|
DOI: 10.7256/2454-0714.2020.2.31040
Дата направления статьи в редакцию:
12-10-2019
Дата публикации:
15-07-2020
Аннотация:
Непрекращающееся развитие систем автоматизированного управления промышленными объектами приводит к появлению более развитых и сложных алгоритмов управления. Закономерным следствием развития систем управления (СУ) является использование более сложных технических средств: датчиков, контроллеров, SCADA и MES систем. В конечном итоге, насыщение систем дополнительными программно-техническими средствами приводит к снижению управляемости в целом, поскольку программные средства необходимо обновлять, техника часто выходит из строя, требует замены и т.д. Таким образом, подходы, направленные на создание отдельных, автономно функционирующих подсистем, уходят в прошлое. Необходимо комплексное, многоуровневое совместное управление, всей инфраструктурой АСУТП, начиная от технологического объекта, заканчивая технической инфраструктурой, которая тесно привязана к объекту. В статье рассматриваются вопросы построения управляющих подсистем верхнего уровня для АСУТП, когда необходимо управлять непосредственно программно-техническими средствами в составе АСУ ТП. В качестве методов исследования использовалось имитационное и компьютерное моделирование, которое позволило оценить эффективность предложенных подходов и методов управления. Также результаты исследований проверялись путем опытного внедрения автоматизированной системы управления инцидентами, основанной на предложенных подходах, в процесс управления сложным технологически объектом. Новизна исследований заключается в предложенном подходе к управлению инцидентами в автоматизированных системах управления технологическими процессами, позволяющем повысить качество управления, снизить издержки на управление и спрогнозировать (в отдельных случаях) появление новых инцидентов и принять меры к их предотвращению. Исследования показали целесообразность использования предлагаемого подхода для управления сложными нестационарными системами автоматизации.
Ключевые слова:
прецедент, прецедентный подход, системы автоматизированного управления, объект управления, теплоэлектроцентраль, SCADA-система, система управления инцидентами, библиотека прецедентов, выбор прецедента, управляющая подсистема
Abstract: The continuous development of automated control systems for industrial facilities leads to the emergence of more advanced and complex control algorithms. A natural consequence of the development of control systems (CS) is the use of more complex technical means: sensors, controllers, SCADA and MES systems. Ultimately, the saturation of systems with additional software and hardware leads to a decrease in manageability in general, since software needs to be updated, equipment often fails, needs replacement, etc. Thus, approaches aimed at creating separate, autonomously functioning subsystems are becoming a thing of the past. An integrated, multi-level joint management of the entire infrastructure of the process control system is needed, from the technological facility to the technical infrastructure, which is closely tied to the facility. The article discusses the issues of constructing top-level control subsystems for the process control system, when it is necessary to control directly the software and hardware as part of the process control system. As research methods, simulation and computer modeling was used, which made it possible to evaluate the effectiveness of the proposed approaches and management methods. Also, the research results were verified through the pilot implementation of an automated incident management system based on the proposed approaches in the process of managing a complex technologically object. The novelty of the research lies in the proposed approach to incident management in automated process control systems, which makes it possible to improve the quality of management, reduce management costs, and predict (in some cases) the occurrence of new incidents and take measures to prevent them. Studies have shown the feasibility of using the proposed approach to control complex non-stationary automation systems.
Keywords: precedent, precedential approach, automated control systems, control object, cogeneration plant, SCADA-system, incident management system, precedents library, choice of precedent, control subsystem
Концепция системы прецедентного управления
Когда речь идет о проектировании и синтезе автоматизированных систем управления, обычно не упоминается о необходимости управления техническими средствами, которые входят в состав систем управления. Однако, техническая инфраструктура также является объектом, которым необходимо управлять [1,2], чему уделяется недостаточно внимания в специализированной литературе по АСУТП. Таким образом, проектирование автоматизированных систем управления (АСУТП) должно включать в себя как минимум два связанных друг с другом уровня управления:
1) Управление технологическим объектом.
2) Управление программно-технической инфраструктурой, которая входит в состав АСУТП.
Недооценка подобной необходимости может привести в итоге к тяжелым последствиям, ведь известно, что затраты на сопровождение программно-технических средств по оценкам независимых аналитических агентств, может составлять от 40 до 60% от общей стоимости проекта. Простои систем, затраты на инфраструктуру в конечном итоге будут только возрастать.
