Математическая модель, алгоритмы и программная система учета территориально распределенных ресурсов

Актуальность темы

.

В связи с современным уровнем развития нефтеперерабатывающей промышленности на передний план вышли вопросы измерения количества и оптимизации распределения нефти и нефтепродуктов в региональных и промышленных сетях резервуаров.

При современных объемах торгово-закупочных операций жидких энергоносителей отечественные методики (или предлагаемые нам из-за рубежа аналоги) измерения количества жидкости приводят к неточностям во взаиморасчетах. Источниками неточностей служат заложенные в методиках объективные погрешности и субъективные погрешности, обусловленные участием человека на всех этапах метрологических операций.

Сегодня трудно переоценить роль метрологического обеспечения хранения жидких продуктов. Постепенно становится ясным, что одной из основных причин потерь жидких продуктов является несовершенство технических средств и применяемых способов градуировки тонкостенных емкостей.

Методики выполнения измерений, основанные на трудах Хусаинова Б. Г. [93, 17], Кюрегяна С. Г. [50−56], Губина В. Е., Новоселова В. Ф. и Тугунова П. И. [38], Корниенко В. С. [48], Едигарова С. Г. [41], Стулова Т. Т., Бунчука В. А. [76, 15], Фатхутдинова А. Ш. [89] и др., служат для количественной оценки вместимости и количества продукта в резервуаре. Эти методики содержат присущие и их зарубежным аналогам (например, стандартам США API 2555,2540 [75]) недостатки.

Причиной недостатков является то, что в основе этих разработок лежит упрощенная математическая модель измерения количества жидких продуктов.

В современных условиях инфраструктуры нефтеперерабатывающей промышленности разделились понятия «владелец резервуарного парка» и «владелец нефтепродукта». В настоящий момент для владения жидкими энергоносителями нет необходимости иметь в собственности материально-техническую базу, а именно: резервуары в составе резервуарного парка. Поэтому теперь владелец энергоносителей может хранить нефтепродукты в любых территориально удаленных друг от друга резервуарных парках, отношения с которыми регулируются хозяйственными договорами.

Владелец нефтепродукта, как наиболее заинтересованное лицо в точных взаиморасчетах, сталкивается с рядом общих проблем. Наиболее существенны две из них:

1) отсутствие методологии точного измерения количества (массы и объема) нефтепродукта;

2) отсутствие механизмов удаленного мониторинга и контроля за количеством жидкости в региональных промышленных сетях резервуаров.

В пределах территории резервуарного парка существуют разнообразные информационные системы на уровне ЛВС, ведущие постоянный контроль за состоянием резервуаров, за количеством массы и служащие для предотвращения аварийных ситуаций и получения истории движения жидкости для внутреннего использования. Но наличие подобных систем не решает вышеуказанных проблем. Помимо точного расчета массы, владельцу нефтепродукта необходима возможность именно удаленного мониторинга за количеством жидкости.

Модели, алгоритмы, программная система и потоки данных учета территориально распределенных ресурсов образую распределенную информационную систему учета территориально удаленных (распределенных) ресурсов (РИСУТУР).

Распределенная информационная система учета территориально удаленных ресурсов (РИСУТУР) позволяет вести постоянный учет и контроль за количеством нефтепродукта, что позволяет своевременно реагировать на потребности рынка и его конъюнктуру.

Основное назначение подобных систем — это оперативное предоставление полной, непротиворечивой, достоверной и структурированной информации для принятия управленческих решений в режиме реального времени. Для РИСУТУР первичной, коммерчески ценной и наиболее значимой информацией является количество жидкого продукта на текущий момент времени, находящегося в территориально удаленных резервуарных парках (и резервуарах). Использование распределенной информационной системы позволяет автоматизировать процесс удаленного измерения количества жидкости с применением широких возможностей Интернет.

Таким образом, создание механизма точного удаленного измерения количества нефтепродуктов в условиях современной конъюнктуры рынка жидких энергоносителей оправданно и необходимо, а задача проектирования распределенной информационной системы учета территориально распределенных (удаленных) ресурсов является актуальной и своевременной.

Целью работы является повышение точности удаленного учета количества жидкого продукта в территориально удаленных сетях промышленных резервуаров путем создания модели измерения массы в рамках распределенной информационной системы.

Для достижения цели решаются следующие задачи.

1. Разработка модели измерения количества жидкости в тонкостенной емкости.

2. Разработка алгоритмов оценивания базовых характеристик геометрических параметров резервуара и расчета массы.

3. Разработка архитектуры распределенной информационной системы учета территориально удаленных ресурсов.

4. Разработка технологии программной реализации распределенной информационной системы.

Методы исследования базируются на положениях классической физики и математической теории систем, математическом аппарате теории линейных дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами и их разностных аналогов, линейной алгебры, комплексном использовании теории баз данных, методах структурного и объективно-ориентированного программирования.

Научная новизна.

1. Разработана модель программной системы учета территориально распределенных ресурсов, создающая корпоративную основу взаимодействия предприятий нефтегазовой и смежных отраслей.

2. Предложена модель измерения количества жидкости, позволяющая повысить точность за счет учета деформации от радиальных усилий.

