Prezentacja programu PowerPoint

MODELOWANIE SYSTEMÓW EKSPLOATACJI

W PRZEDSIĘBIORSTWACH WOD-KAN

Przedsiębiorstwa wod-kan są jednostkami organizacyjnymi,

których  zada niem  jest  zarządza-nie  majątkiem  składającym  się  z
obiektów,  urządzeń  i  insta la cji  wodociągowych  i  kanaliza-cyjnych
przy  współudziale  ludzi,  przy  czym  te  działania  są  ujmowane  w
pewną

całość

zwaną

systemem

eksploatacji.

Natomiast

modelowanie systemów eksploatacji jest połączeniem praktyki,
która jest od zwier ciedleniem rzeczywistości eksploatacyjnej z nauką
zajmującą się bada nia mi modelowymi. Można to ująć w postaci
pewnego schematu przepływów:

•praktyka

(rzeczywistość

eksploatacyjna,

problemy

eksploatacyjne),

•modelowanie systemów eksploatacyjnych wod-kan,

•nauka (badania modelowe),

•rozwiązywanie

problemów

eksploatacyjnych

(decyzje

eksploatacyjne).

Modelowanie

jest

pewną

formą

idealizacji

rzeczywistości

eksploatacyjnej  i  od grywa  ważną  rolę  w  badaniach  modelowych,  w
których rzeczywistość eks ploa tacyjna jest obiektem mode-lowanym
w  odniesieniu  do  modelu  badawczego,  posiadającego  optymalne
parametry  i  za-pewniającego  osiągnięcie  maksymalne go  efektu.
Systemy eksploatacji funkcjonujące w prak-tyce lub będącymi przed
miotami  badań  naukowych  są  różnorodne,  niemniej  jednak  ze
wzglę-du  na  pew ne  cechy  ogólne  mogą  być  opisywane  za  pomocą
modeli.  Jest  to  bardzo  istotny  z  praktycznego  punktu  widzenia
walor,

dzięki

któremu

można

identyfikować,

pro jektować,

usprawniać lub audytować istniejące systemy.

Podstawowe założenia procesu modelowania systemów eksploatacji

wod-kan:

•identyfikacja poszczególnych elementów systemu,

•okreslenie relacji między elementami oraz z otoczeniem,

•wyodrębnienie systemu z rzeczywistości eksploatacyjnej,

•uporządkowanie struktury systemu,

•umiejscowienie systemu w nadsystemie (otoczeniu),

•budowa modelu w ujęciu systemowym.

Zastosowanie ujęcia systemowego do budowy modelu systemu

eksploatacji wod-kan powin-no spełniać następujące warunki:

•system musi być ściśle określony,

•podział na podsystemy musi być zupełny,

•system powinien mieć strukturę hierarchiczną oraz posiadać
możliwość koordynowania,

•system powinien składać się z określonej liczby podsystemów, przy
czym ich optymalna liczba powinna być w przedziale od 7 do 12,

•system powinien należeć do systemów złożonych lub być systemem
pro jek to wanym,

•przyporządkowanie podsystemów i elementów w systemie może
być zmien ne w zależności od spełnianych funkcji,

•system funkcjonuje w powiązaniu z innymi systemami technicznymi
(np. systemem energe-tycznym, drogowym, telekomunikacji itp.).

W niniejszych rozważaniach eksploatacja wod-kan rozpatrywana jest
jako system składający się z podsystemów i elementów, przy
podsystemem może być pojedynczy element lub pojedyncza
czynność w zależności od zamierzonej skali badań. Systemowe
modelowanie eksploatacji wod-kan pozwala na:

•dogłębne poznanie rzeczywistości eksploatacyjnej, w szczególności
rela cji między poszczególnymi elementami, wzajemnych powiązań
(sprzężeń prostych i zwrotnych),

•dokładne zbadanie możliwości usprawnienia ich funkcjonowania.

W  dalszym  ciągu  wykładów  modele  systemów  eksploatacji  wod-kan
są  przed sta wiane  w  kon-wencji  schematów  blokowych.  Takie
podejście do modelowania systemu eksploatacji wod-kan gwarantuje
osiągnięcie  podstawowego  celu,  ja kim  jest  uzyskanie  umiejętności
racjonalnego

efektywnego

gospodarowania

ma jąt kiem

przedsiębiorstw wod-kan.

