Информационно-аналитическая поддержка и управление энергоресурсами предприятия: На примере ОАО "Татнефть" тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Ахметзянова, Роза Хамитовна

• Ахметзянова, Роза Хамитовна
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ахметзянова, Роза Хамитовна

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования.

1.1. Информационно-аналитические системы (ИАС) как стратегический резерв повышения энергоэффективности предприятия.

1.2.Концепция проектирования ИАС.

1.2.1.Представление физической системы в терминах теории управления.

1.2.2.Концепция проектирования информационных систем на основе автоматизации деловых процессов.

1.2.3.Анализ сложных систем и управление сложными системами.

1.2.4.Этапы проектирования системы.

1.2.5.Концептуальное проектирование.

1.2.6.Информационное представление физической системы, проектирование концепции информационного хранилища.

1.2.7.Модели деятельностей концептуального уровня проектирования.

1.2.8.Методология БАТЯ (ЮЕРО).

1.2.9.Сравнительный анализ методологий функционального моделирования.

1.2.10.Типизация элементов моделей, проектирование АРМов.

1.2.11 .Концепция архитектуры ИАС.

1.2.12.Архитектура ИАС.

1.3.Цель и задачи исследования.

Глава 2. Управление режимами электропотребления в

ОАО «Татнефть».

2.1. Система управления режимами электропотребления.

2.2. Определение удельных расходов электроэнергии.

2.3. Расчет показателей потребления электроэнергии.

2.4. Анализ потребления электроэнергии.

2.5. Лимитирование нагрузок для предприятий нефтегазодобывающих комплексов.

2.6. Выводы.

Глава 3. Система обработки информации и управления энергоресурсами предприятий НГДК.

3.1. Назначение и структура ИАСП.

3.2. Структура отдельных компонентов ИАСП.

3.3. Виды информационных запросов в ИАСП.

Перечень функций ИАСП.

3.4. Архитектура программного обеспечения ИАСП.

3.5. Расчетно-аналитические приложения ИАСП.

3.6. Оценка конфигурации системы.

3.7. Выбор конфигурации программной платформы

ИАСП с учетом дополнительных критериев.

3.8. Выводы.

Глава 4. Формальное описание компонент программно-технической платформы ИАСП.

4.1. Характеристические функции и характеристические формулы - как основа формального описания

ИАСП в «/7-мерном» пространстве.

4.2. Формализация описания ИАСП.

4.3. Экспертная система выбора программно-технической платформы ИАСП.

4.4. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Информационно-аналитическая поддержка и управление энергоресурсами предприятия: На примере ОАО "Татнефть"»

Реальная энергоэффективная экономика требует создания современных механизмов контроля и управления потреблением энергии. В соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации от 12 августа 1998 г. № 938, основной задачей Госэнергонадзора является "осуществление контроля за техническим состоянием и безопасным обслуживанием электрических и теплоиспользующих установок потребителей рациональным и

• эффективным использованием . энергии . Необходима комплексная автоматизация деятельности всей организационной структуры Госэнергонадзора, создание единого информационного пространства, внедрение программно-технических систем и комплексов, обеспечивающих анализ информации и поддержку принятия управленческих решений.

Целью разработки и внедрения информационно-аналитической системы (ИАС) является повышение эффективности работы всех уровней системы Госэнергонадзора, достижение реальной экономии ТЭР за счет комплексной автоматизации задач на основе единого информационного ресурса [15,4].

Органы энергонадзора находятся в системном взаимодействии с множеством объектов, функционирование которых определенным образом связано с преобразованием энергии. В результате анализа предметной области можно выделить три подсистемы:

1. Подсистема объектов - потребителей и производителей ТЭР.

2. Подсистема объектов, образующих организационную структуру Госэнергонадзора.

3. Подсистема управления, объединяющая подсистемы 1 и 2. При этом подсистема 1 является объектом управления, подсистема 2 - регулятором.

Взаимодействие подсистем 1 и 2 заключается в контроле состояния объектов подсистемы 1 и выработке в подсистеме 2 управляющих воздействий, обеспечивающих достижение целей управления. В то же время, подсистема 2 рассматривается как организационная система, внутри нее выполняется множество производственных или "деловых" процессов, как непосредственно связанных с управлением подсистемой 1, так и обеспечивающих инфраструктуру организационной системы.

