Применение виртуальных агентов систем управления для обнаружения и ликвидации аварийных ситуаций на объектах НГО

В работе рассматриваются основные понятия и концепции виртуальных агентных систем. Также проводится исследование возможности применения данной технологии для обнаружения и ликвидации аварийных ситуаций на объектах НГО. Для моделирования процессов применяется пакет “StateFlow” программного обеспечения MATLAB. Кроме того, в работе проводится исследование эффективности внедрения виртуальных агентых систем на объектах НГО и их преимущества перед другими методами контроля и управления производственными процессами.

Введение ………………………………………………………………………………………………………………………… 17
1 Теоретическая часть ……………………………………………………………………………………………. 19
1.1 История развития агентно-ориентированного подхода ………………………………………… 19
1.2 Основные понятия интеллектуальных агентов …………………………………………………….. 22
1.3 Классификация агентов ………………………………………………………………………………………. 25
1.4 Типовые агентные архитектуры ………………………………………………………………………….. 28
1.5 Инструменты разработки ……………………………………………………………………………………. 31
1.6 Нормативные документы в области ИА ………………………………………………………………. 36
2 Описание объекта исследования …………………………………………………………………………. 42
2.1 Объект управления …………………………………………………………………………………………….. 42
2.2 Структура и функции систем БКНС ……………………………………………………………………. 44
2.3 Описание работы системы ПАЗ ………………………………………………………………………….. 46
2.4 Описание работы системы ТОиР ………………………………………………………………………… 48
3 Практическая часть …………………………………………………………………………………………….. 52
3.1 Разработка онтологии системы …………………………………………………………………………… 52
3.1.1 Понятие онтологии …………………………………………………………………………………………. 52
3.1.2 Онтология системы ПАЗ …………………………………………………………………………………. 55
3.1.3 Онтология системы ТОиР ……………………………………………………………………………….. 60
3.2 Разработка сервисов …………………………………………………………………………………………… 63
3.3 Разработка функциональной схемы автоматизации …………………………………………….. 71
3.4 Моделирование работы системы…………………………………………………………………………. 76
3.4.1 Разработка SF-диаграммы процесса …………………………………………………………………. 76
3.4.2 Визуализация процесса в системе AggreGate ……………………………………………………. 85
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение …………… 92
4.1 Потенциальные потребители результатов исследования ……………………………………… 92
4.2 Анализ конкуретных технических решений ………………………………………………………… 92
4.3 FAST-анализ ………………………………………………………………………………………………………. 94
4.4 SWOT-анализ …………………………………………………………………………………………………….. 97
4.5 Планирование научно-исследовательских работ …………………………………………………. 99
4.5.1 Структура работ в рамках научного исследования …………………………………………… 99
4.5.2 Разработка графика проведения научного исследования ………………………………… 100
4.5.3 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) ………………………………………… 104
4.5.4 Расчет материальных затрат НТИ ………………………………………………………………….. 104
4.5.5 Расчет стоимости основных средств для научного исследования ……………………. 105
4.5.6 Основная заработная плата исполнителей темы ……………………………………………… 105
4.5.7 Дополнительная заработная плата …………………………………………………………………. 107
4.5.8 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) ………………………. 107
4.5.9 Накладные расходы……………………………………………………………………………………….. 108
4.5.10 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта ………………. 109
4.6 Определение ресурсной, финансовой и экономической эффективности проекта … 109
4.7 Оценка абсолютной эффективности исследования …………………………………………….. 112
4.7.1 Расчет чистой текущей стоимости …………………………………………………………………. 112
4.7.2 Дисконтированный срок окупаемости ……………………………………………………………. 113
4.7.3 Внутренняя ставка доходности (IRR) …………………………………………………………….. 114
4.7.4 Индекс доходности (рентабельности) инвестиций ………………………………………….. 115
5 Социальная ответственность …………………………………………………………………………….. 117
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …………………….. 118
5.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны………………………….. 119
5.3 Профессиональная социальная безопасность …………………………………………………….. 119
5.4 Показатели микроклимата ………………………………………………………………………………… 120
5.5 Превышение уровня шума ………………………………………………………………………………… 122
5.6 Электромагнитное и электростатическое излучения ………………………………………….. 123
5.7 Экологическая безопасность …………………………………………………………………………….. 124
5.8 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………………………….. 125
5.9 Вывод по разделу ……………………………………………………………………………………………… 128
Заключение ………………………………………………………………………………………………………………. 129
Список публикаций ………………………………………………………………………………………………….. 131
Список использованных источников ………………………………………………………………………. 133
Приложение А …………………………………………………………………………………………………………… 136
Приложение Б …………………………………………………………………………………………………………… 151