Существуют известные содержательные и формализованные подходы к управлению технической инфраструктурой, при предоставлении ИТ-услуг [3,4,5] и разработке ИТ-решений, из которых можно выделить ITILv3, MOF v.4, COBIT, здесь не ставится цель их подробного описания и анализа. Общая идея заключается в том, что некоторые типовые процессы (допустим, управление инцидентами), прекрасно подходят для автоматизированных систем управления различного назначения.
Таким образом, требуется комплексный подход к построению автоматизированных систем, поскольку важно добиться эффективности управления системы в целом, а не отдельных ее частей. Следовательно, нельзя говорить о качественном управлении отдельным элементом в системе, при условии, что другие элементы вообще не рассматриваются. Другими словами, необходимо эффективно управлять не только технологическим объектом, но и программно-техническими средствами в составе системы.
Построение современных систем АСУТП связано с использованием технических средств последнего поколения (датчики, аналоговые и дискретные модули связи, промышленные контроллеры), можно выделить решения от компаний ОВЕН, Siemens, Omron, Schneider electric, Rockwell automation, Allen bradley. Рассматривая управление сложными системами, следует выделить объективные тенденции, связанные в первую очередь с насыщением современных систем большим количеством программно-технических средств. Если рассматривать техническую инфраструктуру как часть объекта управления (которой она и является), закономерно возникает задача управления инфраструктурой, поскольку возникает потребность снижения издержек на всех этапах жизненного цикла таких систем.
Рассмотрим понятия инцидента и проблемы в системе управления. Под инцидентом будем понимать любое событие, которое не является частью стандартной технологической ситуации в АСУТП и прямо или косвенно связано с нарушением ее функционирования вследствие поломок, сбоев, отключения питания и других причин. Под проблемой подразумевается конструктивный, архитектурный, технический или любой другой изъян (неудачная характеристика) системы управления, который приводит формированию потока инцидентов. Структура системы управления инцидентами приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Структура системы управления инцидентами
На рисунке приведены следующие обозначения:  – вектор действительных неконтролируемых возмущений,  – вектор действительных контролируемых возмущений;  - управляющие воздействия;  – консолидирующий вектор,   – соответствующие множества поступающих в систему управления инцидентов и хранящихся в библиотеке прецедентов.
Поясним работу прецедентной системы управления на конкретном примере. Допустим, при возникновении нового инцидента получена определенная окружающая обстановка  , когда измененному положению дел соответствуют текущие измеренные значения многопараметрического вектора  . Также, с инцидентом связан технический элемент (идентификатор) узла {ID} и признак неисправности  . По сути, каждый новый инцидент – это отдельный факт, когда для известной (измеренной) обстановки зафиксирован отказ оборудования или выход за пределы допустимых значений некоторого технологического параметра. Таким образом, поступающий в систему инцидент  описывается набором параметров  и, возможно, дополнительной информацией. Задача прецедентного управления заключается в данном случае в том, чтобы найти в библиотеке конкретный прецедент, который аналогичен текущей ситуации и может быть использован для выбора решения. Следовательно, при возникновении нового инцидента необходимо сопоставить вновь наступившие и ранее известные факты, что позволит использовать выбрать уже известный прецедент из библиотеки. Для выбора допустимого прецедента из библиотеки может использоваться некоторая функция подобия  , которая позволяет оценить, насколько близка реальность, при которой возник инцидент ранее зафиксированным случаям.
Для более простых случаев, можно использовать подход при выборе прецедента из библиотеки в соответствии с выражением (1):
 (1)
Решение может быть выбрано как с заданной точностью, так и при точном соответствии отдельных компонент множеств, по принципу наиболее близкого совпадения. Фактически, основная концепция применения прецедентного управления для инцидентов заключается в следующем: для конкретного инцидента необходимо выбрать механизм его обработки (решения)  , который был документирован ранее, или зафиксировать новый, что позволит использовать решение в дальнейшем.
Хранимый в библиотеке прецедент состоит из:
- Описания типа и класса прецедента
 , возникшего в системе на определенном этапе жизненного цикла.
- Описания измеренной окружающей обстановки, при которой он возник.
- Описание механизма обработки инцидента (решения) , который с ним ассоциирован.
Принятие управленческих решений с использованием прецедентного подхода включает в себя четыре основных этапа, которые образуют CBR-цикл [1] (рассуждения на основе прецедентов), из них выделим следующие:
- Извлечения множества подобных прецедентов из базы данных;
- Выбор прецедента для решения проблемы по принципу «наиболее близкого совпадения».
- Повторное использование прецедента (решение) для обработки вновь поступившего инцидента.
