Streszczenie
Procesy informatyzacji przedsibiorstw oraz powszechne wykorzystywanie w pracy narzdzi informatycznych nie wszdzie przebiegaj w jednakowym tempie. Mona znale takie brane gospodarki, gdzie procesy wprowadzania nowych tech-nologii s mocno opó nione lub realizowane od niedawna.
Wiele skomplikowanych operacji w dalszym cigu wykonuje si w duym stopniu manualnie, co ze wzgldu na brak zastosowania nowoczesnej technologii moe pro-wadzi do duych strat, zarówno ekologicznych jak i finansowych. Opó nienia we wprowadzeniu nowych rozwiza wynikaj z reguły ze stopnia skomplikowania nie-zbdnych rozwiza, znacznych nakładów finansowych wymaganych do poniesienia, jak równie z ju przestarzałej infrastruktury.
Jedn z takich bran jest gospodarka wod, rozumiana w artykule jako proces produkcji wody oraz jej dystrybucji poprzez sieci wodocigowe do odbiorców, za-równo indywidualnych jak i przemysłowych. Autor pracy zamierza przedstawi kon-cepcj stworzenia systemu klasy SDSS, wspomagajcego prac przedsibiorstwa wodocigowego oraz realizujcego monitoring podlegajcej mu sieci wodnej.
Skonstruowanie oraz wdroenie proponowanego systemu informatycznego umoliwi firmie zajmujcej si produkcj oraz dystrybucj wody zmniejszenie kosz-tów jej produkcji oraz obsługi sieci wodocigowej, a take szybkie reagowanie na ewentualne awarie. Jest to szczególnie istotne ze wzgldu na wysokie koszty dodat-kowo ponoszone przez uytkowników kocowych.
Słowa kluczowe: gospodarka wodna, wodocigi, systemy wspomagania decyzji, DSS, systemy informacji przestrzennej, GIS, przestrzenne systemy wspomagania decyzji, SDSS
1. Wprowadzenie
Procesy informatyzacji przedsibiorstw oraz powszechne wykorzystywanie w pracy narzdzi informatycznych nie wszdzie przebiegaj w jednakowym tempie. Mona znale takie brane gospodarki, gdzie procesy wprowadzania nowych technologii s mocno opó nione lub realizowa-ne od niedawna. W lad za t tendencj wiele skomplikowanych operacji w dalszym cigu wyko-nuje si w duym stopniu manualnie, co ze wzgldu na brak zastosowania nowoczesnej technolo-gii moe prowadzi do duych strat, zarówno ekologicznych jak i finansowych. Opó nienia we wprowadzeniu nowych rozwiza wynikaj z reguły ze stopnia skomplikowania niezbdnych rozwiza, znacznych nakładów finansowych wymaganych do poniesienia, jak równie z ju przestarzałej infrastruktury.
Jedn z takich bran jest gospodarka wod, rozumiana w artykule jako proces produkcji wody oraz jej dystrybucji poprzez sieci wodocigowe do odbiorców, zarówno indywidualnych jak i przemysłowych.
Stan informatyzacji firm wodocigowych w Polsce w zakresie automatyzacji procesów, map numerycznych, monitoringu, oblicze hydraulicznych oraz analiz racjonalnego wykorzystania zasobów został m.in. opisany w pracy autorów: Bogdan L., Karczmarska D., Studziski J.: Com-puterization of waterworks in Poland – current state and perspectives1. Ze wspomnianego artykułu jasno wynika, e nawet w obszarze działa czysto technicznych nie ma prób integrowania progra-mów wykonujcych róne funkcje. Tym bardziej nie ma takich usiłowa w zakresie integrowania programów technicznych i administracyjnych i tworzenia z ich uyciem kompleksowych syste-mów wspomagania decyzji.2
Organizacja dostarczania wody w gminach w Polsce jest rónie rozwizywana. W niektórych jest to firma działajca tylko lokalnie obsługujc mieszkaców oraz przedsibiorstwa tylko na terenie jednej gminy. W innych natomiast działaj wiksze zaopatrujce w wod od kilku do kil-kudziesiciu okolicznych gmin. Jednak niezalenie od wielkoci obszaru działania jednym pod-stawowych zada w przedsibiorstwie wodocigowym jest efektywne zarzdzanie jej sieci3. Oczywicie jego realizacja bdzie duo bardziej trudna w przypadku przedsibiorstw działajcych na wikszym obszarze.
