Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и основные задачи исследования 11
1.1. Проблемы социально - экономической системы "поставщик-потребитель" в энергетике и пути их решения 11
1.2. Современное состояние технической базы учёта потребления энергоресурсов и перспективы её развития 21
1.3. Обоснование необходимости создания специа-лизованных технических центров (стц) для оперативного управленрія восстановлением систем учёта энергопотребления 32
1.4. Анализ методов управления процессами восстановления больших распределённых систем 39
1.5. Выводы по главе 1 45
Глава 2. Оптимизация управления процессом восстановления системы учёта энергопотребления 50
2.1. Математическая модель централизованного процесса агрегатного восстановления 50
2.2. Определение оптимального управления процессом восстановления
2.3. Учёт сменного характера работы персонала СТЦ 86
2.4. Выводы по главе 2 92
Глава 3. Определение уровня прямых издержек СТЦ. Управление проектом внедрения системы учёта энергопотребления 94
3.1. Метод определения прямых издержек при централизованном обслуживании потребителей электрической и тепловой энергии 94
3.2. Управление проектом внедрения системы учёта энергопотребления
3.3. Выводы по главе 3 129
Заключение 130
Список литературы 132
- Современное состояние технической базы учёта потребления энергоресурсов и перспективы её развития
- Анализ методов управления процессами восстановления больших распределённых систем
- Определение оптимального управления процессом восстановления
- Управление проектом внедрения системы учёта энергопотребления
Введение к работе
Энергетика России представляет собой сложную социально-экономическую систему. В неё входят поставщики (здесь и в дальнейшем к ним отнесены и производители) тепловой и электрической энергии и потребители, которых можно разделить на бытовых и промышленных. Учёт индивидуального потребления тепловой энергии в стране практически отсутствует. Оплата тепловой энергии, воды и газа, как правило, осуществляется по средним нормам потребления. Вместе с тем, у 95% потребителей электроэнергии установлены счётчики. В основном это индукционные электромагнитные счётчики, способные показывать лишь суммарное потребление в киловатт-часах. Замена отказавших счётчиков у бытовых потребителей не налажена. Ввиду, чего многие из них не работают. Наиболее распространена однотарифная система оплаты электроэнергии с фиксированной стоимостью киловатт-часа. Кроме того, в бытовом секторе основной формой организации расчётов является самообслуживание. Клиент сам снимает показание счётчика, заполняет квитанцию и производит оплату.
Сложившееся положение не устраивает всех, и каждая из сторон заявляет о нарушении своих интересов и потерях. Это полностью соответствует теоретическим результатам полученным в работах по психологической и экспериментальной экономике (В. С. Автономов, Д. Канеман. В. Смит) и системному анализу (Е. Н. Куличков. И. В. Прангишвили, Н. А. Северцев). в которых убедительно доказано, что социально-экономические системы, подобные энергетике, могут устойчиво существовать и развиваться только при достижении баланса интересов поставщиков и потребителей, основанного на паритете ответственности. Поставщикам объективно нет смысла увеличивать стоимость киловатт-часа, не отказавшись от однотарифной системы оплаты, да ещё и реализованной в форме самообслуживания. Доходы не увеличатся, поскольку возрастёт число неплательщиков. Опыт не только России, но и других стран показал, что ни
тотальный контроль и экономические санкции, ни отключения (тем более основанные на принципе коллективной ответственности) не заставят потребителя платить, если он считает, что с ним поступают несправедливо, заставляя оплачивать по завышенным ценам низкокачественные услуги без возможности выбора и планирования. Дисциплина оплаты не улучшится, и если поставщик просто снизит стоимость киловатт-часа. Обычный потребитель не знает, насколько справедлива новая цена.
Потребителю энергии должна быть предоставлена возможность планирования расходов в рамках гибкой многотарифной системы, при условии точного индивидуального учёта. Тогда и поставщики смогут обоснованно требовать своевременной и полной оплаты. Заметим, что лауреат Нобелевской премии по экономике за 2002 год Верной Смит в рамках экспериментальной экономики показал, что многотарифная система оплаты за электроэнергию относятся к так называемым альтернативным рыночным механизмам, убеждающим поставщиков, что, в конечном итоге, для них выгодно не ограбить потребителя через завышение тарифов, а объяснить ему, как сэкономить средства. Возможность достижения выгоды обеими сторонами основана на том, что потребление электроэнергии (в энергосистемах в течение суток неравномерно и имеет, как правило, три режима: режим малого потребления, режим среднего потребления и режим максимального потребления электроэнергии. Введение дифференцированных по зонам суток тарифов подразумевает использование разных тарифных ставок за потребленную электроэнергию в зависимости от времени суток, что выгодно и поставщикам и потребителям. Для учёта интересов тех членов общества, которые по каким либо причинам не могут в данный момент полностью оплатить необходимое им количество энергии, можно применить систему блочных тарифов. В соответствии с ней, необходимый минимум потребления оплачивается по себестоимости или даже ниже её, а его превышение по значительно более высокой цене. Это бесспорно "перекрёстное субсидирование" - поддержка бедных за счёт более
обеспеченных, но оно применяется и хорошо зарекомендовало себя во всём мире, включая страны с самой "либеральной экономикой".