На ранней стадии концептуального уровня проектирования энергонадзор и физическая система (организации региона) рассматриваются как взаимодействующие регулятор и объект управления. Подходы к анализу такой системы различны, например когнитивные карты, составляемые группой экспертов. Выделяемые концепты физической системы ориентировочно определяют минимальный состав разделов информационного хранилища ИАС (могут быть ассоциированы с сущностями). Процессы управления физической системой (состав и цели) кратко определены в Положении о Госэнергонадзоре и внутренних положениях территориальных органов Госэнергонадзора (о подразделениях). Если при развитии ИАС требуется уточнение рассмотренных аспектов, анализ балансов энергии и т.д., необходимо привлечение экспертов в предметной области [29].

В то же время, управление физической системой (формирование регулятором управляющих воздействий на основе контролируемых выходных концептов физической системы) может производиться внутри регулятора -энергонадзора (т.е. организационной системы) множеством различных способов. Для создания эффективного регулятора требуется произвести анализ организационной системы и ее формализацию. Результатом является проект ИАС, рассматриваемой в данной задаче, как АСУ энергонадзора. Следующие п.п. методики определяют порядок проектирования АСУ для организационной системы [7,18].

1. Производится объектная и функциональная декомпозиция организационной системы - предприятия (энергонадзора). Для объектной декомпозиции служит организационная структурная схема предприятия: руководящие лица, подразделения, отношения подчиненности. Для функциональной декомпозиции АСУ рассматривается как система управления: вводятся фазы управления: планирование и т.д.

2. Производится декомпозиция фаз управления на процессы (или фазы ассоциируются с процессами и декомпозируются процессы). Процессы рассматриваются с точки зрения Workflow: создаются карты процессов в нотациях: IDEFO, DFD, IDEF3.

Работа по п. 2 выполняется в среде BPWin. Предварительный состав функций общесистемных процессов учитывает номенклатуру - см. п. 1. Разрабатываются карты общесистемных (без учета объектной декомпозиции п. 1) процессов, например, планирования.

Если информационный объект ассоциируется с понятием "документ", это отмечается в карте процесса. Для документов целесообразно ввести отдельную подмодель - Docflow ("процесс общесистемного документооборота". Из п. 1, где АСУ рассматривается как система управления, формально это не следует: условно вводится новый общесистемный процесс).

Создается первое приближение единой информационной компоненты АСУ - логическая модель ERWin (сущности определяются из DFD).

3. Производится отображение моделей п.2 на объектную структуру предприятия. Образуются множества частей (или отдельных функций) общесистемных процессов, поставленных в соответствие элементам организационной структуры (подразделениям). Эти множества определяют состав отдельных АРМ подразделений. Функции АРМ могут повторяться, если функции общесистемного процесса выполняются распределенно между подразделениями. Возможна и структурная идентичность (совпадение описаний или сходство описаний) функциональных блоков - это другой вид повторяемости. (Оба вида повторяемости способствуют сокращению объема разрабатываемого ПО за счет использования общих частей ПО - функций, настраиваемых обобщенных функций или за счет частичного использования готовых текстов программ функций) [6].

4. Внесение динамики в модели процессов. Используется математическая модель графов потоков данных (ГПД): если на всех входах вершины графа (функциональный блок) появляются токены (выполненные условия: "есть документ", "есть управление" и т.д.), то вершина-переход срабатывает, помещая токены на выходы (например, зарегистрированный документ в хранилище-архив). Все элементы карт процессов достаточно легко интерпретируются в элементы ГПД (нотация ГПД здесь описана не полностью).

5. Организация управления процессами. На практике подавляющее большинство срабатываний переходов в модели будет связано с достижением заданных моментов времени, движением токенов-документов и движением токенов-приказов. Процессы, в основном управляемые документооборотом (данными) могут управляться по модели ГПД. Для организации сложных процессов управления в организации могут применяться известные 2 подхода.

- АСУ вида: "регулятор - объекты управления". В этом случае, как правило, для ее описания достаточно обычного ГПД (образуется автоматизированная система, управляемая потоками документов), регламент управляющего документооборота определяется планами и должностными инструкциями.

- Система управления с ЛИР (лицами, принимающими решения), в состав которой может входить развитая СППР (консультирующая или экспертная система). В этом случае могут применяться сложные алгоритмы анализа данных, состояния системы, управления, опирающиеся на разнообразный математический аппарат, в т.ч. на теорию искусственного интеллекта (когнитивные карты, нечеткую логику, семантические модели и т.д.).

6. Проектирование структуры АРМов. Состав форм определяется, в основном, по результатам п.З. Переходы между формами определяются непосредственно по результатам п.4 и 5 (для различных АРМ подходы несколько отличаются - см.п.5). Для автоматных описаний целесообразно графически представить диаграммы переходов между формами.