          Standard  eksploatacyjny  można  zdefiniować  jako  zbiór  cech,
zasad  i  kry te riów,  jakim  powi-nien  odpowiadać  system  eksploatacji
wod-kan.  Oznacza  to,  że  standardy  eksploatacyjne  w  po-staci  cech
eksploatacyjnych,  zasad  i  kryteriów  eks ploatacyjnych  stanowią
uzupełnienie

modelu

eksploatacji

wod-kan.

cech

eksploatacyjnych wod-kan można zaliczyć:

• niezawodność i

bezpieczeństwo,

• trwałość i

nieuszkadzalność,

• obsługiwalność i

odnawialność,

• jakość i ekologiczność,

• skuteczność i

efektywność,

• dostępność i technologiczność,

• ergonomiczność i estetyczność,

• odporność i adaptowalność,

• podatność i kompatybilność,

• ciągłość i pewność,

• innowacyjność i

kompleksowość.

Podstawowe zasady eksploatacyjne określono w oparciu o warunki
prawi dło wej praktyki eks-ploatacyjnej i obejmują one:

•kompletność dokumentacji powykonawczej (inwentaryzacja,
parametry tech niczne, profile, pomiary, itp.),

•oznakowanie obiektów i urządzeń zgodnie z przepisami,

•udokumentowany stan prawny terenu, na którym zlokalizowane są
obiek ty i urządzenia,

•instrukcje procesów i czynności oraz dokumentację rozruchu
obiektów i urządzeń,

•książki obiektów,

•ewidencję środków trwałych (obiekty, urządzenia, środki
transportu, sprzęt specjalistyczny, narzędzia, itp.),

•szkolenie personelu (kierowników i realizatorów eksploatacji),

•nadzorowanie procesów eksploatacyjnych (przeglądy, kontrole,
eksper ty zy),

•monitorowanie procesów eksploatacji (stany techniczne, przebieg
proce sów, itp.),

•rozpoznawanie i eliminowanie zagrożeń eskplotacyjnych,

•usprawnienie i innowacyjność procesów eksploatacyjnych.

Kryteria eksploatacyjne w odniesieniu do systemów wod-kan
obejmują:

•kryteria  techniczne  i  technologiczne  (np.  ciśnienie  wody,  ilość
wody,  wska źniki  gotowości,  wskaźniki  awaryjności,  czas  usuwania
awarii,  od bu dowa  nawierzchni  asfaltowej  lub  z  płyt  chodnikowych,
odtworzenie  zie leni,  jakość  wody,  jakość  ścieków,  częstotliwość
pracy  przelewów  bu rzo wych,  wydawanie  warunków  technicznych,
przerwy  w  dostawie  wody,  kontrola  stanu  technicznego  i
sprawności urządzeń, czyszczenie kanałów itp.),

•kryteria ekonomiczne (np. okresy rozliczeniowe za świadczone
usługi, ok re ślenie wartości niezbędnych przychodów, kalkulacja
taryf za dostawę wody i odprowadzanie ścieków itp.),

•kryteria organizacyjne (struktura organizacyjna, podział
eksploatowanego obszaru itp.),

•kryteria ekologiczne (np. zagospodarowywanie odpadów
eksploatacyj nych, utylizacja odpadów niebezpiecznych jak
azbestocementu, stosowa nie materiałów i technologii przyjaznych
środowisku itp.).

Na  podstawie  przedstawionego  opisu  standardów  eksploatacyjnych
dotyczących  wod-kan  można  stwierdzić,  że  są  one  niewątpliwie
uzupełnieniem  modelu  sy ste mu  eksploatacji  i  w  jakimś  stopniu
wyznacznikiem jego celów.

