Блок окончания
имитации
(БОКИМ)
Управляющая
программа имитации
(УПИ)
Система принятия решений
(SPRESH)
Плановое
управление ИЭ
(ПУИЭ)
Оперативное
управление
(ОУИ)
Анализ информации и
принятие решений
(АИПР)
q51 q52 q1 q2 q3f q4 q6 q7
БД
М
PP. PVST {Yl}
{STl}
В. С. Смородин
42
графики использования ресурсов и диаграммы использования оборудования и ис-
полнителей 4и , поступающие для анализа к эксперту в каждой реализации ИМ
ВСГР; интегральные графики и диаграммы 6и , усредненные по N реализациям
ВСГР. В состав воздействия 6и входят также таблицы интегральных откликов
ИМ { nY }, где { }Mn ...,,2,1Î , и усредненные статистики имитации { kST },
{ }Mk ...,,2,1Î , по всему множеству реализаций ИМ ВСГР. После серий ИЭ экс-
перту выдается матрица решений 7и , элементами которой являются обобщенные
показатели качества hzW вариантов ИМ ТПОП. Строками этой матрицы являют-
ся номера h вариантов ТПОП, а столбцами z являются множества состояний
внешней среды ТПОП ( zG ). Используя матрицу решений hzW и классические
критерии принятия решений, исследователь определяет ту комбинацию 0h пара-
метров ИМ ТПОП, которая означает тот состав ресурсов предприятия, который
обеспечивает экстремум hzW согласно одному из классических критериев приня-
тия решений для всех значений z характеристик ijMTXO . Управляющими воз-
действиями эксперта на ИМ ТПОП являются воздействия r3и : немедленный оста-
нов экспертом-технологом имитации l-й реализации ВСГР ( 31и ); по команде экс-
перта немедленный переход на профилактику индивидуального и общего обору-
дования ( 32и и 33и ); включение группового резервирования индивидуального и
общего оборудования ( 34и и 35и ). В начале каждой реализации ВСГР с помощью
воздействий 51и и 52и эксперт может оперативно менять состав вектора парамет-
ров { nX } и характеристики внешней среды ИМ ТПОП zG . Остальные воздейст-
вия SPRESH и эксперта ( 1и , 2и , 4и , 6и ), которые были определены ранее, служат
для оперативного принятия решений ЛПР в динамике имитации ВСГР. В резуль-
тате EXPERT и SPRESH становятся управляющими элементами динамики ими-
тации, что особенно важно для случая имитации с упреждением реального ТПОП.
Особенности имитации технологических процессов опасного
производства с помощью вероятностных сетевых графиков
Аппарат сетевого планирования [4] позволяет отображать во времени парал-
лельно-последовательное функционирование ijMTXO , которые по своей природе
являются вероятностными. Связи в ИМ ТПОП представляются с помощью ВСГР
двумя типами агрегатов: агрегатов-имитаторов операций ijMTXO ( ijATOP ) и аг-
регатов-имитаторов iSOB ( iASOB ), { }Ii ...,,2,1Î , являющихся узлами ВСГР. С
помощью процедуры Монте-Карло h-й вариант ИМ ВСГР заменяется последова-
тельностью реализаций сетевых графиков детерминированной структуры
{ lhСГР }, Nl ,1= , где N — число реализаций согласно процедуре Монте-Карло
[5]. Для iASOB в l-й реализации ВСГР фиксируется следующий состав характери-
стик: ранний срок свершения рilht , поздний срок свершения пilht , резерв свершения
Организация контроля и сбора статистики
имитационного моделирования технологических процессов опасного производства
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2006, Т. 8, № 2 43
события ilhR . Расчет этих характеристик в l-й реализации осуществляется по фор-
мулам [4], в направлении от исходного события ( 1=i ) до завершающего события
( mi = ). В ходе l-й реализации ИМ ВСГР определяется критический путь lhKRP ,
состоящий из последовательности {( iASOB , ijATOP , iASOB )}, в котором имеют-
ся резервы равные нулю. По окончании N реализаций ( Nl = ) все lhKRP , храня-
щиеся в БДМ, объединяются, образуя граф критических путей GRKRP . Для каж-
дого агрегата iASOB в БДМ после l-й реализации формируется множество стати-
стик имитации агрегата {( рilht , пilht , ilhR )}.
