Статьи по теме моделирования технологических процессов в журнале “Автоматизация в промышленности» – обзор, анализ, перспективы

Статьи по теме моделирования технологических процессов в журнале "Автоматизация в промышленности" - обзор, анализ, перспективы Представлен обзор статей по моделированию ТП, опубликованных в журнале "Автоматизация в промышленности". Приведена детальная статистика указанных статей по тематике и направленности, составу и географии авторов и организаций, размеру, характеру цитирования. Дан анализ изменений параметров статей по годам. Отмечены положительные и проблемные стороны публикаций.
Ключевые слова: моделирование технологических процессов, имитационное моделирование, компьютерные тренажеры, системы поддержки принятия решений, инжиниринг систем управления.

Введение

В минувшем 2013 г. журнал "Автоматизация в промышленности" отметил свое 10-летие. Особенность журнала с первого же его выпуска в январе 2003 г. - обсуждение в каждом номере специальной темы, посвященной различным направлениям промышленной автоматизации. В 132 выпусках за 2003-2013 гг. таких тем было множество, но одна из традиционно повторяющихся -моделирование в системах промышленной автоматизации [1].¹ Эта тема обсуждалась в 11 раз в седьмых (июльских) номерах и дополнительно в номере 11 за 2010 г. и номере 12 за 2013 г². Некоторые статьи по моделированию выходили в других выпусках журнала. Всего статей по моделированию оказалось пордка 137 (по 1,04 статьи на каждый номер журнала).

Задача настоящего обзора - проанализировать корпус статей по моделированию, выявить (если таковая имеется) их эволюцию по годам и попытаться понять перспективу развития тематики.

Статистика

Итак, за отчётный период опубликовано 137 статей по моделированию от 252 авторов. С учетом множественных публикаций всего авторами выступило 324 человека (1,29 статей на автора). Распределение авторов по числу публикаций характерно для такого рода зависимостей при больших выборках и близко к распределению Парето (рис.1); для оси ординат использована логарифмическая шкала.

Рис.1. Распределение авторов по числу статей

176 авторов на момент публикации владели учеными степенями (из них 43% - докторскими), что составляет 54% от общего числа авторов или 1,28 автора со степенью на статью ³. Работы получены из 41 российского и 9 зарубежных городов. Во всем корпусе статей - 33% пришло из Москвы, 16% - из Санкт-Петербурга, 42% - из других российских городов, 9% - из-за рубежа.

Рис.2. Типы организаций, представляемых авторами

Авторы представляли 112 организаций (только одна статья пришла от независимого исследователя из Германии): 33,9% из них - отечественные производители систем автоматизации, 34,8% - университеты, 11,6% - научные учреждения, 10,7% - пользователи и 8,9% - иностранные производители (рис. 2). Иностранные разработчики (всего 10 организаций) представлены восемью странами (Украина, Латвия, Германия, Чехия, Австрия, Бельгия, Великобритания, США).

Во всем массиве авторов 41 % представляли организации производителей (российских и зарубежных), 41,4% университеты, 10,5% - научные институты, 7,1% - собственно, пользователей (промышленные предприятия). Это расходится с данными на рис. 2 (42,8%, 34,8%, 11,6% и 10,7%, соответственно) и объясняется тем, что представители университетов, очевидно, делегировали больше соавторов в сравнении с разработчиками, научными и промышленными организациями.

Тематика статей, конечно, задавалась предлагаемыми редакцией темами выпусков и ограничивалась исследованием, разработкой и применением моделей ТП в разнообразных задачах автоматизации в режиме on-line⁴. (Многочисленные работы по моделированию промышленных объектов в режиме off-line - для задач оптимизационного и календарного планирования, оперативного управления и пр. - в настоящем обзоре не рассматриваются.)

Имитационному моделированию были посвящены четыре выпуска журнала, математическому моделированию - три выпуска, разработке компьютерных тренажеров и систем обучения - три выпуска, системам поддержки принятия решений - два выпуска, инжинирингу ТП и систем управления - один выпуск.

