CC BY
88
3. История Великой Отечественной войны Советского Союза 1941-1945 гг. Том 2. Отражение советским народом вероломного нападения фашистской Германии на СССР. Создание условий для коренного перелома в войне (июнь 1941 г. — ноябрь 1942 г.) — М.: Воениздат, 1961. — 682 с. Ти-
раж 180000 экз.
Интернет-ресурсы:
4. http://www.abirus.ru/content/564/623/624/638/6 41/11475.html
5. http://ru.lahti.fi/tampere/novosti/industrial-past
УДК 517.93
В.О. Агеев, Т.Л. Качанова, К.А. Туральчук, Б.Ф. Фомин
АНАЛИЗ АВАРИЙНОСТИ СЕТЕЙ ГОРОДСКОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ НА БАЗЕ
СИСТЕМНОГО ЗНАНИЯ
Введение
Для системного исследования аварийности использованы ежемесячные данные о состоянии системы городского водоснабжения с января 2004 г по июль 2008 г. Эмпирическое описание системы представлено таблицей наблюдений. Каждая строка таблицы характеризует актуальное состояние сети за один месяц периода наблюдений. Каждое состояние характеризуется значениями фиксированного набора показателей, табл. 1.
В качестве целевых показателей аварийности на сетях водоснабжения в статье приняты: общее число повреждений (1Ко1Р8); удельное число повреждений на 10 км (Ш10); число повреждений с отключением абонентов (ОТКЬЛБ); суммарное время отключения абонентов (ТОТКЬЛ); число аварий по типам -трещина (ТКЕ2), сварной шов (8ИОУ), перелом (РБИБЬ), спай (8РЛ1), рис. 1.
В статье представлены результаты системного исследования трех важных для понимания и объяснения роста аварийности вопросов: какие показатели состояния системы водоснабжения наиболее значимы для понимания причин возникновения аварий? каковы характерные особенности и причины возникновения аварий типа спай, шов, перелом, трещина?; в чем проявляется сходство и различие аварийности теплого и холодного времени года?
Метод
Ответы на поставленные вопросы получены на основе системного знания об аварийности на сетях городского водоснабжения. Необходимое знание получено из эмпирического описания системы водоснабжения методами физики открытых систем [1, 2, 3, 4]. Нужные элементы системного знания предоставлены в виде: системных моделей; моделей эталонных состояний; моделей реконструкций состояний; моделей эволюции состояний.
Системная модель - уникальная структура отношений показателей состояния, определяющая характерный тип изменчивости системы.
Каждая системная модель проявляется в четырех формах типа изменчивости (H/R, H/L, L/R, L/L), задающих каждая одну определенную модель эталонного состояния системы. Для обозначения модели эталонного состояния применяется тройка символов - имя особой вершины эталонной модели и аббревиатура конкретной формы типа изменчивости системы, где: первый символ H (High) или L (Low) указывает уровень значений особой вершины модели: второй символ R (Right) или L (Left) определяет стереотип системной модели. Показатели эталонной модели характеризуются атрибутами (системная роль; уровень значений; системный вес; предметный вес), раскрывающими характер участия показателей в формировании эталонного состояния системы:.