W ramach tego zadania, według midzy innymi prof. J. Studziskiego, naley realizowa na-stpujce zadania:
– nieprzerwany dostp odbiorców do wody pitnej, – dostarczanie wody pod odpowiednim cinieniem,
– utrzymanie odpowiednich wska ników jakociowych wody (przewidzianych w odpowiada-jcych przepisach),
– zapobieganie awariom sieci wodocigowej, a w przypadku wystpienia takowej, szybka jej lokalizacja i usunicie,
– modernizacja i rozbudowa sieci,
– planowanie i wykonywanie remontów infrastruktury wodocigowej, – zapobieganie stratom wody;
– prognozowanie ceny wody na kolejny rok kalendarzowy, – racjonalne wykorzystanie uj wody, itp.
W dzisiejszych czasach logicznym rozwizaniem dla takich przedsibiorstw wydaje si by zintegrowany system informatyczny wspomagajcy funkcje podejmowania decyzji, monitoringu, oraz analiz i symulacji.
1 Bogdan L., Karczmarska D., Studziski J.: Computerization of waterworks in Poland – current state and perspectives. w: Applications of Informatics in Environment Engineering and Medicine (Studziski J., Drelichowski L., Hryniewicz O., Eds.) PAS SRI, Series Systems Research, Vol. 42, Warsaw 2005, s.157–169.
2 Jan Studziski, Zastosowanie danych z monitoringu w systemie zarzdzania miejsk sieci wodocigow, w: Projektowa analiza organizacyjnych struktur zarzdzania, Studia i materiały PSZW nr 8, Bydgoszcz PSZW, 2007, s. 156.
2. Istota procesu produkcji wody
Aby zrozumie w sposób kompleksowy problem zarzdzania przedsibiorstwem produkuj-cym wod naley przeledzi poszczególne etapy jej produkcji. W procesie produkcji oraz dystry-bucji wody po pewnym uproszczeniu mona wyróni nastpujce etapy:
– pobranie wody (ze studni głbinowych lub zbiornika powierzchniowego) – oczyszczanie wody z zanieczyszcze stałych (przy uyciu odpowiednich filtrów) – analiza chemiczna wody (laboratorium)
– okrelenie i aplikacja mieszanki rodków uzdatniajcych wod do uytku przez odbiorców – przepompowanie sieci wodocigow do odbiorców.
Po dokonaniu analizy zachodzcych w firmie procesów od razu mona zauway, i automa-tyzacja pewnych procesów oraz informatyczne wspomaganie decyzji moe znacznie poprawi jej funkcjonowanie.
Wraenie to moe potgowa fakt, i na wielu obszarach sie wodocigowa jest przestarzała, niejednokrotnie zbudowana z cemento-azbestowych komponentów, a punkty poboru wody s dostosowane do potrzeb nieistniejcych ju przedsibiorstw (np. nieistniejce ju pastwowe go-spodarstwa rolne). Skutkuje to tym, i stacje wydobywajce i uzdatniajce wod s czsto oddalo-ne od skupisk ludzkich powodujc konieczno ponoszenia wyszych kosztów transportu wody. Trzeba oczywicie pamita, e do kosztów transportu wody zalicza si równie koszty naprawy usterek wodocigu, a take straty spowodowane kradzie wody bezporednio z sieci. Dodajc do siebie fakt przestarzałoci sieci oraz jej rozpitoci powstaje kolejny problem, którym jest zdol-no do szybkiej lokalizacji usterki, gdy im dłuej trwa proces lokalizacji i naprawy tym wiksze straty, a co z tym idzie wyszy koszt wody. Ponadto istniejce ujcia bywaj zbyt due (posiadaj niewspółmiernie dua wydajno) dla obecnie wykorzystujcych je odbiorców przez co równie podwyszaj koszt kocowy wody.
