Результат интеллектуальной деятельности: Система для оптимизации инвестиционных потоков

Система относится к области водоотведения, а также способам (устройств) для оптимизации инвестиционных потоков при модернизации (реконструкции) систем водоотведения.

Известна «Система и способ оптимизации животноводческого производства» (см. патент №2399289 - Российская Федерация: МПК G06F 1/00 (2006.01), Опубликовано: 20.09.2010 Бюл. №26), включающая в себя подсистему имитатора, выполненную с возможностью приема множества входных параметров животных и генерирования прогнозируемой характеристики, при этом, по меньшей мере, одни из входных параметров животных обозначены как переменные входные параметры, и подсистему управления предприятием, выполненную с возможностью генерирования оптимизированного значения, по меньшей мере, для одного переменного входного параметра на основе, по меньшей мере, одного критерия оптимизации и состава корма для животного. Использование группы изобретений позволит повысить производительность животноводческого производства.

Недостатком известной системы является ограниченная область применения в связи с невозможностью оптимизации затрат на модернизацию объекта управления, так как указанная система и способ учитывают только входные и выходные параметры объекта управления (которые являются переменными) и не учитывают затраты на модернизацию и расходы на содержание объекта управления.

Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели служит система управления энергопотреблением при эксплуатации канализационных насосных станций (КНС), (см. патент на полезную модель №94291, Рос. Федерация: МПК F04B 51/00 (2006.01) / Кармазинов Ф.В., Кинебас А.К., Трухин Ю.А. и др.; опубл. 20.05.2010), включающая:

модуль перекачки воды, содержащий, по меньшей мере, два насоса с всасывающими и напорными трубопроводами,

модуль анализа диагностируемых параметров, содержащий блок сравнения подач, блок коррекции диагностируемого параметра по частоте вращения вала, блок коррекции диагностируемого параметра по диаметру рабочего колеса, блок анализа диагностируемых параметров, блок ввода эталонных диагностируемых параметров, при этом выход блока сравнения подач подключен к входу блока коррекции диагностируемого параметра по частоте вращения вала, вход блока коррекции диагностируемого параметра по диаметру рабочего колеса подключен к выходу блока коррекции диагностируемого параметра по частоте вращения вала, а выходы блоков коррекции диагностируемого параметра по диаметру рабочего колеса и ввода эталонных диагностируемых параметров - к входу блока анализа диагностируемых параметров;

модуль контрольно-измерительных приборов, содержащий, по меньшей мере, два датчика подачи насоса, по меньшей мере, два датчика давления, установленные соответственно на всасывающем и напорном трубопроводах, датчик частоты вращения вала насоса, измеритель потребляемой мощности, при этом все датчики и измеритель потребляемой мощности модуля контрольно-измерительных приборов выполнены мобильными и дополнительно снабжены устройствами записи данных и каналами связи, выходы устройств записи данных, по меньшей мере, двух датчиков давления, датчика частоты вращения вала насоса и измерителя потребляемой мощности при помощи каналов связи подключены к входу блока коррекции диагностируемого параметра по частоте вращения вала, а выходы устройств записи данных, по меньшей мере, двух датчиков подачи насоса - к входу блока сравнения подач,

модуль оптимизации энергопотребления, содержащий блок формирования гидравлических характеристик сетей, к входу которого при помощи каналов связи подключены выходы устройств записи данных, по меньшей мере, двух датчиков давления и выход блока сравнения подач, блок анализа энергопотребления, блок ввода диагностируемых параметров насосов-конкурентов, блок анализа энергопотребления насосов-конкурентов, при этом выходы блока анализа диагностируемых параметров и блока формирования гидравлических характеристик сетей подключены к входу блока анализа энергопотребления, выходы блока формирования гидравлических характеристик сетей и блока ввода диагностируемых параметров насосов-конкурентов подключены к входу блока анализа энергопотребления насосов-конкурентов.

