3 - 2004

Песня про зайцев

Андрей Макурин

Наметившийся экономический подъем все сильнее стимулирует спрос на продукцию промышленных предприятий — в первую очередь металлургических и нефтеперерабатывающих. Как следствие, растут нагрузки на и без того уже изношенное оборудование, а это прямой путь к авариям и общему снижению уровня безопасности. Во многих случаях необходима полная реконструкция крупных производств, но такая реконструкция может растянуться на годы, и к тому же она сама по себе связана с повышением уровня риска. В качестве одной из неотложных мер, обеспечивающих безаварийную работу предприятия, может быть предложена разработка информационной системы промышленной безопасности, включающей мониторинг промышленной экологии, предупреждение чрезвычайных ситуаций и смягчение их последствий.

Результат такой разработки — информационная система, позволяющая строить реалистические сценарии чрезвычайных ситуаций, связанных с авариями на опасных объектах, оценивать показатели социального и экономического риска. Кроме того, эта система опирается на специальную информацию, содержащую данные технического обследования и паспортизации зданий, сооружений и инженерных систем предприятия.

Такие меры обеспечат должный уровень безопасности как персонала предприятия, так и населения прилегающих территорий. Решится задача объективного декларирования безопасности производства, будут сведены к минимуму затраты на компенсацию ущерба в сложный для предприятий период реконструкции. К тому же высокий уровень безопасности — залог повышения инвестиционной привлекательности. Следовательно, решая проблему безопасности, предприятие получает и некоторую косвенную выгоду.

Одна из главных возможностей предлагаемой системы — постоянное обновление информационных массивов, то есть приведение их в соответствие с реальным положением дел, формирование актуальных данных об уровнях опасности. Чтобы добиться этого, понадобится интеграция географической информационной системы предприятия (ГИС) с информационными потоками АСУ различных инженерных систем, характеризующими состояние технологических процессов и степень наполнения емкостей опасными веществами. Это исключит необоснованное дублирование элементов системы и повысит ее надежность. Эффективные и в то же время простые в использовании средства обновления картографической и семантической информации обеспечат возможность выполнения этих работ силами персонала предприятия, сократят расходы на сбор и обновление данных.

Повторяем: успех гарантирует только глубокая интеграция всех информационных, инженерных, диспетчерских и технологических подсистем управления предприятием — в первую очередь информационно-справочной системы и автоматических систем управления. Проблема в том, что создаваемая система должна объединить информацию весьма разнородную по форме и содержанию. В базовой учетно-информационной системе собирается и хранится:

• информация технического характера по системам и объектам;

• информация справочного характера по системам и объектам;

• общая информация нормативно-справочного характера;

• информация о территориальной инфраструктуре предприятия, местоположении его объектов.

Вторая система аккумулирует информацию о состоянии инженерных систем и сетей, а также о режиме их функционирования. Оба информационных блока связаны структурированными кабельными и информационно-вычислительными сетями.

Предлагаемое техническое решение (рис. 1) способно обеспечить эффективное взаимодействие различных компонентов системы (СУБД, САПР, ГИС, расчетных модулей) на основе картографического интерфейса и единого централизованного хранилища данных, обеспечивающих простоту управления программным обеспечением, автоматикой и данными.

Преимущества использования ГИС-технологии в этом решении очевидны:

• информация отображается по объектам учета в контексте их пространственного местоположения;

• обеспечен быстрый поиск объектов по их картографическим и атрибутивным характеристикам;

• предоставлена возможность совместной обработки как семантических, так и картографических данных;

• обеспечиваются выполнение измерений, моделирование и отображение виртуальных сцен и динамических процессов, возможность управления работой средств автоматики и т.д.

Получение оперативной и достоверной информации позволяет намного быстрее реагировать на изменение обстановки, своевременно принимать обоснованные управленческие решения, а также снизить затраты на содержание персонала некоторых служб. Чтобы читатели лучше осознали пользу ГИС и важную роль обследований при автоматизации предприятий, приведем два примера.

Известно, что на каждом металлургическом комбинате есть шламохранилище — объект, требующий постоянного пристального внимания. Как правило, это искусственный или естественный пруд, куда поступают отходы производства. Для сдерживания напора все увеличивающейся массы воды служит насыпная дамба. Разумеется, состояние этой дамбы приходится постоянно контролировать, для чего периодически измеряется уровень грунтовых вод в пьезометрических скважинах. По полученным данным строят кривую депрессии: если она не выходит за пределы своих критических значений — все в порядке, если приближается к эталону или даже располагается выше его уровня — это сигнал опасности. Увы, метод далек от совершенства — давно известно и неудобство требуемых для него измерений, и источники ошибок. Выход один — автоматизировать процессы сбора, обработки, хранения и использования данных.