Z tych kilku obserwacji jasno wynika, e potrzebne s zmiany. Autor niniejszej publikacji proponuje zastosowanie kompleksowego systemu informatycznego, który pełniłby nastpujce funkcje:
– zautomatyzowanie procesu wydobycia wody; – zautomatyzowanie procesu uzdatniania wody; – monitoring sieci wodocigowej;
– zbieranie danych m.in. o:
a. zapotrzebowaniu i zuyciu wody,
b. usterkach i stratach nimi spowodowanych, c. na potrzeby funkcji analitycznych;
– automatyczne naliczanie taryf opłat za wod zalenie od lokalizacji, do której jest ona do-prowadzana;
– pełni zadania wspierajce decyzje zarzdu przedsibiorstwa, np.:
a. symulacja i optymalizacja rozlokowania punktu poborów wody uwzgldniajca obecne i planowane zagospodarowanie przestrzenne danego obszaru,
b. opracowanie optymalnego w zaistniałej sytuacji przestrzennej układu sieci wodocigo-wej,
Do tego rodzaju zada bardzo dobrym rozwizaniem jest stworzenie systemu kasy GIS (ang. Geographical Information System).
3. Koncepcja systemu informatycznego
Konstrukcja systemu wspomagajcego działanie przedsibiorstwa produkujcego wod po-winna opiera si na połczeniu funkcjonalnoci systemów wspomagania decyzji (ang. DSS - Decision Support System) oraz systemów informacji przestrzennej (ang. GIS – Geographical In-formation System), ze wzgldu na jednoczesn potrzeb operowania na zdigitalizowanych mapach obszarowych, jak i dokonywania wielu analiz za pomoc zaimplementowanych modeli.
System wspomagania decyzji jest rónie opisywany w literaturze. Jedna z definicji mówi, e DSS to "kady system, który wnosi jakikolwiek wkład w podejmowanie decyzji"4, inna natomiast okrela go jako "interaktywny system komputerowy pomagajcy decydentom w wykorzystaniu danych i modeli do rozwizywania niestrukturalizowanych problemów"5. Niezalenie od przyjtej definicji, systemy wspomagania decyzji skupiaj si raczej na efektywnoci działania ni wydaj-noci decyzyjnej w przeciwiestwie do systemów ekspertowych, które naladuj ludzkie decyzje w pewnym wskim zakresie, DSS nie zastpuje decydentów, ale wspiera ich w rozwizywaniu rónych problemów, które czsto nie posiadaj dobrze okrelonej struktury6. W swojej pracy Geo-ffrion wyszczególnił cechy wspólne systemów klasy DSS7: posiadanie interfejsu przyjaznego uytkownikowi, o duych moliwociach, asystowanie uytkownikom w podejmowanych decy-zjach w elastyczny i interaktywny sposób, rozwizywanie problemów wszystkich klas, równie le skonstruowanych oraz posiadanie silnika odpowiedzialnego za analiz danych i modelowanie.
Systemy informacji przestrzennej natomiast w literaturze okrelane s jako systemy kompute-rowe ułatwiajce wywietlanie i przechowywanie danych powizanych geograficznie lub przestrzennie, i umoliwiajce powizanie tych danych z innymi, niemajcymi konotacji prze-strzennych8. Ich szczególn zalet jest te wysoka prdko przetwarzania danych.
System DSS wzbogacony komponentami z systemu GIS okrela si jako przestrzenny syste-mem wspomagania decyzji (ang. SDSS – Spatial Decision Support System). Systemy o takiej konstrukcji posiadaj moliwoci analityczne systemów DSS oraz sprawno przetwarzania da-nych przestrzenda-nych z systemów GIS9.