Таким образом, по завершении N реализаций в БД имеется m групп этих
множеств, и при вторичной обработке по этим множествам подпрограммой обра-
ботки статистики PPOBRST подсистемой SPRESH формируются усредненные
оценки математических ожиданий и выборочных дисперсий:
{( рiht , tpihS 2 , пiht , tппiS 2 , ihR , RihS 2 )}.
Путем наложения друг на друга { lhKRP } формируется граф критических пу-
тей h-го варианта ТПОП ( hGRKRP ).
Особенностью реализации ИМ ВСГР является то, что вычисление статистик
рilht осуществляется в режиме прямой имитации (от 1ASOB до mASOB ) при росте
модельного времени 0t от 0 до критического времени крlhT реализации ВСГР, а
определение пilht проводится в режиме инверсной имитации (от mASOB до 1ASOB )
при уменьшении 0t от крlhT до нуля. Это обстоятельство определяет первую осо-
бенность имитации l-й реализации ВСГР, которая определяет специфику хране-
ния и обработки информации в ИМ ВСГР.
Агрегат ijATOP обладает универсальным алгоритмом имитации выполнения
ijMTXO . Поскольку используется аппарат сетевого планирования, то основной
характеристикой агрегата является время его выполнения ijlht , которое по своей
сути является случайной величиной и задается с помощью функции распределе-
ния )(1 tijF . Помимо времени его выполнения, каждый агрегат ijATOP для имита-
ции ijMTXO требует от системы распределения ресурсов SPR выделения на вре-
мя имитации операции других запросов на ресурсы, являющихся случайными ве-
личинами и описываемых с помощью соответствующих функций распределения:
)(2 cF ij — финансовых средств для выполнения ijMTXO , )(3 VF rij — объема исполь-
зуемогого ресурса r-го номера, )(4 mtF rij — количества материалов r-го типа и
)(5 koF rij — комплектующих изделий r-го типа. Кроме вероятностных параметров
перед выполнением ijMTXO необходимо закрепить за ijATOP множество детер-
минированных ресурсов ТПОП, имеющих списковую структуру: ресурсов инди-
В. С. Смородин
44
видуального ijINRSP. и общего пользования ijORSP. , оборудования индивидуаль-
ного ijINOSP. и общего пользования ijOOSP. , бригад исполнителей ijISPSP. . Все
перечисленные потребности ijMTXO закрепляются за ijATOP на время имитации
его выполнения, а затем по окончании имитации операции они возвращаются сис-
теме SPR .
Второй особенностью ИМ ВСГР является имитация выполнения ijMTXO на
выделенном индивидуальном и общем оборудовании, которое определяет воз-
можность возникновения отказов функционирования. Отказы оборудования r-го
номера могут быть трех типов: простые, требующие имитации только времени
восстановления ВОklt оборудования; средней тяжести, которые приводят к воз-
никновению аварии и требуют большего времени АВklt для их ликвидации; опас-
ные отказы, которые приводят к авариям и требуют для их ликвидации выполне-
ния последовательности процедур { kAPROC }, где 1,1 Nk = , агрегатов-имитато-
ров ликвидации аварий. Интервалы времени между соседними отказами CОklt
также являются случайными величинами, поэтому функционирование оборудова-
ния номера r описывается с помощью функций распределения этих времен:
)(1 СОk tF , )(2 ВОk tF , )(3 АВk tF . Выбор типа отказа оборудования определяется
матрицей вероятностей отказа krP оборудования r-го типа.
Третьей особенностью ИМ ВСГР является конкуренция ijATOP за ресурсы
предприятия. До выделения всех требуемых ресурсов агрегат ijATOP ожидает
полного удовлетворения своего заказа SRR . Только получив в свое распоряжение
ресурсы предприятия, ijATOP включает режим имитации у имеющегося у него
оборудования. Из-за конкуренции ijATOP за общие ресурсы предприятия и появ-
ления отказов функционирования оборудования фактическое время
lhИМijt имитации
выполнения ijMTXO в l-й реализации ВСГР может быть больше времени ijlht , ра-
зыгранного ранее по соответствующей функции распределения. В ходе имитации
lСГР фиксируется статистика наличного состава ресурсов предприятия с посто-
янным шагом ИЗDT , которая запоминается в БДМ. По окончании N реализаций
ВСГР согласно процедуре Монте-Карло эта статистика, находящаяся в БДМ, ус-
редняется, после чего в виде интегральных графиков изменения множества стати-
стик { ST } в модельном времени 0t (с тем же постоянным шагом его изменения)
формируется SPRESH и выдается эксперту в виде воздействий, описанных ранее.