Перед электроэнергетикой задача перехода к многотарифной системе учёта и оплаты электроэнергии поставлена программой ресурсоэнергосбережения России, утвержденная Правительством РФ. Для перехода на многотарифную систему оплаты электроэнергии необходимы электросчётчики, способные осуществить соответствующий дифференцированный учёт с достаточной степенью точности. Такие электронные счётчики уже сейчас разработаны и выпускаются, не только за рубежом, но и в нашей стране. Их можно приобрести по вполне приемлемым ценам. Проблема состоит в том, что необходимо реализовать масштабный проект массовой установки этих приборов, вместо имеющихся электромеханических индукционных электросчётчиков. Приборы индивидуального учёта потребления тепла, горячей и холодной воды, газа также имеются. Но и здесь проблема заключается в необходимости их массовой установки. Речь идёт об организации развёртывания большой распределённой системы учёта энергопотребления. Причём, теоретические исследования и практические примеры показывают, что все работы и затраты по внедрению этой системы должна взять на себя сторона, в наибольшей степени заинтересованная в осуществлении контроля, то есть поставщики энергии.
Проекты замены и установки счётчиков энергопотребления требуют тщательного планирования во времени потребности в трудовых, материальных и финансовых ресурсах и правильного управления ими. Такое планирование и управление можно осуществить только на основе математической модели описывающей динамику реализации этих проектов. Как показал анализ литературы, в настоящее время искомая модель отсутствует. Оптимизация управления процессом развёртывания большой рассредоточенной системы учёта энергопотребления является актуальной проблемой. Её решение приведено в настоящей диссертационной работе.
Большое число счётчиков потребления электроэнергии потребует решения вопросов их оперативного восстановления при отказах. В противном случае накопление неработоспособных счётчиков и повторение имеющейся ситуации с неисправными счётчиками и неплатежами неизбежно. Тем более что наработка на отказ типового многотарифного электронного счётчика электроэнергии в два-четыре раза меньше, чем наработка на отказ обычного индукционного счётчика. Как показал проведенный анализ, наиболее рациональной формой организации оперативного восстановления является создание специализированных технических центров (СТЦ). Миссия СТЦ - обеспечить качественное техническое обслуживание устройств учёта потребления электроэнергии. Главной является задача оперативного восстановления отказавших устройств методом агрегатной замены. Основная вспомогательная задача - выполнение их ремонта. Настоящий момент достаточно удачен для создания СТЦ, поскольку в электроэнергетике проходит структурная реформа, одной из целей которой является повышение самостоятельности и эффективности работы обслуживающих предприятий. Оформление СТЦ в виде самостоятельного юридического лица потенциально позволяет ему выполнять функции сервисного центра заводов изготовителей электросчётчиков. Зарабатывание обслуживающими предприятиями дополнительных доходов полностью соответствует принятой концепции реформирования электроэнергетики.
Для того чтобы СТЦ действительно обеспечил оперативное
восстановление, ему необходимы адекватные трудовые и материальные
ресурсы. С теоретических позиций, это параметры управления
динамическим процессом восстановления большой распределённой системы учёта энергопотребления, состоящей из электросчётчиков, установленные у потребителей. Замена и последующий ремонт в стационарных условиях -наиболее технологичная и оперативная стратегия восстановления счётчиков энергопотребления. Для реализации такой стратегии необходимы сотрудники
(курьеры), выезжающие на место отказа для выполнения замены; специалисты (ремонтники), занятые непосредственно диагностикой неисправностей и ремонтом в стационарных условиях, а также определённое количество устройств (элементов системы) для замены. Их необходимая численность определяется безотказностью счётчиков и составляющими времени восстановления, зависящими как от расположения потребителей в зоне ответственности СТЦ, так и от оперативности оповещения об отказе.
Как показал проведенный анализ, в настоящее время не существует модели системы массового обслуживания, которую непосредственно можно было бы применить для определения необходимого объёма ресурсов СТЦ.
Создание модели централизованного агрегатного восстановления большой распределённой системы учёта энергопотребления является актуальной проблемой.