  Dogodność  stosowaniu  ujęcia  systemowego  polega  między  innymi
na  tym,  że  poszczególne  czynności  (np.  Usuwanie  uszkodzeń,
płukanie  przewodów,  pobór  próbek  wody,  itp.)  Mogą  być
przedstawione  jako  pewna  całość  opisana  wej ściem  i  wyjściem
(model  „skrzynki”).  Jest  więc  ujęcie  monoblokowe,  jak  przykładowo
poniżej:

SUUU

Przykładami systemowego ujęcia elementów składowych systemu
eksploatacji mogą być:

•system usuwania uszkodzeń (SUU),

•system pomiaru ciśnienia wody (SPCW),

•system pomiaru napełnienia kanałów (SPNK),

•system poboru próbek wody do badań (SPPWB),

•system przywracania jakości wody (SPJW) itp.

Powyższe przykłady należą do modeli systemu eksploatacji i
przyjmując pew ne uogólnienia w/w systemy można traktować jako
elementy dowolnego sy stemu eksploatacji wyodrębnionego z
otoczenia i spełniającego podane po niżej wa run ki:

•wejścia X są nośnikiem pewnego oddziaływania otoczenia na roz
pat ry wany element,

•wyjścia Y są nośnikiem oddziaływania elementu na otoczenie,

•zbiór wejść i wyjść stanowi zbiór rozłączny.

Uwzględniając  w  modelach  monoblokowych  pojęcie  czasu  (T),  który
jest  w  procesie  eksploa-tacji  niezmiernie  ważny  oraz  występujące
zakłócenia,  schemat  monoblokowego  modelu  sy-stemu  eksploatacji
można przedstawić następująco:

SPCW

Modele

monoblokowe

umożliwiają

dokładną

identyfikację

poszczególnych ele mentów syste-mu eksploatacji, a w szczególności
czynności realizowane w pro ce sie eksploatacji systemów wod-kan.

Modele wieloblokowe systemu eksploatacji powstają w wyniku

dekompo zy cji  systemu  na  elementy  składowe,  które  w  modelu
przedstawiane  są  za  pomocą  odrębnych  bloków,  przy  czym  opisane
są  w  nich  relacje  (np.  sprzężenia  proste  lub  zwrotne)  pomiędzy
poszczególnymi  elementami  składowymi.  Modele  te  nazywane  są
również  modelami  strukturalnymi.  Przy-kładem  modelu  wieloblo ko
wego może być proces eksploatacji składający się z elementów jak:

•użytkowanie,

•nadzorowanie,

•obsługiwanie,

•odnawianie.
W/w elementy nazywane są również stanami eksploatacyjnymi.

Proces  eksploatacji  sieci  wodociągowych  opisuje  czterostanowy
model,  nato miast  procesowi  eksploatacji  sieci  kanalizacyjnych
przyporządkowany  jest  trój stanowy  model  eksploatacji.  W  dalszej
części wykładów zostaną przedstawione połączenia, sprzężenia oraz
struktury modeli wieloblokowych systemu eks ploa tacji.

W modelach monoblokowych i wieloblokowych systemu eksploatacji

wod-kan  mogą  wystę-pować  różnorodne  połączenia  i  sprzężenia,  w
których  bloki  re prezentują  poszczególne  elemen-ty,  natomiast
relacje  między  nimi  opisywane  są  połączeniami  oraz  sprzężeniami.
We  wspom-nianych  wyżej  modelach  mogą  występować  różnorodne
połączenia między elementami syste-mu, jak poniżej:

E
2

E
3

Oddziaływanie między elementami systemu eksploatacji opisane są
sprzę że nia mi. Oddziały-wanie jednostronne nosi nazwę sprzężenia
prostego

(oddzia ły wanie

jednokierunkowe),

nato-miast

oddziaływanie wzajemne nazywa się sprzę że niem zwrotnym.
Przykłady sprzężeń przed-stawia poniższy rysunek (wyko rzy stanie
metody grafów).

