CC BY
83
международной научно-практической конференции, - Чернигов-Жукин: ЧГТУ - 2012 - С.87-91. (см. http://simulation.su/uploads/files/default/2012-conf-mods-87-90.pdf)
УДК 004.891
РАЗРАБОТКА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЭНЕРГОМЕНЕДЖМЕНТА НА ОСНОВЕ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПОДХОДА
Иванов Сергей Александрович, студент, Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет, Россия, Комсомольск-на-Амуре, [email protected] Вяль Леонид Андреевич, студент, Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет, Россия, Комсомольск-на-Амуре, [email protected] Горькавый Михаил Александрович, канд. техн. наук, доцент, Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет, Россия, Комсомольск-на-Амуре, [email protected]
Введение
В условиях активного развития промышленности и бурного роста численности населения планеты возникла проблема истощения исчерпаемых источников природных ресурсов. Вследствие этого наблюдается тенденция к росту уровня потребления энергоресурсов. Разработка и внедрение системы энергоменеджмента (СЭМ) является первоочередным энергосберегающим мероприятием для множества предприятий, так как только за счет беззатратных (организационных) и малозатратных мероприятий позволяет сократить энергопотребление до 30% (по данным Минэнерго). [2].
В настоящее время в Комсомольском-на-Амуре государственном техническом университете ведутся работы по разработке и внедрению объектно-ориентированной СЭМ обеспечивающей оперативность принятия управленческих решений, направленных на снижение потребления топливно-энергетических ресурсов (ТЭР).
Цель создания СЭМ - снижение на предприятии удельных показателей потребления ТЭР и оптимизация использования финансовых ресурсов для реализации энергосберегающих проектов.
Для эффективного функционирования СЭМ на предприятии должна учитывать всех агентов и связи между ними, поэтому СЭМ является сложной системой, как в реализации, так и в функционировании. Для разработки механизмов построения СЭМ был выбран объектно-ориентированный подход, т.к. он позволяет применять мощные выразительные средства объектного и объектно-ориентированного программирования, использующего в качестве блоков классы и объекты, также в объектной модели отражается и множество других факторов. Объектный подход является унифицирующей идей всей компьютерной науки, применимой не только в программировании, но также в проектировании интерфейса пользователя, баз данных и даже архитектуры компьютеров. Поэтому применение объектноориентированного подхода к проектированию системы значительно упрощает ее программную реализацию. Ориентация на объекты позволяет справляться со сложностью систем самой разной природы. В объектно-ориентированном анализе классификация или определение общих свойств объектов, помогает найти общие ключевые абстракции и механизмы, что, в свою очередь, приводит к более простой архитектуре системы.
Разработка СЭМ осуществляется на основе и с учетом имеющихся на предприятии организационных, технических и информационных ресурсов: автоматизированных систем управления технологического процесса (АСУ ТП), автоматизированной системы контроля и учёта энергоресурсов (АСКУЭ), метрологических средств, средств ВТ, средств телекоммуникации, структуры отделов и служб, связанных с вопросами энергоэффективности, действующих положений, в том числе положения о материальном стимулировании за эффективное использование ТЭР, накопленных массивов информации об энергопотреблении. Данное решение оптимально для реализации в учебном заведении, за
45
счет минимальных затрат на реализацию и видимого эффекта энергосберегающих мероприятий.
Именно данный подход целесообразен для ВУЗа, так как позволит добиться высоких показателей энергосбережения при минимальных затратах. Финансовая сторона энергосберегающих мероприятий крайне важна для учебного заведения, так как его бюджет строго регламентирован.
1. Описание концептуальной модели СЭМ
Была разработана концептуальная модель СЭМ, которая раскрыта на рисунке 1. На схеме указанны только основные связи.