Таблица 1
Состав эмпирического описания системы водоснабжения_
Номер сегмента Наименование сегмента Содержание сегмента Количество показателей в сегменте
1 Сооружения Здания, ремонтный фонд 16
2 Персонал Руководители, мастера, специалисты, служащие, рабочие 20
3 Источник воды. Первый подъем Физические определения, химические определения, бактерии, споры 36
4 Производство воды Расход воды, потери, качество воды, расход электроэнергии, физические определения, химические определения 28
5 Второй подъем Физические определения, химические определения, бактерии, споры, подано воды 35
6 Водоподача Реализация, жалобы, повреждения, аварии, качество воды, бактерии, споры, неучтенные расходы 46
7 Метеоусловия Температура, суточный размах температур, осадки 9
Итого 190
Таблица 2
Атрибуты показателей модели MQOOKPE H/R__
Показатель Сегмент Системная роль Уровень значений Системный вес Предметный вес
MQOOKPE Водоподача (средняя окисляемость) Особая вершина High (высокий) 1 0.684
OPQXlor Второй подъем (хлориды) Вершина ядра Low (низкий) 0.9 1
SPAI Водоподача (число аварий типа «спай») Вершина ядра High 0.9 0.895
NCHAMMP Второй подъем (аммоний) Дополн. вершина High 0.5 0.789
fURAEL Производство воды (расход электроэнергии) Дополн. вершина Low 0.7 0.579
PERMAST Персонал (мастера) Дополн. вершина Low 0.846 0.368
PRHC35 Водоподача (среднесут. производительность) Дополн. вершина High 0.7 0.474
IPQCOLOR Первый подъем (цветность) Дополн. вершина Low 0.624 0.158
pURAEL Производство воды (расход электроэнергии) Дополн. вершина Low 0.824 0.053
PERLID Персонал (руководители) Дополн. вершина High 0.9 0.263
Таблица 3
Модели эталонных состояний для разных типов аварийности_
Спай Шов Трещина Перелом
Целевая модель pBOCPOT H/L Целевая модель SHOV H/R Целевая модель TREZ H/L Целевая модель OPQpH H/R
Аварийность БРА^ Аварийность SHOVT Аварийность TREZ^ Аварийность PERELt
Подача воды рБОСРОТ^ Рабочие ObHPRa^ Расход воды pBOCPO%T Уровень pH OPQpHf fWSINt
Расход электроэнергии шеРЕЩ Расход воды fBOCVlt, pBOCALLt pBOCPROT, fBOCALLt fOVCf Окисляемость MQOOKPE^ Ремонтный фонд pRFpV|
Размах температур шахЩ Физические х-ки IPQFej, OPQCOLORj, XQOFET Производительность PRHC35| Расход воды fBOCPO%t
Производительность РРИС35| Температура minT|, avgT| Микробы XBAMIKRI|
Аммоний ЫСНАММР^ Расход электроэнергии mePEUt Неучтенные расходы POTTR%t
Бактерии XBABAKTIf
Для каждой модели эталонного состояния в таблице указаны показатели ядра этой модели. Рядом с именем показателя указан уровень значений показателя: | (High), j (Low).
Таблица 4
Целевые реконструкции состояний системы водоснабжения_
Модель эталонного состояния Реконструкция состояния (за 12 месяцев 2005 г.)
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12
ObHPSp L/L L/L L/R L/R L/R L/R L/R L/R L/R L/L L/L
MQOOKPE L/L H/R H/R H/R L/L L/L L/R
RELV H/L H/L H/R L/L L/L L/L H/L
ObSORa L/L L/L L/L L/L L/L L/R L/R
XQOFe L/L L/R L/R L/R H/R H/R
pBOCPOD H/R H/L H/L L/R L/R H/R
fKolPS L/L H/R H/L H/L L/L
fU10 H/L H/L H/L H/L H/L
fBOCTEX L/L L/L L/L L/L
SHOV L/L H/L L/R H/L
PEREL L/R L/R L/R H/L
OTKLAB H/L H/L H/L H/L
TOTKLA L/R H/R H/R
pBOCPOT H/L H/L H/L
NFXCLRI H/R H/R L/L
pBOCPRO H/L H/L H/R
OPQAmmi H/R H/R H/R
NBATERMI H/R H/L H/L
TREZ H/L H/R
OPQpH H/R H/R
SPAI H/L H/L
fRFzsV H/R L/L
В поле таблицы зафиксирован факт верификации модели данной формы типа в данном состоянии с высокой степенью надежности. Цветом выделены целевые модели, в которых показатели аварийности имеют высокий уровень значений.