На основании этой модели можно найти и рациональный объём ресурсов СТЦ. Определение объёма ресурсов СТЦ является оптимизационной задачей теории управления именно в социально-экономических системах. При её постановке необходимо учитывать, как качество работы СТЦ отразится на поведении потребителя.
Если потребитель своевременно оповестил СТЦ об отказе электросчётчика, а затем долго ждёт его замены, то не приходится рассчитывать, что в следующий раз он быстро сообщит об отказе, более того дисциплина оплаты электроэнергии также неизбежно ухудшится. В силу этого, неприменима традиционная постановка задачи оптимизации ресурсов на техническое обслуживание (РТО), при которой они определяются по "остаточному принципу" исходя из требуемого уровня рентабельности поставщика, в предположении, что клиенты будут исправно платить независимо от качества услуг. В рассматриваемом случае речь должна идти об определении минимального объёма ресурсов, способного обеспечить отсутствии очередей на восстановление. Решение этой актуальной приведено в настоящей работе.
На основании полученных формул для определения набора ресурсов СТЦ, предложена методика расчёта уровня прямых издержек на техническое обслуживание большой распределённой системы учёта энергопотребления.
Основной текст диссертации включает в себя введение, три главы, заключение и список литературы.
В первой главе рассмотрены проблемы социально - экономической системы "поставщик-потребитель" в энергетике и возможные пути их решения. Проанализировано современное состояние технической базы учёта потребления энергоресурсов и перспективы её развития. Приведено обоснование необходимости создания специализированных технических центров для оперативного восстановления устройств учёта энергопотребления. Выполнен анализ существующих методов управления восстановлением больших распределённых систем.
Определены задачи, которые необходимо решить в рамках данной работы. Вторая глава посвящена разработке математической модели процесса восстановления системы учёта энергопотребления и определению управляющих параметров этого процесса - численности персонала и количества запасных элементов, необходимых для эффективной работы СТЦ. Здесь впервые приведена модель процесса восстановления большой распределённой системы, в которой учтены все значимые составляющие времени восстановления. Модель построена на основе метода динамики средних и представляет собой систему обыкновенных дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами. Её численное решение позволяет определить связь между средней численностью исправных элементов системы и управляющими параметрами процесса - ресурсами выделенными на её восстановление. На основании данной модели впервые получены простые формулы для определения минимального объёма ресурсов, при котором не будет очередей на обслуживание. Таким образом, решена задача оптимального управления проиессом восстановления данной
системы, с учётом такого валеного соииального аспекта, кцк влияние качества обслуживания на поведение потребителей при оплате электрической и тепловой энергии. Приведены примеры расчётов для типовых случаев и анализ значимости различных факторов. В третьей главе предложен метод управления проектом внедрения силами СТЦ системы учёта энергопотребления, при котором и в переходный период потребителям гарантируется оперативное восстановление отказавших счётчиков. Заметим, что если в переходный период допустить ухудшение качества обслуживания клиентов, то потом не следует ждать от них партнёрского сотрудничества, даже если, качество услуг войдёт в норму. В этой же главе, в соответствии с идеями маржинального анализа, предложено использовать уровень прямых издержек на техническое обслуживание в качестве показателя, того, какая часть общего дохода должна быть выделена, чтобы СТЦ мог успешно выполнять возложенные на него функции. Подробно изложен метод расчёта данного показателя применительно к СТЦ обслуживающему индивидуальных потребителей электроэнергии, проживающих в сельской местности
Современное состояние технической базы учёта потребления энергоресурсов и перспективы её развития
Как показывает материал, приведенный в предыдущем параграфе и государство, и поставщики и потребители электрической и тепловой энергии вплотную подошли к необходимости практического внедрения в повседневный быт автоматики, контролирующей и учитывающей индивидуальный расход электроэнергии, тепла, воды и газа, к установке в квартирах современных индивидуальных счетчиков, термостатических радиаторных вентилей, регуляторов расхода холодной и горячей воды, защитных устройств. Определим, каково современное состояние технической базы в этой области, и какие мероприятия в какой последовательности надо осуществить для решения поставленной проблемы.