- Анализ, адаптация и пересмотр решения и проверка его на допустимость.
- Сохранение измененного решения как части нового прецедента.
Представленная выше концепция прецедентного управления была успешно опробована в условиях Кузнецкой ТЭЦ г. Новокузнецка, разработаны отдельные подсистемы управления инцидентами, интегрированные в общую технологическую среду.
Реализация системы прецедентного управления на примере ТЭЦ
Необходимость управлять инцидентами и происшествиями для сложного технологического объекта (такого как ТЭЦ) очевидна. Важнейшая задача управления инцидентами заключается в оперативном восстановлении работоспособности программно-технических средств автоматизации (УСО, PLC, SCADA), которые в свою очередь обеспечивают работу технологического оборудования (котельных агрегатов, турбогенераторов, редукционно-охладительных установок и т.д.).
Основной проблемой многих автоматизированных производств является отсутствие унифицированных подходов регистрации и описания инцидентов, низкая реакция системы на возникающие неисправности и неточности при передаче данных. Построение унифицированной процедуры регистрации и обработки инцидентов позволяет существенно сократить время простоев оборудования, повысить качество управления.
Некоторые инциденты постоянно повторяются. Работая с ними, приходится выполнять типовые, рутинные операции. Обобщение накопленного опыта и классификация инцидентов позволяет строить и использовать стандартные процедуры для их обработки. Процесс обработки инцидента представляет собой нормативную последовательность шагов, которые должны быть выполнены для его устранения. Основная цель построения таких систем заключается в снижении времени простоев оборудования и связанных временных и финансовых издержек.
Рассматривается разработка и внедрение системы управления инцидентами в существующей системе АСУТП (Западно-Сибирская ТЭЦ - филиал ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК»), архитектура предлагаемого технического решения представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Изменения в действующей структуре АСУТП ТЭЦ
1 – контрольно - измерительные приборы и автоматика; 2 – программируемый логический контроллер; 3 – SCADA-система; 4 – модуль генерации сообщений в базу данных (БД) Service Desk; 5 – модуль генерации сообщений в базу данных центра обработки данных; 6 – БД Service Desk; 7 – БД центра обработки данных; 8 – рабочие станции инженеров по обслуживанию АСУТП с программным модулем SD client; 9 – средство корпоративной мобильной связи инженеров по обслуживанию АСУТП (GSM-телефон); 10 – пользователи доменной сети (мастера, главные специалисты, начальники цехов, главный инженер, директор).
В представленной на рисунке 2 схеме добавлен уровень управления технологической инфраструктурой. Процесс устранения инцидента включает в себя следующие шаги:
- Получение значений технологических параметров от источников данных;
- Анализ значений параметров на наличие инцидента;
- Регистрация инцидента;
- Категоризация (классификация) инцидента;
- Определение приоритета инцидента;
- Отправка сообщения об инциденте;
- Закрытие инцидента.
Внедрение автоматизированной системы управления инцидентами на базе программных продуктов STI_Server, STI_Viewer, тесно интегрированных с комплексной системой сервисного обслуживания HP Open View Service Desc 4.5 позволило сократить время обслуживания инцидентов в среднем на 10-15%, что привело к повышению эффективности работы ТЭЦ.
Заключение
Итоги внедрения системы управления инцидентами применительно к Западно-Сибирской ТЭЦ - филиалу ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК»:
− увеличилась оперативность реакции персонала цехов на инцидент;
− статистический анализ по типам инцидентов способствует разрабатывать корректирующие мероприятия;
− снизилась вероятность хищения технических средств автоматизации, в том числе коммутационных материалов;
− появилась возможность разработки и дальнейшего расширения базы знаний по идентификации инцидентов, сигнатурам девиации поведения параметров для заблаговременного предупреждения об инциденте, способам его устранения.
Библиография
1. Основы управления жизненным циклом сервисов систем информатики и автоматизации (лучшие практики ITIL): учеб. пособие / В. В. Зимин, А. А. Ивушкин, С. М. Кулаков, К. А. Ивушкин. – Кемерово: Кузбассвузиздат, 2013. – 500 с.;
2. Цифровая поддержка осуществления регулярной деятельности на основе прецедентного подхода / С. М. Кулаков, М. В. Ляховец, Е. Н. Тараборина, Р. С. Койнов // Наука и профессиональное образование: национальные приоритеты и региональные драйверы развития : материалы I Всероссийской научно-практической конференции, 11 февраля 2019 г. – Кемерово, 2019. – С. 58-62. – URL: http://library.sibsiu.ru.
