Разработка специализированного программного обеспечения для системы нефтеучета на предприятиях нефтепереработки с учетом российской специфики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

магистерской диссертации

Разработка специализированного программного обеспечения для системы нефтеучета на предприятиях нефтепереработки с учетом российской специфики

Общая характеристика работы

нефтеучет программный промышленность

Актуальность работы. Системы автоматизации управления производством в настоящее время получают всё большее распространение. Не только крупные, но также средние и мелкие предприятия проявляют интерес к подобного рода системам. Внедрение систем автоматизации позволяет повысить качество управленческих решений и достигнуть следующих целей:

- повысить эффективность управленческих решений и контроля технологических процессов;

- оптимизировать затраты сырья, а так же снизить потери на этапах приема, хранения, перемещения продукции за счет увеличения точности измерений и учета;

- получить доступ к своевременной и корректной информации о производстве и состоянии материально-технической базы;

- повысить эффективность работы персонала.

Однако при внедрении таких систем на предприятие может возникнуть ряд проблем, связанных со спецификой отрасли, конкретного производства, региона.

Многие существующие зарубежные решения не учитывают в полной мере специфики российского производства в целом. К таким специфичным особенностям можно отнести следующие:

- используемое оборудование;

- существующая инфраструктура;

- интегрирование с уже используемыми решениями;

- регламенты проведения операций;

- метрология операций приёмки и отпуска продукта.

Зарубежные решения ориентированы на передовое, современное оборудование, высокоразвитую инфраструктуру, однако на большинстве российских предприятиях используется устаревшая материально-техническая база, не подвергавшаяся модификации несколько десятилетий. Следует так же отметить, что зарубежные программные продукты не всегда учитывают аспекты российского законодательства, государственных стандартов по метрологии и проведению технологических процессов.

Эти и многие другие факторы делают актуальным разработку собственного программного обеспечения, отвечающего всем поставленным критериям.

Объектом исследования являются процессы контроля и учета движения нефтепродуктов на предприятиях нефтеобеспечения.

В качестве предмета исследования рассматриваются методы, методики, программные средства учета движения нефтепродуктов.

Цель диссертационной работы: Целью создания системы является повышение качества контроля движения нефтепродуктов на предприятиях нефтеобеспечения с учетом российской специфики.

Для достижения указанной цели необходимо выполнить следующие задачи:

- анализ существующих аналогов и прототипов;

- выявление специфики использования подобного класса систем в условиях российской промышленности;

- проектирование системы с учетом выявленной специфики;

- реализация специализированного программного обеспечения для системы нефтеучета с учетом российской специфики.

Методы исследований

Для решения указанных выше задач используется анализ методов и подходов создания систем контроля и учета движения нефтепродуктов, с последующем определением наиболее оптимальной методики реализации подобного рода систем. Так же использовались методы: теории вычислительных процессов, объектно-ориентированного программирования и построения графических человеко-машинных интерфейсов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- методика построения систем контроля и учета движения нефтепродуктов с учетом российской специфики;

- алгоритм синхронизации функциональных модулей клиентской и серверной частей при инициализации приложения;

- алгоритм создания, редактирования, выгрузки требуемых форм отчетностей с использованием шаблонов.

Практическая ценность работы заключается в разработке опытного образца специализированного программного обеспечения для системы нефтеучета с учетом российской специфики, которое позволяет повысить качество контроля и учета движения нефтепродуктов на предприятиях нефтеобеспечения.

Достоверность полученных результатов обусловлена корректностью математических выкладок, согласованностью основных теоретических результатов с известными положениями теории автоматизированного управления и теории нечётких множеств и результатами достаточно обширных вычислительных экспериментов по тестированию созданных алгоритмов, которые подтверждают непротиворечивость основных теоретических результатов и выводов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на конференции VI Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве» (г. Орёл, 2014 г.).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы. Работа содержит 110 страниц текста, в том числе 5 таблиц и 27 рисунков.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается выбор темы диссертации, ее актуальность, определены цели, задачи, объект и предмет исследования, сформулированы научная новизна и практическая значимость исследования.

Первая глава диссертации посвящена анализу задач, решаемых MES-системами, применяемых подходов и средств. В этой главе выполнен анализ требуемого функционала, определен состав пользователей системы, выполнен обзор существующих аналогов, определены требования к системе по заданным критериям.

В результате анализа MES-систем, выполняющих функции учета и контроля движения нефтепродуктов выявлено, что существующие программные решения можно условно разделить на три группы:

- специализированные корпоративные системы. Такие системы настроены только под требования определенной крупной компании;

- универсальные системы, предназначенные для работы с различными типами производств - как непрерывным, так и дискретным;

- специализированные системы, эволюционировавшие из низкоуровневых программ, например SCADA или АРМ. Подобные системы зачастую имеют большой недостаток. Изначально небольшой проект, постепенно обрастает дополнительным функционалом, а архитектура системы не предназначена для такого роста.