4 Sprague R.H., Watson H.J., Decision Support Systems: Putting Theory into Practice, Prentice-Hall International, London, 1989.
5 Gorry A., Morton M.S.S., A framework for information systems, Sloan Manage. Rev. nr 13, s. 55–70, 1971.
6 Ozan E., Kauffmann P., Sireli Y., How to design Multicriteria Spatial Decision Support Systems, Proceedings of 2003 National Conference, American Society for Engineering Management, 11–13 pa dziernik, 2003.
7 Geoffrion A.M., Can OR/MS evolve fast enough, Interfaces nr 13, s. 10–25, 1983. 8
Keenan P. B., Spatial Decision Support Systems: A coming of age, Control and Cybernetics, t. 35, nr 1, s. 9–27, 2006. 9 Kesra Nermend, Rachunek wektorowy w analizie rozwoju regionalnego, PPH ZAPOL, Szczecin 2008.
Rysunek 1. Ilustracja połczenia funkcjonalnoci DSS i GIS w systemach SDSS
ródło: Opracowanie własne na podstawie: Kesra Nermend, Rachunek wektorowy w analizie rozwoju regionalnego, PPH ZAPOL, Szczecin 2008.
System informatyczny wspomagajcy zarzdzanie firm wodocigow w koncepcji autora powinien składa si z nastpujcych modułów:
– moduł automatyzacji procesu wydobycia wody – moduł automatyzacji procesu uzdatniania wody – moduł monitoringu sieci wodocigowej – serwer bazy danych
– serwer GIS
– serwer wspomagania decyzji.
Na rysunku 2 przedstawiono uogólnion struktur systemu SDSS na potrzeby zarzdzania firm wodocigow.
Rysunek 2. Uogólniona struktura systemu SDSS na potrzeby zarzdzania firm wodocigow ródło: Opracowanie własne.
Moduł automatyzacji procesu wydobycia wody
Przy produkcji wody konieczne jest przechowywanie odpowiedniej rezerwy wody uzdatnio-nej w zbiornikach. Powinno jej by na tyle duo, aby w sytuacji kryzysowej lub w razie nagłego zwikszenia zapotrzebowania na ni, przez okrelony czas móc kontynuowa dostawy do sieci. Magazynowanie wody w zbiornikach powoduje jednak koszty które s uwzgldniane w taryfach opłat, w zwizku z czym potrzebne jest zoptymalizowanie w czasie. Automatyzacja procesu wy-dobycia wody ma na celu zbieranie informacji o zapotrzebowaniu wody i na ich podstawie daje moliwo oszacowania potencjalnego zuycia wody w nadchodzcych okresach dajc jednocze-nie moliwo odpowiedniego dostosowania zapasu tego surowca. Oczywistym jest, e przy automatyzacji tego procesu konieczna jest implementacja funkcji alarmowych w przypadku wy-krycia problemów.
Moduł automatyzacji procesu uzdatniania wody
W wielu przedsibiorstwach wodocigowych w obecnych czasach uzdatnianie wody prze-prowadzane jest w sposób manualny. Dokładniej mówic polega on na: pobraniu próbek wody, nastpnie zbadaniu ich w laboratorium (jeli jest to małe ujcie to konieczne jest dostarczenie tych próbek do laboratorium), na podstawie bada okrela si ewentualne nieprawidłowoci w składzie, a ostatecznie dokonuje si aplikacji rodków neutralizujcych wystpujce nieprawidłowoci. Szokujcym moe by fakt, i zdarzaj si obecnie takie sytuacje, gdzie rodki neutralizujce aplikowane s łopat metod tak zwan "na oko". Jakkolwiek mona mie zaufanie do osoby, która tak czynno wykonuje ju wiele lat, to jednak taka sytuacja budzi co najmniej mieszane odczucia.