Динамика формирования статистик имитации
В качестве средства реализации ЧМСОУ использовалась система автомати-
зации имитационного моделирования [2], реализующая агрегатный способ имита-
ции сложных систем. Используется шесть типов агрегатов-имитаторов: выполне-
ния ijMTXO ( ijATOP ), свершения событий ( iASOB ), функционирования индиви-
Организация контроля и сбора статистики
имитационного моделирования технологических процессов опасного производства
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2006, Т. 8, № 2 45
дуального оборудования номера 1r ( 1rAOBIN ), использования общего оборудова-
ния номера 2r ( 2rAOBOP ), процедур ликвидации аварий k-го номера ( kAPROC ).
Все эти агрегаты представляют собой реентерабельные программы моделей ком-
понентов системы, которые в БДМ имеют свой набор переменных и статистик
моделирования соответственно номерам версий этих подмоделей. Количество
версий равно числу агрегатов данного типа в ИМ ВСГР. Динамика выполнения
алгоритмов этих агрегатов одинакова для каждого типа агрегатов, хотя каждая из
версий имеет свою область данных в БДМ. Динамика функционирования этих ре-
ентерабельных программ такова, что каждый из агрегатов реализует свой алго-
ритм от одного оператора синхронизации САИМ до другого оператора синхрони-
зации или оператора сбора статистики. Как видим, в ходе выполнения алгоритма
агрегата кроме имитации функции агрегата фиксируется локальная и интеграль-
ная статистика имитации.
Агрегат ijATOP представляет собой четырехполюсник, на вход которого при-
ходят либо действительные ( dSg ), либо фиктивные сигналы ( fSg ). Фиктивные
сигналы fSg обходят алгоритм выполнения ijATOP , и только действительные
сигналы fSg формируют запросы ресурсов в l-й реализации ВСГР в режиме пря-
мой имитации, запрашивают у SRR эти ресурсы и после выполнения их заказа
запускают имитацию функционирования требуемого оборудования 1r и 2r номе-
ров длительностью ijlht . Когда при имитации выполнения ijATOP на выделенном
ему оборудовании 1rAOBIN или 2rAOBOP возникают опасные отказы, то интер-
вал времени выполнения ijATOP увеличивается до тех пор, пока не будут завер-
шены восстановительные работы или не будет завершена ликвидация возникшей
аварии. В случае появления опасного отказа агрегат 1rAOBIN или 2rAOBOP акти-
визирует последовательность процедур ликвидации аварии { kAPROC }, а время
выполнения ijMTXO снова увеличивается на время выполнения этих агрегатов-
процедур. По окончании имитации { kAPROC } моделируется возврат управления
на агрегат 1rAOBIN или 2rAOBOP . Далее по завершении использования всех аг-
регатов-имитаторов оборудования моделируется возврат на агрегат ijATOP , ис-
пользующий данное оборудование. Если при выполнении ijMTXO на оборудова-
нии номера 1r или dSg произошла авария, то ijATOP указывается признак «была
авария» ( 1=АВijp ). В результате имитация выполнения ijMTXO агрегатом ijATOP
завершается, и данный агрегат формирует выходной сигнал jASOB в режиме
прямой имитации, который поступает на соответствующий вход номера r (со-
гласно матрице коммутации агрегатов) агрегата jASOB . При этом запоминается
время поступления этого сигнала на вход агрегата jASOB . Отметим, что одно-
временно с этим запоминается фактическое время работы ВЫПijlkt агрегата ijATOP
в режиме прямой имитации в соответствующей области БДМ. Затем ijATOP пе-
В. С. Смородин
46
реходит в режим ожидания прихода сигнала от jASOB в режиме инверсной ими-
тации. С приходом dSg или fSg в режиме инверсной имитации возобновляет
свою работу алгоритм выполнения ijATOP . Сигнал fSg обходит выполнение ал-
горитма ijATOP и поступает на соответствующий выход iASOB . Действительный
сигнал dSg начинает имитацию ijATOP в инверсном режиме длительностью
ВЫПijlt . По окончании этого интервала времени на выходе ijATOP появятся dSg ,
которые также поступят на соответствующие выходы iASOB . Далее агрегат
ijATOP ожидает прихода сигналов на его входы, но уже в 1+l реализации ВСГР
в режиме прямой имитации.