Так же существует ряд программных продуктов, разработанных для автоматизации предприятий нефтеобеспечения, однако разработаны они зарубежными разработчиками. Несмотря на то, что эти продукты имеют обширный функционал, они абсолютно не учитывают специфику российского производства: его нормативные документы и стандарты отечественного оборудования. В связи с этим, становится невозможным полноценно интегрировать данные сервисы.

Определены требования к разрабатываемой системе: поддержка широкого парка устройств используемой в российской промышленности, соответствие нормам, установленным российским законодательством, наличие средств интеграции в уже внедренные решения, масштабируемость, использование клиент-серверной архитектуры, модульной структуры приложения.

Во второй главе проводится анализ и исследование методики построения систем нефтеучета. Рассматриваются общие технологии построения MES-систем. Были выявлены следующие основные подходы:

- разработка узкоспециализированной, применимой лишь в определенных областях, но требующей минимальной настройки и затрат на внедрение системы;

- проектирование с избыточным функционалом, но имеющей более широкую область применения;

- разработка таким образом, что существует «ядро» и его «оболочка», которая в свою очередь состоит из подключаемых модулей. Модули могут поставляться как в составе продукта, так и отдельными продуктами. В результате система имеет большую область применения, но каждый пользователь в отдельности имеет тот функционал, который необходим.

Происходит уточнение функциональных требований разрабатываемой системы, на основе эталонного в этом аспекте программного продукта, а так же выявляются основные его недостатки, создающие трудности при использовании его в условиях российского производства. К этим недостаткам относятся:

- проблемы взаимодействия с оборудованием;

- проблемы интеграции в существующие системы;

- проблемы использования ресурсов;

- проблемы соответствия российским регламентам проведения операций.

В заключении второй главы предлагается методика формирования систем автоматизации нефтеучета с учетом российской специфики, учитывающей ранее выявленные аспекты.

Третья глава посвящена проектированию системы с учетом составленной методики. В этой главе приводится описание структуры программно-аппаратных средств, обобщенные алгоритмы инициализации приложения, ведения журнала, представляются инфологическая схема базы данных, архитектурная схема, схема функционирования разрабатываемой системы.

Программно-аппаратная архитектура системы учета движения нефтепродуктов представлена на рисунке 1.

Как видно из представленного рисунка, система представляет собой распределенное клиент-серверное приложение, с единой базой данных. Клиентская часть приложения реализует функционал для работы с пользователем: ввод, загрузка данных, генерация отчетных форм, получение информации от полевых устройств, взаимодействие с сервером. Серверная часть системы реализует набор логики для корректной работы клиентов, прямой доступ к базе данных, мониторинг показаний подключенных устройств, обновление и фрагментирование базы данных.

Рисунок 1. Программно-аппаратная архитектура системы учета движения нефтепродуктов

Рисунок 2. Состав системы учета движения нефтепродуктов

Состав системы учета движения нефтепродуктов, изображенный на рисунке 2, дает представление о составе модулей системы.

«Главная серверная служба» - это главный запускаемый процесс для всех модулей сервера. Загружает установленные модули по принципу плагинов.

«Интерфейс пользователя», запускаемый на клиентских машинах. После подключения к серверу загружает такие же плагины, какие загружены на сервере, проверяя соответствие версии плагинов с соответствующими плагинами сервера.

Плагин «Браузер плагинов», к которому клиент подключается в первую очередь. Возвращает таблицу плагинов сервера, их версии (для контроля соответствия версии на клиенте и сервере) и номера TCP-портов.

Плагин «Протокол» осуществляет запись на сервере последовательность событий в текстовый файл во временных папках для отладки сбоев.

Плагин «Уведомитель» оповещает персонал о значимых событиях с использованием e-mail и SMS-сообщений.

Плагины-владельцы предоставляют фиксированный массив видов событий. «Уведомитель» при каждой загрузке обновляет таблицу, ведет таблицу контактов (персонала) и таблицу признаков необходимости оповещения для пар «контакт» - «вид события».

Клиентская часть «Уведомителя» реализует окно просмотра / редактирования указанных таблиц для настройки и окно просмотра последних сообщений.

Плагин отчетов - библиотека, экспортирующая из базы данных печатные отчеты на основе библиотеки FastReport в файлы HTML, PDF, DOC для просмотра человеком, а также табличные отчеты в файлы DBF, XML, XLS, TXT для импорта другим ПО.

Плагин «OPC-коммуникатор» - библиотека, выполняющая чтение / запись данных в/из OPC-серверы, возможно через локальную сеть.

Плагин обновления модулей - библиотека, выполняющая обновление версий других модулей. Первоначально главная функция - контроль соответствия требуемой и фактической версии БД каждого модуля Системы, обновление фактической версии структуры БД до требуемой.

Плагин «Редактор таблиц» - библиотека, в клиентской части реализующая окно для отображения произвольных табличных данных с возможностью фильтрации и редактирования.