S
1

S
3

S
4

S
1

S
3

S
2

S
4

S1 – stan użytkowania;
S2 – stan postoju;
S3 – stan oczekiwania na
odnowę;
S4 – stan odnowienia

W zakresie tworzenia modeli wieloblokowych systemu eksploatacji
mogą wystąpić następu-jące rodzaje struktur:

•hierarchiczna,

•równoległa,

•szeregowa,

•równoległo-szeregowa,

•szeregowo-równoległa,

•mieszana.
Są  one  rozwinięciem  modeli  monoblokowych  i  wieloblokowych  w
zależności  od  stopnia  szczegółowości  badanego  obiektu  i
odwzorowują  liczbę  elementów  składowych,  relacje  mię-dzy
elementami  bądź  działaniami.  Przykładowy  uprosz czony  model
wieloblokowego  sytemu  eksploatacji  przedstawia  poniższy  rysu nek
(metoda bloków).

UŻYTKOWANIE

NADZOROWANIE

OBSŁUGIWANI
E

ODNAWIANIE

Obie metody, grafów i bloków, umożliwiają przekazywanie
oddziaływania po mię dzy elementa-mi systemu eksploatacji. Przykład
struktury hierarchicznej jest przedstawiony poniżej (K – kierownik; .R
– realizator eksploatacji; BM

– bry gady mistrzowskie).

BM
1

BM
N

BM
1

BM
N

BM1

BMN

Przykładem struktury równoległej może być strumień informacji
napływający z zewnątrz.

OTOCZENIE

SYSTEM EKSPLOATACJI WOD-KAN

obserwacje

eksploatacy

jne

Dane

eksploatacy

jne

Wiadomoś

Komunikat

Informacje

Struktury szeregowe w systemach eksploatacji występują w
przypadku wyko ny wa nia zabie-gów eksploatacyjnych zgodnie z dana
technologią lub w przypad ku działań (np. planowania, odnawiania).

ZABIEG

EKSPLOATACYJNY

ZABIEG

EKSPLOATACYJN

ZABIEG

EKSPLOATACYJN

W strukturach mieszanych występuje połączenie struktur
równoległych i sze re go wych:

ZE-1

ZE-2

ZE-3

ZE-4

ZE-8

ZE-7

ZE-6

ZE-5

Modele decyzyjne

Ogólna koncepcja modeli decyzyjnych oparta jest na strukturze

szeregowo-równoległej zbudowanej z elementów działaniowych:

SYSTEM EKSPLOATACJI WODOCIĄGÓW I KANALIZACJI

OBSER WA-
CJE
EKSPLOATA
CYJNE

INFORMACJ
E I DANE
EKSP-
LOATACYJN
E

WNIOSKOW
A NIE EKSP-
LOA
TACYJNE

DECYZJE
EKSPLOAT
A-CYJNE

KOSZ-TY
EKSPLOTA
-CYJNE

CECHY

EKSPLOATA-

CYJNE

STANY EKSPL.
CZASY EKSPL.
ZDARZENIA
EKSPL.

ANALIZY
EKSPL.
ZADANIA
EKSPL.
DZIAŁANIA
EKSPL.

STRATEGI
E
EKSPLOA-
TACYJNE

W zaprezentowanej koncepcji modelu eksploatacyjnego na
szczególne wyróż nie nie zasługują następujące elementy:

•obserwacje, informacje i dane eksploatacyjne,

•decyzje eksploatacyjne,

•koszty eksploatacyjne,

Bezpośrednie obserwacje cech eksploatacyjnych obiektów, urządzeń
i instalacji oraz informa-cje i dane dotyczące ich podstawowych
właściwości, takich jak: sta ny, czasy oraz zdarzenia eksploatacyjne,
są podstawą do wnioskowania, a na stępnie wyboru decyzji
eksploatacyjnych.

Miernikiem  jakościowym  i  ilościowym  w  sensie  pozytywnym  lub
negatyw nym są ponoszone koszty eksploatacyjne, które świadczą o
efektywności  i  ja ko ści  eks ploatacji.  Zaprezentowany  model
decyzyjny  w  systemie  eksploatacji  wo do ciągów  i  kanalizacji  może
być  przydatny  w  po-szukiwaniu  rozwiązań  opty mal nych.  Na
podkreślenie  zasługuje  fakt,  że  w  procesie  eksploa-tacji,  który
cechuje  dy namika,  występuje  duża  liczba  problemów  decyzyjnych  i
zastosowanie  tego  mo delu  pozwala  na  uzyskiwanie  rozwiązań  w
miarę racjonalnych i efektyw nych.

