Преимущества и недостатки линейной системы

Сущность линейной (иерархической) структуры управления состоит в том, что управляющие воздействия на объект могут передаваться только одним доминантным лицом - руководителем, который получает официальную информацию только от своих, непосредственно ему подчиненных лиц, принимает решения по всем вопросам, относящимся к руководимой им части объекта, и несет ответственность за его работу перед вышестоящим руководителем (рис. 11.1).

Данный тип организационной структуры управления применяется в условиях функционирования мелких предприятий с несложным производством при отсутствии у них разветвленных кооперированных связей с поставщиками, потребителями, научными и проектными организациями и т.д. В настоящее время такая структура используется в системе управления производственными участками, отдельными небольшими цехами, а также небольшими фирмами одно родной и несложной технологии.

Рис. 11.1. Линейная структура управления: Р-руководитель; Л -линейные органы управления (линейные руководители); И - исполнители

Преимущества линейной структуры объясняются простотой применения. Все обязанности и полномочия здесь четко распределены, и поэтому создаются условия для оперативного процесса принятия решений, для поддержания необходимой дисциплины в коллективе.

В числе недостатков линейного построения организации обычно отмечается жесткость, негибкость, неприспособленность к дальнейшему росту и развитию предприятия. Линейная структура ориентирована на большой объем информации, передаваемой от одного уровня управления к другому, ограничение инициативы у работников низших уровней управления. Она предъявляет высокие требования к квалификации руководителей и их компетенции по всем вопросам производства и управления подчиненными.

Возрастание масштабов производства и его сложности сопровождается углублением разделения труда, дифференциацией функций деятельности производственной системы. При этом рост объема работ по управлению сопровождается углублением функционального разделения управленческого труда, обособлением фи специализацией подразделений управления. При этом создается функциональный тип структуры управления.

Типов подсисттемы

Подсистема "Гидравлика"

Подсистема включает в себя полный набор функциональных компонент и соответствующие им информационные структуры базы данных, необходимые для гидравлического расчета и моделирования сетей газоснабжения.

Размерность сетей, степень их закольцованности, а также количество источников, работающих на общую сеть - не ограничены.

Гидравлический расчет осуществляется раздельно для сетей высокого, среднего и низкого давления. При этом узлы - потребители сетей более высокого давления являются одновременно источниками для сетей более низкого давления.

Как правило, по узлам-потребителям (абонентам) задаются нагрузки (лимиты), по источникам - давления на выходных коллекторах (гребенках). В отдельных случаях возможно задание давлений на потребителях вместо расходов (хотя это вряд ли целесообразно, поскольку затрудняет сведение материального баланса и калибровку модели). Результатом расчета является полное потокораспределение в сети и давления во всех ее точках.

Гидравлические сопротивления участков трубопроводов определяются их длиной, внутренним диаметром, материалом, коэффициентом шероховатости. Зависимости для определения гидравлических сопротивлений, а также потерь давления на участках как функции расхода имеют различный вид для высокого, среднего и низкого давления.

Инструментарий подсистемы включает в себя табличные и графические средства анализа полученного в результате расчета гидравлического режима, включая пьезометрические графики.

Гидравлический расчет является инструментом имитационного моделирования. С его помощью возможен ответ на вопрос, что произойдет с режимом в сети при тех или иных штатных или аварийных воздействиях, а также при различных условиях газопотребления в силу суточной или нерегулярной неравномерности.

О ситуационном моделировании с помощью инструментария гидравлического расчета можно говорить только в случае, когда гидравлическая модель откалибрована. Калибровка модели - процесс идентификации и тонкой настройки наборов исходных данных таким образом, чтобы обеспечить максимальное приближение результатов расчета к данным натурных измерений ("посадка" пьезометра "на измерения"). Калибровочный инструментарий включен в подсистему и вкратце описан ниже, методика калибровки зависит от множества обстоятельств конкретной эксплуатирующей организации.