Кроме того блок анализа энергопотребления, блок анализа энергопотребления насосов-конкурентов выполнены с возможностью определения суммарного энергопотребления, модуль перекачки воды снабжен приемным резервуаром с подводящим трубопроводом, модуль контрольно-измерительных приборов - датчиком интенсивности дождя с устройством записи данных и каналом связи, модуль оптимизации энергопотребления - блоком ввода объема приемного резервуара, блоком анализа водопритока, блоком ввода характеристик бассейна канализования, при этом всасывающие и напорные трубопроводы, по меньшей мере, двух насосов соединены с приемным резервуаром, выходы блока сравнения подач, блока ввода объема приемного резервуара, блока ввода характеристик бассейна канализования и устройства записи данных датчика интенсивности дождя при помощи канала связи подключены к входу блока анализа водопритока, а выход блока анализа водопритока подключен к входу блока анализа энергопотребления и к входу блока анализа энергопотребления насосов-конкурентов.

Для указанной системы характерна ограниченная область применения, т.к. она рассчитана на решение оптимизационной задачи только на одном элементе системы водоотведения - канализационной насосной станции (КНС), и направлена на снижение только одного вида затрат - оплаты за электропотребление. По этой причине с применением этой системы не представляется возможным решение задачи по оптимизации инвестиций на модернизацию систем водоотведения в целом, поскольку:

1. В ней не учитываются:

затраты на модернизацию элементов объектов управления, такие как водоотводящие сети, очистные сооружения и выпуски сточных вод;

затраты на ликвидацию аварий, количество которых зависит от интенсивности отказов оборудования объектов управления;

затраты на платежи за негативное воздействие на окружающую среду, зависящих от количества загрязнений, сбрасываемых объектом управления в водные объекты;

затраты на оплату электроэнергии, на очистку сточных вод.

2. С ее применением возможно решить только задачу оптимального выбора насосов из перечня насосов-конкурентов в пределах одного элемента (КНС) объекта управления, а задачу обоснования оптимальной последовательности модернизации решить невозможно.

Задачей настоящего изобретения является расширение области применения известной системы.

Поставленная задача решена так, что в известной системе, включающей по меньшей мере, два объекта управления, модуль анализа диагностируемых параметров, содержащий блок анализа диагностируемых параметров, блок ввода эталонных диагностируемых параметров, в соответствии с настоящим изобретением:

в качестве объектов управления принимают системы водоотведения,

блок анализа диагностируемых параметров выполнен с возможностью ввода фактических значений целевых показателей надежности, качества, энергетической эффективности объектов управления,

блок ввода эталонных диагностируемых параметров выполнен с возможностью ввода плановых значений целевых показателей надежности, качества, энергетической эффективности объектов управления.

Кроме того, система дополнительно снабжена:

модулем ввода характеристик объекта управления,

модулем определения эксплуатационных затрат объектов управления, содержащим блок определения эксплуатационных затрат объектов управления при фактических значениях целевых показателей надежности, качества, энергетической эффективности объектов управления и блок определения эксплуатационных затрат объектов управления при плановых значениях целевых показателей надежности, качества, энергетической эффективности объектов управления,

модулем определения затрат на проведение мероприятий по модернизации объектов управления,

модулем определения коэффициента рентабельности проведения мероприятий по модернизации объектов управления,

модулем оптимизации инвестиционных затрат по объектам управления.

При этом,

выход модуля ввода характеристик объекта управления соединен с входом блока анализа диагностируемых параметров и с входом блока ввода эталонных диагностируемых параметров,

выход блока анализа диагностируемых параметров соединен с входом блока определения эксплуатационных затрат объектов управления при фактических значениях целевых показателей надежности, качества, энергетической эффективности объектов управления,

выход блока ввода эталонных диагностируемых параметров соединен с входом блока определения эксплуатационных затрат при плановых значениях целевых показателей надежности, качества, энергетической эффективности объектов управления,

выход блока анализа диагностируемых параметров и выход блока ввода эталонных диагностируемых параметров объектов управления соединен с входом модуля определения эксплуатационных затрат объектов управления и с входом модуля определения затрат на проведение мероприятий по модернизации объектов управления,

выход модуля определения эксплуатационных затрат объектов управления и выход модуля определения затрат на проведение мероприятий по модернизации объектов управления соединены со входом модуля определения коэффициента рентабельности проведения мероприятий по модернизации объектов управления,

выход модуля определения коэффициента рентабельности проведения мероприятий по модернизации объектов управления соединен со входом модуля оптимизации инвестиционных затрат по объектам управления.