Идея интеграции учетно-информационной системы с блоком АСУ ТП не нова1 . Более того, она опробована на практике: Западно-Сибирский металлургический комбинат (где, кстати, в 1978 году случился прорыв дамбы) использует созданную в ООО «ЦИЭКС» автоматизированную систему дистанционного контроля состояния плотины и прогнозирования последствий ЧС.

В основе системы два элемента. Первый — блок АСУ ТП — осуществляет автоматизированный контроль уровня фильтрационных вод в теле плотины; второй — учетно-информационная часть — выполняет сбор и обработку данных с помощью специализированной ГИС (оценка риска и промышленной безопасности), которую после соответствующей доработки можно использовать для любого другого гидротехнического сооружения.

Именно ГИС позволяет проанализировать полученную информацию и на ее основе смоделировать развитие ситуации: определить возможное место прорыва плотины, узнать, какой объем воды хлынет в этот прорыв, куда и как он быстро устремится, какой нанесет ущерб — и какие шаги следует предпринять, чтобы всего этого не случилось. Иными словами, ГИС обеспечивает полный цикл работ: измерение параметров, оценку степени опасности и составление рекомендаций по предупреждению чрезвычайной ситуации.

Чтобы автоматически определять уровень воды в теле плотины, в каждую скважину ученые поместили специальные датчики давления. Наведенное напряжение датчиков, установленных в скважинах, пропорционально гидростатическому давлению столба воды. Усиленные и оцифрованные сигналы (в корпусе датчика находятся усилитель и цифровой преобразователь) передаются по кабелю на компьютер диспетчерского пункта, где обрабатываются и интерпретируются. Обработанная информация поступает в центральную базу предприятия. Сведения об уровне воды в плотине — не самое главное; гораздо важнее извлечь из них пользу: оценить риск и последствия возможных аварий. Для этого необходимы определенным образом организованные базы данных, которые содержат сведения, влияющие на принятие решения (карты рельефа, растительности, описания и расположение строений, сведения о населении, инфраструктуре территории, технические характеристики комбината и многое другое).

Основываясь на такой информации и на показаниях приборов (в общем случае — АСУ ТП), программа моделирует ситуацию и создает сценарий ее развития, просчитывает возможные последствия и выдает рекомендации по ее предупреждению.

Итак, речь идет о системе, позволяющей не только контролировать уровень фильтрационных вод в теле плотины, но и формировать базу данных об уровнях воды в скважинах в зависимости от состояния плотины (или любого другого гидротехнического сооружения, а если взглянуть шире, то и вообще любого технического) и гидрометеорологических условий. Информацию можно накапливать в базах данных из года в год — это позволит анализировать динамику состояния плотины.

Еще один пример получения новых знаний в среде ГИС2 . Географическая информационная система может дополняться очень важным блоком — математическими моделями для решения специализированных задач. Именно такие модели позволяют оценивать и прогнозировать опасности природного и техногенного характера, рассчитывать зоны воздействия ЧС, уточнять возможный ущерб — и вырабатывать систему предупреждающих мер. Этот инструмент могут использовать проектные институты, а также подразделения ПКО и ОКС крупных промышленных предприятий, особенно при работе над проектами нефтегазопроводов.

В стране проложены десятки тысяч километров нефтепроводов, которые пересекают тысячи рек. И в любой точке линейной части нефтепровода может произойти аварийный разлив: нефть растечется по суше, а затем попадет в воду (рис. 2).

Оценка возможного риска производится на этапе проектирования нефтетрубопровода: для этого предусмотрены разделы ОВОС (оценка воздействия на окружающую среду), ООС (охрана окружающей среды), ИТМ (инженерно-технические мероприятия) ГО и ЧС.

Например, при разработке раздела ОВОС прежде всего надо узнать, сколько нефти и в каком месте может вылиться из трубы. Какой объем нефти выльется из разрыва? Куда и как далеко она потечет? Где пройдет основное русло? Только зная ответы на эти и многие другие вопросы, можно наилучшим образом спроектировать трассу трубопровода, оптимизировать размещение ловушек для нефти, определить самые слабые места трубопровода и обеспечить дополнительный запас прочности конструкций. А при создании раздела ИТМ ГО и ЧС, помимо оценки экономического и экологического ущерба от аварии, это позволит разработать меры по ликвидации ее последствий, определить техническое оснащение, состав и численность аварийной бригады.

Такая работа требует самых разнообразных сведений о территории трубопровода. Другими словами, необходима цифровая модель местности, которая содержит информацию о свойствах растительного покрова и почвогрунтов, о рельефе и микрорельефе, о реках и водотоках, о температуре воздуха, динамике испарения и всасывания в почву. Нужно учитывать и изменчивость общей картины разлива: если, к примеру, в момент аварии будет идти сильный дождь, нефть понесут мощные потоки воды.