Это именно тот инструмент, который, главным образом, позволяет говорить о "гидравлической модели" сети. Суть заключается в автоматическом отслеживании системой состояния запорно-регулирующей арматуры и газокомпрессорных агрегатов в базе данных описания сети. Любое переключение на схеме сети влечет за собой автоматический перерасчет гидравлики, и, таким образом, в любой момент времени пользователь видит тот гидравлический режим, который соответствует текущему состоянию всей совокупности запорно-регулирующей арматуры и компрессорного оборудования.

Переключения могут быть как одиночными, так и групповыми, для любой выбранной (отмеченной) совокупности переключаемых элементов.

Вентили типа "дроссель", помимо двух крайних состояний (открыт/закрыт), могут иметь промежуточное состояние "прижат", определяемое в процентах открытия клапана, либо в числе оборотов штока. При этом состоянии вентиль моделируется своим гидравлическим сопротивлением, рассчитанным по характеристике клапана.

Для потребителей переключением является любое из следующих действий:
- включение/отключение нагрузки;
- ограничение нагрузки (в % от паспортной, в т.ч. и более 100%);
- изменение вида нагрузки из списка, имеющегося в паспорте (проектная/фактическая...)

Предусмотрена генерация специальных отчетов об отключенных/включенных абонентах и участках сети, состояние которых изменилось в результате последнего произведенного единичного или группового переключения. Эти отчеты могут, по желанию пользователя, содержать любую информацию об этих объектах, содержащуюся в базе данных.

Режим моделирования позволяет оперативно получать ответы на вопросы типа "Что будет, если...?" Это дает возможность избежать ошибочных действий при регулировании режима и переключениях на реальной сети, могущих повлечь неприятные и даже фатальные последствия.

Гидравлическая подсистема позволяет моделировать произвольные режимы, в том числе аварийные и перспективные, на пиковое, среднее или минимальное газопотребление. Само по себе моделирование предполагает внесение в модель каких-то изменений с целью воспроизведения режимных последствий этих изменений. Очевидно, что такие изменения искажают реальные данные, описывающие эксплуатируемую сеть в ее текущем состоянии, что категорически недопустимо.

Подсистема "Гидравлика" содержит специальный инструментарий, позволяющий для целей моделирования создавать и администрировать специальные "модельные" базы - наборы данных, клонируемых из основной (контрольной) базы данных паспортизации, на которых можно производить любые манипуляции без риска исказить или повредить контрольную базу.

Кроме свободы манипуляций, этот механизм также обеспечивает возможность осуществления сравнительного анализа различных режимов, реализованных в модельных базах, между собой. В частности, великолепным аналитическим инструментом является сравнительный пьезометрический график, на котором наглядно видно изменение режима, произошедшее в результате тех или иных манипуляций, или имитации режима в различные часы суток и дни недели.

Это важный аналитический инструмент инженера-гидравлиста. Пьезометр представляет собой графический документ, на котором изображена линия давления в газопроводе, а также профиль рельефа местности вдоль определенного пути, соединяющего между собой два произвольных узла сети по неразрывному потоку транспортируемого газа. На пьезометрическом графике наглядно представлены все основные характеристики гидравлического режима по узлам и участкам вдоль выбранного пути: манометрические и полные давления, полные и удельные падения давления на участках, расходы и т.д.

Построению собственно пьезометрического графика предшествует выбор искомого пути. Для этой цели на схеме сети отмечаются не менее двух узлов, через которые должен пройти выбранный путь. В общем случае, в силу возможной закольцованности газораспределительных сетей, может существовать более одного пути, соединяющего заданные точки. В этом случае для однозначного определения результата можно указать промежуточные точки, либо изменить критерий поиска пути (это может быть минимизация количества участков, минимизация гидравлического сопротивления либо минимизация суммарной длины). Путь строится программой автоматически с учетом состояния запорной арматуры в узлах коммутации (камерах и вентильных площадках), найденный путь "подсвечивается" на экране цветом выделения.