Ważniejsze cechy modeli systemów eksploatacji wod-kan

W modelach systemów eksploatacji wod-kan występują wspólne
cechy i włas ności, jak np.:

• złożoność,

• hierarchiczność,

• dekompozycyjność,

• dynamiczność,

• bezwładność,

• destrukcyjność,

• różnorodność zdarzeń,

• losowość zdarzeń,

• niepewność.

Systemy  eksploatacji  wod-kan  są  systemami  złożonymi,  gdyż
obejmują dużą liczbę elementów. Powoduje to wzrost liczby i rodzaju
relacji  (sprzężenia  proste  i  zwrotne,  zróżnicowany  tryb  połączeń
między  elementami  –  równoległe,  sze regowe  i  mieszane  itp.).  Są  to
systemy o dużym stopniu automatyzacji i kompu teryzacji, w których
występują różne stany (wielostanowość) oraz różnorodne zdarzenia.
Posiadają  również  szereg  funkcji  (dostawa  wody  o  wymaganych  pa
rametrach,  odprowadzanie  i  unieszkodliwianie  ścieków  oraz
unieszkodliwianie

osadów

ścieko-wych).

Omawiane

systemy

zmieniają  swoje  działanie  pod  wpły wem  zakłóceń  napływających  z
otoczenia  oraz  oddziaływują  na  środowisko.  Ich  funkcjonowanie
przebiega  w  sposób  stocha-styczny,  gdyż  liczba  możliwych  sta nów
jest  ogromna.  Powoduje  to  zasadnicze  trudności  w  analizie  i  opisie
zacho wań systemów.

Następną cechą systemów eksploatacji wod-kan jest hierarchiczność,
która  jest  wynikiem  złożoności  i  wielkości  tychże  systemów.
Charakteryzuje się ok re śloną liczbą pionów w postaci podsystemów i
jest  wielopoziomowa.  Taka  struk tura  funkcjonalna  zapewnia
stabilizację  działa-nia  systemu,  gdyż  piony  i  pozio my  posiadają
odmienne  struktury,  wzajemnie  ze  sobą  powią-zane  i  współzależne.
Stąd  też  systemy  eksploatacji  wod-kan,  które  posiadają  strukturę
hierar-chiczną

wymagają

koordynowania

działań

pomiędzy

poszczególnymi  podsystemami  i  elemen-tami  systemu.  Potwierdza
to  praktyka  eksploatacyjna,  gdzie  np.  podsy stemy  maja  mocne  po-
wiązania  (organizacja,  planowanie,  zarządzanie,  kontrola  kosz tów
itp.) Oraz relacje wzajem-nego współdziałania elementów i podsyste
mów dla spełniania zadanych funkcji i celów.

Pojęcie dekompozycyjności systemu dotyczy strukturalnego modelu
hierar chicznego  eksploa-tacji  wod-kan  i  polega  na  wyróżnieniu  jego
elementów skła do wych – podział na podsystemy i elementy. Zgodnie
z  tą  procedurą  system  eks ploatacji  traktowany  jako  całość  podlega
po-działowi  na  elementy  i  dzięki  tej  właściwości  można  dokonać
pełnej  identyfikacji  elementów  składowych  syste mu  eksploatacji
wod-kan.

  Dynamiczność  jest  cechą  złożonych  systemów,  do  których  zalicza
się  sy ste my  eksploatacji  wod-kan,  w  których  warunki  ich
funkcjonowania  są  zmienne  w  czasie  (np.  ciśnienie  wody,
napełnienie kanałów, natężenie przepływów wody lub ścieków itp.).
Wymagają  ciągłego  nadzoru  i  dostosowywania  ich  pracy  do
warunków wewnętrznych systemu oraz otoczenia.