Всю эту информацию следует собрать в специальных базах данных, после чего создать математическую модель (которая должна целиком и полностью описывать разлив нефти с учетом совокупного влияния всех параметров) и выполнить необходимые расчеты. Такая ГИС также разработана ООО «ЦИЭКС». В частности, она использовалась для разработки раздела ИТМ ГО и ЧС и декларирования безопасности объекта в проектах Каспийского трубопроводного консорциума, Балтийской трубопроводной системы, трубопроводов «Сахалин-1» и «Сахалин-2». Аналогичным образом ГИС может быть использована и при решении задач, связанных с автоматизацией других производственных и хозяйственных функциональных подсистем (рис. 3).

Вроде бы, все хорошо — разработанные системы можно внедрять и осваивать, но не тут-то было. Масштаб явления и сложность задачи достаточно велики.

Созданию любой информационной системы должна предшествовать концептуальная фаза, которая включает следующие виды работ:

• изучение мотивации и требований заказчика;

• формирование идеи, постановка целей и задач;

• сбор исходных данных и анализ существующего состояния предприятия;

• определение основных требований и ограничений, необходимых материальных, финансовых и трудовых ресурсов;

• сравнительная оценка альтернатив;

• разработка концепции системы, представление ее на экспертизу и утверждение.

С тем, что точность замысла во многом определяет успех всего мероприятия, заказчик не спорит, но на выполнении первого этапа нередко стремится сэкономить. Заказчику многое ясно и понятно, он проработал на предприятии не один год и искренне удивляется — зачем здесь нужно что-либо исследовать и анализировать? Однако, как показывает опыт, недостаточная проработка стратегии автоматизации и отсутствие обоснованной последовательности внедрения компонентной системы снижают ее эффективность на более поздних этапах создания и эксплуатации.

Создается парадокс — заказчик бежит от того, к чему сам же и стремится. В чем причина нежелания выделить время и средства на обследование собственного предприятия, настройку или адаптацию программных пакетов?

В обсуждении будущей информационной системы на предприятии участвуют две стороны: руководители и ИТ-подразделение. Высшее руководство обычно не имеет возможности достаточно полно и всесторонне вникать во все аспекты, связанные с созданием и внедрением системы (причин тут множество: загруженность другими делами, специфичность ряда вопросов и пр.). Как результат — отсутствует понимание качественных отличий системы управления предприятием от автоматизации той или иной технологической операции основного производства, как нет и намерения заблаговременно информировать собственное ИТ-подразделение о потребностях предприятия и направлениях его развития. Добавим сюда же неразвитость практики реального делегирования полномочий, чрезмерную веру в командный стиль руководства…

Случается и другое: руководители предприятия и основных подразделений сознательно противятся повышению уровня интеграции — прежде всего из опасения, что это подорвет привычные основы и изменит устоявшиеся функции руководства высшего звена.

Многие руководители и сотрудники ИТ-подразделений желали бы определять ИС, исходя из собственных субъективных соображений. Они не готовы работать в одной команде с внешними консультантами, воспринимать их знания и не стремятся всесторонне оценивать долговременные последствия внедрения. В итоге продуктивность этапа обследования предприятия значительно снижается.

В подобных ситуациях любопытно наблюдать за действиями исполнителя. Как правило, он выбирает одну из двух вероятных линий поведения.

Одни стремятся убедить заказчика в необходимости и полезности внедрения системы комплексного характера, где любые последующие изменения будут проводиться как обновление или расширение основных компонентов и вычислительных ресурсов, а базовая структура и проектные решения останутся прежними. Словом, «тяжело в учении — легко в бою» (если под учением понимать этапы проектирования системы).

Другие ускоренными темпами «ведут» предприятие к подписанию договора и форсируют начало работ, не слишком заботясь об исправлении несовершенств концепции, предложенной заказчиком. Рано или поздно заказчик видит, что новые задачи, которые должна решать уже работающая система, вступают в конфликт с ранее принятыми решениями. А договор-то уже подписан, и деньги уплачены. В этой ситуации исполнитель превращается в единственного спасителя. Он и «спасает», но преследуя в первую очередь собственные интересы. Так может продолжаться довольно долго: срок зависит от кредитоспособности заказчика и от порядочности исполнителя (хорошо еще если в какой-то момент исполнитель вообще не свернет сотрудничество, предоставляя заказчику самостоятельно решать множащиеся проблемы). Работы без начала и конца попросту разоряют предприятие, цели и задачи формулируются уже абы как, решения не увязываются между собой. Системы внедряются годами, подрывают бюджет, не отвечают ожиданиям. Отсюда и лоскутно-кусочная автоматизация, технология типа «сломанный конвейер», когда наряду с автоматизированностью ряда операций или отдельных структурных подразделений имеет место хроническая неготовность предприятия и персонала к внедрению ИС, к восприятию новых бизнес-процессов и концепции функционирования системы. Итог: выброшенные на ветер деньги и стойкое отвращение к идее внедрения подобных систем впредь.