Рис. 1 - Концептуальная модель системы энергоменеджмента
Система энергоменеджмента является человеко-машинной объектно-ориентированной системой. Лицом, принимающим решение (ЛПР), в системе является энергоменеджер, а машинная составляющая представлена СПИР. Обслуживанием СППР занимаются программист (17.1) и специалист по аппаратному обеспечению (17.2), в их задачи входит плановый осмотр, внесение изменений, отладка программ, технический осмотр, ремонт и тому подобное.
Система поддержки принятия решений - это компьютерная автоматизированная система, целью которой является оказание поддержки лицам, принимающим решение в сложных условиях, для полного и объективного анализа предметной деятельности.
Для разработки и реализации энергосберегающих мероприятий целесообразно классифицировать потребителей ТЭР, поскольку в зависимости от принадлежности
46
потребителя тому либо иному классу определяется структура, вид и содержание энергосберегающих мероприятий.
На концептуальном уровне все потребители ТЭР были объединены в один блок, названный блоком объектов (1), который моделирует часть окружающей действительности. На каждом из объектов находится определенный набор датчиков и автоматов, на схеме обозначенный как блок внутренних датчиков (2). Датчики собирают определенный вид данных об объекте (нахождение людей в помещении, работающее освещение или техника и т. п.) и направляют собранную информацию на блок анализа (3).
В блоке анализа (3) информация с датчиков обобщается, структурируется и передается в блок базы знаний (4).
Блок базы знаний (4) состоит из трех блоков: базы данных (4.1), базы правил (4.2) и архива (4.3). У каждого из этих блоков строго определенная функция: у базы данных (4.1) это принятие и структурирование данных, полученных с блока анализа; архив (4.3) сохраняет все полученные данные, что позволяет вести статистику; база правил (4.2) содержит правила поведения машинной части системы.
Далее возможно два варианта: первый вариант, когда в базе (4) знаний обнаружилась близкая по параметрам ситуация, и второй, когда аналога не обнаружилось.
В первом случае, когда при обработке информации в базе знаний (4) обнаружилась запись о ранее уже имеющей место ситуации и она аналогична или близка к текущему состоянию объекта. База знаний (4) передает информацию в СППР (5.2), которая обращаясь к базе правил (4.2), посредством внутренних алгоритмов анализирует входные параметры, просчитывает варианты и выделяет лучший из них. Получив результат, СППР (5.2) направляет команду на группу автоматов (6), которые напрямую воздействуют на объекты(1).
Таким образом, в этой ситуации участие людей не требуется, СЭМ получает и обрабатывает информацию и самостоятельно выносит эффективное решение.
В ситуации, когда в базе знаний (4) не обнаружилось ни одного похожего случая, СППР (5.2) не может принять самостоятельно решения о том или ином воздействии на объект (1). В этом случае СППР (5.2) так же анализирует с помощью внутренних алгоритмов ситуацию, сложившуюся на объекте (1) и выдает набор наиболее подходящих решений. Через интерфейс ввода-вывода (7), который с помощью интерпретатора (7.1) переводит машинный язык в понятный человеку, эта информация поступает к руководителю структурного подразделения - линейному руководителю (8) отвечающего за работу объекта или группы объектов. Ознакомившись с вариантами, предложенными СППР (5.2), руководитель принимает решение. Если реализация решения возможна с помощью установленных на объекте (1) автоматов (6), то руководитель (8) вводит необходимые команды в СППР (5.2) и та отправляет соответствующие команды автоматам (6). Если же реализация не возможна автоматами (6) то, внутри этого подразделения формируется команда (9), которая, в свою очередь, воздействует на объект (1). Если же проблемная ситуация выходит за должностные рамки линейного руководителя, то он направляет информацию выше по иерархии, где решения уже принимаются непосредственно энергоменеджером (5.1).
На всех этапах СППР (5.2) заносит данные в базу знаний (4), что делает систему динамичной и позволяет ей, подстраиваясь под любую ситуацию, минимизировать риски и увеличивать эффективность СЭМ.
