aplicación al mantenimiento de instalaciones eléctricas

209 Pages·2015·2.95 MB·Spanish

by  Óscar García Fernández

Selecci´on de proyectos
considerando variables de entorno.
Aplicacio´n al mantenimiento de
instalaciones el´ectricas.
Autor: Oscar Garc´ıa Ferna´ndez
Tesis doctoral
2015
Selecci´on de proyectos
considerando variables de entorno.
Aplicacio´n al mantenimiento de
instalaciones el´ectricas.
Autor: Oscar Garc´ıa Ferna´ndez
Tesis doctoral/2015
´
Director: Angel S. Ferna´ndez Castro
M´etodos y T´ecnicas de Investigacio´n en la Gestio´n de Organizaciones
DEPARTAMENTO DE ECONOM´IA FINANCIERA Y CONTABILIDAD
”Cuando cre´ıamos que ten´ıamos todas las respuestas,
de pronto, cambiaron todas las preguntas.”
Mario Benedetti.
Para Mar´ıa
Resumen
EnestaTesisseprofundizaenelproblemadeselecci´ondeproyectosconsiderandovariables
de entorno a partir del estudio de la programaci´on de tareas de mantenimiento en sistemas
el´ectricos. Se aplican principios de control de procesos din´amicos en sistemas f´ısicos y
mediante t´ecnicas de investigaci´on cualitativas se modela sistema y entorno en ontolog´ıas
de dominio sobre las que se replican las preferencias del decisor.
Se disen˜a un modelo de tres etapas: La primera etapa ser´a la aceptaci´on o no de un
proyecto en funci´on de la relevancia que tenga para el sistema. Sobre las aceptadas, en la
segundaetapaseseleccionar´anunsubconjuntodealternativasquemaximiceelrendimiento
mediante un modelo adaptativo de bu´squeda secuencial. En la tercera etapa, se realiza la
distribuci´on de los medios disponibles mediante una t´ecnica de asignaci´on secuencial de
recursos,
Finalmente, se desarrolla una aplicaci´on pr´actica de este modelo como herramienta de
ayuda a la decisi´on multicriterio y multiobjetivo en la programaci´on de tareas de mante-
nimiento en sistemas el´ectricos.
Resumo
Nestateseprofu´ndasenoproblemadeselecci´ondeproxectosconsiderandovariablesdecon-
tornaapartir do estudodaprogramaci´onde tarefasdemantementoensistemas el´ectricos.
Apl´ıcanse principios de control de procesos din´amicos en sistemas f´ısicos e mediante t´ecni-
cas de investigaci´on cualitativas modelase sistema e contorna en ontolox´ıas de dominio
sobre as que se replican as preferencias do decisor.
Des´en˜aseunmodelodetresetapas:Aprimeiraetapaser´aaaceptaci´onounondunproxecto
en funci´on da relevancia que ten˜a para o sistema. Sobre as aceptadas, na segunda etapa
seleccionaranse un subconxunto de alternativas que maximice o rendemento mediante un
modelo adaptativo de procura secuencial. Na terceira etapa, real´ızase a distribuci´on dos
medios dispon˜ibles mediante unha t´ecnica de asignaci´on secuencial de recursos.
Desenv´olvese unha aplicaci´on pr´actica deste modelo como ferramenta de axuda ´a decisi´on
multicriterio e multiobxectivo na programaci´on de tarefas de mantemento en sistemas
el´ectricos.
Abstract
This thesis explores the portfolio problem considering context variables from the study of
scheduling maintenance on electrical systems. Principles of control of dynamic processes
in physical systems are applied. The system and its environment are modeled by domain
ontologies on which the preferences of the decision maker are replicated.
A three stage model is designed: The first stage will be the acceptance or rejection of a
projectbasedonitsimportanceforthesystem.Inthesecondstageasubsetofalternatives
from the accepted set is selected to maximize performance through a sequential search
adaptive model. In the third stage, the distribution of available resources is done using a
technique of sequential resource allocation.
A system of decision support, multicriteria and multiobjective, for tasks scheduling main-
tenance on electrical systems is developed as practical application of the model.
Agradecimientos
En primer lugar, quiero agradecer especialmente a mi Director de Tesis, A´ngel Fern´andez
Castro, haberme brindado la oportunidad de realizar esta tesis doctoral. Agradezco su
continuo apoyo y dedicaci´on, as´ı como el esfuerzo que ha empleado para que este proyecto
se llevase a cabo.
Aprovechoaqu´ıpararecordaran´onimamenteatodosaquellosque,acompan˜´andomeduran-
temisetapasacad´emicasylaborales,hancontribuidoconaportacioneste´oricasypr´acticas
en la elaboraci´on de esta Tesis.
Por supuesto, agradezco a mi familia y en especial a mis hijos Mar´ıa, Gonzalo y A´lvaro,
que han sabido entender mi dedicaci´on a este proyecto.
Y sobre todo, a Mar´ıa. ”No voy a rebuscar en la academia, palabras para ver qui´en me las
premia, si este mundo cabe en dos palabras:”...¡Muchas gracias!
´
Indice general
Lista de figuras III
Lista de tablas V
Lista de Acr´onimos VII
1. Introducci´on. 1
1.1. Presentaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2. Planteamiento del problema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.1. Enunciado del Problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3. Estrateg´ıa de investigaci´on y contribuciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.4. Organizaci´on del documento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2. Teor´ıa del Problema. 10
2.1. Descripci´on general del entorno. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2. Decisiones de mantenimiento de instalaciones. . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.3. Definici´on de Sistemas y sus procesos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.4. Necesidad del modelado de sistemas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.5. Aceptaci´on o no del proyecto considerado individualmente. . . . . . . . . . 27
2.6. El problema de selecci´on de un u´nico proyecto de entre un conjunto de
alternativas excluyentes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.6.1. Problema de asignaci´on secuencial de tareas. . . . . . . . . . . . . . 29
2.6.2. Problema de rutas de veh´ıculos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.6.3. Problemaderutasdeveh´ıculosconviajederegreso,mu´ltiplesviajes
y ventanas de tiempo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.7. El problema de selecci´on de un subconjunto de alternativas dentro de un