Большинство инструментов (кнопок) переходов между формами формально появляется на основе предварительно составленных диаграмм переходов.

7. Проектирование архитектуры ИАС. Вводится понятие изменчивости данных и программ. Для постоянных или относительно постоянных частей (в малой степени зависящих от времени и содержания информации ИАС) разрабатываются универсальные постоянные элементы ПО. Для изменчивой части вводится единый язык описания, интерпретируемый постоянными элементами (например, описание шаблонов отчетов, формы диалога при заполнении документов и т.д.). Язык описания и информационная компонента являются едиными для ИАС в целом. Для написания ПО АРМ применяются среды разработки, в которые оптимальным образом интерпретируются модельные описания. Архитектура распределенных приложений - клиент-сервер, применяются как 2-звенный, так и 3-звенный ее варианты.

Новым в работе является.

1. Объемная и функциональная декомпозиция системы предприятия.

2. Система управления режимами электропотребления для предприятий нефтедобывающих комплексов.

3. Описание компонент и построение экспертной системы выбора программно-технической платформы управления энергоресурсами.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Ахметзянова, Роза Хамитовна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Разработана система управления режимами электропотребления НГДК.

2. Определены удельные расходы электроэнергии отдельными объектами НГДК.

3. Разработана методика расчета показателей потребления электроэнергии.

4. Поставлена и решена задача оптимизации распределения электроэнергии при наличии лимитирования нагрузок.

5. Определены назначение и структура ИАСП и ее отдельных компонентов.

6. Определен перечень функций ИАСП.

7. Разработаны архитектура программного обеспечения ИАСП.

8. На основе системы характеристических функций, а также эвристических правил (в базе знаний иерархической экспертной системы) разработана система формализованного описания параметров и характеристик элементов ИАСП, и выведена целевая функция, позволяющая оптимизировать структуру ИАСП и описывать связи между элементами ИАСП.

9. На основе разработанных характеристических функций, теорий сетей и графов обоснованы методологические принципы выбора элементов ИАСП.

Ю.Выбрана базовая подсистема многоуровневого ИАСП, сформирована структурная схема и с помощью предложенной методики построен полно связный граф возможных компоновок элементов ИАСП.

11.С помощью характеристической формулы формализованного описания технических параметров и характеристик средств автоматизации осуществлен выбор элементов ИАСП для базовой подсистемы.

12. Разработанная с помощью вышеизложенной методики ИАСП является типовой и рекомендуется для тиражирования на других ИС (уровнях управления и функциональных подсистемах) для слаженной работы в рамках единой ИАСП и уменьшения временных и материальных затрат на проектирование.

13.При проектировании сложных интегрированных систем управления, включающих в себя различные функциональные подсистемы, часто возникает необходимость решения трудноформализуемых задач, не имеющих алгоритмического решения. Алгоритмизировать их решение рекомендуется с помощью экспертных систем, которые при решении задач, трудных для эксперта-человека, получают на основе эвристических знаний решения, не уступающие по качеству и эффективности решениям, полученным экспертом/разработчиком при одновременном снижении затрат.

М.Разработаны методологические основы и математическая модель экспертной системы для решения многокритериальной оптимизационной задачи выбора аппаратно-программной платформы при проектировании различных уровней управления иерархических ИС с обеспечением их технической и информационной совместимости и с учетом необходимости интеграции их в единую ИАСП.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ахметзянова, Роза Хамитовна, 2005 год

1. Абрамович Б.Н., Ганский В.П., Чаронов В.Я. Устройство для регулирования напряжения. Авторское свидетельство на изобретение № 1410184 от 15 марта 1988 г.

2. Ашре Ш. Структурный подход к организации баз данных. М.: Финансы и статистика, 1983.- 319 с.

3. Бобряков A.B., Гурфинкель Л.М., Перейма В.И., Тихонов В.А. Автоматизация работ Управлений Госэнергонадзора: цели, заачи, перспективы. //Энергонадзр и энергосбережение сегодня, спецвыпуск, 2001.

4. Бобряков A.B., Масалева И.Б. технические характеристики современных систем управления базами данных // Энергонадзор и энергосбережение сегодня, спецвыпуск, 2001.

5. Бобряков A.B., Титов B.JL, Федулов A.C., Гаврилов А.И. Подход к проектированию информационного хранилища с учетом различных видов классификаций данных / Информационные средства и технологии / тез. докл. межд. конф., М.: МЭИ, 2001.