3. Роб Ингланд. Введение в реальный ITSM / Роб Ингланд; Пер. с англ. – М.: Лайвбук, 2010. – 132 с. ISBN 978-5-904584-05-4;
4. Роб Ингланд. Овладевая ITIL / Роб Ингланд; Пер. с англ. – М.: Лайвбук, 2011. – 200 с. ISBN 978-5-904584-13-9;
5. Брукс Питер. Метрики для управления ИТ-услугами / Питер Брукс, 2008-288 с.
References
1. Osnovy upravleniya zhiznennym tsiklom servisov sistem informatiki i avtomatizatsii (luchshie praktiki ITIL): ucheb. posobie / V. V. Zimin, A. A. Ivushkin, S. M. Kulakov, K. A. Ivushkin. – Kemerovo: Kuzbassvuzizdat, 2013. – 500 s.;
2. Tsifrovaya podderzhka osushchestvleniya regulyarnoi deyatel'nosti na osnove pretsedentnogo podkhoda / S. M. Kulakov, M. V. Lyakhovets, E. N. Taraborina, R. S. Koinov // Nauka i professional'noe obrazovanie: natsional'nye prioritety i regional'nye draivery razvitiya : materialy I Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, 11 fevralya 2019 g. – Kemerovo, 2019. – S. 58-62. – URL: http://library.sibsiu.ru.
3. Rob Ingland. Vvedenie v real'nyi ITSM / Rob Ingland; Per. s angl. – M.: Laivbuk, 2010. – 132 s. ISBN 978-5-904584-05-4;
4. Rob Ingland. Ovladevaya ITIL / Rob Ingland; Per. s angl. – M.: Laivbuk, 2011. – 200 s. ISBN 978-5-904584-13-9;
5. Bruks Piter. Metriki dlya upravleniya IT-uslugami / Piter Bruks, 2008-288 s.
Результаты процедуры рецензирования статьи
В связи с политикой двойного слепого рецензирования личность рецензента не раскрывается.
Со списком рецензентов издательства можно ознакомиться здесь.
Предмет исследования – комплексный прецедентный подход к управлению инцидентами в автоматизированных системах управления технологическими процессами, обеспечивающий эффективное управление не только технологическим объектом, но и программно-техническими средствами в составе системы.
Методология исследования основана на теоретическом и эмпирическом подходе с применением методов анализа, моделирования, алгоритмизации, проектирования, программирования, обобщения, сравнения, синтеза.
Актуальность исследования определяется широким применением автоматизированных систем управления технологическими процессами в различных отраслях экономики и, соответственно, необходимостью их изучения и совершенствования, в том числе на основе прецедентного подхода к управлению инцидентами.
Научная новизна связана с обоснованием автором методики реализации комплексного прецедентного подхода к управлению инцидентами в автоматизированных системах управления технологическими процессами, которая обеспечивает эффективное управление не только технологическим объектом, но и программно-техническими средствами в составе системы, оперативность реакции персонала цехов на инцидент, способствует разрабатывать корректирующие мероприятия, расширение базы знаний по идентификации инцидентов, сигнатурам девиации поведения параметров для заблаговременного предупреждения об инциденте, способам его устранения.
Стиль изложения научный. Статья написана русским литературным языком.
Структура рукописи включает следующие разделы: Концепция системы прецедентного управления (проектирование и синтез автоматизированных систем управления, необходимость управления техническими средствами, два уровня управления – управление технологическим объектом, управление программно-технической инфраструктурой, затраты на сопровождение программно-технических средств, содержательные и формализованные подходы к управлению технической инфраструктурой, комплексный подход к построению автоматизированных систем, использование технических средств последнего поколения (датчики, аналоговые и дискретные модули связи, промышленные контроллеры), решения от компаний ОВЕН, Siemens, Omron, Schneider electric, Rockwell automation, Allen bradley, снижение издержек на всех этапах жизненного цикла, понятия инцидента и проблемы в системе управления, структура системы управления инцидентами, пример работы прецедентной системы управления, задача прецедентного управления, функция подобия, выбор прецедента из библиотеки, заданная точность, принцип наиболее близкого совпадения, основная концепция применения прецедентного управления для инцидентов – для конкретного инцидента необходимо выбрать механизм его обработки (решения), который был документирован ранее, или зафиксировать новый, что позволит использовать решение в дальнейшем, хранимый в библиотеке прецедент, принятие управленческих решений, CBR-цикл, апробация концепции в условиях Кузнецкой ТЭЦ г. Новокузнецка), Реализация системы прецедентного управления на примере ТЭЦ (, оперативное восстановление работоспособности программно-технических средств автоматизации, которые обеспечивают работу технологического оборудования, отсутствие унифицированных подходов регистрации и описания инцидентов, низкая реакция системы на возникающие неисправности и неточности при передаче данных, типовые / рутинные операции, стандартные процедуры, процесс обработки инцидента, разработка и внедрение системы управления инцидентами, архитектура предлагаемого технического решения, шаги процесса устранения инцидента, внедрение автоматизированной системы управления инцидентами на базе программных продуктов STI_Server, STI_Viewer, комплексная система сервисного обслуживания HP Open View Service Desc 4.5, сокращение времени обслуживания инцидент ов в среднем на 10–15 %, повышение эффективности работы ТЭЦ), Заключение (выводы), Библиография.