Агрегаты iASOB являются многополюсниками с различным числом входов и
выходов. При адресации сигнала указывается номер предыдущего события i и
номер входа r агрегата jASOB . Выходы jASOB бывают трех типов: действитель-
ные, вероятностные и резервные. При срабатывании спусковой функции (с при-
ходом последнего входного сигнала по всем входам jASOB ) одновременно фор-
мируются выходные сигналы. Действительные выходы формируют dSg в соот-
ветствии с коммутацией ВСГР. На вероятностных выходах по вектору вероятно-
стей формируется один dSg , а на остальных разветвлениях кустового выхода
формируются fSg . Выходы третьего типа (резервные) используются для реализа-
ции «технологического резервирования» в ИМ ТПОП. При появлении отказов
оборудования во время выполнения ijATOP на jASOB приходит сигнал, имею-
щий признак 1=АВijp , что инициирует алгоритм выбора «резервных» jsATOP .
Когда 0=АВijp , то это означает отсутствие аварии на входе jASOB , поэтому «ре-
зервные» jsATOP не инициируются. С помощью комбинаций различных типов
кустовых выходов и задания числа разветвлений каждого кустового выхода тех-
нологу предоставляется возможность динамического регулирования выполнением
множества { ijATOP } в зависимости от операционной обстановки внутри ТПОП.
Таким образом, многополюсник jASOB в режиме прямой имитации ожидает при-
хода на его входы последнего сигнала с ijATOP . При этом срабатывает «спуско-
вая функция» агрегата, фиксируется ранний срок свершения события рjlht и фор-
мируется серия выходных сигналов со всех трех типов выходов агрегата. После
посылки всех выходных сигналов jASOB ожидает прихода сигналов на его выхо-
ды в режиме инверсной имитации ВСГР. С приходом самого последнего сигнала
в инверсной имитации на выходы jASOB формируется поздний срок свершения
событий пjlht , и определяется резерв свершения события jlhR . Далее jASOB ожи-
дает появления сигналов на его входах в режиме прямой имитации, но уже сле-
дующей 1+l реализации ВСГР.
Организация контроля и сбора статистики
имитационного моделирования технологических процессов опасного производства
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2006, Т. 8, № 2 47
Имитация функций оборудования инициируется соответствующими запуска-
ми, выполненными агрегатами ijATOP . На агрегатах rAOBOP отображается «за-
хват» агрегатом ijATOP некоторого объема ресурса ijrV 1 на время ijr1t . Агрегат
1rAOBIN функционирует в старт-стопном режиме имитации следующим образом.
В момент запуска 1rAOBIN по функциям распределения формируется время
СОklht его нахождения в рабочем состоянии (до первого отказа), которое сравнива-
ется с требуемым временем использования его агрегатом ijATOP . Проверяется
ситуация: будет ли отказ оборудования на интервале его использования
( ijr1t > СОklht ). При выполнении этого неравенства отказ оборудования не имитиру-
ется. В случае появления отказа определяется тип отказа по вектору вероятностей
отказа. При простом отказе формируется ВОklht и устанавливается признак отсут-
ствия аварии ( 0=АВijp ). При отказе средней сложности определяется АВklht и ус-
танавливается признак наличия аварии ( prkn ). В обоих случаях длительность ими-
тации равна сумме одного из этих интервалов и двойной длительности выполне-
ния ijMTXO .
При сложном отказе определяется длина последовательности процедур ( prkn )
и инициируется последовательный запуск цепочки агрегатов ликвидации аварии
{ kAPROC }, где prknk ,1= . Каждый из этих агрегатов обладает своим запасом ре-
сурсов, поскольку во время аварии нельзя ожидать наличия требуемого ресурса на
предприятии. По окончании выполнения всей цепочки агрегатов { kAPROC } за-
вершается имитация ликвидации аварии, устанавливается признак 1=АВijp и
осуществляется возврат на выполнение алгоритма ijATOP . Далее по множеству
{ АВijp } агрегат jASOB организует в дальнейшем технологическое резервирова-
ние. Кроме технологического резервирования в ИМ ТПОП предусмотрено инди-
видуальное резервирование оборудования, которое включается при достижении
фактической наработки на отказ оборудования ИМ критического значения. До
начала имитации технолог устанавливает для каждого устройства номера r порог
этой наработки rQ0 . Фактическая наработка оборудования накапливается на ин-
дикаторе rInd путем добавления к накопленной сумме некоторого приращения
D rQ0 , которое зависит от времени использования устройства. С интервалом вре-
мени ИЗTD значения этих индикаторов посылаются на вход SPRESH .