W przypadku automatyzacji procesu uzdatniania wody mona wiele czynnoci przyspieszy a cz całkowicie wyeliminowa z podanego powyej opisu. Tak wic zadania tego modułu po-winny by nastpujce:
– automatyczne pobieranie próbek i badanie ich na miejscu za pomoc odpowiednich senso-rów
– przesłanie zebranych informacji do laboratorium
– automatyczna aplikacja rodków neutralizujcych według ustalonych norm.
Badania których nie da si wykona za pomoc sensorów, lub tych które wymagaj odpo-wiedniej interpretacji laboratoryjnej wykonywane s w odpowiednich orodkach.
Moduł monitoringu sieci wodocigowej
Jednym z wikszych problemów rozległych i duej mierze przestarzałych sieci wodocigo-wych s usterki i kradziee, a prawdziwym wyzwaniem niejednokrotnie staje si zlokalizowanie miejsca w którym wystpił problem. Zaradzi tej sytuacji moe odpowiednio rozlokowany w sieci wodocigowej system monitoringu. Do jego zada powinny nalee: cigłe sprawdzanie cinienia wody w rurach i przepompowniach, ilo przepływajcej wody, funkcje alarmowe. Monitoring sieci wodocigowej poza oczywist funkcj lokalizacji i alarmowania o wystpujcych nieprawi-dłowociach, moe dodatkowo dokładnie okreli w jakich lokalizacjach sieci wystpuje zwik-szenie lub te zmniejzwik-szenie zapotrzebowania. Taka informacja moe posłuy do optymalizacji
wykorzystania uj wody, płynnie regulujc w których naley produkcj zwikszy a w których pomniejszy.
Serwer bazy danych
Kolejnym modułem proponowanej koncepcji systemu zarzdzania przedsibiorstwem wodo-cigowym jest serwer danych, do którego powinny trafia wszelkie dane zebrane w pozostałych modułach. Ponadto powinien take posiada wszelkie informacje o kosztach i przychodach przed-sibiorstwa, itp.
Serwer GIS
Bardzo istotn rol w sieci wodocigowej oraz przy symulowaniu jej przebiegu lub te rozlo-kowaniu punktów ujcia wody pełni wszelkie informacje dotyczce geograficznego rozlokowania sieci, topologii terenu, itp. W zwizku z powyszym naley uwzgldni konieczno zaimplemen-towania w systemie serwera GIS.
Serwer wspomagania decyzji
Odnoszc si do wczeniej wspomnianej roli systemu jako narzdzia wspomagajcego po-dejmowanie decyzji konieczne jest zaimplementowanie równie serwera wspomagania decyzji. Narzdzie to bdzie baz metod i modeli wykorzystywanych do analiz i symulacji, bdc jedno-czenie sercem całego systemu, wspomagajcym zarzd danej firmy wodocigowej. Wybrane funkcje serwera wspomagania decyzji to: automatyczne naliczanie taryf opłat za wod zalenie od lokalizacji, do której jest ona doprowadzana, symulacja i optymalizacja rozlokowania punktu poborów wody uwzgldniajca obecne i planowane zagospodarowanie przestrzenne danego obsza-ru, opracowanie optymalnego w zaistniałej sytuacji przestrzennej układu sieci wodocigowej, analiza statystyczno-ekonometryczna na potrzeby zarzdzania przedsibiorstwem.
4. Podsumowanie
Skonstruowanie oraz wdroenie proponowanej koncepcji systemu informatycznego umoliwi firmie zajmujcej si produkcj oraz dystrybucj wody zmniejszenie kosztów jej produkcji oraz znaczne ułatwienie obsługi sieci wodocigowej. Dodatkow korzyci jest moliwo zmniejsze-nia iloci laboratoriów badajcych jako pobranych próbek wody poprzez pełn lub czciow automatyzacj procesu. Powstanie omawianego rozwizania umoliwi równie szybkie reagowa-nie na ewentualne awarie dziki sieci czujników monitorujcych przepływ wody, a take planowa remonty zapobiegajce niekontrolowanym wyciekom wody. Dziki monitoringowi łatwiej bdzie wykrywa potencjalne kradziee wody bezporednio z sieci. Ponadto pomoe zoptymalizowa układ obsługiwanych uj, dobra odpowiednio do potrzeb zdolnoci produkcyjne dla poszczegól-nych punktów poboru. Zaimplementowane moduły symulacyjne umoliwi optymalne rozloko-wanie infrastruktury wodocigowej. Jest to szczególnie istotne ze wzgldu na wysokie koszty dodatkowo ponoszone przez uytkowników kocowych. Dziki zbieraniu danych z całego
syste-mu moliwe bdzie dokładne obliczanie taryf opłat za wod, a take ich prognoza na okresy na-stpne.