После выбора требуемого пути одним кликом мыши строится пьезометрический график. Состав отображаемой на нем информации, легенда и масштаб представления легко настраиваются пользователем в удобном для него виде. Среди прочих настроек, имеется возможность выделить на графике нарушения гидравлического режима, критерии нарушений задаются пользователем. График может быть при необходимости распечатан либо экспортирован в другие приложения через буфер обмена Windows.

На одном координатном поле могут быть одновременно построены сравнительные графики режимов, построенные по модельным базам. Типы и цвета линий и точек графика легко настраиваются, так чтобы графики различных режимов на одном поле были различимы между собой.

В случае наличия связи ИГС "CityCom-ГазГраф" с АСУ ТП на пьезометрическом графике возможно, помимо расчетных линий давлений, показать реальные узловые давления, измереряемые непосредственно на сети датчиками. Это позволяет сопоставить режим, полученный в результате расчета, с данными фактических замеров, и сильно упрощает процесс калибровки расчетной гидравлической модели.

Пьезометрический график является незаменимым инструментом при калибровке модели, поскольку графическая интерпретация гидравлического режима позволяет одновременно качественно и количественно оценить поправки, которые необходимо внести в расчетную модель, чтобы она наиболее адекватно повторяла "гидравлическое поведение" реальной сети в жизни.

В подсистеме "Гидравлика" имеется специальный инструмент для осуществления массовых изменений характеристик нагрузок потребителей с целью моделирования - таким образом, чтобы при этом не менять паспортные значения нагрузок абонентов.

Этот инструмент позволяет применить общее правило изменения характеристик нагрузки одновременно для некоторой совокупности потребителей, определяемой заданным критерием отбора, в частности:
- по всей базе данных;
- по одной из связных компонент (зоне газоснабжения);
- по некоторой графической области, заданной произвольным многоугольником;
- по типу объектов (жилье, административные здания, промышленность и т.д);
- по признаку ведомственной подчиненности;
- по признаку административного деления; и т.п.
Критерии отбора могут быть любыми, единственное существенное требование: соответствующая информация, на основании которой строится критериальный отбор, должна в явном виде присутствовать в базе данных описания потребителей.

Для потребителей, отобранных по заданному критерию, можно выполнить любое из следующих изменений характеристик нагрузки:
- включение/отключение нагрузки;
- ограничение нагрузки (в % от паспортной, в т.ч. и более 100%);
- изменение способа задания нагрузки из списка, имеющегося в паспорте (проектная/фактическая/...)

После проведения серии изменений характеристик нагрузок автоматически производится пересчет гидравлики, результаты которого сразу же доступны для визуализации на схеме и анализа.

Поскольку при изменении характеристик нагрузки паспорта потребителей не меняются, очень просто вернуться к исходному состоянию модели, определяемому паспортными значениями нагрузок.

Данный инструмент применим для различных целей и задач моделирования, однако его основное предназначение - калибровка математической модели сети. Реальная сеть всегда имеет физические характеристики, отличающиеся от проектных, в силу происходящих во времени изменений, отражающихся на значении эквивалентной шероховатости, а также существенного количества местных сопротивлений, которые не всегда возможно адекватно учесть в модели. Очевидно, что эти параметры влияют на гидравлические сопротивления участков трубопроводов, и в масштабах сети в целом это может приводить к весьма значительным расхождениям результатов гидравлического расчета по "проектным" значениям с реальным гидравлическим режимом, наблюдаемым в сети. С другой стороны, измерить действительные значения шероховатостей и местных сопротивлений участков эксплуатируемой сети не представляется возможным, поскольку это потребовало бы массового вскрытия трубопроводов, что вряд ли реализуемо. Поэтому эти значения можно лишь косвенным образом оценить на основании сравнения реального режима с результатами расчетов на математической модели, и внести в модель соответствующие поправки. В этом, в первом приближении, и состоит процесс калибровки.