Начнём с устройств и систем учёта электропотребления в быту. В настоящее время на российском рынке электросчетчиков доминируют индукционные счетчики [5]. Преобладают конструкции, базирующиеся на разработках 60 - 70 годов, но модернизированные и с улучшенным дизайном. Их прототипом является индукционный счетчик Шукерта-Рааба, в котором впервые осуществлен сдвиг фаз на 90 между электромагнитными потоками. Он появился на свет ещё в 1895 году. Основной проблемой электромеханических счетчиков во все времена было трение в движущихся частях. Первым главным элементом улучшения, направленным против трения, были сначала двухкамневые, а затем магнитные опорные подшипники, впервые внедренные в 1950 году компанией Дженерал Электрик (США). Это позволило увеличить срок службы счетчика до 30 лет. Наиболее распространёнными российскими моделями однофазных бытовых электросчётчиков класса точности 2,0 являются: СО 505 (МЗЭП), СО ИБ (Саранский приборостроительный завод), СО-ЭЭ6706 (ЛЭМЗ). Их разработка и производство складывалось в условиях, когда максимальная цена была жёстко ограничена, сначала директивно, затем условиями конкуренции. Как следствие на сегодняшний день производители столкнулись с тем, что дешевизна конструкторского решения не позволяет учитывать в производстве разброс свойств материалов. Требуется индивидуальный подход к каждому счетчику при регулировке. Существенным фактором стал класс точности регулировочного оборудования. Так, специалистам МЗЭП для того, чтобы исключить внесение дополнительных погрешностей при производстве электромеханических счётчиков, пришлось внедрить технологический процесс их регулировки и поверки на стендовом оборудовании с электронными источниками тока и напряжения, имеющими погрешностью измерения не более 0,05%. По мере роста стоимости трудозатрат такой процесс производства может оказаться экономически неэффективным, что неизбежно скажется на реальной точности счётчиков, поставляемых потребителю.
Вместе с тем, на сегодняшний день индукционные российские счётчики имеют вполне приемлемый межпроверочный интервал (МПИ) , длительный срок службы - до 30 лет- и очень большую наработку на отказ (среднее время безотказной работы) - до 150000 часов. Стоимость российских электромеханических однофазных счётчиков составляет обычно 12-13$. В отличие от импортных, стоимость которых 18-25$.
Примером современного импортного однофазного индукционного электросчетчика может служить счетчик J11, разработанный и сконструированный в 1999 году британской компанией GEC, входящей в настоящее время в состав Эльстер Митеринг. По свидетельству авторитетного журнала Metering International, этот счетчик стал первым электроизмерительным прибором, удостоенным права заявлять межпроверочный интервал в 20 лет.
Заметим, что наработка на отказ в 150 000 часов « 20 лет. Это очень большое среднее время безотказной работы. Хотя, если исходить из предположения о показательном законе распределения времени безотказной работы счётчика, то получим, что менее 40 % счётчиков, проработают у потребителей до первого отказа срок, не меньший этого среднего времени. Однако на практике высокая безотказность индукционных счётчиков в сочетании с низкой стоимостью электроэнергии для бытовых потребителей привела к тому, что проблема их оперативного восстановления не считалась актуальной, и работ посвященных организации соответствующей восстановительной службы практически нет. Причём пониженное внимание к учёту потребления главенствовало. Действительно, если, например, в первом отделении Энергосбыта ОАО "Мосэнерго" обслуживается 330 000 потребителей бытовых потребителей электроэнергии, у каждого из которых установлен индукционный электросчетчик, имеющий наработку на отказ в 150000 час, то в среднем за сутки будет 330000 (24 / 150000) =53 отказа, требующих восстановления. Не все эти отказы проявляются в форме полной остановки счётчика, возможно и неисправное функционирование.
Если поставщик не имеет хорошо организованной службы восстановления устройств учёта энергопотребления, или трудовые и материальные ресурсы такой службы недостаточны, то неисправные счётчики будут накапливаться. Вот цитата из материалов АО "Омскэнерго" представленных на сайте компании: "В массовом порядке "Омскэнергосбыт" намерен заменять устаревшие механические счетчики учета электроэнергии. Их у нас много, причем часть из них давно не работают, а в ЖКХ нет денег на их замену. Там, где дела обстоят таким образом, добросовестные граждане платят по старинке какую-то сумму, а недобросовестные не платят вообще". Заметим, что если параллельно с установкой современных электронных счётчиков не будет создана система их оперативного восстановления, то ситуация достаточно скоро повторится.
Таким образом, в области учёта бытового потребления электроэнергии в нашей стране преобладают однофазные электромеханические счётчики индукционного принципа действия. Они пока ещё дешевы, несмотря на значительную трудоёмкость производства. Наработка на отказ лучших моделей более 20 лет. Вместе с тем они имеют одно показание - суммарное потребление в киловатт-часах. В результате у потребителя нет возможности непосредственно по счётчику контролировать расход с учётом времени суток и других факторов, влияющих на оплату при многотарифной системе.