conjunto de proyectos aceptables. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3. Descripci´on de las alternativas 37
3.1. Introducci´on. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.2. El mantenimiento como selecci´on de proyectos. . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.3. Modelado de sistemas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
I
0. ´INDICE GENERAL
3.3.1. Las relaciones causales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.3.2. Representaci´on de sistemas mediante redes. . . . . . . . . . . . . . . 44
3.3.3. Caracterizaci´on de las variables. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.3.4. Modelado matem´atico de sistemas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.4. M´etodos de identificaci´on de variables. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.4.1. Investigaci´on Racionalista. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.4.2. M´etodo del caso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.4.3. Selecci´on del m´etodo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.5. Representacion del conocimiento de las variables. . . . . . . . . . . . . . . 52
3.5.1. Modelado del conocimiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.5.2. Razonamiento sobre ontolog´ıas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.5.3. Aplicaci´on de razonamiento basado en casos. . . . . . . . . . . . . . 57
3.6. Influencia de las variables. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.6.1. Las variables en el control de procesos. . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.6.2. Factores y variables clave de un sistema . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4. Desarrollo del Modelo de Decisi´on. 76
4.1. Introduccion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.2. Descripci´on de un caso pr´actico de toma de decisi´on. . . . . . . . . . . . . 78
4.3. Representaci´on del conocimiento del caso pr´actico. . . . . . . . . . . . . . . 82
4.3.1. Conceptos modelables del caso pr´actico. . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.3.2. Representaci´on de los conceptos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.4. Selecci´ondetareaseincorporaci´onenprogramaci´on:HerramientadeAyuda
a la decisio´n. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.4.1. Aceptaci´on o no del proyecto considerado individualmente. . . . . 94
4.4.2. Selecci´on de un subconjunto de alternativas dentro de un conjunto
de proyectos aceptables. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.4.3. Selecci´on de un u´nico proyecto de entre un conjunto de alternativas
excluyentes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
4.4.4. A´mbito de aplicaci´on del modelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
5. Aplicaci´on del Modelo. 128
5.1. Implementaci´on de la herramienta de ayuda a la decisi´on. . . . . . . . . . . 128
5.1.1. Etapa de Aceptaci´on. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
5.1.2. Etapa de Programaci´on. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
5.1.3. Etapa de Asignaci´on.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
5.1.4. An´alisis comparativo: Modelo te´orico frente a caso real. . . . . . . . 154
6. Conclusiones 158
6.1. Cuestiones planteadas y resumen de la investigaci´on. . . . . . . . . . . . . 158
6.2. Contribuciones del estudio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
6.3. Limitaciones y futuras l´ıneas de investigaci´on. . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
II
´
Indice de figuras
2.1. Mapa de la red de transporte de Espan˜a. (Imagen tomado de [dE09]) . . . . 15
2.2. Grafo Disyuntivo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.1. Fases del razonamiento basado en Casos (CBR) . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.2. Representaci´on esquem´atica de un proceso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.3. Representaci´on esquem´atica del control predictivo de un proceso. . . . . . . 62
3.4. Esquema de un sistema adaptativo simple. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.5. Trayectorias deseadas de salida y acci´on de control en la entrada para cada
instante de control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.6. Horizonte de predicci´on del modelo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.7. Modelo de referencia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.8. Trayectoria de referencia deseada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.9. Ajuste de la trayectoria deseada al cambiar las condiciones externas. . . . . 74
4.1. Componentes por niveles de tensi´on de una red de transporte y distribuci´on
el´ectrica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.2. Fuentes de datos para el mantenimiento de instalaciones. . . . . . . . . . . 84
4.3. Representaci´on de una l´ınea el´ectrica con n vanos y n+1 apoyos. . . . . . . 84
4.4. Recopilaci´ondedefectosreglamentarios.(ImagentomadadeBOERD337/2014,
de 9 de mayo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.5. Estructura de busqueda de informaci´on dentro de datos heterog´eneos. . . . 87
4.6. Clases de la ontolog´ıa de dominio para el estudio de casos de fallos en
instalaciones el´ectricas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.7. Clases de la ontolog´ıa de las entidades que componen un sistema el´ectrico . 91
4.8. Clases de la ontolog´ıa de los trabajos sobre instalaciones de un sistema
el´ectrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.9. Representaci´on de la arquitectura del modelo de datos de conocimiento. . . 93
4.10.Factoresqueinfluyenenelmantenimientoeindicadoresclavederendimien-
to del mantenimiento. Imagen tomada de Norma UNE-EN 15341-2008 . . . 97
4.11.Modelo de caja negra para un sistema de mu´ltiples entras y salidas . . . . . 118
4.12.Trayectoria deseada proyectada TDP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
k
4.13.Representaci´on esquem´atica de las rutas entre instalaciones. . . . . . . . . 123
III