В ходе каждой l-й реализации в БДМ записывается вектор откликов { nlY } и
множество статистик имитации { lST }. По окончании N реализаций блок оконча-
ния имитации (БОКИМ) также записывает остаточную информацию о содержа-
нии таблиц и справочников имитации в БДМ.
В. С. Смородин
48
Особенности сбора статистики имитации в имитационной модели
технологических процессов опасного производства
Во время l-й реализации ВСГР с постоянным шагом ИЗTD осуществляется
опрос таблиц и справочников ИМ ТПОП. При этом фиксируются остаточные зна-
чения интегральных ресурсов r-го типа rsV0 , ( ms ,1= ), которые SRR выделяет в
распоряжение ijATOP , количество rsn свободных исполнителей r-го типа и коли-
чество ОБrsn свободных устройств оборудования r-го типа, где s — номер опроса
таблиц и справочников. Одновременно с этим фиксируется суммарный расход
материалов ( )( rmtS ) и комплектующих изделий ( )( rkoS ) r-го типа, а также рас-
ход финансовых ресурсов ( )( ijcS ). Вся эта информация представляет собой s-ю
запись статистики ( rsV0 , rsn , ОБrsn , )( rmtS , )( rkoS , )( ijcS ), которая накапливается в
БДМ. По окончании l-й реализации ВСГР в файле статистики находится две
группы выборок объема m : ({ lrsn }, { ОБlrsn }) и ({ lrsV0 }, { )( lrmtS }, { )( lrkoS },
{ )( lijcS }). По этим выборкам первой группы для эксперта формируются диаграм-
мы загрузки исполнителей ( lrDIAG 1 ) и диаграммы использования оборудования
( lrDIAG 2 ). С помощью выборок второй группы эксперту формируются следую-
щие графики изменения в модельном времени: остатков ресурсов номера r
( rlGR1 ), расхода материалов ( rlGR2 ) и комплектующих изделий ( rlGR3 ) номера r ,
расхода финансовых средств ( rlGR4 ). Построение этих диаграмм и графиков про-
изводится SPRESH по сигналу 1b (см. рисунок), поступающему от ИМ ТПОП в
моменты перехода на следующую реализацию, и выдается затем эксперту в виде
воздействия 4и . Анализ этих диаграмм и графиков позволяет определить ситуа-
цию, когда в выборе количества ресурсов и состава оборудования в h-м варианте
эксперт ошибся, и он может оперативным образом с помощью воздействий 51и и
52и скорректировать их состав и количество.
По окончании N реализаций по сигналу 2b SPRESH начинает обработку
статистики h-го варианта организации ИМ ТПОП следующим образом. Подпро-
грамма анализа информации и принятия решений (АИПР) выбирает из БДМ ин-
формацию, содержащую статистику всех m записей обеих групп. Таких записей в
БДМ содержится ( mN * ) групп. Подпрограммы вторичной обработки статистики
( BVSTPP. ) формируют для каждой s-й точки временных диаграмм и графиков
соответственно выборку объема N , по которой согласно процедуре Монте-Карло
определяются оценки математического ожидания и дисперсии. В итоге формиру-
ются множества средних значений для s-х точек: ({ lrsn }, { ОБlrsn }) и ({ lrsV 0 },
{ )( lrmtS }, { )( lrkoS }, { )( lijcS }). По этим группам выборок формируются в мо-
дельном времени 0t соответственно диаграммы изменения средней загрузки ис-
полнителей и оборудования в h-м варианте организации ТПОП. Кроме того, фор-
мируются также графики средних значений статистик использования ресурсов
предприятия в h-м варианте организации ТПОП: остатка ресурсов ( rGRS1 ), расхо-
Организация контроля и сбора статистики
имитационного моделирования технологических процессов опасного производства
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2006, Т. 8, № 2 49
да материалов ( rGRS2 ), расхода комплектующих изделий ( rGRS3 ), расхода фи-
нансовых средств ( rGRS4 ). С помощью этих графиков и диаграмм эксперт анали-
зирует динамику расхода ресурсов, оборудования, исполнителей и финансовых
средств в модельном времени 0t и может оценить степень достаточности ресурсов
для организации h-го варианта ИМ ТПОП.