Szczególnie wanym elementem opisywanego systemu bd zawarte w serwerze wspomaga-nia decyzji modele decyzyjne oraz symulacyjne techniki obliczeniowe.
Ze wzgldu na fakt, i w niniejszym artykule przedstawiana jest jedynie koncepcja systemu zarzdzania przedsibiorstwem wodocigowym pominity został problem interfejsu uytkownika. W kolejnych opracowaniach autor zamierza skoncentrowa si na opracowaniu grupy metod i modeli które powinny by zaimplementowane w serwerze wspomagania decyzji dedykowanym dla omawianej koncepcji systemu informatycznego.
Bibliografia
[1] Bogdan L., Karczmarska D., Studziski J.: Computerization of waterworks in Poland – current state and perspectives. In: Applications of Informatics in Environment Engineering and Medicine (Studziski J., Drelichowski L., Hryniewicz O., Eds.) PAS SRI, Series Systems Research, Vol. 42, Warsaw 2005, s.157–169.
[2] Geoffrion A.M., Can OR/MS evolve fast enough, Interfaces nr 13, s. 10–25, 1983.
[3] Gorry A., Morton M.S.S., A framework for information systems, Sloan Manage. Rev. nr 13, s. 55–70, 1971.
[4] Keenan P. B., Spatial Decision Support Systems: A coming of age, Control and Cybernetics, t. 35, nr 1, s. 9–27, 2006.
[5] Nermend K., Rachunek wektorowy w analizie rozwoju regionalnego, Szczecin 2008.
[6] Ozan E., Kauffmann P., Sireli Y., How to design Multicriteria Spatial Decision Support Systems, Proceedings of 2003 National Conference, American Society for Engineering Management, 11–13 pa dziernik, 2003.
[7] Sprague R.H., Watson H.J., Decision Support Systems: Putting Theory into Practice, Pren-tice-Hall International, London, 1989.
[8] Studziski J., Zastosowanie danych z monitoringu w systemie zarzdzania miejsk sieci wo-docigow, w: Projektowa analiza organizacyjnych struktur zarzdzania, Studia i materiały PSZW nr 8, Bydgoszcz PSZW, 2007, s. 154–163.
CONCEPTION OF SPATIAL DECISION SUPPORT SYSTEM FOR WATERWORKS COMPANY
Summary
Process of informatization of companies as well as common use of IT tools at work does not progress equally fast for all industries. In polish economy can be found branches, where introduction of modern IT services is very much postponed or has just begun.
Many complicated operations are still handled manually, what in some cases due to lack of new technologies can lead to ecological and financial problems. Defi-ciencies of modern IT solutions come often from the high complexity of needed tools, high cost of design and introduction and because of the obsolete for the most part in-frastructure.
One of the branches that has that problem is water management, which in this article will be presented as the process of water production and distribution through the waterworks network. Author of this article will present a conception of Spatial Decision Support System designed to aid waterworks company and monitor whole water distribution infrastructure.
Creation and implementation of proposed IT system will allow the waterworks company depreciation of water production costs and infrastructure service costs. It will also improve reaction time in case of failure of any part of the network, which is very important due to the additional costs that end users will have to pay.
Keywords: water management, waterworks, decision support systems, DSS, geographical infor-mation systems, GIS
Mateusz Grzesiak
Instytut Informatyki w Zarzdzaniu Uniwersytet Szczeciski