Отличительными признаками заявляемой системы для оптимизации инвестиционных потоков являются:

1. Выбор в качестве объектов управления системы водоотведения;

2. Выполнение блока анализа диагностируемых параметров с возможностью ввода фактических значений целевых показателей надежности, качества, энергетической эффективности объектов управления;

3. Выполнение блока ввода эталонных диагностируемых параметров с возможностью ввода плановых значений целевых показателей надежности, качества, энергетической эффективности объектов управления;

4. Дополнительное снабжение модулем ввода характеристик объекта управления;

5. Дополнительное снабжение модулем определения эксплуатационных затрат объектов управления;

6. Включение в состав модуля определения эксплуатационных затрат объектов управления блока определения эксплуатационных затрат объектов управления при фактических значениях целевых показателей надежности, качества, энергетической эффективности объектов управления;

7. Включение в состав модуля определения эксплуатационных затрат объектов управления блока определения эксплуатационных затрат при плановых значениях целевых показателей надежности, качества, энергетической эффективности объектов управления;

8. Дополнительное снабжение модулем определения затрат на проведение мероприятий по модернизации объектов управления;

9. Дополнительное снабжение модулем определения коэффициента рентабельности проведения мероприятий по модернизации объектов управления;

10. Дополнительное снабжение модулем оптимизации инвестиционных затрат по объектам управления.

11. Соединение выхода модуля ввода характеристик объекта управления с входом блока анализа диагностируемых параметров и с входом блока ввода эталонных диагностируемых параметров;

12. Соединение выхода блока анализа диагностируемых параметров с входом блока определения эксплуатационных затрат объектов управления при фактических значениях целевых показателей надежности, качества, энергетической эффективности объектов управления;

13. Соединение выхода блока ввода эталонных диагностируемых параметров с входом блока определения эксплуатационных затрат при плановых значениях целевых показателей надежности, качества, энергетической эффективности объектов управления;

14. Соединение выхода блока анализа диагностируемых параметров и выхода блока ввода эталонных диагностируемых параметров объектов управления с входом модуля определения эксплуатационных затрат объектов управления и с входом модуля определения затрат на проведение мероприятий по модернизации объектов управления;

15. Соединение выхода модуля определения эксплуатационных затрат объектов управления и выхода модуля определения затрат на проведение мероприятий по модернизации объектов управления с входом модуля определения коэффициента рентабельности проведения мероприятий по модернизации объектов управления;

16. Соединение выхода модуля определения коэффициента рентабельности проведения мероприятий по модернизации объектов управления с входом модуля оптимизации инвестиционных затрат по объектам управления.

По сведениям, имеющимся у авторов, отличительный признак №1 в технической литературе известен, а остальные - нет, что отвечает условию патентоспособности «новизна».

Совместное применение в заявляемом устройстве указанных отличительных признаков позволяет получить положительный эффект, который заключается в том, что расширяется область применения системы, т.к. она может быть применена для решения задач оптимизации инвестиционных потоков на модернизацию систем водоотведения в целом. Это достигается благодаря наличию отличительных признаков №1-16, т.к.:

- за счет применения отличительных признаков №1, 4, 8, 11, 14 появляется возможность определить затраты на модернизацию элементов объектов управления, такие как водоотводящие сети, очистные сооружения и выпуски сточных вод;

- за счет применения отличительных признаков №1-7, 11-13 появляется возможность определить затраты на ликвидацию аварий, количество которых зависит от интенсивности отказов оборудования объектов управления;

- за счет применения отличительных признаков №1-7, 11-13 появляется возможность определить затраты на платежи за негативное воздействие на окружающую среду, зависящих от количества загрязнений, сбрасываемых объектом управления в водные объекты;

- за счет применения отличительных признаков №1-7, 11-13 появляется возможность определить затраты на оплату электроэнергии, на очистку сточных вод.

- за счет применения отличительных признаков №9, 10, 15, 16 появляется возможность обоснования оптимального варианта очередности модернизации объектов управления.