Другой особенностью сбора статистики имитации в ЧМСОУ является фор-
мирование графа критических путей ( hGRKRP ) в h-м варианте ТПОП. В l-й реа-
лизации ВСГР каждый элемент критического пути lhKRP представляет собой по-
следовательность чередования статистик выполнения агрегатов ( iASOB , ijATOP ,
jASOB ). Статистиками выполнения iASOB является четверка статистик ( i , рilht ,
пilht , ilhR ), а статистиками ijATOP служат тройки значений ( ij , Вijlht , ijlhc ). Множе-
ство перечисленных статистик в составе единой записи lhKRP по окончании l-й
реализации записывается в БДМ. По сигналу 1b , поступающему от ИМ ВСГР в
SPRESH , инициируется вывод статистики SPRESH в виде воздействия 8и и пре-
доставляется на рассмотрение эксперта. По сигналу 2b (см. рисунок) SPRESH ,
используя исходную структуру ВСГР, накладывает друг на друга значения lhKRP ,
вызывая их из БДМ, в результате чего формируется вероятностный граф критиче-
ских путей ( hKRPGR. ). При этом на выходах iASOB подсчитывается количество
ijn запусков ijATOP во всех N реализациях исходного ВСГР. Далее формируют-
ся вероятности запусков ijATOP с выходов iASOB графа hKRPGR. . Таким обра-
зом, кроме четверки статистик iASOB ( i , рiht , пiht , 0=ihR ), на каждом выходе
агрегатов формируется вектор вероятностей { ksP } запусков ijATOP , где s — но-
мера разветвлений выхода k . Сформированный таким способом граф hKRPGR. в
виде воздействия 9и выдается эксперту для принятия решения о наиболее вероят-
ном критическом пути.
Третьей особенностью сбора статистики имитации ЧМСОУ является усред-
нение согласно процедуре Монте-Карло значений откликов модели { nlY } ВСГР,
найденных в ходе l-й реализации ВСГР и хранящихся в БДМ. По сигналу 2b блок
АИПР системы SPRESH определяет множество средних значений и выборочных
дисперсий { nY , nyS 2 } по выборкам { nlY } объема N для каждого компонента
этого вектора откликов ИМ. Важным откликом ИМ ВСГР nY 1 является время
реализации критического пути ( 11YT крп = ). Значения этого вектора в виде воздей-
ствия 6и выдаются эксперту для анализа и принятия решений.
Четвертой особенностью сбора статистики имитации ЧМСОУ является фор-
мирование матрицы решений hzW , в которой элементами являются значения
обобщенного показателя hzW h-го варианта ИМ ТПОП при z-м варианте парамет-
В. С. Смородин
50
ров ijMTXO и характеристик надежности оборудования ТПОП. По сигналу 2b
SPRESH осуществляет «свертку» вектора откликов { nY } к скаляру hzW по спо-
собу весовых коэффициентов вектора { 10 ££ nd }. После вычисления всех эле-
ментов этой матрицы SPRESH в виде воздействия 7и выдает эксперту значение
этой матрицы hzW для принятия решений с использованием классических крите-
риев теории принятия решений и поиска рационального варианта номера органи-
зации параметров { 0ihX } при существующем множестве характеристик запросов
ресурсов и надежности оборудования предприятия { крrn }. Любое из решений экс-
перта в виде воздействий 51и и 52и передается SPRESH , а затем все изменения
параметров и переменных модели ({ 0ihX } и { zG }) используются при моделиро-
вании очередного варианта ИМ ТПОП.
Управление процессом имитации технологических
процессов опасного производства
Ранее рассматривались способы внутреннего управления имитацией ТПОП.
Но в данной системе имеется внешнее управление ИМ ТПОП. Как было указано
ранее, любой из индикаторов { rInd } сравнивался на близость к фактической на-
работке к критическому значению. Для SPRESH множество { rInd } становится
доступным для анализа через постоянные интервалы времени ИЗTD . Внутри этого
интервала срабатывает одиночный переход на резервирование при достижении
нижнего критического уровня наработки оборудования ТПОП на отказ. Таким
способом организуется экстренный переход на одиночное резервирование (см.
