Разработка инструментария для исследований направлений развития ТЭК: С учетом требований энергетической безопасности

Актуальность работы. Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) России является базой экономики страны, обеспечивающей функционирование и развитие отраслей национального хозяйства, нормальную жизнедеятельность населения, интеграцию регионов, формирование значительной части бюджетных т-ч доходов и основной доли валютных поступлении. В связи с существенными изменениями условий функционирования топливно-энергетического комплекса (ТЭК), имеющими место в последние годы, проблема энергетической безопасности страны становится все более актуальной.

Решение задачи обеспечения энергетической безопасности страны невозможно без предварительного выполнения большой исследовательской работы, связанной, во-первых, с анализом или выявлением узких мест в снабжении потребителей энергетическими ресурсами нужного объема и качества при критических и чрезвычайных ситуацияхво-вторых, с формированием набора мероприятий, реализация которых ослабит негативные моменты или приведет к устранению выявленных недостатков в процессе топливои энергоснабжения. При этом основными методами исследований являются экономико-математическое моделирование и проведение многовариантных расчетов.

С другой стороны, развитие современных информационных технологий существенно усложняет разработку программного и информационного обеспечения исследований, требуя создания их в идеологии открытых систем. Предыдущие поколения программных комплексов не обладали свойствами открытости (в современной трактовке) и распределенности, процесс внесения изменений был трудоемким и дорогостоящим. Фактически, появление нового системного программного обеспечения привело к моральному устареванию существовавшего программного и информационного обеспечения исследований и к необходимости создания принципиально нового инструментария.

Современные сложные прикладные системы обычно строятся на базе вычислительных комплексов с клиент/серверной архитектурой. Создание таких приложений требует значительных материальных затрат, поэтому время их жизни должно быть достаточно долгим. Это обуславливает необходимость применения современных методических подходов и инструментальных средств (объектной технологии, CASE-средств, визуальных сред для быстрой разработки приложений и др.) при проектировании и реализации сложных программных комплексов. Отсутствие соответствующих методик, ориентированных на создание таких комплексов для энергетических приложений, усложняет их разработку.

Таким образом, актуальность данной работы определяется, с одной стороны, актуальностью самих исследований развития ТЭК с учетом требований энергетической безопасности, а с другой стороны, актуальностью разработки нового инструментария, обеспечивающего проведение этих исследований на уровне современных информационных технологий.

Информационная технология (ИТ) исследований базируется на ряде работ. Основы ИТ исследований развития ТЭК закладывались работами A.A. Макарова, Б. Г. Санеева, Л. Д. Криворуцкого. В части разработки программно-информационного обеспечения ИТ развивалась в работах Г. Н. Волошина, Т. Н. Антонова, JI.B. Массель и др. Методические основы построения ИТ с учетом требований живучести систем энергетики разрабатывались Л. Д. Криворуцким, Л. В. Массель. В данной работе они были конкретизированы применительно к исследованиям направлений развития ТЭК с учетом требований энергетической безопасности. В вопросах проектирования и разработки баз данных выполненная работа опирается на ставшие уже классическими труды К. Дж. Дейта, Д. Мейера, Дж. Мартина, Ш. Атре, Дж. Ульмана и др.

Объектом исследования является топливно-энергетический комплекс России — совокупность отраслевых систем энергетики (СЭ), включающая: электроэнергетические системы (ЭЭС), системы газоснабжения (ГСС), системы нефтеи нефтепродуктоснабжения (НСС), системы углеснабжения (УСС), системы теплоснабжения (ТСС), ядерно-энергетические системы (ЯЭС), каждая из которых является сложной системой, предназначенной для добычи (производства, получения), переработки, передачи (транспортирования, хранения и распределения) продукции (энергоресурсов) и снабжения ею потребителей.

Предметом исследования является информационная технология исследований направлений развития ТЭК с учетом требований энергетической безопасности, включающаятехнологию исследований (математические методы и модели, схема исследований) — технологию проектирования и разработки инструментальных средств исследований (программно-информационное обеспечение) — технологию проведения многовариантных вычислительных экспериментов.

Целями данной работы являются:

1. Анализ класса задач, специфики исследований направлений развития ТЭК с учетом требований энергетической безопасности, существующей технологии вычислительного эксперимента и требований к инструментальным средствам.

2. Исследование современных информационных технологий и выбор технологий, отвечающих потребностям энергетических исследований, формулирование требований адаптации новых технологий к исследованиям энергетики.