6. Бобряков A.B., Федулов A.C., Гаврилов А.И., Тихонов В.А. Методика проектирования информационно-аналитической системы органов госэнергонадзора. // Труды Московского энергетического института (технического университета).: М., 2001. с. 21-24.

7. Бойченко А.П., Кальфо В., Овчинников В.В. Локальные вычислительные сети. М.: Радио и связь, 1985.

8. Все необходимое для автоматизации на базе PC. Каталоги продукции Advantech и Octagon Systems.

9. Ю.ГОСТ 24940-96. Здания и сооружения. Методы измерения освещенности.

10. ГОСТ 27322-87. Энергобаланс промышленного предприятия. Общие положения.

11. ГОСТ 34.602-89. ЕКС АС. Техническое задание на создание системы.

12. ГОСТ Р 51379-99. Энергосбережение. Энергетический паспорт промышленного потребителя топливно-энергетических ресурсов. Основные положения. Типовые формы.

13. ГОСТ Р 51387-99. Энергосбережение. Нормативно-методическое обеспечение. Основные положения.

14. Инструктивные материалы Главгосэнергонадзора. М.: Энергоатомиздат, 1986 г.

15. Клименко A.B., Вакулко А.Г., Бобряков A.B. Развитие функциональных возможностей информационно-аналитической системы «Учет и контроль потребления ТЭР // Современная образовательная среда. Тез. докл. Всероссийской научн. конф. М., 2002.

16. Колесников A.A. Гельфгат А.Г., Проектирование многокритериальных систем управления промышленными объектами. М.: Энергосамиздат, 1993. -303 с.

17. Кристофидес Н. Теория графов. Алгоритмический подход. / Пер. с англ. Вершакова Э.В., Коновальцева И.В., под ред. Гаврилова Г.П. М.: Мир, 1978432 с.

18. Кузнецова Т. Г. Оценка целесообразного предела уплотнения суточных графиков нагрузки энергосистем. Вопросы технико-экономического обоснования развития электроэнергетики. -М.: 1983.

19. Кулаков Ю.А., Луцкий Г.М. Компьютерные сети. К.: Юниор, 1998. 384 с.

20. Липаев В.В. Переносимость Прикладных программ и данных в открытых системах и стандарты POSIX. М.: открытые системы, №3, 1994, с. 59-66.

21. Майника Э. Алгоритмы оптимизации на сетях и графах. / Пер. с англ., Под ред. к.т.н. Масловского E.K. М.: Мир, 1981.- 323 с.

22. Мамиконов А.Г., Кульба В.В., Анисимов A.A. и др. Оптимизация структур данных в АСУ. М.: Наука, 1988 256 с.

23. Миронов А. Опыт разработки и продвижения комплексных ИС. М.: Открытые системы, №2, 1998 с. 31-32.

24. Передовые технологии автоматизации. Краткий каталог продукции ProSoft 3.0

25. Попов Э.В. Экспертные системы реального времени. М.: Открытые системы, №2, 1995.-с. 66-71.

26. Попов Э.В. Экспертные системы: решение неформализованных задач в диалоге с ЭВМ. М.: Наука, 1987 287 с.

27. РД50-680-88. автоматизированные системы. Основные положения.

28. Системный А. Мир систем управления. М.: Открытые системы, №2, 1998 с. 29-30.

29. Сорокин С. Системы реального времени. М.: Современные технологии автоматизации, №2, 1997- с. 22-29.

30. Справочник проектировщика АСУ ТП: Справочник / Под ред. Смилянского Г.Л. М.: Наука, 1988, 527 с.

31. Танаев B.C., Поварич М.П. Синтез граф-схем алгоритмов выбора решений. Минск: Наука и техника, 1974.- 112 с.

32. Фролов A.B., Фролов Г.В. Локальные сети персональных компьютеров, Монтаж сети, установка программного обеспечения. М.: Диалог-МИФИ, 1993.- 176 с.

33. Хансен Г., Хансен Д. Базы данных: разработка и управление / пер. с англ. под ред. Каратыгина С. М.: Бином, 1999.-699 с.

34. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем искусство и наука. М.: Мир, 1978.-420 с.

35. Энергосбережение в системе образования: сборник научно-практических и методических материалов / Под общей ред. Балыхина Г.А., М.: Амипресс, 2000.-143 с.

36. Якубайтис Э.А. Информационные сети и системы: Справ, кн. М.: Финансы и статистика, 1996 365 с.