рисунок). При поступлении { rInd } в SPRESH происходит распознавание крити-
ческой ситуации у оборудования ТПОП. Для более низкого уровня доверия
( 8,0=b ) заранее рассчитаны пороговые значения наработки оборудования номе-
ра r в виде t-статистики { крrn }. Далее происходит покомпонентное сравнение всех
r-х номеров { rInd } и { крrn }. Как только для некоторого номера r выполняется
неравенство rInd > крrn , в счетчик числа устройств, находящихся в ситуации
близкой к критической, добавляется единица ( 1 : += СЧКРСЧКР ). После провер-
ки на близость к критическим значениям всех компонентов { rInd } анализируется
значение этого счетчика. В зависимости от результата анализа, количества ре-
зервных устройств оборудования и возможности останова имитации ТПОП, при-
нимается одно из возможных управляющих воздействий со стороны SPRESH на
ИМ ВСГР: переход на групповое резервирование индивидуального оборудования
( 11 =a ); групповое резервирование оборудования общего пользования ( 12 =a );
общая профилактика ( 13 =a ), когда резервирование неэффективно, или невоз-
можно; продолжение имитации из-за невозможности ее останова ( 14 =a ).
Из рисунка видно, что ИМ ВСГР, SPRESH и EXPERT непрерывно взаимо-
действуют друг с другом. При этом необходимо иметь в виду, что скорость реак-
Организация контроля и сбора статистики
имитационного моделирования технологических процессов опасного производства
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2006, Т. 8, № 2 51
ции человека значительно ниже скорости обработки управляющей информации
программой SPRESH . Поэтому SPRESH совместно с БДМ выступает в роли бу-
фера. Кроме того, эксперту информация поступает в виде, удобном для ее воспри-
ятия специалистом-технологом той предметной области, к которой относится
ТПОП. В качестве входной информации он использует воздействия SPRESH :
отображения индикаторов состояния оборудования ( 1и ); отображение действий
управляющей программы моделирования ( 2и ); немедленный останов имитации
технологом ( 31и ); переход на групповую профилактику по командам эксперта
( 32и и 33и ); включение группового резервирования ( 34и и 35и ). От SPRESH экс-
перту выдается следующая информация: таблицы откликов и статистик, диаграм-
мы и графики изменения интегральных статистик ( 6и ); матрица решений hzW
( 7и ); критический путь l-й реализации ВСГР ( 8и ); граф критических путей
KRPGR. ( 9и ). Таким образом, технология контроля за ходом ТПОП с помощью
ИМ ТПОП позволяет с некоторым упреждением ЗАПt моделировать будущее раз-
витие ТПОП и, в случае необходимости, оперативно воздействовать на сам ТПОП
с целью недопущения конфликтных ситуаций по ресурсам предприятия или появ-
ления аварийных ситуаций в ТПОП при опасных отказах оборудования. При этом
эксперт может включить резервное оборудование на наиболее опасных участках
ТПОП или же досрочно перевести оборудование на профилактику.
Заключение
Предложенная человеко-машинная система оперативного управления ТПОП
позволяет изучить на ИМ варианты реализации технологического процесса опас-
ного производства и при этом решить ряд типовых задач проектного моделирова-
ния ТПОП: определение пропускной способности вариантов ТПОП, поиск «уз-
ких» мест в ТПОП, выделение опасных вариантов реализации ТПОП, оценка ве-
роятности появления аварий в ТПОП, выбор рационального варианта ТПОП.
Включение в цикл слежения реализаций ТПОП эксперта-технолога позволяет ис-
пользовать интеллект и опыт специалиста при контроле работающего ТПОП или
при проектировании вариантов ТПОП для поиска обоснованных решений. Это
обстоятельство определяет высокую практическую ценность ЧМСОУ реализаци-
ей ТПОП.
1. Аронов И.З., Адлер Ю.П., Агеев А.В. и др. Обзор современных подходов к обеспечению ка-
чества и безопасности сложных систем на основе анализа видов, последствий и критичности отка-
зов // Надежность и контроль качества. — 1996. — № 11. — С. 3–15.
2. Максимей И.В., Смородин В.С., Сукач Е.И. Система автоматизации экспериментов, реали-
зующая агрегатный способ имитации технологических процессов // Информатика. — 2005. —
№ 1. — С. 25–31.