Однако в работах затрагивался более широкий спектр исследований и разработок. По всему корпусу текстов и с учетом возможности заявить в одной статье сразу несколько направлений моделирования авторы рассматривали: собственно математическое моделирование ТП (25%)⁵ , имитационное моделирование (24%), компьютерные тренажеры для обучения операторов (23%), инжиниринг ТП и систем управления (10%), системы поддержки принятия решений (9%), усовершенствованные системы управления на основе прогнозирующих моделей (5%), проблемы инженерной психологии и обучения персонала (4%) (рис. 3).

Рис3.

Что касается направленности статей - на разработку, на исследование или на чистый сервис (то есть на использование уже исследованных и доведенных до продуктов результатов), то 42,3% статей были посвящены разработке, 76,6% - исследованиям и только 3,6% сервису (предполагалось, что любая статья может быть разнонаправленной). Соотношение направлений "разработки-исследования-сервис" составило 35% - 63% - 3%, соответственно.

Другой важный параметр - распределение статей по отраслям промышленности (рис. 4). Как и следовало ожидать, большая часть работ может быть отнесена к нефтехимическому комплексу (51%)⁶ ; энергетике посвящены 13% статей (тепловая энергетика - 8%, атомная - 5%), металлургии - 9% машиностроению - 8%, транспорту (включая автомобильный, железнодорожный, водный и авиационный) - 5%; пищевой и медицинской промышленности - 4%, бумажной промышленности и промышленности стройматериалов - по 1%; остальным отраслям (в том числе, роботостроению, военной промышленности, почтовой связи и пр.) - 8%.

Рис.4. Распределение статей по отраслям промышленности

Представляется, что такая статистика отражает степень проникновения верхнего уровня автоматики (так называемых высокотехнологических решений) в различные отрасли отечественной промышленности. Особо выразительно практически полное отсутствие работ по добыче в углеводородной отрасли (всего по 1,5% или по статье по добыче нефти и газа).

"Типовая" статья по моделированию

Довольно большой объем имеющейся выборки позволяет получить представительные средние характеристики статей на тему моделирования. Получается, что "типовая" статья содержит чуть более четырех с половиной журнальных страниц (?=0,89); у нее 2,36 (?=0,41) авторов, среди них 1,28 (?=0,35) обладают учеными степенями (в подавляющем большинстве - по техническим наукам)⁷. На каждую статью приходится 3,6 иллюстраций (?=1,22); 4,34 библиографических ссылки (?=1,3); из них - 0,7 (?=0.4) ссылок на иностранные источники (16% от общего числа ссылок), 1,62 (?=0,49) ссылок на себя (37,3%), 0,28 (?=0,21) ссылок на журнал "Автоматизации в промышленности" (6%).

Среди авторов "типовой" статьи 41% разработчиков. Шире всего в этой группе представлены начальники отделов (10% от числа всех авторов), генеральные директора (6%), руководители проектов и инженеры - по 5%, заместители генеральных директоров, специалисты (вплоть до ведущих и главных) - по 4%, консультанты всех уровней (2%). Как уже отмечалось, иностранные разработчики (всего 10 организаций) представляли 8 стран.

Наиболее полно представлены авторы из университетов - их 41,4%. Всего в журнале опубликованы 72 статьи из 38 университетов, расположенных в 28 разных городах (три университета - иностранные)⁸ . Наиболее часто писали доценты (12% от всех авторов) и профессора кафедр (6,5%), аспиранты (6%), заведующие кафедрами (4%), преподаватели (включая старших) - 3,4%. Но имеются и другие группы - ректоры и проректоры (1% и 2% соответственно), ассистенты (2%), инженеры, магистранты, докторанты, студенты и др. Это, конечно, не удивительно в свете диссертационных планов вузов и требований, предъявляемых в высшей школе к публикациям профессорско-преподавательского состава.

Третья по представительности группа - научные институты (10,5%). Здесь лидируют заведующие лабораториями, ведущие научные сотрудники (по 3,4%) и старшие преподаватели (1,5% от общего числа авторов соответственно). Есть среди авторов директор института, главные научные сотрудники, заведующие секторами. Среди 13 разных научных учреждений - шесть академических организаций и семь отраслевых институтов.