Проведенный анализ общего состояния АСУ ТП говорит о том, что в
настоящее время происходят активные процессы интеллектуализации произ-
водства, в том числе и нефтегазового. Таким образом, в ходе выполнения маги-
стерской диссертации была предложена концепция внедрения виртуальных
агентов для построения онтолого-ориентированной киберфизической системы
для проектирования и создания системы противоаварийной защиты и системы
технического обслуживания и ремонта. Стоит отметить, что системы для ис-
следования выбраны таким образом, чтобы наиболее полно отразить достоин-
ства и недостатки исследуемой концепции.
В качестве основных результатов работы можно выделить следующие:
1. Разработаны онтологии системы ПАЗ и ТОиР на основе норматив-
ных документов в данной области, также предложены возможные сервисы для
установления связи между физической сущностью объектов и общей онтологи-
ей системы.
2. Разработана функциональная схема автоматизации в соответствии с
международным стандартом ANSI/ISA-5.1-2009, проведен сравнительный ана-
лиз между данным стандартом и отечественным аналогом ГОСТ 21.408-2013.
3. Проведено моделирование части разработанной системы в про-
граммной обеспечении «Matlab», а именно в пакете «StateFlow», который необ-
ходим именно для работы с дискретно-событийными системами. В качестве
примеров был реализован сервис по отключению насосного агрегата при пре-
вышении критического значения давления на входе и сервис по переходу на ре-
зервный агрегат в случае износа подшипников насоса. Программирование
очень похоже язык программирования контроллеров SCL и при правильном
подходе, можно реализовывать достаточное объемные и сложные программы.
4. Проведено исследование платформы для создания платформы ин-
тернет вещей Tibbo AggreGate. Целью работы с данным ПО была визуализация
моделирования технологического процесса посредством установления связи
между Matlab и Tibbo AggreGate через внешний OPC-сервер. Как результат был
создан виджет, реализующий функции сбора и анализа данных о состоянии
технологического процесса. Более того, исследованы возможности применения
ПО для реального процесса на реальном оборудовании, таким образом, можно
говорить о том, что Tibbo AggreGate является идеальным вариантом для реали-
зации функций сбора информации и автоматизированного управления, то есть
реализации функций ТОиР, однако оперативное локальное управление (функ-
ции ПАЗ) необходимо реализовывать через специализированный ПЛК.
Применение агентого подхода к созданию автоматизированных систем,
при правильной постановке задач и качественной реализации, несомненно, по-
высит производительность любого производства, а также снизит риски, связан-
ные с различными аварийными событиями через своевременный и правильный
анализ состояния оборудования, кроме того данный подход может быть приме-
ним практически к любой автоматической или автоматизированной системе
производства.
Список публикаций

1. Элементы автоматизированной системы менеджмента качества для
предприятий нефтегазовой отрасли [Электронный ресурс] / А. В. Чимров, Е. И.
Громаков // Инноватика 2015: сборник трудов конференции, 21-23 мая 2015 г.,
г. Томск / Национальный исследовательский Томский Государственный уни-
верситет, Факультет инновационных технологий. — Томск: Изд-во ТГУ, 2015.
— [С. 173-180]. — Заглавие с титульного экрана. — Свободный доступ из сети
Интернет. Режим доступа:
http://tic.tsu.ru/www/uploads/smartsection/459_Сборник_Инноватика -2015.pdf
2. Организация и управление предприятиями ТЭК, НГК, сферы ИКТ
[Электронный ресурс] / А. В. Чимров, П.А. Селиверстов// Экономика России в
XXI веке: сборник научных трудов XII Международной научно-практической
конференции “Экономические науки и прикладные исследования”, 17-21 нояб-
ря 2015 г., г. Томск / Национальный исследовательский Томский политехниче-
ский университет, Инженерная школа информационных технологий и робото-
техники. — Томск: Изд-во ТПУ, 2015. — [С. 440-446]. — Заглавие с титульного
экрана. — Свободный доступ из сети Интернет. Режим доступа:
http://earchive.tpu.ru/handle/11683/15458
3. Электронный роликовый измеритель длины [Электронный ресурс] /
А. В. Чимров // Молодежь и современные информационные технологии: сбор-
ник трудов XIV Международной научно-практической конференции студентов,
аспирантов и молодых учѐных, 7-11 ноября 2016 г., г. Томск / Национальный
исследовательский Томский политехнический университет, Инженерная школа
информационных технологий и робототехники. — Томск: Изд-во ТПУ, 2016. —
[С. 323-324]. — Заглавие с титульного экрана. — Свободный доступ из сети
Интернет. Режим доступа: http://earchive.tpu.ru/handle/11683/36923
4. Comparative analyses of different variants of standard ground for automat-
ic control systems of technical processes of oil and gas production [Electronic re-
source] / E. I. Gromakov [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. — 2017. —
Vol. 803 : Information Technologies in Business and Industry (ITBI2016). —
[012052, 6 p.]. — Title screen. Свободный доступ из сети Интернет.
Режим доступа: http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/803/1/012052
http://earchive.tpu.ru/handle/11683/38149
5. Разработка модуля управления техобслуживанием и ремонтом [Элек-
тронный ресурс] / А. В. Чимров, В. А. Гилев, Е. И. Громаков // Молодежь и со-
временные информационные технологии: сборник трудов XVI Международной
научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учѐных,
3-7 декабря 2018 г., г. Томск / Национальный исследовательский Томский по-
литехнический университет, Инженерная школа информационных технологий
и робототехники. — Томск: Изд-во ТПУ, 2018. — [С. 251-252]. — Заглавие с
титульного экрана. — Свободный доступ из сети Интернет. Режим доступа:
http://earchive.tpu.ru/handle/11683/52730