Инструмент групповых операций позволяет выполнить изменение характеристик для подмножества участков сети, определяемомого заданным критерием отбора, в частности:
- по всей базе данных;
- по одной из связных компонент (зоне газоснабжения);
- по некоторой графической области, заданной произвольным многоугольником;
- вдоль выбранного пути;
При этом на любой из вышеперечисленный "пространственный" критерий может быть наложена суперпозиция критериев отбора по классифицирующим признакам:
- по материалу трубопроводов;
- по участкам определенного условного диаметра;
- по участкам определенного способа прокладки, и т.п.
Критерии отбора могут быть произвольными при соблюдении основного требования: информация, на основании которой строится отбор, должна в явном виде присутствовать в паспортных описаниях участков.

Для участков сетей, отобранных по определенной совокупности критериев, можно произвести любую из следующих операций:
- изменение эквивалентной шероховатости;
- изменение коэффициента местных сопротивлений;
- изменение способа расчета сопротивления.

После проведения серии изменений характеристик участков трубопроводов автоматически производится пересчет гидравлики, результаты которого сразу же доступны для визуализации на схеме и анализа.

Поскольку при изменении характеристик участков сети их паспорта не модифицируются, в любой момент можно вернуться к исходному состоянию модели, определяемому паспортными значениями характеристик участков.

Наряду с самым востребованным инструментом, - пьезометрическими графиками, - подсистема снабжена большим количеством удобных средств анализа. В частности, следующие:

"гидравлическая" раскраска сети: разными цветами выделяются включенные, отключенные и тупиковые участки сетей;

специальные раскраски сети по значениям различных характеристик режима (по скорости, по зонам давлений, по удельным потерям напора на участках и т.п.);

графические выделения (выделения цветом или иным способом узлов и/или участков по некоторому критерию), например: потребители с низким давлением на вводе, узлы с "прижатыми" задвижками, участки с превышением заданной скорости потока, и т.п.

расстановка значков-стрелок, указывающих направление движения транспортируемого газа по трубопроводам;

подпись на схеме значений расходов по участкам и давлений в узлах сети;

произвольные табличные аналитические документы, построенные на исходных данных и результатах расчета;

гидравлические справки по отдельным узлам, участкам, источникам и потребителям;

произвольные запросы и выборки из базы данных, содержащие любые описанные функции от параметров режима.

Набор раскрасок, графических выделений и аналитических документов ничем не органичен, кроме потребностей пользователя и соблюдения общего принципа: группировать, фильтровать и анализировать можно только те даные, которые в явном виде присутствуют в базе данных проекта, либо вычислимы из последних.

Подсистема "Локализация аварий"

Одна из наиболее востребованных подсистем для газораспределительных сетей, предназначенная для формирования и выдачи рекомендаций по локализации аварийных участков.

При указании на схеме газораспределительной сети одного или нескольких аварийных участков программа автоматически находит перечень ближайшей доступной запорной арматуры, которую необходимо перекрыть для их локализации. Участок считается локализованным, если он не соединяется потоком газа с узлами сети, определенными как источники. Запорная арматура, помеченная как неисправная или недоступная, исключается алгоритмом из перечня арматуры для выработки рекомендаций по локализации.

В результате отработки запроса на локализацию аварийных участков результирующая локализованная область (часть сети, отключенная от газоснабжения) на схеме перекрашивается цветом выделения, что позволяет срузу визуально оценить размер отключаемого фрагмента газораспределительной сети.

Как результат выполнения локализации, пользователь может получить разнообразные отчеты по локализованной области: перечень отключаемых потребителей сети, список отключенных узлов, содержащих определенное оборудование, общую длину и объем отключаемой сети, а также ряд других справочных сведений.

Подсистема "Профиль"

Этот инструмент предназначен для автоматического построения продольного профиля трассы трубопроводов вдоль выбранного пути. На графическом документе изображается профиль земной поверности, линия глубины/высоты заложения трубопроводов, геометрические размеры колодцев, другая необходимая справочная информация.