3. Разработка информационной технологии исследований направлений развития ТЭК с учетом требований энергетической безопасности, а именно: а) разработка методики построения прикладных программных систем для энергетических приложенийб) проектирование логических моделей данных вычислительного эксперимента и состояния объектов ТЭКв) проектирование и реализация, на основе предложенной методики, диалоговой информационно-графической системы для оценки вариантов развития ТЭК с учетом требований энергетической безопасностиг) разработка технологии проведения вычислительного эксперимента с использованием нового инструментария.

Методами и средствами исследования являются: методические основы построения информационных технологий в исследованиях энергетикиметоды разработки систем баз данных, информационных систем, семантического моделирования данных, проектирования баз данныхобъектный подход (анализ, проектирование, программирование), методы системного и прикладного программирования.

Новизну составляют и на защиту выносятся :

1. Методические принципы построения информационной технологии исследований направлений развития ТЭК с учетом требований энергетической безопасности, а именно: технологии разработки инструментальных средств и технологии проведения вычислительного эксперимента.

2. Логические модели данных, описывающих состояние объектов ТЭК, и данных, необходимых для проведения вычислительного эксперимента.

3. Методика проектирования прикладных программных систем в идеологии объектного подхода и их реализации в визуальной среде, для энергетических приложений.

4. Логические модели классов, объектов и процессов и функциональная структура диалоговой системы оценки результатов расчетов (ДИСАР).

5. Технология проведения ВЭ и оценки вариантов исследований с использованием системы ДИСАР в составе интегрированного программного комплекса ИНТЭК.

Практическая значимость работы заключается в проектировании и реализации совокупности инструментальных средств программного и информационного обеспечения, включающих: 1) информационно-графическую систему для оценки вариантов исследования развития ТЭК с позиций энергетической безопасности (ДИСАР), использующую базу данных вычислительного эксперимента (БД «Перспектива») — 2) информационно-справочную систему (INSYS) для представления статистических данных, характеризующих состояние ТЭК в определенный период (БД «Ретроспектива»), Работоспособность разработанных инструментальных средств подтверждается их применением в исследованиях направлений развития ТЭК с учетом требований энергетической безопасности (в частности, при проведении расчетов с использованием укрупненной модели ТЭК России для оценки влияния чрезвычайных ситуаций на топливои энергоснабжение потребителей).

Апробация работы. Результаты работы докладывались на XXIV, XXVII, XXVIII конференциях научной молодежи ИСЭМ (СЭИ) СО РАН (Иркутск, 1994, 1997, 1998 гг.) — на заседаниях Всероссийского семинара «Информационные технологии в энергетике» (Иркутск, 1996, 1998 гг.) — Всероссийском научном семинаре с международным участием «Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики» (Санкт-Петербург, 1997 г.), на научном семинаре кибернетического центра ИрГТУ в 1999 г., а также на научных семинарах и заседаниях секции Ученого Совета ИСЭМ СО РАН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано пять печатных работ, две находятся в печати.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, списка литературы и трех приложений. Общий объем — 148 страниц, из них 116 страниц основного текста, 26 рисунков, 13 таблиц.

Список литературы

содержит 74 наименования.

5.

Заключение

.

Основными результатами работы являются следующие:

1 Проведен анализ класса задач и специфики исследований направлений развития ТЭК с учетом требований энергетической безопасности, в результате которого определены требования к инструментальным средствам. Главными требованиями являются: использование баз данных большого объема на удаленном сервереориентация на сетевую архитектуру построения инструментальных средствприменение объектной технологии для проектирования программно-информационных системиспользование многооконного дружественного интерфейса.

2. Выполнены анализ современных информационных технологий и обзор технологий, отвечающих требованиям энергетических исследований.

3. Исследован методический подход к построению программного и информационного обеспечения исследований направлений развития ТЭК с учетом требований ЭБ, основанный на современных концепциях объектной технологии и открытых систем. Рассмотрены возможности его применения для разработки информационно-графических средств для оценки вариантов и определены возникающие при этом ограничения.

4. Разработана методика построения прикладных программных систем для задач исследования развития ТЭК с учетом требований энергетической безопасности. С учетом специфики задач предлагается применение объектной технологии для проектирования инфологических моделей баз данных (Rose), информационно-графических систем и визуальной среды (например, Delphi) для их реализации. В методике приводится конкретные рекомендации по созданию такого рода систем.

5. Разработаны инфологические модели данных отчетной базы данных ТЭК («Ретроспектива») и базы данных вычислительного эксперимента («Перспектива»).

6. Выполнены проектирование и реализация прикладной программной системы для оценки вариантов развития ТЭК с учетом требований ЭБ на основе предложенной методики.

7. Разработана технология оценки вариантов исследований с применением новых инструментальных средств, которая представлена в виде описания возможностей и последовательности этапов выполнения работы с использованием предлагаемого инструментария.