Предлагаемая авторами система отличается от прототипа конструктивно.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемой «Системы для оптимизации инвестиционных потоков», на Фиг. 2. - пример сводной таблицы затраты, учтенных в предлагаемой системе, на Фиг. 3. - пример графика с результатами определения значений чистой приведенной стоимости, определяемой в модуле определения коэффициента рентабельности проведения мероприятий по модернизации, для каждого объекта управления, на Фиг. 4. - пример определения значений чистой приведенной стоимости для группы объектов управления в зависимости от порядка модернизации, на Фиг. 5 - пример оптимальной последовательности модернизации объектов управления.

Система содержит (см. фиг. 1) модуль 1 ввода характеристик объекта управления, в который вводится информация по n объектов управления, при этом n≥2, выход которого подключен по каналу связи 2 к входу модуля 3 анализа диагностируемых параметров, содержащим:

блок 4 анализа диагностируемых параметров, выход которого подключен по каналу связи 5 к входу блока 6 определения эксплуатационных затрат объектов управления при фактических значениях целевых показателей надежности, качества, энергетической эффективности объектов управления и по каналу связи 7 к входу модуля 8 определения затрат на проведение мероприятий по модернизации объектов управления,

блок 9 ввода эталонных диагностируемых параметров, выход которого подключен по каналу связи 10 к входу блока 11 определения эксплуатационных затрат объектов управления при плановых значениях целевых показателей надежности, качества, энергетической эффективности объектов управления и каналу связи 12 к входу модуля 8 определения затрат на проведение мероприятий по модернизации объектов управления.

Блок 6 определения эксплуатационных затрат объектов управления при фактических значениях целевых показателей надежности, качества, энергетической эффективности объектов управления и блок 11 определения эксплуатационных затрат объектов управления при плановых значениях целевых показателей надежности, качества, энергетической эффективности объектов управления составляют модуль 13 определения эксплуатационных затрат объектов управления.

Выход модуля 8 определения затрат на проведение мероприятий по модернизации объектов управления по каналу связи 14 и выход модуля 13 определения эксплуатационных затрат объектов управления по каналу связи 15 подключены к входу модуля 16 определения коэффициента рентабельности проведения мероприятий по модернизации объектов управления.

Выход модуля 16 определения коэффициента рентабельности проведения мероприятий по модернизации объектов управления по каналу связи 17 подключен к входу модуля 18 оптимизации инвестиционных затрат по объектам управления.

Настоящим изобретением допускаются различные варианты исполнения каналов связи 2, 5, 7, 10, 12, 14, 15, 17. Например, на магнитных носителях, по сетям Internet и т.п.

Предлагаемая Система для оптимизации инвестиционных потоков работает следующим образом.

В модуль 1 ввода характеристик объекта управления вводятся по меньшей мере следующие характеристики объекта управления: длины L_i и диаметры D_i i-ых участков сетей водоотведения, расчетные расходы Q_pacч очистных сооружений, категория приемника очищенных сточных вод Пр_СВ, стоимость одного ремонта C_i участка сетей водоотведения.

Из модуля 1 ввода характеристик объекта управления по каналу связи 2 в модуль 3 анализа диагностируемых параметров передаются характеристики объекта управления. Они одновременно передаются в блок 4 анализа диагностируемых параметров и блок 9 ввода эталонных диагностируемых параметров.

При этом, в блок 4 анализа диагностируемых параметров модуля 3 анализа диагностируемых параметров дополнительно вводятся фактические целевые показатели надежности, качества, энергетической эффективности объекта управления, а в блок 9 ввода эталонных диагностируемых параметров модуля 3 анализа диагностируемых параметров - плановые целевые показатели надежности, качества, энергетической эффективности объекта управления. К фактическим и плановым целевым показателям надежности, качества, энергетической эффективности объекта управления в соответствии с настоящим изобретением относятся:

- удельное количество аварий и засоров в расчете на протяженность канализационной сети в год 1/км;

- доля сточных вод, не подвергающихся очистке, в общем объеме сточных вод, сбрасываемых в централизованные общесплавные или бытовые системы водоотведения %;