Построению профиля предшествует выбор искомого пути. Для этой цели на схеме сети отмечаются не менее двух узлов, через которые должен пройти выбранный путь. В общем случае, в силу возможной закольцованности газораспределительных сетей, может существовать более одного пути, соединяющего заданные точки. В этом случае для однозначного определения результата следует указать промежуточные точки, либо изменить критерий поиска пути (это может быть минимизация количества участков, минимизация гидравлического сопротивления либо минимизация суммарной длины). Путь строится программой автоматически, найденный путь "подсвечивается" на экране цветом выделения. В отличие от пьезометрического графика, путь для построения продольного профиля находится программой без учета состояния запорной арматуры в узлах коммутации (камерах и вентильных площадках).

После выбора требуемого пути одним кликом мыши строится продольный профиль. Состав отображаемой на нем информации, легенда и масштаб представления легко настраиваются пользователем в удобном для него виде.

Подсистема "Повреждения"

Данный инструмент предназначен для ведения и обработки архива повреждаемости сетей.

Каждая запись электронного журнала повреждений связана с конкретным участком или узлом сети, изображенным на схеме. При формировании новой записи поврежденый участок (узел) может быть найден и выбран на графическом представлении сети, либо в диалоге - по адресу или иному поисковому критерию. Паспортные данные поврежденного участка (узла) автоматически попадают в журнал повреждений.

По каждому повреждению в журнал заносится набор данных, характеризующих как характер самого повреждения, так и сведения о моментах обнаружения и ликвидации. Подсистема автоматически отслеживает состояние записей о повреждениях. Виды повреждений, аварий и неисправностей классифицированы, что, с одной стороны, значительно упрощает ввод, а с другой стороны - дает возможность статистической обработки журнала с выдачей разнообразных отчетов о повреждаемости.

Повреждения могут быть изображены в графическом виде на схеме сетей специальными условными обозначениями, что обеспечивает визуальную оценку их территориальной распределенности и выявление зон концентрации.

Прямая связь журнала повреждений с базой данных информационного описания сетей позволяет не только сформировать отчет о повреждаемости оборудования за любой период, но и легко решать "обратную" задачу: например, для определенного участка получить справку о том, когда и какие на нем имели место аварии, повреждения или неисправности.

Подсистема "Переключения"

Эта подсистема предназначена для эксплуатации в диспетчерской службе и позволяет вести электронный журнал переключений на сети.

В отличие от "модельного" режима переключений, реализованного в рамках подсистемы "Гидравлика", здесь все переключения ведутся на контрольной диспетчерской базе, при этом для каждого переключения фиксируется штамп времени и ФИО диспетчера, его осуществившего. В системе ведется список лиц, допущенных к производству переключений (как правило, это сотрудники диспетчерской службы), и осуществляется их аутентификация. Таким образом, контрольная диспетчерская модель сети в любой момент времени отражает реальное состояние всех динамических элементов (вентилей, источников, регуляторов), а в информационной системе зарегистрированы все изменения во времени состояний переключаемых объектов. Во всем остальном осуществление переключений не отличается от "модельного": производится автоматический пересчет гидравлики, выдаются отчеты об отключениях и т.д.

Подсистема "Абоненты"

Зачастую абонентские отделы и службы присоединения имеют свои локальные информационные системы, предназначеные для учета договоров, нагрузок (лимитов), ведения взаиморасчетов и т.п. В рамках этих систем так или иначе описываются те же самые объекты, которые в ИГС "CityCom-ГазГраф" фигурируют в качестве узлов-потребителей модели системы газоснабжения. Дублирование одних и тех же данных в двух различных информационных средах удваивает трудозатраты по ведению и актуализации баз данных. К тому же вероятность рассинхронизации информации в не связанных между собой системах близка к 100%.

В рамках ИГС "CityCom-ГазГраф" возможно создание специального механизма автоматизированного регламентного обмена "абонентской" информацией с обособленными информационными системами, эксплуатируемыми в соответствущих службах предприятия. Этот механизм позволяет, в соответствии с согласованным регламентом, обновлять нагрузочные и описательные характеристики потребителей в информационной модели "CityCom-ГазГраф" по данным служб, ответственных за их достоверность. Тем самым снижаются трудозатраты на актуализацию данных и практически исключается их рассогласованность.