Всю деятельность энергоменеджера и СЭМ в целом регламентирует блок правовых норм (12), являющийся совокупностью документов из двух источников:
1. Внешние документы: законодательные и нормативные акты, касающиеся
выполняемой работы и другие. Задаются законодательным органом, блок ведомства (10), и являются обязательными.
47
2. Внутренние: устав предприятия, приказы и распоряжения руководства предприятия, должностные инструкции, правила внутреннего трудового распорядка и прочие. Задаются высшим руководством предприятия (11).
Обобщим все организации, предоставляющие ТЭР КнАГТУ, в один блок под названием источники ТЭР (13) и рассмотрим его далее. Деятельность этих организаций так е регламентирует государство (10) посредством законов, актов и так далее.
Энергоменеджер (5.1) заключает договора со сторонними организациями (13) на снабжение предприятия всеми видами ТЭР и контролирует их выполнение.
При поступлении ТЭР на предприятие их вид и объем фиксируются на приборах учета (14), эти данные одновременно фиксируются в блоках 13 и 3 и проходят выше описанный путь через базу знаний (4) и далее в СППР (5.2). СППР (5.2), взаимодействуя с базой знаний (4), сравнивает текущие показания с показаниями за прошлые периоды, прогнозирует расход ТЭР и формирует отчет для руководителей (8) и энергоменеджера (5.1). Благодаря этому энергоменеджер (5.1) может видеть детальную статистику поступления и потребления ТЭР за определенный период, проследить их потерю при транспортировке и наметить мероприятия по увеличению эффективности использования ТЭР.
Но СЭМ не ограничивается только технической стороной, одновременно с постоянным процессом улучшения техники и технологий в энергоменеджменте также особая роль выделена организационному вопросу, разработке и контролю над исполнением внутренних правил пользования потребителей ТЭР структурными подразделениями предприятия (19). Этой задачей занимается отдельная команда, руководитель которой напрямую взаимодействует с энергоменеджером (5.1).
Рис. 2 - Классификация потребителей по контексту применения приемников
Для поддержания работоспособности системы требуются финансовые ресурсы. Если предприятие является государственным, то финансирование выделяет отвечающее за деятельность предприятие ведомство (10) и переводит денежные средства на счет предприятия (15). Если же предприятие не содержится на государственном обеспечении, а является частным, связь ведомства (10) с блоком бюджета (15) будет ограничиваться обратной связью. Финансовые средства перераспределяются внутри предприятия, и часть их направляется на поддержание и улучшение работы СЭМ. Эти средства переходят на внутренний счет СЭМ (16), которым, в свою очередь, управляет энергоменеджер, распределяя финансы среди структурных подразделений (8).
48
Поскольку количество потребителей на предприятии достаточно велико, с целью упрощения и ускорения деятельности СЭМ, предлагается классифицировать потребителей не только по типам приемников в отдельности, но и по контексту их применения и использования потребителей. Разделение по алгоритмам концентрирует внимание на порядке происходящих событий, а разделение по объектам придает особое значение агентам. Однако мы не можем сконструировать сложную систему одновременно двумя способами, тем более что эти способы, по сути, ортогональны. Целесообразно начать разделение системы либо по алгоритмам, либо по объектам, а затем, используя полученную структуру, попытаться рассмотреть проблему с другой точки зрения.
На рисунке 2 представлен фрагмент системы классификации объектов СЭМ на примере ФГБОУВПО КнАГТУ.
Например, аудитория 205 третьего корпуса является нежилым помещением, относящимся к классу лабораторных аудиторий, так как в ней присутствуют лабораторные стенды, на которых проводятся различные исследования.
На рисунке 3 представлен фрагмент системы классификации потребителей по типам приемников ТЭР, на примере ФГБОУВПО КнАГТУ.
Например, чугунная батарея (объект) относится к классу «чугунные», так как является радиатором с низким уровнем теплоотдачи (теплоотдача чугунного радиатора 100-200 ватт на секцию).