В последние годы у потребителей появилась возможность приобретать по не слишком высокой стоимости современные измерительные приборы — счетчики, осуществляющие регистрацию энергопотребления по тарифным зонам [16,70,71]. Это микропроцессорные, полностью электронные приборы. Эти счетчики по своим внутренним часам осуществляют переключение тарифных зон в соответствии с заданным расписанием. В процессе работы любой такой счетчик учитывает электроэнергию, разбивая ее по тарифным зонам. В приборах предусмотрена возможность автоматического перехода на летнее и зимнее время. Учет электроэнергии по тарифным зонам осуществляется соответственно, по летнему или зимнему времени. Имеется возможность задания режимов выходных и праздничных дней, что тоже выгодно энергопотребителям, если в указанные дни используется льготный тариф по отношению к рабочим дням. Вся информация снимается непосредственно с жидкокристаллического индикатора счетчика. Существуют электросчетчики, которые составляют графики расхода электроэнергии и предлагают пользователю оптимальные варианты планирования нагрузки на электроустановку квартиры или дома. Это, по СУТИ, уже маленькие компьютеры.
Анализ методов управления процессами восстановления больших распределённых систем
Рассмотрим специализированный технический центр (СТЦ), в зоне ответственности которого находится большое числа потребителей, удалённых от места расположения центра и друг от друга на значительные расстояния. Для выполнения работы необходимы сотрудники, осуществляющие замены, для краткости, в дальнейшем, будем называть их курьерами, и специалисты, выполняющие ремонт, далее по тексту - ремонтники. Также необходимо иметь определённое количество запасных счётчиков, далее — запасных элементов, для замены отказавших. Такой центр обязательно связан с предприятием, получающим доход от реализации энергии. Эта связь может быть организационной или экономической. Например, применительно к Хабаровской энергетической системе, он может быть как структурным подразделением Энергосбыта, так и независимой организацией, связанной с Энергосбытом договором. В любом случае экономическая эффективность работы центра напрямую зависит от того, на сколько и какой ценой удаётся уменьшить перебои в учёте потребления.
Будем называть ресурсами, выделяемыми на техническое обслуживание совокупность курьеров, ремонтников и запасных элементов. Если объём выделенных ресурсов недостаточен, хотя бы в одной своей компоненте, то это приведёт к значительному накоплению неработоспособных счётчиков, а также к очередям на замену. Низкий уровень обслуживания, немедленно отразится на дисциплине оплаты электроэнергии потребителями. Если же численность персонала и количество запасных элементов неоправданно велики, то это просто бессмысленные затраты трудовых, материальных и финансовых ресурсов. С теоретических позиций, это параметры управления динамическим процессом восстановления большой распределённой системы, которую образуют электросчётчики, установленные у потребителей.
Только имитационное моделирование может адекватно показать процессы происходящие в подобной системе, с учётом реальных законов распределения затрат времени на ремонт и замену, зависящих от фактического расположения объектов. Однако оно не позволит определить оптимальный объём ресурсов на техническое обслуживание, вследствие размерности задачи пе ребора вариантов и длительности моделирования каждого из них. Необходи-мо вначале построить пусть и не такую точную, но обозримую аналитическую модель процесса восстановления. На основании аналитической модели, определить зависимость параметров надёжности системы, влияющих на её экономические показатели, от объёма ресурсов, выделенных для технического обслуживания. Затем решить задачу оптимизации по выбранному экономическому показателю.
Эффективность работы системы зависит от числа работоспособных элементов, функционирующих в её составе. Это число является случай ной величиной, закон распределения которой изменяется во времени, т.е. имеет место случайный процесс. В силу чего, использовать его в анали тических расчётах крайне неудобно. Вместе с тем достаточно представи тельным показателем надёжности является среднее значение данной ве личины. Задача его определения содержательно может быть сформулиро вана следующим образом. На коллектив СТЦ возложены обязанности по агрегатному восстановле нию распределенной системы из N однородных элементов. Ремонт элементов также выполняется в этом центре. Для осуществления агрегатного восстановле ния имеется П-запасных элементов, которые в момент начала эксплуатации системы исправны и находятся на складе центра. Замену отказавших элементов на запасные и доставку их в ремонт осуществляет бригада курьеров заданной численности. Ремонтом занимается бригада ремонтников. Отремонтированные элементы поступают на склад центра и могут использоваться как запасные. Об отказе в центре становится известно не сразу, а через некоторое вре-мя. После чего, даже если в момент оповещения имеется свободный курьер, он выезжает не сразу, а через некоторое время, которое затрачивается в основном на оформление выезда. Существенными являются и затраты времени на следование курьера от центра к месту расположения отказавшего элемента. Замена включает в себя демонтаж отказавшего элемента и установку (монтаж) исправного, на эти операции затрачивается определенное время. Значительным является и время ремонта.