Наконец, среди пользователей (7,1% авторов) наиболее активны начальники отделов и главные специалисты (1,2% и 0,9% соответственно), хотя представлены и руководители служб предприятий (главный метролог, главный технолог, начальник производства, заместители главного инженера и начальника производства, начальник диспетчерской службы), и начальник установки, и инженер. Интересно отметить, что 12 организаций-пользователей расположены в 12 разных городах; среди них - одна иностранная организация (Чехия).

Динамика статей по моделированию

Тема моделирования обсуждается в журнале уже 11 лет. Можно ли заметить какие-то существенные изменения в характеристиках публикаций, и если да, чем они объясняются?

Рис.5. Число статей и авторов по годам

На рис. 5 показано число статей и авторов по годам. Отметим, что технически число средних по объему статей в рамках обсуждаемой темы ограничено 10…12 в отдельном номере. Когда достойных статей оказывалось больше, выходил дополнительный номер. Так было в 2010 г. при обсуждении темы имитационного моделирования для промышленной автоматизации (в редакцию поступило 27 статей), и в 2013 г. с темой методов моделирования ТП в современных системах автоматизации (18 статей). С другой стороны, в 2005 и 2007 гг. наблюдался определенный спад (шесть и восемь статей соответственно). В 2005 г. обсужда-лись системы поддержки принятия решений, причем в 2009 г. та же тема снова набрала восемь статей.⁹ В 2007 г. номер был посвящен моделированию для решения инжиниринговых задач. Опять же неверно утверждать, что тема не заинтересовала потенциальных авторов, поскольку помимо восьми статей в заглавном номере еще 13 статей по инжинирингу были опубликованы в других выпусках. Наконец, нельзя не отметить, что за последние годы статей стало больше: начиная с 2008 г. (за исключение одного 2012 г.) ежегодно было не менее 11 статей. Среднее же число статей за 2003-07 гг. составило 9,4, а за 2008-2013 гг. - 15 (общее среднегодовое - 12,5 статей).

Число авторов по годам, в целом, отслеживало число статей (при среднем числе 2,36 авторов на статью). Однако были и исключения: в 2007 г. - всего 1,5 автора на статью, в 2011 г. - 2,85 автора. За 2003-2007 гг. в среднем было 2,04 автора на статью, в 2008-2013 гг. - уже 2,53 автора. То есть во второй половине "истории" журнала авторы становились не просто активнее, но и многочисленнее.

Рис.6. Тип организаций, представляемых авторами, по годам

На рис. 6 приведена сводка по организациям, представляемым авторами за все годы. В целом картина по годам довольно однородная: в пяти годах из 11 лидировали университеты, в двух - было поровну университетов и отечественных разработчиков, в трех - было больше последних, в одном году лидировали иностранные разработчики (в 2009 г. при обсуждении систем поддержки принятия решений). Таким образом, присутствие организаций в порядке убывания "университеты - отечественные разработчики - иностранные разработчики - научные организации - пользователи" сохраняется более или менее однородным по годам.

Рис.7. Число авторов (из них - с научными степенями) и число страниц на статью по годам

На рис.7 приведена динамика характеристик "типовой" статьи. Как уже отмечалось, со временем росло среднее число авторов на статью. Увеличилось и число авторов со степенями (от 0,94 в среднем за 2003-2077 гг. до 1,47 в 2008-2013 гг.). Еще заметнее подрастали размеры самой статьи: от 3,85 до 4,97 страниц за указанные периоды. Наконец, росло и число иллюстраций в статье: от 2,64 до 4,1 рисунков на статью. В целом "типовая" статья ощутимо увеличивалась с годами: и по числу авторов (при росте среди них доли "остепененных"), и по размеру, и по числу иллюстраций.

Детали библиографических ссылок даны на рис. 8. Число цитирований выросло с 3,89 в 2003-2007 гг. до 4,58 в 2008-2013 гг. Самоцитирование возросло за те же периоды с 1,21 до 1,83 на статью. Естественно, число ссылок на "Автоматизацию в промышленности" росло по мере увеличения числа выпусков журнала (с 0,09 до 0,38 на статью). К сожалению, за те же периоды несколько снизилось число цитирований зарубежных источников - с 0,85 до 0,62 на статью.