2. Пример работы СЭМ
Государство повысило норму по сокращению энергоемкости ФГБОУВПО КнАГТУ на будущий год. Ректор доводит новые требования до энергоменеджера и устанавливает цели и сроки. Энергоменеджер, руководствуясь рекомендациями СППР, с руководителями и ведущими специалистами подчиненных ему подразделений разрабатывают стратегию энергосберегающих мероприятий, прогнозируют возможные осложнения и рассчитывают финансовую сторону. Энергоменеджер предлагает на рассмотрение ректору план действий, ректор утверждает план и дает команду бухгалтерии выделить из бюджета КнАГТУ необходимую сумму. После одобрения плана и выделения средств энергоменеджер приступает к его реализации. По плану снижение энергопотребления на предприятии должно осуществиться за счет улучшения работы СППР, установки дополнительных датчиков на фасадах здания и утверждения норм и правил пользования потребителями ТЭР. Энергоменеджер назначает ответственного за закупку, установку и интеграцию в
49
существующую СЭМ новых датчиков пиргелиометров, которые улавливают интенсивность солнечного излучения. Ответственный за закупку и установку ведет переговоры с поставщиками, закупает приборы, собирает команду установщиков и контролирует процесс установки.
По завершению установки новых датчиков и прокладки необходимых кабелей для включения их в СЭМ за работу принимается отдел по обеспечению техническому и программному обеспечению. Программист изменяет алгоритм работы системы для программной интеграции нового оборудования, задает новые правила воздействий на автоматы. Специалист по аппаратному обеспечению улучшает аппаратную часть для ускорения работы системы с учетом дополнительных потоков информации. Энергоменеджер взаимодействуя с начальниками подчиненных ему подразделений тестирует работу СППР и обновленной СЭМ в целом. Одновременно ведется работа по составлению новых норм и правил пользования потребителями ТЭР. Дополнительная информация об интенсивности солнечного излучения позволит СППР более эффективно управлять автоматами, воздействующими на источники освещения или отопительную систему. Что приведет к уменьшению энергозатрат.
Выводы
Использование объектно-ориентированного подхода к проектированию СЭМ позволит справиться со сложностью и неоднородностью системы. Классификация и определение общих свойств позволяет ускорить процедуры идентификации объектов, объединять подобные объекты и создавать один алгоритм действия для группы (класса) объектов, что упростит реализацию и ускорит работу СЭМ.
Литература
1. Буч, Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++ / Г. Буч; пер. с англ. И. Романовского; под ред. Ф. Андреева - М.: Невский Диалект, 2000. - 359 с.
2. Министерство энергетики РФ // MINENERGO.GOV.RU: ежедн. интернет-изд. 2008. 22 июля. URL: http://minenergo.gov.ru (дата обращения 06.04.2013)
УДК 681.3
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВЕБ-ПРИЛОЖЕНИЙ
Грегер Сергей Эдуардович, доцент, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина, Нижнетагильский технологический институт (фил.), Россия,
Нижний Тагил, [email protected]
В процессе проектирования декомпозицию системы разработки информационных систем обычно производят, исходя из максимальной независимости подсистем. Однако декомпозицию можно произвести в соответствии со взглядом на систему разных групп разработчиков (рис.1). Для каждой подсистемы указаны основные понятия ее предметной области.
Результатом взаимодействия всех этих подсистем и будет являться информационная система (ИС). Подобное деление проявляется как на уровне моделирования, когда каждая подсистема имеет свои группы описаний, представленные в соответствующих моделях, библиотеки модели и инструменты, так и на уровне реализации — каждая подсистема реализуется специфическими для нее программными компонентами. Результирующая ИС может быть рассмотрена как конфигурация взаимодействия групп объектноориентированных компонент. В свою очередь, каждая из групп компонент является результатом деятельности конкретной подсистемы проектирования во взаимодействии с другими подсистемами. Выявление совместно используемых понятий, моделей и т.п.,
50