3. Разработаны алгоритмы оценивания базовых геометрических параметров резервуаров и измерения массы нефтепродукта, использующие точные расчеты плотности жидкости на базе численных методов интегрирования.

4. Предложен способ «интеграции» кода, позволяющий разделить логику интерфейса приложения и математическое обеспечение и ускорить технологический процесс разработки Интернет-приложений.

Практическая ценность работы заключается в том, что применение разработанных алгоритмов для измерения параметров состояния промышленных резервуаров и расчета количества жидкого продукта позволяет существенно (не менее, чем в два раза) снизить долю методических погрешностей учета количества нефтепродуктов при товарно-сбытовых операциях без огромных затрат на разработку высокоточных приборов.

Централизованный мониторинг и контроль за количеством нефтепродукта в удаленных сетях резервуаров позволяет точно вести количественный и качественный учет ресурсов, что снижает как временные потери для получения полной информации, так и материальные потери при участии посредников.

Результаты диссертационной работы являются основой для проектирования и создания крупных распределенных информационных систем управления территориально удаленными (распределенными) ресурсами. Предложенные методы проектирования и модели позволяют наиболее эффективно строить подобные системы и могут быть приняты за основу при разработке современных информационных систем подобного класса.

Практическая ценность результатов диссертационной работы подтверждается актами внедрения.

Достоверность и обоснованность научных положений, результатов, выводов и рекомендаций, приведенных в диссертационной работе, обеспечиваются использованием надежных методов исследования и подтверждаются: использованием адекватного математического аппаратамоделированием на ЭВМиспользованием регламентированных стандартами описаний параметров продукта и резервуараапробацией материалов диссертации.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены в деятельность ОАО «Теплоприбор» (г.Рязань), филиала ООО «ТБинформ» (дочерняя структура ТНК-BP) в г. Рязанив учебный процесс студентов специальностей 220 400, 351 400 в Рязанском государственном радиотехническом университете.

Программный продукт имеет два свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ в Отраслевом фонде алгоритмов и программ (ОФАП) Государственного координационного центра информационных технологий Минобразования России: свидетельство № 50 200 601 675 от 20.09.06 об официальной регистрации программы «Программная система градуировки цилиндрических вертикальных резервуаров» и свидетельство № 50 200 601 676 от 20.09.06 об официальной регистрации программного комплекса «Распределенная информационная система учета нефтепродуктов в территориально удаленных сетях резервуарных парков».

Апробация работы.

По теме диссертации сделаны доклады на 8-ой и 10-й всероссийских научно-технических конференциях «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании», Рязань, 2003;2005 гг.- 11-ой, 12-ой, 13-ой и 14-ой международных научно-технических конференциях «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций», Рязань, 2002;2005 г.- межвузовской научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов «Новые информационные технологии в учебном процессе и производстве», Рязань, 2004 г.- а также на научных семинарах кафедры ВПМРГРТУ.

Публикации по теме диссертации. По теме диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ, среди которых 1 статья в центральном издании, включенном в список изданий, рекомендованных ВАК [26], 4 статьи в межвузовском сборнике научных трудов [79, 81, 82, 85], 8 тезисов к докладам на международных и всероссийской научно-технических конференциях [25,27,28, 78,80, 83,86,87].

Получено два свидетельства об официальной регистрации программ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и пяти приложений. Основной текст содержит 161 страницу, 3 таблицы, 24 рисунка. Список.

Основные результаты работы состоят в следующем.

1. Выявлены основные источники погрешностей измерения количества жидких продуктов.

2. Разработана модель измерения количества жидкости в тонкостенной емкости на базе точных описаний физических процессов, позволяющая устранить методические погрешности измерения количества жидкости.

3. Предложена формула расчета деформаций от радиальных усилий, повышающая точность оценивания площади горизонтального сечения рабочей части деформированного резервуара.

4. Разработаны алгоритмы градуировки промышленных резервуаров, позволяющие вычислить градуировочные характеристики резервуаров путем использования калибровочной жидкости малой вязкости, что, в свою очередь, снижает приборные погрешности объемных счетчиков.

5. Разработаны алгоритмы измерения количества жидкости, позволяющие с допустимой погрешностью измерять массу жидкости в резервуаре на базе оценок площади горизонтального сечения рабочей части недеформированного резервуара.

6. Проанализированы проблемы разработки распределенных информационных систем в отраслях управления ресурсами.

7. Предложена архитектура распределенной информационной системы управления территориально удаленными ресурсами, позволяющая регулировать бизнес-процессы с учетом корпоративных отношений между предприятиями.

8. Предложена методика «интеграции» кода в базовую открытую архитектуру Web-интерфейса баз данных, позволяющая активировать «закрытый код» после выполнения cgi-еценария внутри php-сценария как автономную функцию по принципу «черного ящика».

Результаты диссертационной работы могут использоваться в качестве основы для создания распределенных информационных систем учета территориально удаленных ресурсов для разных предметных областей, некоторые из которых рассмотрены в третьей главе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Выполненная диссертационная работа включает исследования, направленные на разработку методов, алгоритмов и программ для решения задач, связанных с построением распределенных информационных систем учета территориально удаленных ресурсов. Предметной областью применения результатов диссертации является учет распределения нефтепродуктов в сетях резервуарных парков.