Рис.8. Параметры цитирования по годам

Интересны данные по изменению направленности статей (рис. 9). В течение восьми лет из 11 уверено лидировали "статьи по исследованиям", причем в 2003-2007 гг. в среднем на статью приходилось 0,7 исследовательских работ, а в 2008-2013 гг. - 0,82 (увеличение несущественное).

Рис.9. Направленность статей по годам

Число "разработческих" статей за те же периоды резко возросло с (0,23 до 0,53 на статью), хотя и значительно уступало числу "исследовательских" статей. Наконец, число "сервисных" работ было незначительно (всего 5) - это работы (как правило, от конечных пользователей), посвященные практическому использованию готовых решений. Динамика сервисных статей (от 0,09 за 2003-2007 гг. до 0,01 за 2008-2013 гг.)¹⁰ не вполне показательна в силу малости выборки. Неудивительно при этом, что все сервисные работы пришлись на выпуски по компьютерным тренажёрам (4 статьи за 2003 г. и 1 статья за 2008 г.).

Итоги десятилетия и перспективы тематики моделирования

Мы благодарны всем авторам за участие в обсуждении столь важной для промышленной практики темы. Оглядываясь на прошедшие годы, не можем не отметить следующие положительные моменты:

Вместе с тем нельзя не отметить и следующие проблемные моменты:

В то же время самоцитирование было высоким (37%) и стабильно росло по годам, что не может не говорить об определенной "капсулированности" авторов.

Тема 7 выпуска журнала за 2014 г. сформулирована максимально широко - моделирование ТП в современных системах автоматизации (специально приветствуются работы по идентификации моделей). Это дает авторам большой выбор задач, поскольку в номере ожидаются статьи по математическому и имитационному моделированию, применению моделей для управления, бизнес-процессов, инжиниринга, поддержки принятия решений, обучения.

В свете вышесказанного редакция ожидает статьи с большим фокусом на разработки и сервис, на новые отрасли промышленности (особенно - добывающие), на широкое цитирование зарубежных источников. Редакция рада всем авторам - и новым, и уже публиковавшимся, и особо приветствует пользователей. Надеемся на продолжение нашего интересного сотрудничества.

Дозорцев Виктор Михайлович
д-р техн. наук, проф., директор департамента высокотехнологичных решений и консалтинга ЗАО "Хоневелл",
член редакционной коллегии журнала "Автоматизация в промышленности".
Контактный телефон (495) 796-98-00.

• авторы представляли самые разные профессиональные позиции в организациях разного профиля; география статей по России была весьма обширна;
• динамика статей по моделированию свидетельствует о росте активности авторов, увеличении их числа на статью, росте численных параметров статьи (число страниц, иллюстраций, ссылок);
• важен рост числа статьей по разработкам (причем, не в ущерб исследовательским работам).
• у темы не так много постоянных авторов: в двух статьях участвовало 5,5% авторов, в трех - 5%, в большем числе статей - единицы;
• - среди организаций, представляемых авторами, мало пользователей (11% от общего числа). Таким образом, практический опыт разработок (а этому в той или иной степени посвящено 43% работ) описывается преимущественно представителями разработчиков, университетов и научных организаций. Практические статьи приобрели бы дополнительное важное измерение, если бы участие пользователей стало шире;
• было опубликовано крайне мало "сервисных" статей. Возможно, это отражает долю сервисной деятельности в структуре промышленной автоматизации, но задача журнала - идти впереди в этом важном направлении;
• непропорционально высок вес промышленности углеводородов в общем отраслевом пуле (более половины). При всей важности этого сектора явно недостаточным было представительство других важных отраслей (целлюлозно-бумажная промышленность, промышленность стройматериалов), практически не было статей по добыче;
• доля иностранного цитирования (16% от общего числа ссылок) хоть и заметна, но могла бы быть выше (тем более тревожно некоторое снижение этой доли по годам).