Другой аспект проблемы — быстро меняющийся мир. Если при разработке систем следовать требованиям ГОСТов (а их соблюдение еще никому не шло во вред), то процесс создания систем растянется очень надолго. Причина здесь не в недостатке квалификации исполнителя и не в технологиях или средствах программирования. С этим-то как раз проблем нет: этап технического программирования системы редко занимает больше года. Дело в другом. Нельзя спроектировать систему, не спроектировав хранилище данных. Но к проектированию хранилища нечего и приступать, не определив объектный состав данных. А перед определением состава необходима как минимум инвентаризация рабочей документации. Последнее требует денег и времени — в объемах, зависящих от качества системы учета документации по объектам предприятия заказчика. Когда такая система отсутствует или содержит документы, весьма далекие от реальности, у заказчика быстро пропадает всякое желание что-либо внедрять и автоматизировать. Словом, если в управляющей компании даже приблизительно не знают, какими землями и недвижимостью они владеют, а на предприятии смутно представляют расположение и состояние инженерных сетей — проблем не избежать.

Всё, что мы говорили об учетно-информационной подсистеме, можно представить в графическом виде (рис. 4). Попробуем ее спроектировать, «убив» при этом сразу трех «зайцев».

Первый «заяц» — руководство. Заказчик должен твердо знать, что при внедрении системы на предприятии не придется крушить всю организационно-управленческую структуру, переиначивать функции служб и отделов, ломать существующие технологические схемы. Значит, решение должно допускать адаптацию проекта к реальному состоянию предприятия и к его задачам. Этого легко добиться, если хранилище строится на основе серверной СУБД, которая использует открытую архитектуру для управления пространственными данными и обеспечивает полную интеграцию баз данных, содержащих разнородную информацию. В результате руководители получают гибкие инструменты, позволяющие в любое время предоставить любому из сотрудников доступ к данным централизованного хранилища.

Второй «заяц» — ИТ-подразделение. Это подразделение станет вашим единомышленником и партнером лишь в том случае, если в создании, внедрении и развитии системы ему будет отведено достойное место. Именно ИТ-подразделению, а не специалистам исполнителя предстоит в дальнейшем масштабировать систему и расширять ее функциональность. Следовательно, решение должно строиться на стандартных языках и средствах программирования, на методах, СУБД, вычислительных платформах, операционных системах, форматах от мировых разработчиков, которые гарантируют их своевременную модернизацию. В таком случае для управления данными не придется привлекать администраторов БД, специализирующихся исключительно на управлении пространственными данными (ГИС-данными), — это могут делать и администраторы общего профиля.

Третий «заяц» — время. Никто лучше самих сотрудников не представляет себе сильные и слабые стороны предприятия. Именно поэтому при разработке первого этапа — концептуального проектирования системы — необходима рабочая группа из числа ведущих специалистов предприятия. Это позволит предложить наиболее адекватные критерии инвентаризации рабочей документации и определения объектного состава данных, что без ущерба для содержательной части сократит продолжительность первого этапа. Желательно, чтобы помимо руководителей служб в работе группы нашли возможность принять участие руководители предприятия — главный инженер или коммерческий директор. На первом этапе работ очень важно оптимизировать состав и объем данных, которые должны обеспечивать реализацию функциональных и информационных задач соответствующих подразделений. Это позволит ускорить сбор, обработку и наполнение БД.

В результате:

• предприятие получает централизованное хранилище пространственных и описательных данных, настраиваемые «каналы» прямого доступа к ним и инструменты решения штатных задач;

• службы предприятия получают приложения, «сшитые» по их мерке и не вызывающие затруднений в работе;

• ИТ-подразделение предприятия, четко представляющее функциональность всего набора стандартных и заказных программных средств, в состоянии выполнять и координировать работы по расширению системы за пределы пилотной части проекта;

• руководство предприятия отчетливо видит пользу и перспективу автоматизации;
• системный интегратор приобретает опыт создания и проектирования ГИС-проектов в данной отрасли, причем с учетом специфики предприятия.


1О. Максименко. Компьютер противостоит стихии наводнений. — Наука и жизнь, №4’2002. С. 18-21.

2О. Максименко. Геоинформационные системы подсказывают, где «соломку подложить». — Наука и жизнь, №5’2003. С. 18-22.

«САПР и графика» 3'2004