Требуется определить, как зависит математическое ожидание числа функционирующих элементов от объёма ресурсов, выделяемых на обслуживание. Для решения поставленной задачи необходимо создать математическую модель процесса взаимодействия функционирующей системы и СТЦ. Методы моделирования, разработанные в настоящее время в теории массового обслуживания, к предметной области которой и относится поставленная задача, можно разделить на аналитические и имитационные [6,10,38].
Имитационная модель позволяет установить связь между всеми характеристиками системы и центра технического обслуживания. Однако эта связь будет представлена в форме алгоритма - программы имитационного моделирования. Конкретные результаты здесь можно получить лишь для конкретных численных значений. Определение же закономерностей потребует, по существу, решения новой сложнейшей задачи планирования многофакторного эксперимента. В силу этого к моделированию на ЭВМ следует приступать лишь после того, как аналитически, для простейших случаев, выявлены тенденции взаимосвязи между надежностью системы и мощностью восстановительного органа.
Аналитические методы решения задач массового обслуживания можно разделить на точные и приближённые [6, 7, 11]. Точные методы ориентированы на расчет вероятностей состояний системы, зная которые всегда можно найти и математические ожидания численностей элементов, находящихся в этих состояниях. Они применимы лишь при показательном и сводящимся к нему распределениях времени безотказной работы элемента и всех составляющих времени его восстановления. Наиболее полно точными методами описаны системы, в которых отказ элемента приводит к полному отказу, а также системы с резервированием [38, 43]. Для них вопрос об определении численности курьеров не актуален. В первом случае совершенно очевидно, что достаточно одного курьера, поскольку отказавшие элементы не накапливаются. Во втором случае, если резервных элементов не много, то накопление их незначительно. Если же резервирование глубокое, то вероятность отказа системы, ввиду возникновения очереди на замену отказавших элементов, пренебрежимо мало. Из других решённых задач массового обслуживания наиболее близкой к рассматриваемой является задача о замкнутой системе, в которой осуществляется наладка оборудования на месте [10]. Единственным ресурсом в этой задаче являются наладчики, аналог курьеров. Соответственно вопрос о численности персонала, осуществляющего ремонт, заменённого оборудования и необходимом количестве запасных элементов не ставится. Задаче о наладчиках является лишь частным случаем рассматриваемой задачи.
Определение оптимального управления процессом восстановления
Разработанная математическая модель агрегатного восстановления однородной системы позволяет определить показатели надежности системы при любом заданном управлении процессом восстановления - объеме ресурсов на техническое обслуживание (РТО) - V = \Ґ9 R9 п\.
Если удастся найти такое значение РТО, которое не только достаточно, но и обладает тем свойством, что уменьшение любой из входящих в него компонент существенно уменьшает среднее число функционирующих элементов, то можно будет говорить, что найденный объем РТО необходим для успешной эксплуатации системы. С помощью разработанной модели можно определить набор ресурсов v0 = \Г0, R0, HQ j, при котором средняя численность функционирующих элементов стабилизируется к максимальному значению при t —оо, а уменьшение любой компоненты этого набора, при условии не увеличения других, уже не позволяет обеспечить такую стабилизацию. Набор ресурсов на техническое обслуживание, обладающий данными свойствами, будем в дальнейшем называть достаточным объемом РТО. Это минимальный объём ресурсов удовлетворяющий требованию отсутствия очередей. Необходимость данного требования предопределена социально-экономической природой системы учёта энергопотребления. Если оно не будет соблюдаться, то потребители, в ответ на некачественное обслуживание со стороны СТЦ, не будут соблюдать дисциплину платежей. Такая постановка задачи оптимизации ресурсов на техническое обслуживание, принципиально отличается от традиционной. Когда поставщик электроэнергии устанавливает, экономические показатели эффективности, например прибыль, а РТО определяет по остаточному принципу, ошибочно считая, что потребители будут исправно платить независимо от качества предоставляемых услуг.
Для нахождения искомого достаточного объёма РТО, рассмотрим систему (2.27) в той области фазового пространства, которой принадлежат начальные значения (2.29). В этой области потребность в отправке запасных элементов не превосходит ни числа свободных курьеров, ни численности элементов на складе, а численность элементов требующих ремонта, не превосходит числа ремонтников.
Здесь необходимо отметить следующее. При применении метода Колмогорова, достаточно убедиться в отсутствии тупиковых вершин в графе возможных состояний системы, чтобы утверждать, что решение стабилизируется и возможен переход от дифференциальных уравнений к алгебраическим. При применении метода динамики средних, отсутствие в графе возможных состояний элемента тупиковых вершин еще не гарантирует стабилизации средних численностей элементов. Примером здесь может служить «задача о численности волков и зайцев» [10], решение которой имеет циклический характер, не смотря на то, что граф не имеет тупиковых вершин. В силу этого и пришлось провести анализ определителя системы (2.33) в области малых очередей JVIQ.