Таблица 5
Тип аварий Целевые модели эталонных состояний
SHOV fRFzsV (H/R), fRFzsV (L/L), pBOCPRO (H/R), SHOV (H/L), XQOFe (L/R)
SPAI fRFzsV (H/R), fRFzsV (L/L), IPQCOLOR (H/L), MQOOKPE (H/R), MQOOKPE (L/L), NFXCLRI (H/R), NFXCLRI (L/L), pBOCPO% (H/R), pBOCPO% (L/L), pBOCPOT (H/L), pBOCPOT (L/R), SPAI (H/R), SPAI (H/L), UPERALL (L/R), XCHFeP (L/L), JBOCV1 (H/R)
PEREL OPQpH (H/R), OPQpH (L/L), PEREL (H/R), PEREL (H/L)
TREZ minT (L/L), TREZ (H/R), TREZ (H/L), XBAMIKRI (L/R), pBOCPO% (H/R)
Таблица 6
Время года Модели в составе реконструкций состояний
«Теплое» ENHC35 3, JBOCPO% 1, JBOCPO% 4, fBOCTEX 4, fKolPS 1, JKolPS 2, fRELV 1, fRELV 4, fRFzsV 1, fRFzsV 4, fU10 1, fU10 2, JURAEL 2, NBASPORI 1, NBASPORI 4, NBATERMI 1, NFXMUTI 2, ObHPSp 2, ObHPSp 3, ObNPRa 1, ObSORa 1, ObSORa 4, ObSPRu 4, ObSPSp 1, OPQAmmi 1, ORVALL% 3, OTKLAB 2, pBOCPOD 2, pBOCPOD 3, PEREL 2, PEREL 3, pURAEL 3, TOTKLA 1, UPERALL 3, XBAMIKRI 3, XCHAMMP 3, XCHFeP 4, XFXpHI 2, XFXpHI 3
«Холодное» JBOCTEX% 3, fBOCTEX 4, fKolPS 1, fRELV 1, fRELV 4, fU10 1, fU10 2, NBASPORI 4, NBATERMI 1, NFXMUTI 3, ObHPSp 3, OTKLAB 1, PEREL 2, PEREL 3, TOTKLA 2, UPERALL 3, XCHFeP 4, XFXpHI 3
ч_л_л_л_л_)
2004 2005 2006 2007 2008
Состояния
Рис. 1. Изменчивость показателя SPAI за 54 месяца наблюдений.
аэрго fRFvV 21ЭиоИ pRFpV pRFzsV fRFzsV pZTvV pZTpspV fRЭpspV
fRЭvV | 1/1 pRFsV fRFsV pRFvV
18 / 6
8 / 3
4 / 1
9 / 0
7 / 0
6 / 0
16 / 5
□ Дополн. вершина
□ Вершина ядра
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Число вхождений показателей в целевые модели
.2. Участие показателей сегмента «Сооружения» в целевых моделях
Рис. 3. Агрегированное множество вовлеченных показателей
Сооружения
ригрУ!
Производство воды
ЕСТСЬКАТ- ЗТА12 . &АЕ14
Персонал
ЦРЕИЛЬЦ. ОЬНР8р|. ОЪЗОЯа ТМШ1: ОЬвРКаТ, V _J
Метеоусловия
ау£;ТГ, ау^ТГ, йшпЩ. шахКЛ шахЯТТ,
Первый подъем
ТРОХЬг., ХСНОК1Т, ШАБЛОЦ. ХВАВАКТЦ, сЕЕРЕШ|, ХЕХМиТЦ. МВАВАКТЦ. МВАТККМЦ
Второй польем
шеРЕЩ, ТЧГХСТКРТ,
ХСНАММРТ.
оролпишт,
рВОСРОЩ, ОР(ЗрЩ
Водоподачя
PERE.LT. |№8ПГ.и, ПЛОТ, ОТЫМАВ Т. 1К01ДШ-, ТОТКЬАТ- ЖЕЕУ|. .1УУ|, ШЕгТ_
Целевые модели эталонных состояний
ОРОрНН/К -1.634
РГ.КГЛ. Я/1. 1.399
ОМЮНа Ы. 1.74
рВОСРОБ Ш 2.966
/1110 НЛ. 1.866
ТОТКЫ 1П< 3.241
ОЬНРЯр 1Ж 3,844
ОТКЫВ Н/Ь 5.407
ОГОЛпит ГШ 4.941
/ИЕЬУШ. 5.329
-д-
г
Аварийность сети
ТОТКТ.Л-1415, ОТК1АБ-5., ДЛО=0.741. ЙСо1Р8=6, КРА1-Е ЭНОУ^ 1, РЕЯЕЬ=1, ШЕг= 3 V_У
Рис.4. Реконструкция состояния «Июль, 2005г.»
Модель реконструкции состояния описывает актуальное состояние системы набором моделей эталонных состояний, формирующих это состояние в результате «сборки» доминирующих механизмов всех эталонных моделей, образующих реконструкцию.