- доля поверхностных сточных вод, не подвергающихся очистке, в общем объеме поверхностных сточных вод, принимаемых в централизованную ливневую систему водоотведения %;

- доля проб сточных вод, не соответствующих установленным нормативам допустимых сбросов, лимитам на сбросы, рассчитанная применительно к видам централизованных систем водоотведения раздельно для централизованной общесплавной (бытовой) и централизованной ливневой систем водоотведения (в процентах) %;

- доля поверхностных сточных вод, не подвергающихся очистке, в общем объеме поверхностных сточных вод, поступивших в раздельную дождевую систему водоотведения %;

- доля проб поверхностных сточных вод, не соответствующих установленным нормативам допустимых сбросов, лимитам на сбросы, рассчитанных для раздельной дождевой системы %;

- удельный расход электрической энергии, потребляемой в технологическом процессе очистки сточных вод, на единицу объема очищаемых сточных вод, кВт-ч/м³

- удельный расход электрической энергии, потребляемой в технологическом процессе транспортировки сточных вод, на единицу объема транспортируемых сточных вод, кВт-ч/м³

- удельный расход электрической энергии, потребляемой в технологическом процессе очистки поверхностных сточных вод, на единицу объема очищаемых поверхностных сточных вод, кВт-ч/м³

- удельный расход электрической энергии, потребляемой в технологическом процессе транспортировки поверхностных сточных вод, на единицу объема транспортируемых поверхностных сточных вод, кВт-ч/м³

Из выхода блока 4 анализа диагностируемых параметров модуля 3 анализа диагностируемых параметров по каналу связи 5 к входу блока 6 определения эксплуатационных затрат объектов управления при фактических значениях целевых показателей надежности, качества, энергетической эффективности объектов управления модуля 13 определения эксплуатационных затрат объекта управления передаются характеристики объекта управления и фактические целевые показатели надежности, качества, энергетической эффективности объекта управления.

Из выхода блока 9 ввода эталонных диагностируемых параметров модуля 3 анализа диагностируемых параметров по каналу связи 10 к входу блока 11 определения эксплуатационных затрат объектов управления при плановых значениях целевых показателей надежности, качества, энергетической эффективности объектов управления модуля 13 определения эксплуатационных затрат объекта управления передаются характеристики объекта управления и плановые целевые показатели надежности, качества, энергетической эффективности систем водоотведения объекта управления.

В блоке 6 определения эксплуатационных затрат объектов управления при фактических значениях целевых показателей надежности, качества, энергетической эффективности объектов управления модуля 13 определения эксплуатационных затрат объекта управления производят определение эксплуатационных затрат объекта управления до проведения мероприятий по модернизации по каждому из n объектов управления по формуле

В блоке 11 определения эксплуатационных затрат объектов управления при плановых значениях целевых показателей надежности, качества, энергетической эффективности объектов управления модуля 13 определения эксплуатационных затрат объекта управления производят определение эксплуатационных затрат объекта управления после проведения мероприятий по модернизации по каждому из n объектов управления по формуле

где - затраты на ликвидацию аварий до и после проведения модернизации объекта управления, руб.

- экологические выплаты до и после проведения модернизации объекта управления, руб.

- затраты электрической энергии на транспортировку и очистку сточных вод, руб.

В качестве примера на фиг. 2 в колонках 2 и 3 приведены результаты оценки таких затраты.

Из выхода модуля 13 определения эксплуатационных затрат объекта управления по каналу связи 15 к входу модуля 16 определения коэффициента рентабельности проведения мероприятий по модернизации объекта управления передаются полученные значения эксплуатационных затрат до и после проведения модернизации объекта управления.

Из выхода блока 4 анализа диагностируемых параметров модуля 3 анализа диагностируемых параметров, фактические целевые показатели надежности, качества, энергетической эффективности систем водоотведения по каналу связи 7 к входу модуля 8 определения затрат на проведение мероприятий по модернизации объекта управления передаются характеристики объекта управления и фактические целевые показатели надежности, качества, энергетической эффективности систем водоотведения объекта управления.