Однако даже в этом виде, их можно использовать для определения ряда важных характеристик процесса восстановления системы учёта электропотребления. Причём для анализа, можно применить такой широко известный программный инструмент как Microsoft Excel. Приведём примеры.
При переходе на многотарифную систему оплаты электроэнергии, для СТЦ обслуживающего бытовых потребителей, проживающих в сельской местности, типовыми можно будет считать следующие характеристики. Число потребителей в зоне обслуживания совпадает с числом установленных счетчиков и равно N = 8 000. Наработка на отказ многотарифного электронного счётчика Т0 = 35 000 часов = 35 000 / (365 24) = 4 года. Среднее время следования Тсл =2 Часа. Среднее время оформления выезда Т0ф = 055 часа. Среднее время демонтажа отказавшего счётчика рано среднему времени монтажа (установки) исправного. Каждое из них составляет 1 час. Среднее время ремонта счётчика 1 рМ == 12 часов. Вместе с тем для СТЦ, обслуживающего бытовых потребителей в областном городе типовыми можно будет считать следующие исходные данные. Число потребителей в зоне обслуживания N = 40 000. Среднее время следования к месту отказа Тсл = 1 Час. Остальные характеристики такие же как указаны выше. Требуется предварительно оценить целесообразность внедрения автоматизированной системы учёта и контроля электропотребления (АСКУЭ). Применим полученные результаты для ответа на поставленный вопрос. При этом будем использовать в качестве расчётного инструмента табличный процессор Excel. В таблицах 1-4 приведены результаты расчёта достаточного объёма ресурсов СТЦ и соответствующих им средней численности электросчётчиков, исправно функционирующих у потребителей - Іїіі и разности (Ші-N), которая показывает у скольких потребителей в среднем счётчики не будут работать. Физический смысл этих величин можно пояснить следующим образом. Если в случайно выбранные моменты времени провести ряд инспекций, определяя исправные и отказавшие счётчики, а затем усреднить полученные данные, то окажется, что у IIlj потребителей счётчики работали, а у остальных (N-Ші) - нет. В программе на Excel показаны именно значения (iTli-N), чтобы знаком "минус" перед получаемыми значениями подчеркнуть их негативный характер.
Управление проектом внедрения системы учёта энергопотребления
В главе 2 приведены полученные автором формулы для расчёта численности персонала и количества запасных элементов, совокупность которых обеспечивает отсутствие очередей при централизованном агрегатном восстановлении систем учёта потребления электрической и тепловой энергии в бытовом секторе и промышленности. Вместе с тем ещё не решена проблема развёртывания современной системы учёта энергопотребления. Необходимо определить, как и какими силами и средствами организовать в приемлемые сроки с допустимыми затратами установку счётчиков, или замену их на более совершенные, с учётом того, что восстановление также необходимо организовать в этот период с приемлемыми показателями качества. Это серьёзная проблема, поскольку экономически целесообразное количество потребителей в зоне ответственности СТЦ может составлять от нескольких тысяч в сельской местности до нескольких десятков и даже сотен тысяч в городах. При этом среднее время следования от СТЦ к месту выполнения замены может доходить до четырёх часов. Заметим, что при большем среднем времени следования очень сложно организовать работу курьеров. Среднее время следования курьера равное четырём часам можно рассматривать как основной фактор, ограничивающий максимальные размеры зоны ответственности СТЦ.
Прежде чем перейти к формальной математической постановке, проанализируем данную задачу на содержательном уровне. Для конкретности рассмотрим случай, когда планируется не заменить, а установить счётчики потребления, например тепловой энергии. Тогда имеем следующий проект.
Планируется создать СТЦ, который должен при выходе на проектную мощность, обеспечить централизованное обслуживание счётчиков у заданного количества потребителей энергии, находящихся в зоне его ответственности. Предварительно счётчики надо приобрести и установить. Территориальные размеры зоны обслуживания значительны. Число потребителей, а, следовательно, и обслуживаемых устройств велико. В силу этого для выхода на проектную мощность потребуется значительное время -переходный период, во время которого неизбежны отказы уже установленных счётчиков. Эти отказы должны своевременно устранятся силами сотрудников СТЦ.
Как организовать работу, чтобы переходный период не слишком затянулся, а после его завершения персонал плавно перешёл к работе в установившемся режиме, при условии, что и в переходный период время восстановления не должно быть слишком велико?