В. С. Смородин
52
3. Максимей И.В., Смородин В.С., Сукач Е.И. Способ моделирования агрегатами технологи-
ческих процессов опасного производства // Электрон. моделирование. — 2005. — Т. 27. — № 6. —
С. 101–109.
4. Жогаль С.П., Максимей И.В. Задачи и модели исследования операций. Ч. 1. Аналитические
модели исследования операций: Учебное пособие. — Гомель: БелГУТ, 1999. — 109 с.
5. Максимей И.В., Серегина В.С. Задачи и модели исследования операций. Ч. 2. Методы не-
линейного и стохастического программирования: Учебное пособие. — Гомель: БелГУТ, 1999. —
103 с.
Поступила в редакцию 18.05.2006
Динамика формирования статистик имитации
Динамика формирования статистик имитации
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-50839 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1560-9189 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:12:32Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Інститут проблем реєстрації інформації НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Смородин, В.С. 2013-11-04T21:18:00Z 2013-11-04T21:18:00Z 2006 Организация контроля и сбора статистики имитационного моделирования технологических процессов опасного производства / В.С. Смородин // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2006. — Т. 8, № 2. — С. 38-52. — Бібліогр.: 5 назв. — pос. 1560-9189 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50839 681.3 Предложено использование человеко-машинной системы оперативного управления для контроля за развивающимся технологическим процессом опасного производства (ТПОП). Сформулированы особенности имитации ТПОП с помощью вероятностных сетевых графиков. Рассмотрены динамика формирования статистик имитации и особенности их хранения и использования. Предложена технология управления имитацией ТПОП для предотвращения аварий в самом ТПОП. Запропоновано використання людино-машинної системи оперативного керування для контролю за технологічним процесом небезпечного виробництва (ТПНВ), що розвивається. Сформульовано особливості імітації ТПНВ за допомогою ймовірних сіткових графіків. Розглянуто динаміку формування статистик імітації й особливості їх зберігання та використання. Запропоновано технологію керування імітацією ТПНВ для запобігання аварій у самому ТПНВ. Using a man-machine operative management system for checking a developing technological process of dangerous production (TPDP) is offered. The features of imitation of TPDP by means of probabilistic network graphs are formulated. Dynamics of imitation statistics formation and features of their storage and using are considered. The technology of governing the TPDP imitation for preventing the accidents is offered. ru Інститут проблем реєстрації інформації НАН України Реєстрація, зберігання і обробка даних Інформаційно-аналітичні системи обробки даних Организация контроля и сбора статистики имитационного моделирования технологических процессов опасного производства Організація контролю i збору статистики імітаційного моделювання технологічних процесів небезпечного виробництва Organization of Checking and Collecting Statistics for Simulation Modeling of Technological Processes of Dangerous Production Article published earlier |
| spellingShingle | Организация контроля и сбора статистики имитационного моделирования технологических процессов опасного производства Смородин, В.С. Інформаційно-аналітичні системи обробки даних |
| title | Организация контроля и сбора статистики имитационного моделирования технологических процессов опасного производства |
| title_alt | Організація контролю i збору статистики імітаційного моделювання технологічних процесів небезпечного виробництва Organization of Checking and Collecting Statistics for Simulation Modeling of Technological Processes of Dangerous Production |
| title_full | Организация контроля и сбора статистики имитационного моделирования технологических процессов опасного производства |
| title_fullStr | Организация контроля и сбора статистики имитационного моделирования технологических процессов опасного производства |
| title_full_unstemmed | Организация контроля и сбора статистики имитационного моделирования технологических процессов опасного производства |
| title_short | Организация контроля и сбора статистики имитационного моделирования технологических процессов опасного производства |
| title_sort | организация контроля и сбора статистики имитационного моделирования технологических процессов опасного производства |
| topic | Інформаційно-аналітичні системи обробки даних |
| topic_facet | Інформаційно-аналітичні системи обробки даних |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50839 |
| work_keys_str_mv | AT smorodinvs organizaciâkontrolâisborastatistikiimitacionnogomodelirovaniâtehnologičeskihprocessovopasnogoproizvodstva AT smorodinvs organízacíâkontrolûizborustatistikiímítacíinogomodelûvannâtehnologíčnihprocesívnebezpečnogovirobnictva AT smorodinvs organizationofcheckingandcollectingstatisticsforsimulationmodelingoftechnologicalprocessesofdangerousproduction |