Из выхода блока 9 ввода эталонных диагностируемых параметров модуля 3 анализа диагностируемых параметров по каналу связи 12 к входу модуля 8 определения затрат на проведение мероприятий по модернизации объекта управления передаются характеристики объекта управления и плановые целевые показатели надежности, качества, энергетической эффективности систем водоотведения объекта управления.

В модуле 8 определения затрат на проведение мероприятий по модернизации объекта управления производят определение объемов затрат I на проведение мероприятий модернизации. Настоящим изобретением допускаются различные методики определения затрат, например, по сметной стоимости или по укрупненным показателям.

В качестве примера на фиг. 2 в колонке 4 приведены результаты оценки стоимости мероприятий по модернизации объекта управления.

Объемы затрат I из выхода модуля 8 определения затрат на проведение мероприятий по модернизации объекта управления по каналу связи 15 передаются к входу модуля 16 определения коэффициента рентабельности проведения мероприятий по модернизации объекта управления.

В модуле 16 определения коэффициента рентабельности проведения мероприятий по модернизации объекта управления производят определение чистой приведенной стоимости (NPV) по формуле

Следовательно

где Т - период оценки чистой приведенной стоимости;

k_I - коэффициент инфляции, при этом k_I=const;

k_d - коэффициент дисконтирования, при этом k_d=const;

t - год оценки от t=0 до t=Т.

В связи с тем что k_I=const и k_d=const одинаковы для всех рассматриваемых объектов, значение NPV зависит от стоимости мероприятий модернизации и эксплуатационных затрат по каждому из n объекта управления до и после модернизации, определяющим в выборе оптимальной последовательности модернизации объекта управления является коэффициент рентабельности проведения мероприятий по модернизации объекта управления Re

На фиг. 3 в качестве примера приведен график с результатами определения значений чистой приведенной стоимости, определяемой в модуле определения коэффициента рентабельности проведения мероприятий по модернизации, для каждого объекта управления. Значения чистой приведенной стоимости для каждого из n объектов, приведенных на фиг. 2 за период оценки: 1 - объект со значением Re =10,20; 2 - то же, Re=11,10; 3 - то же, Re=12,26; 4 - то же, Re=13,28; 5 - то же, Re=17,28; 6- то же, Re=18,64; 7 - то же, Re=21,06; 8 - то же, Re=21,95; 9 - то же, Re=23,72; 10 - то же, Re=31,82.

Дополнительно на фиг. 4 приведены результаты суммирования значений чистой приведенной стоимости для группы из n объектов в зависимости от очередности их модернизации. Значения NPV для группы объектов: линия 1 - модернизация всех объектов, начало в первый год периода оценки; линия 2 - модернизация объектов поочередно в течении 10 лет, модернизация объекта с меньшим коэффициентом рентабельности из не модернизированных; линия 3 - модернизация объектов поочередно в течении 10 лет, произвольный выбор объекта модернизации; линия 4 - модернизация объектов поочередно в течении 10 лет, модернизация объекта с меньшей стоимостью модернизации из не модернизированных; линия 5 - модернизация объектов поочередно в течении 10 лет, модернизация объекта с большим коэффициентом рентабельности из не модернизированных.

Оценивая значения чистой приведенной стоимости объектов управления из фиг. 4 определяется, что для представленного примера наиболее эффективной последовательностью является модернизация объекта управления с меньшим коэффициентом рентабельности проведения мероприятий по модернизации объекта управления из не модернизированных, представленная линией 2.

Из выхода модуля 16 определения коэффициента рентабельности проведения мероприятий по модернизации объектов управления по каналу связи 17 к входу модуля 18 оптимизации инвестиционных затрат по объектам управления передаются значения коэффициента рентабельности проведения мероприятий по модернизации объекта управления.

В модуле 18 оптимизации инвестиционных затрат по объектам управления производят ранжировку коэффициента рентабельности проведения мероприятий по модернизации объекта управления от меньшего к большему. В качестве примера на фиг. 5 приведен результат этого этапа определения оптимальной последовательности модернизации объектов управления по рассматриваемому примеру.

Таким образом для предлагаемой системы характерна «промышленная применимость».