По существу это задача о том, какие ресурсы необходимы для выполнения проекта, и как распределить их между различными работами во времени. Рассмотрим момент начала проекта. В нашей постановке получается, что никаких ресурсов нет, нет и обслуживаемых устройств. Рассмотрим установившейся режим, начинающийся сразу по окончанию переходного периода. В этот момент число обслуживаемых устройств (счётчиков потребления тепловой энергии) равно максимальному заданному значению, а число курьеров и рабочих, отвечающих за ремонт устройств доставленных курьерами в центр таково, что не возникает очередей на ремонт и замену, при условии наличия необходимого резерва счётчиков. Объём этих ресурсов рассчитывается по формулам приведенным в параграфах 2.2, 2.3 и 3.1. Необходимо определить, как перейти в данное конечное состояние из начального состояния за время не большее заданного. Это задача теории оптимального управления в социально-экономической сфере. Анализ переходного периода является важнейшим элементом для её решения.
Проблема переходного периода в данном случае заключается в том, что по мере возрастания числа установленных счётчиков увеличивается, и объём ресурсов, который необходимо выделить для организации восстановления. Рассмотрим эти ресурсы подробнее. Каждому конкретному значению числа установленных счётчиков N соответствует вполне определённый набор {r(N)5 R(N) n(N)} ресурсов, обеспечивающих своевременное восстановление, где I (N) - необходимое число курьеров; R(N) -необходимое число ремонтников; n(N) - необходимое количество запасных счётчиков.
Абсолютно очевидной является стратегия последовательного увеличения ресурсов в граничных точках, при которой курьеру, принятому на работу последним, поручается и установка счётчиков. Однако эта простейшая стратегия является вырожденной. Её реализация предполагает, что можно найти и принять на работу сотрудников в точно определённые моменты времени, а это практически нельзя реализовать. Рассмотрим другие, более реальные, варианты. Прежде всего, отметим, что критическим ресурсом в данной задаче планирования являются курьеры. Действительно, для установки неизбежно придётся приобрести достаточно значительное количество счётчиков. Часть из них может использоваться и для замены отказавших. Поэтому, ремонтники, а тем более запасные элементы не являются столь уж значимыми ресурсами в переходный период. Тактика приёма на работу ремонтников во многом будет зависеть от длительности переходного периода. Если он мал, то можно сразу принять R(Nmax) сотрудников. Приобретение ими опыта окупит лишние затраты. Если же переходный период растянется на годы, то можно увеличивать численность ремонтников, ориентируясь по граничным значениям. Величина же переходного периода определяется тем, как организован процесс установки новых и замены отказавших устройств контроля энергопотребления. Здесь в принципе возможны два принципиально разных подхода.
1. Сотрудники СТЦ выполняют только восстановление. Установку выполняют сотрудники привлечённой сторонней организации.
2. Проект внедрения системы учёта энергопотребления реализуется исключительно силами СТЦ.
Рассмотрим оба этих варианта. Привлечение сторонних специализированных организаций для монтажа и наладки применяется при внедрении технически сложных систем. В данном случае такой системы нет. Затраты будут очень велики, поскольку территориальные размеры зоны обслуживания значительны. Придется оплачивать не только работу внешних специалистов, но и транспортные расходы сторонней организации.
Внедрение системы учёта энергопотребления исключительно силами СТЦ будет значительно более экономичным, по сравнению с вариантом привлечения сторонних организаций. Определим, как надо организовать работы. Прежде всего, отметим следующее. По окончанию переходного периода не только значение числа обслуживаемых устройств должно быть равно Nmax, но и число курьеров должно составить Гтах. Откуда следует следующее логичное предложение. Необходимо сразу принять на работу Гтах курьеров, и поручить им как установку счётчиков, так и замену отказавших счётчиков на заведомо исправные. Каждому курьеру в смене необходимо выделить автомобиль для выполнения служебных обязанностей. Заметим, что именно из - за привязки к транспорту нецелесообразно использовать ремонтников в качестве дополнительных курьеров. Определим, какие приоритеты необходимо установить между двумя видами работ, выполняемыми курьерами в переходный период. На первый взгляд кажется, что все силы желательно сосредоточить на установке новых счётчиков, выполняя восстановление "между делом". Однако такой подход является ошибочным. Как показали исследования, проведенные автором, уменьшение числа курьеров ниже уровня определённого в предыдущих параграфах, приводит к быстрому накоплению неработоспособных счётчиков и увеличению времени их восстановления до неприемлемо больших значений. Если допустить такое ухудшение качества обслуживания клиентов в переходный период, то потом не следует ждать от них партнёрского сотрудничества [1, 18, 65, 66], даже если, качество услуг войдёт в норму. Таким образом, по результатам содержательного анализа для дальнейшего исследования отобрана следующая стратегия управления процессом внедрения системы энергопотребления.