Обращает внимание, что содержание раздела «Заключение» не согласуется с основным текстом статьи. Представлены выводы, не имеющие обоснования в предшествующих разделах.
При наличии раздела «Заключение» следует также оформить раздел «Введение»».
Содержание в целом соответствует названию. Вместе с тем представленное название в большей степени подходит для монографии, нежели для отдельной статьи. Желательно конкретизировать в формулировке заголовка предмет исследования, связанный с оптимизацией управления технологическими процессами на теплоэлектростанции. Также не ясно, на каком объекте проводилась апробация предлагаемой разработки – в разделе «Концепция системы прецедентного управления» упоминается Кузнецкая ТЭЦ г. Новокузнецка, в разделах «Реализация системы прецедентного управления на примере ТЭЦ», «Заключение» Западно-Сибирская ТЭЦ – филиал ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК». Необходимо более подробные представить эмпирические данные о функционировании разработки, а также охарактеризовать программные средства, которые использовались при её создании. Авторы указывают, что «Принятие управленческих решений с использованием прецедентного подхода включает в себя четыре основных этапа, которые образуют CBR-цикл», при этом ниже приводится пять этапов.
Библиография включает пять источников отечественных и зарубежных авторов – монографии, материалы научных мероприятий, учебные пособия. Библиографические описания некоторых источников нуждаются в корректировке в соответствии с ГОСТ и требованиями редакции, например:
1. Основы управления жизненным циклом сервисов систем информатики и автоматизации (лучшие практики ITIL) : учеб. пособие / В. В. Зимин, А. А. Ивушкин, С. М. Кулаков и др. – Кемерово : Кузбассвузиздат, 2013. – 500 с.
2. Цифровая поддержка осуществления регулярной деятельности на основе прецедентного подхода / С. М. Кулаков, М. В. Ляховец, Е. Н. Тараборина и др. // Наука и профессиональное образование: национальные приоритеты и региональные драйверы развития : материалы I Всероссийской научно-практической конференции . – Кемерово, 2019. – С. 58–62.
3. Ингланд Р. Введение в реальный ITSM. – М. : Лайвбук, 2010. – 132 с.
4. Ингланд Р. Овладевая ITIL. – М. : Лайвбук, 2011. – 200 с.
5. Брукс Б. Метрики для управления ИТ-услугами. – Место издания ??? : Наименование издательства ???, 2008. – 288 с.
Апелляция к оппонентам (Ингланд Р., Брукс П. и др.) имеет место. В то же время обращает внимание, что ссылки на опубликованные работы имеют место лишь в начале рукописи. При описании разработки, обсуждении полученных результатов сопоставление с данными иных а воров практически отсутствует, что желательно исправить.
Замечен ряд опечаток: 1) Управление технологическим объектом. 2) Управление программно-технической инфраструктурой – 1) управление технологическим объектом; 2) управление программно-технической инфраструктурой; [3,4,5] – [3–5]; Schneider electric, Rockwell automation, Allen Bradley – Schneider Electric, Rockwell Automation, Allen Bradley; Извлечения множества подобных прецедентов из базы данных – Извлечение множества подобных прецедентов из базы данных.
Аббревиатуру АСУТП следует расшифровать при первом упоминании.
В целом материал представляет интерес для читательской аудитории, однако нуждается в доработке (в части изложения эмпирических результатов, их обсуждения), после чего рукопись может быть рассмотрена на предмет опубликования в журнале «Программные системы и вычислительные методы» (рубрика «Автоматизированные системы управления технологическими процессами»).
|
© 1998 – 2024 Nota Bene. Publishing Technologies. NB-Media Ltd.