Модель эволюции состояний задает упорядоченную по параметру (например, по времени) последовательность реконструкций состояний системы.
Результаты
Информационные технологии физики систем автоматически генерируют системное знание из эмпирического описания систем. На базе эмпирического описания городской системы водоснабжения получено 159 системных моделей и 636 моделей эталонных состояний.
Модели эталонных состояний, имеющие в своем ядре целевые показатели с высоким уровнем значений, являются целевыми. Каждая целевая модель выражает характерную форму проявления аварийности в сети водоснабжения. Механизм каждой модели раскрывается через ее показатели и системные атрибуты показателей, табл. 2.
Системные роль и вес показателей моделей эталонных состояний определяют их систем-
ные функцию. Показатели с высокой системной функцией обладают особой значимостью.
Целевые модели эталонных состояний, отвечающие разным типам аварий, имеют в своих ядрах показатели ТИЕ2, 8НОУ, РЕИЕЬ, 8РА1.
Полное множество целевых моделей эталонных состояний определяет все выявленные формы проявления аварийности на сетях водоснабжения. Анализ участия показателей из разных сегментов в целевых моделях позволяет установить специфические и неспецифические признаки аварийности, рис. 2.
Показатели 218Рго (здания), ЖБуУ (ремонтный фонд), (число участков) обладают наибольшей смысловой активностью в целевых моделях по сравнению с другими показателями сегмента «Сооружения».
Показатели рЯРуУ (плановое число объектов в ремонтном фонде), рЯ^У (плановое число объектов сети в ремонтном фонде), Ж5р8рУ (число сетей на ремонте подрядным способом) входят в некоторые целевые модели, являются дополнительными вершинами в структуре всех этих моделей. Эти показатели играют «уточняющую» роль в понимании механизма моделей.
Показатели р2Тр8рУ (плановое число труб для замены подрядным способом), Ш^^У (число сооружений в ремонтном фонде), р2ТуУ (плановое число труб для замены) входят в ядра некоторых моделей и могут играть важную роль в понимании аварийности.
Показатели с высокой системной функцией образуют агрегированное множество вовлеченных показателей, рис.3.
Эти показатели являются ключевыми для понимания аварийности «в целом» в разных формах её проявления. Главное множество вовлеченных показателей получено с учетом всех целевых моделей эталонных состояний.
Целевая реконструкция состояния выявляет все механизмы формирования и проявления аварийности городской водопроводной сети в этом состоянии, рис.4.
Для каждой модели указана оценка степени проявленности (активности) модели в данном состоянии. Главное множество вовлеченных показателей составляют показатели целевых моделей эталонных состояний с высокой системной функцией. Для целевых показателей указаны фактические значения. Для вовлеченных показателей указан уровень значений в модели эталонных состояний.
Модель эволюции состояний отражает изменения участников реконструкции состояний системы во времени, табл.4.
Различие процессов аварийности в «теплое» (с апреля по сентябрь) и «холодное» (с октября по март) время года проявляется в различиях моделей, участвующих в целевых реконструкциях состояний сети.
Полужирным начертанием выделены модели, неспецифические для теплого и холодного времени. Специфические модели реконструкций состояний соответствующих периодов года имеют различные контексты, рис. 5.
Для получения общих выводов о специфичности аварийности в разные периоды времени необходим сравнительный анализ контекстов всех целевых моделей эталонных состояний, характерных для разных периодов года.
Вывод
Технологии физики систем обеспечивают автоматическую генерацию достоверного системного знания по проблеме аварийности непосредственно из эмпирических описаний систем. Системное знание дает возможность глубоко исследовать проблемы аварийности в целом и в специфических проявлениях.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Качанова Т. Л., Фомин Б.Ф. Основания сис-темологии феноменального. СПб.: Изд-во СПбГЭ-ТУ «ЛЭТИ», 1999. - 180 с.
2. Качанова Т.Л., Фомин Б.Ф. Метатехнология системных реконструкций. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2002. - 336 с.
3. Качанова Т.Л., Фомин Б.Ф. Технология системных реконструкций. - СПб.: «Политехника», 2003. - 146 с. (Проблемы инновационного развития. Вып.2).
4. Качанова Т.Л., Фомин Б.Ф. Введение в язык систем. СПб.: Наука, 2009. - 340 с.