Kolejną  specyficzną  cechą  systemu  eksploatacji  wod-kan  jest
bezwładność,  któ ra  polega  na  tym,  że  zmiany  występujące  w
jednym z elementów systemu po wodują zmiany w pozostałych oraz
na  powolnych  zmianach  zachowania  się  systemu  (szczególnie  w
przypadkach  awaryj-nych).  Rozróżnia  się  bezwładność  lokalną
dotyczącą fragmentu procesu eksploatacji oraz globalną, odnoszącą
się do całego systemu. Przykładami lokalnej bezwładności systemu
eks-ploatacji  wod-kan  może  być  lokalne  pogorszenie  jakości  wody,
natomiast w przypadku za-nieczyszczeń wody na ujęciach mamy do
czynienia  z  globalną  bezwładnością  systemu  eks-ploatacji,
objawiającą się w wydłużeniu czasu zmiany jego zacho wa nia. Efekty
podejmo-wanych  działań  są  możliwe  do  stwierdzenia  po  dłuższym
okresie  czasu.  Ta  cecha  jednak  istotnie  obniża  sprawność  i
efektywność funk cjo nowania systemu eksploatacji wod-kan.

  Destrukcyjność  systemów  eksploatacji  wod-kan  polega  na
stopniowym  wy czer paniu  się  orga-nizacyjnym  systemów  w  wyniku
stopniowego  rozluźniania  i  rozregulowania  powiązań  w  struk-turach
funkcjonalnych.  Powodem  może  być  da leko  posunięta  rutyna
działalności. W końco-wym etapie funkcjonowanie sy ste mu staje się
gorsze,  co  w  konsekwencji  powoduje  narasta-jące  niezadowolenie
odbiorców ze świadczonych usług. Dlatego też ważnym elementem w
syste mach  eksploatacji  jest  stała  kontrola  jego  działania  i  bieżące
eliminowanie nie pra-widłowości występujących w systemie.

systemie

eksploatacji

występują

różnorodne

zdarzenia

eksploatacyjne,  ta kie  jak:  zakłócenia  wewnętrzne  i  zewnętrzne,
wszystkie  rodzaje  uszkodzeń  –  nagłe,  stopniowe,  dające  się  zlo-
kalizować,  trudno  wykrywalne,  poważne  awarie  itp.  Wymaga  to
podejmowania  systematy-cznych  działań  profilaktycznych  lub  przy
wracających zdatność elementów.

  Losowość  jest  specyficzną  cechą  i  w  złożonych,  dynamicznych
systemach, ja kimi są systemy eksploatacji wod-kan, zajmuje czołowe
miejsce.  Zdarzenia  eks ploatacyjne  występują  w  sposób  losowy  i
badane  są  metodami  probabi li sty cznymi  (np.  Teoria  niezawodności,
teoria

odnowy).

Zapewnienie

trwałości

nie uszkadzalności

elementów w procesie ich eksploatacji staje się w aspekcie lo so wości
występowania  zdarzeń  eksploatacyjnych  zagadnieniem  ważnym  i
powin no  być  rozwiązywane  na  etapie  projektowania  i  budowy  wod-
kan,  a  następnie  w  procesie  eks-ploatacji  poprzez  stosowanie
nowoczesnych materiałów i techno lo gii.

Ostatnia  specyficzną  cechą  systemów  eksploatacji  wod-kan  jest
niepewność  wynikającą  głównie  ze  złożoności  (duża  liczba
elementów,  wielostanowość,  dy namiczność,  wielofunk-cyjność,  duża
bezwładność).  Powyższa  cecha  wynika  z  braku  możliwości  pełnego
odwzoro-wania systemów i określenia wszystkich mo ż li wych stanów,
relacji  i  połączeń  oraz  oddziały-wania  otoczenia.  Dlatego  też  sta łe
monitorowanie  pracy  systemu  eksploatacji  zmniejsza  w  sposób
istotny po ziom niepewności w ich funkcjonowaniu.

Oprócz

opisanych

dotychczas

ważniejszych

cech

systemu

eksploatacji  wod-kan  na  podkreślenie  zasługuje  to,  ze  systemy  te
podlegają  stałemu  rozwojowi  (np.  następuje  zwiększenie  stopnia
złożoności,  liczby  elementów  itp.)  I  adap to waniu  się  do  warunków
zmieniającego się również otoczenia.

Document Outline