Плагин обслуживания БД - библиотека, удаляющая устаревшую информацию из БД, выполняющая принудительную дефрагментацию (перестроение) индексов для устранения проблем с производительностью БД после продолжительного использования. Также выполняется резервное копирование БД с указанной периодичностью.

Четвертая глава посвящена реализации опытного образца системы контроля и учета движения нефтепродуктов и оценке её эффективности. В этой главе описывается логика работы диалога пользователя, приводятся частные алгоритмы, описываются экранные формы, а так же приводятся показатели эффективности разрабатываемой системы.

Схема алгоритма создания главного окна представлена на рисунке 3.

Первым этапом происходит инициализация «домашней директории» приложения в реестре Windows. Она используется для хранения временных данных, таких как текущие настройки приложения.

После этого происходит проверка подключения к серверу. В случае, когда соединение установлено успешно, алгоритм продолжает свое выполнение, иначе - происходит обработка исключения.

Начинается процесс синхронизации.

происходит процесс проверки актуальности версий. Может сложиться ситуация, когда версия структуры базы данных будет отличаться от версии исполняемого файла. В таком случае корректная работа приложения не может быть гарантирована. Для предотвращения этой ситуации, каждый раз при запуске приложения происходит процесс сравнения версий исполняемого файла и структуры базы данных. Если они равны, или находятся в допустимом вариативном диапазоне (ширина которого будет регламентирована на этапе тестирования и отладки), то приложение продолжает свою работу. В противном случае пользователю выводится информация о данном исключении и процесс функционирования прекращается.

Далее клиентская часть запрашивает у серверной список запущенных плагинов. После этого, происходит проверка актуальности и запуск нужных плагинов на стороне клиента. Далее сервер отправляет клиенту список всего подключенного оборудования и его состояние. Клиент сверяет список полученных устройств с оборудованием, для которого есть информация в регламентах работы в БД. Если информация есть - происходит корректировка данных в соответствии с имеющимися регламентами.

Рисунок 3. Схема алгоритма создания главного окна, лист 1

Рисунок 3. Лист 2

На следующих этапах происходит аутентификация и авторизация пользователя. Выбор варианта способа получения пользовательских данных зависит от его удобности и понятности. Одним из вариантов получения пользовательских данных является использование роли и логина текущего пользователя Windows. Если смена текущего пользователя закрыта, она автоматически открывается. После этого происходит загрузка сохраненных настроек приложения и отображение главного окна.

Алгоритм работы с отчетами.

Главной особенностью работы с отчетами является, то, вызовы осуществляются через высокоуровневую библиотеку, которая позволяет получать доступ к требуемому функционалу используя любой императивный язык программирования.

В заключении излагаются основные результаты диссертационной работы:

1. Анализ предметной области и существующих аналогов и прототипов показал, что не существует системы, полностью учитывающей специфику российского производства.

2. Анализ принципов создания систем контроля нефтеучета показал, что требуется создание собственной методики проектирования системы автоматизации нефтеучета, для удовлетворения всех требований, продиктованных спецификой российского производства.

3. Разработанная методика создания систем автоматизации нефтеучета позволяет учитывать особенности российского производства в данной сфере, а так же разработать продукт, гибко настраиваемый для работы в основных типовых конфигурациях, используемых в промышленности.

4. Разработанная в результате выполнения данной работы структура и архитектура позволяют обеспечить высокую отказоустойчивость, масштабируемость, а так же реализацию функции учета движения нефтепродуктов по поставленным критериям.

5. Разработан и исследован опытный образец специализированного программного обеспечения для системы нефтеучета в системе автоматизации предприятия нефтепереработки, который позволяет повысить качество контроля выполнения операций приемки, отпуска, и хранения.

Список работ, опубликованных по теме диссертации в материалах конференции

нефтеучет программный промышленность

1. Тарасов А.О. Проблемы построения систем автоматизации предприятий нефтеобеспечения с учетом российских специфик[Текст] / Тарасов А.О. // Информационные технологии в науке, образовании и производстве. (ИТНОП). Материалы VI Международной научно-технической конференции. - 2014. - Орёл: ГУ-УНПК.

2. Тарасов А.О. Инструментальные средства обновления клиентской части программного комплекса[Текст] / Тарасов А.О. // Информационные технологии в науке, образовании и производстве. (ИТНОП). Материалы V Международной научно-технической конференции. - 2012. - Орёл: ГУ-УНПК.

3. Инструментальные средства создания систем обновления программных комплексов[Текст] / Тарасов А.О. // Прикладная математика, управление и информатика. Сборник трудов Международной молодежной конференции. - 2012. - Белгород: ИД «Белгород».

4. Распределенная система контроля движения нефтепродуктов на предприятиях нефтеобеспечения[Текст] / Тарасов А.О., Яшин А.И. // Информационные системы и технологии (ИСИТ). Материалы Международной научно-технической интернет-конференции. - 2013. - Орел.

Размещено на Allbest.ru